TWI415470B - 去漣波裝置及方法 - Google Patents

Description

去漣波裝置及方法

本發明係有關於影像處理，尤指一種去漣波(de－ringing)裝置及方法。

如第1A圖顯示，在習用顯示裝置中，為了使畫面影像看起來更清晰銳利，常藉由銳利度增強電路11來處理顯示裝置所接收之輸入視訊訊號，以輸出增強銳利度之輸出視訊訊號。然而，由於銳利度增強電路11多使用濾波器來放大鄰近像素間之差異值，以達到增強銳利度的效果，容易造成影像的漣波效應(ringing effect)。第1B圖係顯示輸入視訊訊號中之複數個像素值所形成之波形圖。第1C圖則顯示經過銳利度增強電路11處理後，所產生之輸出視訊訊號的波形圖，其中可發現波形在從平坦轉上升處以及從上升轉平坦處時，分別產生了波谷12及波峰13，此即為漣波。漣波會造成畫面中出現突兀的細邊，其與鄰近的影像相較，可能過亮(如波峰13)或過暗(如波谷12)，會使畫面顯示效果大打折扣。

有鑑於此，本發明之一目的，在於提供一種去漣波裝置及方法，可依據影像的複雜度決定適當的去漣波強度，以提昇畫面的整體顯示效果。

本發明揭露一種去漣波裝置，包含：用以暫存輸入像 素序列之緩衝器；用以儲存複數個強度係數之查詢表；以及去漣波強度決定單元，耦接至緩衝器與查詢表，用以分別偵測輸入像素序列中關聯於目標像素之第一像素組與第二像素組之像素值複雜度，並依據第一像素組與第二像素組之像素值複雜度查詢查詢表，以決定目標像素所對應之去漣波強度係數。

本發明另揭露一種去漣波方法，包含：提供儲存複數個強度係數之查詢表；接收輸入像素序列；分別偵測輸入像素序列中關聯於目標像素之第一像素組與第二像素組之像素值複雜度；以及依據第一像素組與第二像素組之像素值複雜度查詢查詢表，以決定目標像素所對應之去漣波強度係數。

第2圖係根據本發明較佳實施例之去漣波裝置20之方塊圖，包含一銳利度增強電路21、一去漣波強度控制器22及一混合單元23。銳利度增強電路21接收一輸入視訊訊號，可表示為一具有複數個像素之輸入像素序列，輸入像素序列可包含出現於畫面中之水平線、垂直線或斜線。銳利度增強電路21利用如濾波器之電路，將輸入像素序列中各像素與其鄰近像素間之差異值放大，以增強銳利度，並輸出一增強視訊訊號，亦即，該增強視訊訊號包含增強銳利度之後的輸入像素序列，稱為增強像素序列。

去漣波強度控制器22包含一緩衝器221、一查詢表 222及一去漣波強度決定單元223。緩衝器221接收輸入視訊訊號，並將輸入像素序列之一部份暫存起來，例如暫存一顯示窗(display window)。查詢表222儲存複數個強度係數。去漣波強度決定單元223界定出關聯於輸入像素序列之一目標像素的兩個輸入像素子集合，分別稱為第一像素組與第二像素組，並分別偵測其像素值複雜度C1與C2，再據以決定出目標像素所對應之去漣波強度係數。去漣波強度決定單元223對於輸入像素序列之每個像素，例如依序充當目標像素，可決定出對應之去連波強度係數，以供混合單元23執行混合運算之用(後詳)。舉例而言，第一像素組可包含目標像素之前的M個像素，第二像素組可包含目標像素之後的N個像素，M、N為正整數，所以C1與C2可分別代表輸入像素序列在輸入目標像素之前與之後的像素值複雜度。較佳地，M、N之值可儲存於去漣波強度控制器22內之暫存器(未示出)中，而M、N的大小可依據輸入像素序列所在之畫面的解析度而自動調整，舉例而言，當畫面解析度較高時，由於像素間的變異程度提高，因此M、N取較小的值便足以反映輸入像素序列在目標像素之前與之後的像素值複雜度；反之，當畫面解析度較低時，M、N則需取較大的值。

舉例而言，第一像素組之像素值複雜度C1依據第一像素組中之最大像素值與最小像素值之差而決定，而第二像素組之像素值複雜度C2依據第二像素組中之最大像素值與最小像素值之差而決定。或者，像素值複雜度C1係 依據第一像素組之像素值的標準差(standard deviation)而決定，而像素值複雜度C2係依據第二像素組之像素值的標準差而決定。或者，利用相鄰像素值之差的絕對值的總和大小來決定像素值複雜度C1與C2。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，根據以上揭示，當能對於第一像素組與第二像素組之像素值複雜度的偵測方式，做出諸多可能變化，仍不跳脫本發明之範圍。

混合單元23耦接至銳利度增強電路21及去漣波強度控制器22，可依據去漣波強度控制器22所產生之去漣波強度係數(稱為α)，對輸入視訊訊號及銳利度增強電路21所產生之增強視訊訊號執行一α混合(alpha blending)運算，以產生輸出視訊訊號。因此，混合單元23可依據去連波強度係數，對輸入像素序列之目標像素及增強像素序列之增強目標像素執行α混合運算，以產生輸出視訊訊號，去除漣波效應。舉例而言，混合單元23包含乘法器231、232及加法器233。乘法器231將銳利度增強電路21所產生之增強視訊訊號乘上去漣波強度決定單元22所產生之去漣波強度係數α，而乘法器232則將目標像素乘上一與去漣波強度係數之差值(即1－α)，加法器233再將乘法器231、232之輸出相加，完成α混合運算。因此，當去漣波強度係數越大時，增強視訊訊號在α混合運算中所佔的比例就越大，亦即輸入視訊訊號的比例越小，代表越傾向於增強銳利度，因此去漣波的強度就越弱；反之，當去漣波強度係數越小時，增強視訊訊號在α混合運算中 所佔的比例就越小，亦即輸入視訊訊號的比例越大，代表越傾向於維持輸入視訊訊號的原狀，因此去漣波的強度就越強。應注意到，混合單元23所執行之混合運算並不限於α混合運算，只要其所執行之混合運算能使最後產生之輸出視訊訊號中，輸入視訊訊號與增強視訊訊號各自所佔之比例可隨著去漣波強度係數之變動而改變，即應仍屬於本發明之範圍。

於此實施例中，去漣波強度決定單元223依據第一像素組之像素值複雜度C1與第一臨界值T1之比較結果以及第二像素組之像素值複雜度C2與第二臨界值T2之比較結果，來決定去漣波強度係數。請參閱第3圖，其係顯示目標像素所在的影像區域類型，如平坦區、複雜區或邊緣區等，是隨著C1與T1之比較結果以及C2與T2之比較結果而定。具體來說，當C1大於T1且C2小於T2時，代表目標像素之前的像素值複雜度偏高，而在目標像素之後的像素值複雜度偏低，亦即，在目標像素之前的像素處於複雜區，在目標像素之後的像素處於平坦區，這代表目標像素本身處於影像邊緣；同理，當C1小於T1且C2大於T2時，代表輸入像素序列在目標像素之前的像素值複雜度偏低，而在目標像素之後的像素值複雜度偏高，亦即，在目標像素之前的像素處於平坦區，在目標像素之後的像素處於複雜區，亦代表目標像素本身處於影像邊緣。對於目標像素處於影像邊緣的情況，去漣波強度決定單元223產生對應於高去漣波強度之去漣波強度係數，以使混 合單元23在執行α混合運算時，更可維持輸入視訊訊號的原狀，以去除漣波，避免在畫面中看到突兀的細邊。

另一方面，當C1小於T1且C2小於T2時，代表輸入像素序列在目標像素之前與之後的像素值複雜度皆偏低，亦即，在目標像素之前與之後的像素皆處於平坦區，這代表目標像素本身亦處於平坦區，而由於此時輸入像素序列皆處於平坦區，所以銳利度增強電路21所造成的漣波效應並不顯著，而無須執行去漣波。因此去漣波強度決定單元223產生對應於低去漣波強度之去漣波強度係數，以使混合單元23在執行α混合運算時，提高增強視訊訊號所佔的比例。另外，當C1大於T1且C2大於T2時，代表輸入像素序列在目標像素之前與之後的像素值複雜度皆偏高，亦即，在目標像素之前與之後的像素皆處於複雜區，這代表目標像素本身係處於複雜區，而由於此時輸入像素序列皆處於複雜區，所以銳利度增強電路21所造成的漣波效應可更強化影像的銳利度且不致造成突兀細邊的不理想效果，因此去漣波強度決定單元223產生對應於低去漣波強度之去漣波強度係數，以使混合單元23在執行α混合運算時，提高增強視訊訊號所佔的比例。

在第3圖中，第一臨界值T1與第二臨界值T2的大小可隨著實際狀況而調整。於此實施例中，查詢表222可依據第3圖來建構，查詢表222亦可設置於去漣波強度控制器22之外部。去漣波強度決定單元223可依據第一像素組與第二像素組之像素值複雜度C1與C2檢索查詢 表222，以取得對應之去漣波強度係數。舉例而言，查詢表222可為二維的表格，水平與垂直方向分別代表C1與C2的大小，因此藉由一組C1與C2的值，可從查詢表222中檢索出一個對應的去漣波強度係數。另一方面，當此二維的查詢表222之水平與垂直方向的解析度較低時，去漣波強度決定單元223可利用內插運算(interpolation)，以取得更精確的去漣波強度係數，並減少查詢表222所需的硬體空間需求。

更進一步地，第一像素組與第二像素組所代表的像素可以部份重疊，較佳地，第一像素組與第二像素組之重疊像素數可儲存於去漣波強度控制器22內之暫存器(圖未顯示)中，而去漣波強度決定單元223可藉由調整第一像素組與第二像素組之重疊像素數，調整混合單元23輸出之輸出視訊訊號中所包含之漣波的寬度。舉例而言，當第一像素組與第二像素組重疊之像素數越多，輸出視訊訊號之漣波的寬度越大；重疊之像素數越少，漣波寬度越小。第4A、4B、4C圖係分別顯示第一像素組與第二像素組具有不同重疊像素數的情形，其中，第一像素組序列包含像素P[－5]~P[5]，而目標像素為P[0]。第4A圖中，第一像素組為P[－5]~P[－1]，第二像素組為P[1]~P[5]，因此兩者重疊之像素數為零；第4B圖中，第一像素組為P[－5]~P[0]，第二像素組為P[0]~P[5]，因此兩者重疊之像素數為一，所重疊的像素為目標像素P[0]；第4C圖中，第一像素組為P[－5]~P[1]，第二像素組為P[－1]~P[5]，因此兩者重疊 之像素數為三，所重疊的像素為P[－1]、P[0]、P[1]。依此類推，當第一像素組與第二像素組重疊之像素數為(2n－1)時，所重疊的像素為P[－n]...P[－1]、P[0]、P[1]...P[n]。當第一像素組與第二像素組重疊之像素數越多時，代表第一像素組越往目標像素之後延伸且第二像素組越往目標像素之前延伸，如此將降低目標像素被判斷為影像邊緣的機率。其理由為，目標像素會被判斷為影像邊緣的條件是，其兩像素組邊分別為代表平坦區與複雜區，舉例而言，假設目標像素實際處於影像邊緣且目標像素之前與之後分別為平坦區與複雜區，若第一像素組與第二像素組分別代表目標像素之前與之後之像素子集合，第一像素組與第二像素組此時不重疊，則第一像素組與第二像素組分別為平坦區與複雜區；當第一像素組與第二像素組重疊之像素數增多時，即可能使原本為平坦區的第一像素組，因延伸涵蓋到原本為影像邊緣的目標像素以及原本為複雜區的第二像素組，而轉變成複雜區；另一方面，原本為複雜區的第二像素組仍舊為複雜區，不因重疊之像素數增加而改變。這樣一來，原本會被判斷為影像邊緣之目標像素，便有可能因重疊像素數的增加而被改判為複雜區，使混合單元23執行低去漣波強度的α混合運算，造成輸出視訊訊號之漣波的寬度變大。第一像素組與第二像素組之重疊像素數係為可組態的。

第5圖係本發明另一實施例之去漣波裝置50的方塊圖，與第2圖之去漣波裝置20所包含的元件類似，而主 要差異在於元件的連接方式，使得在混合單元23所執行的α混合運算中，輸入視訊訊號係直接與去漣波強度控制器22所產生之去漣波強度係數α相乘，而銳利度增強電路21所輸出之增強視訊訊號則與(1－α)相乘。因此，去漣波裝置50可藉由調整去漣波強度係數α的大小，來調整最後所產生之輸出視訊訊號中，增強視訊訊號與輸入視訊訊號各自所佔的比例，而達到所要的去漣波效果。

第6圖係本發明較佳實施例之去漣波方法流程圖，其包含下列步驟：步驟60：接收一輸入視訊訊號。

步驟61：增強輸入視訊訊號之銳利度，以輸出一增強視訊訊號。

步驟62：依據輸入視訊訊號之複雜度，產生一去漣波強度係數。

步驟63：依據去漣波強度係數，對輸入視訊訊號及增強視訊訊號執行一混合運算，以產生一輸出視訊訊號。

步驟60中，所接收之輸入視訊訊號，可表示為一具有複數個像素之像素序列，例如包含一畫面中之一水平線、垂直線或斜線。步驟61中，可藉由放大該像素序列中各像素與其鄰近像素間之差異值，以增強銳利度。

步驟62中，分別偵測該像素序列中關聯於一目標像素之第一像素組與第二像素組之像素值複雜度，以決定該 目標像素所對應之去漣波強度係數。舉例而言，第一像素組與第二像素組之像素值複雜度可分別對應該像素序列在第一像素之前與之後的像素值複雜度。第一像素組可包含第一像素之前的M個像素，第二像素組可包含第一像素之後的N個像素，M、N為正整數，可依據畫面之解析度而決定。進一步言，若要使步驟63產生之輸出視訊訊號所包含之漣波的寬度變大，步驟62可將第一像素組與第二像素組所重疊之像素數增加，重疊像素越多，漣波寬度就越大。舉例而言，第一像素組之像素值複雜度可依據第一像素組中之最大像素值與最小像素值之差而決定，而第二像素組之像素值複雜度係依據第二像素組中之最大像素值與最小像素值之差而決定。

進一步言，步驟62可依據第一像素組之像素值複雜度C1與第一臨界值T1之比較結果以及第二像素組之像素值複雜度C2與第二臨界值T2之比較結果，來決定去漣波強度係數。舉例來說，當C1小於T1且C2大於T2時，所決定之去漣波強度係數對應於高去漣波強度；當C1小於T1且C2小於T2時，所決定之去漣波強度係數對應於低去漣波強度；當C1大於T1且C2大於T2時，所決定之去漣波強度係數對應於低去漣波強度；當C1大於T1且C2小於T2時，所決定之去漣波強度係數對應於高去漣波強度。舉例而言，可以藉由查詢一查詢表快速決定去漣波強度係數，查詢表儲存第一像素組與第二像素組之不同像素值複雜度所對應之去漣波強度係數。

步驟63中，所執行之混合運算係一α混合運算。應注意到，步驟63所執行之混合運算並不限於α混合運算，只要其所執行之混合運算能使最後產生之輸出視訊訊號中，輸入視訊訊號與增強視訊訊號各自所佔之比例可隨著去漣波強度係數之變動而改變，仍屬於本發明之範圍。

以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明之範圍。凡熟知此類技藝人士皆能明瞭，可根據以上實施例之揭示而做出諸多可能變化，仍不脫離本發明之精神和範圍。

11、21‧‧‧銳利度增強電路

12‧‧‧波谷

13‧‧‧波峰

20、50‧‧‧去漣波裝置

22‧‧‧去漣波強度控制器

221‧‧‧緩衝器

222‧‧‧查詢表

223‧‧‧去漣波強度決定單元

23‧‧‧混合單元

231、232‧‧‧乘法器

233‧‧‧加法器

60~63‧‧‧去漣波方法之一較佳實施例的流程

第1A圖係習用顯示裝置執行增強影像銳利度的示意圖。

第1B與1C圖係分別顯示習用顯示裝置之輸入視訊訊號在增強銳利度之前與之後的波形圖。

第2圖係本發明之一實施例之去漣波裝置方塊圖。

第3圖係顯示複雜度與影像區域之關係圖。

第4A、4B及4C圖係分別顯示第一像素組與第二像素組具有不同重疊像素數的情形。

第5圖係本發明之另一實施例之去漣波裝置方塊圖。

第6圖係本發明之一較佳實施例之去漣波方法流程圖。

20‧‧‧去漣波裝置

21‧‧‧銳利度增強電路

22‧‧‧去漣波強度控制器

221‧‧‧緩衝器

222‧‧‧查詢表

223‧‧‧去漣波強度決定單元

23‧‧‧混合單元

231、232‧‧‧乘法器

233‧‧‧加法器

Claims (22)

1. 一種去漣波裝置，包含：一緩衝器，用以暫存一輸入像素序列；一查詢表，用以儲存複數個強度係數；以及一去漣波強度決定單元，耦接至該緩衝器與該查詢表，用以分別偵測該輸入像素序列中關聯於一目標像素之一第一像素組與一第二像素組之像素值複雜度，並依據該第一像素組與該第二像素組之像素值複雜度查詢該查詢表，以輸出一去漣波強度係數；其中該第一像素組與該第二像素組之重疊像素數係為可組態的；其中，當該第一像素組與該第二像素組之該重疊像素數為零時，該第一像素組包含該目標像素之前的M個像素，該第二像素組包含該目標像素之後的N個像素；而當該第一像素組與該第二像素組之該重疊像素數為(2n-1)時，該第一像素組包含該目標像素、該目標像素之前的M個像素及該目標像素之後的(n-1)個像素，該第二像素組包含該目標像素、該目標像素之後的N個像素及該目標像素之前的(n-1)個像素；n、M、N為正整數；其中，M、N係依據該輸入像素序列之一畫面解析度而決定。
2. 如申請專利範圍第1項所述之去漣波裝置，更包含：一銳利度增強電路，用以增強該輸入像素序列之銳利 度，以輸出一增強像素序列；以及一混合單元，耦接至該銳利度增強電路及該去漣波強度決定單元，用以依據該去漣波強度係數，對該輸入像素序列及該增強像素序列執行一混合運算，以產生一輸出視訊訊號。
3. 如申請專利範圍第2項所述之去漣波裝置，其中該混合運算係一α混合運算。
4. 如申請專利範圍第1項所述之去漣波裝置，其中該第一像素組與該第二像素組之像素值複雜度分別對應該像素序列在該目標像素之前與之後的像素值複雜度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之去漣波裝置，更包含一暫存器，用以設定該第一像素組與該第二像素組之該重疊像素數。
6. 如申請專利範圍第1項所述之去漣波裝置，更包含一另一暫存器，用以儲存M、N之值。
7. 如申請專利範圍第1項所述之去漣波裝置，其中該第一像素組之像素值複雜度係依據該第一像素組中之最大像素值與最小像素值之差而決定。
8. 如申請專利範圍第7項所述之去漣波裝置，其中該第二像素組之像素值複雜度係依據該第二像素組中之最大像素值與最小像素值之差而決定。
9. 如申請專利範圍第1項所述之去漣波裝置，其中該去漣波強度決定單元係依據該第一像素組之像素值複雜度與一第一臨界值之比較結果以及該第二像素組之像素 值複雜度與一第二臨界值之比較結果，決定該去漣波強度係數。
10. 如申請專利範圍第9項所述之去漣波裝置，其中當該第一像素組之像素值複雜度小於該第一臨界值且該第二像素組之像素值複雜度大於該第二臨界值時，或者當該第一像素組之像素值複雜度大於該第一臨界值且該第二像素組之像素值複雜度小於該第二臨界值時，該去漣波強度係數對應於一高去漣波強度。
11. 如申請專利範圍第9項所述之去漣波裝置，其中當該第一像素組之像素值複雜度小於該第一臨界值且該第二像素組之像素值複雜度小於該第二臨界值時，該去漣波強度係數對應於一低去漣波強度。
12. 如申請專利範圍第9項所述之去漣波裝置，其中當該第一像素組之像素值複雜度大於該第一臨界值且該第二像素組之像素值複雜度大於該第二臨界值時，該去漣波強度係數對應於一低去漣波強度。
13. 一種去漣波方法，包含：接收一輸入像素序列；分別偵測該輸入像素序列中關聯於一目標像素之一第一像素組與一第二像素組之像素值複雜度，並決定該第一像素組與該第二像素組之一重疊像素數；以及依據該第一像素組與該第二像素組之像素值複雜度，以決定該目標像素所對應之一去漣波強度係數； 其中，當該第一像素組與該第二像素組之該重疊像素數為零時，該第一像素組包含該目標像素之前的M個像素，該第二像素組包含該目標像素之後的N個像素；而當該第一像素組與該第二像素組之該重疊像素數為(2n-1)時，該第一像素組包含該目標像素、該目標像素之前的M個像素及該目標像素之後的(n-1)個像素，該第二像素組包含該目標像素、該目標像素之後的N個像素及該目標像素之前的(n-1)個像素；n、M、N為正整數；其中，M、N係依據該輸入像素序列之一畫面解析度而決定。
14. 如申請專利範圍第13項所述之去漣波方法，更包含：增強該輸入像素序列之銳利度，以輸出一增強像素序列；以及依據該去漣波強度係數，對該輸入像素序列及該增強像素序列執行一混合運算，以產生一輸出視訊訊號。
15. 如申請專利範圍第13項所述之去漣波方法，其中該決定去漣波強度係數之步驟係藉由查詢一查詢表以決定該去漣波強度係數。
16. 如申請專利範圍第13項所述之去漣波方法，其中該第一像素組與該第二像素組之像素值複雜度分別對應該輸入像素序列在該目標像素之前與之後的像素值複雜度。
17. 如申請專利範圍第13項所述之去漣波方法，其中該第 一像素組之像素值複雜度係依據該第一像素組中之最大像素值與最小像素值之差而決定。
18. 如申請專利範圍第17項所述之去漣波方法，其中該第二像素組之像素值複雜度係依據該第二像素組中之最大像素值與最小像素值之差而決定。
19. 如申請專利範圍第13項所述之去漣波方法，其中該決定去漣波強度係數之步驟係依據該第一像素組之像素值複雜度與一第一臨界值之比較結果以及該第二像素組之像素值複雜度與一第二臨界值之比較結果，決定該去漣波強度係數。
20. 如申請專利範圍第19項所述之去漣波方法，其中當該第一像素組之像素值複雜度小於該第一臨界值且該第二像素組之像素值複雜度大於該第二臨界值時，或者當該第一像素組之像素值複雜度大於該第一臨界值且該第二像素組之像素值複雜度小於該第二臨界值時，該去漣波強度係數對應於一高去漣波強度。
21. 如申請專利範圍第19項所述之去漣波方法，其中當該第一像素組之像素值複雜度小於該第一臨界值且該第二像素組之像素值複雜度小於該第二臨界值時，該去漣波強度係數對應於一低去漣波強度。
22. 如申請專利範圍第19項所述之去漣波方法，其中當該第一像素組之像素值複雜度大於該第一臨界值且該第二像素組之像素值複雜度大於該第二臨界值時，該去漣波強度係數對應於一低去漣波強度。