TWI450577B - 依據五點形取樣圖框來重建一立體影像流之方法與系統 - Google Patents

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Description

依據五點形取樣圖框來重建一立體影像流之方法與系統
本發明相關於一種重建立體影像流之方法與系統，尤指一種依據五點形取樣圖框來重建立體影像流之方法與系統。
本發明相關於一種處理一立體影像流之方法與系統，尤指一種依據五點形取樣圖框來重建一立體影像流之方法與系統。
三維(three-dimensional,3D)立體顯示技術提供了較傳統二維(two-dimensional,2D)顯示技術更為栩栩如生的視覺經驗。一般而言，立體影像處理涉及至少兩個影像系統，其影像或影片可由兩個稍有不同的角度與位置所拍攝，此二種影像以某種方式分別呈現給觀賞者，其目的在於模擬人類因雙眼間位置和角度的些微差異而感受到的深度。在前述場序式(frame sequential)三維顯示系統中，此二種影像通常經由快門眼鏡來分別呈現給觀看者。快門眼鏡可使用電子控制式液晶材料來製作左眼鏡片和右眼鏡片，左眼鏡片和右眼鏡片之開啟時間分別同步於左眼影像和右眼影像的顯示區間，使得觀看者左眼只看見左眼影像，而右眼只看見右眼影像，進而讓觀看者感受到類似真實視覺中的深度錯覺。
目前市面上三維高畫質電視(3D high-definition television,HDTV)大多數依據前述場序式方式來運作。然而，三維高畫質電視並不一定只能接收具備場序式格式之輸入訊號，而是能將不同格式之輸入訊號快速地(on-the-fly)轉換為場序式格式。雖然場序式格式為藍光三維規範的一部份，但在傳輸三維立體影像資料時，水平並列(side-by-side)格式常為較佳選擇。
第1A～1D圖為先前技術中一種三維立體影像之編碼方法。第1A圖顯示了全解析度(例如1920x1080)之一原始左眼圖框L和一原始右眼圖框R。第1B圖顯示了經五點形取樣(quincunx sample)原始左眼圖框L和原始右眼圖框R後分別得到之一取樣左眼圖框L’和一取樣右眼圖框R’。如相關領域具備通常知識者所熟悉，五點形取樣會保留某一列畫素之奇數行畫素並捨棄其偶數行畫素、保留下一列畫素之偶數行畫素並捨棄其奇數行畫素，...，依此類推。因此，五點形取樣後得到的保留畫素係在原始圖框內呈現棋盤式分佈。第1C圖顯示了半解析度(例如960x1080)之一壓縮左眼圖框L”和一壓縮右眼圖框R”，其中壓縮左眼圖框L”是在水平方向平移取樣左眼圖框L’之保留畫素(由右上至左下之斜線區域來表示)後的結果，而壓縮右眼圖框R”是在水平方向平移取樣右眼圖框R’之保留畫素(由左上至右下之斜線區域來表示)後的結果。第1D圖顯示了以水平並列方式設置壓縮左眼圖框L”和壓縮右眼圖框R”後得到之一水平並列圖框SBS。
相較於原始左眼圖框L和原始右眼圖框R，水平並列圖框SBS僅包含一半畫素數目，因此能提升傳輸效率。然而，之後需要能夠重建在五點形取樣時捨棄之像素，才能顯示對應於原始左眼圖框L和原始右眼圖框R之影像。先前技術會直接依據捨棄像素週圍的畫素和內插法來重建捨棄像素，但捨棄像素之重建值容易造成對角線缺陷，影響顯示品質。因此，針對五點形取樣圖框內之捨棄像素，需能提供一種重建高品質立體影像流之方法。
本發明提供一種依據複數個壓縮畫面來重建一立體影像流之方法，其中每一壓縮畫面為五點形取樣一左眼畫面和一右眼畫面後分別得到之一左眼取樣畫面和一右眼取樣畫面並列而成，每一壓縮畫面包含該左眼畫面和該右眼畫面中一半數目之原始像素，該些原始像素設置於相對應複數條水平線和複數條垂直線之交會處且環繞著相對應捨棄像素。針對位於一第(n-1)條水平線至一第(n+1)條水平線中一第n條水平線和一第(n-2)條垂直線至一第(n+2)條垂直線中一第n條垂直線交會之一捨棄像素，該方法包含依據一第一水平像素對來求出一第一中間值，並將該第一中間值存入一儲存單元，其中該第一水平像素對之一第一像素係為位在該第n條水平線和該第(n-1)條垂直線之交會處，而該第一水平像素對之一第二像素係位在該第n條水平線和該第(n+1)條垂直線之交會處；依據一第一垂直像素對來提供一第二中間值，並將該第二中間值存入該儲存單元，其中該第一垂直像素對之一第三像素係為位在該第(n-1)條水平線和該第n條垂直線之交會處，而該第一垂直像素對之一第四像素係位在該第(n+1)條水平線和該第n條垂直線之交會處；依據該第一水平像素對、該第(n-1)條水平線上至少3相鄰像素和該第(n+1)條水平線上至少3相鄰像素來提供一水平相關參數，並將該水平相關參數存入該儲存單元；依據該第一垂直像素對、該第(n-2)條垂直線上至少2相鄰像素和該第(n+2)條垂直線上至少2相鄰像素來提供一垂直相關參數，並將該垂直相關參數存入該儲存單元；以及依據該水平相關參數和該垂直相關參數來加權該第一中間值和該第二中間值以重建該捨棄像素。
本發明另提供一種重建一立體影像流之系統，其包含一影像源、一立體影像處理器、一儲存單元，以及一輸出緩衝器。該影像源用來提供複數個壓縮畫面，每一壓縮畫面為五點形取樣一左眼畫面和一右眼畫面後分別得到之一左眼取樣畫面和一右眼取樣畫面並列而成，每一壓縮畫面包含該左眼畫面和該右眼畫面中一半數目之原始像素，該些原始像素設置於相對應複數條水平線和複數條垂直線之交會處且環繞著相對應捨棄像素。立體影像處理器包含一輸入緩衝器，用來接收該複數個壓縮畫面；一空間內插器，用來執行一內插法以提供該立體影像流。該內插法包含針對位於一第(n-1)條水平線至一第(n+1)條水平線中一第n條水平線和一第(n-2)條垂直線至一第(n+2)條垂直線中一第n條垂直線交會之一捨棄像素：依據一第一水平像素對來求出一第一中間值，其中該第一水平像素對之一第一像素係為位在該第n條水平線和該第(n-1)條垂直線之交會處，而該第一水平像素對之一第二像素係位在該第n條水平線和該第(n+1)條垂直線之交會處；依據一第一垂直像素對來提供一第二中間值，其中該第一垂直像素對之一第三像素係為位在該第(n-1)條水平線和該第n條垂直線之交會處，而該第一垂直像素對之一第四像素係位在該第(n+1)條水平線和該第n條垂直線之交會處；依據該第一水平像素對、該第(n-1)條水平線上至少3相鄰像素和該第(n+1)條水平線上至少3相鄰像素來提供一水平相關參數；依據該第一垂直像素對、該第(n-2)條垂直線上至少2相鄰像素和該第(n+2)條垂直線上至少2相鄰像素來提供一垂直相關參數；以及依據該水平相關參數和該垂直相關參數來加權該第一中間值和該第二中間值以重建該捨棄像素；以及依據重建後之該捨棄像素來產生該立體影像流。該儲存單元用來儲存該第一中間值、該第二中間值、該水平相關參數和該垂直相關參數。輸出緩衝器用來輸出該立體影像流。
第2圖為本發明中一種重建立體影像之方法，其中五點形取樣影像中的保留像素由實心圓形來表示，而捨棄像素則由虛線圓形來表示。針對位於水平線HLn 和垂直線VLn 交會處的一捨棄像素PX，本發明之實施例中依據位於3條相鄰水平線HLn-1 ～HLn+1 和5條相鄰垂直線VLn-2 ～VLn+2 交會處之保留像素來重建資料。如第2圖所示，捨棄像素PX可依據保留像素P1～P8之值來重建。
首先，本發明會依據位於捨棄像素PX週圍的保留像素P1～P4來求出一第一中間值M1 和一第二中間值M2 ：
M1 =(P1+P2)/2　(1)
M2 =(P3+P4)/2　(2)
接著，本發明會依據由保留像素P1～P8所組成之5組水平像素對來求出一水平相關參數WH ，以及依據由保留像素P3～P8所組成之3組垂直像素對來求出一垂直相關參數WV ：
WH =|P1-P2|+(|P5-P3|+|P3-P6|+|P7-P4|+|P4-P8|)/2　(3)
WV =|P5-P7|+|P3-P4|+|P6-P8|　(4)
若水平相關參數WH 和垂直相關參數WV 之和等於零(WH +WV =0)，此時可依據第一中間值M1 和第二中間值M2 之平均值來重建捨棄像素PX。若水平相關參數WH 和垂直相關參數WV 之和不等於零(WH +WV≠ 0)，此時可依據水平相關參數WH 和垂直相關參數WV 來加權第一中間值M1 和第二中間值M1 ，再依據加權後之第一中間值M1 和第二中間值M2 之和來重建捨棄像素PX。重建後之捨棄像素PX其值如下：
PX=(M1 +M2 )/2,當WH +WV =0　(5)
PX=(M2 *WH +M1 *WV )/(WH +WV ),當WH +WV≠ 0　(6)
一般來說，影像內大部分區域為平緩變化，亦即一捨棄像素在壓縮前之原始值極有可能和其週圍像素之值相當接近。然而，相較於先前技術僅採用4個週圍像素P1～P4之平均值，本發明另使用像素P5～P8來重建捨棄像素PX。
如公式(1)和(2)所示，第一中間值M1 相關於一水平像素對P1-P2，而第二中間值M2 相關於一垂直像素對P3-P4。
如公式(3)所示，捨棄像素PX之水平相關參數WH 相關於5組水平像素對：耦接於水平線HLn-1 之2組水平像素對P5-P3和P3-P6，耦接於水平線HLn+1 之2組水平像素對P7-P4和P4-P8，以及耦接於水平線HLn 之水平像素對P1-P2。如公式(4)所示，捨棄像素PX之垂直相關參數WV 相關於3組垂直像素對：耦接於垂直線VLn-1 之垂直像素對P5-P7，耦接於垂直線VLn+1 之垂直像素對P6-P8，以及耦接於垂直線VLn 之垂直像素對P3-P4。
由於水平相關參數WH 係依據5組水平像素對來計算出，垂直相關參數WV 係依據3組垂直像素對來計算出，本發明可包含正規化(normalization)。舉例來說，計算水平相關參數WH 時可考量主要水平像素對P1-P2的全值，而其餘4組次要水平像素對之值則會依據所有相關水平像素對之總數來加以加權；計算垂直相關參數WV 時可考量主要垂直像素對P3-P4的全值，而其餘2組次要垂直像素對之值則會依據所有相關垂直像素對之總數來加以加權。換而言之，本發明在公式(3)中會將4組水平像素對P5-P3、P3-P6、P7-P4和P4-P8之總和除以2(以2/4加權)，而在公式(4)中會將2組垂直像素對P5-P7和P6-P8之總和以4/4加權。
公式(5)成立的條件是所有像素對之值皆為0，此時捨棄像素之重建值亦為0。當公式(6)成立時(WH +WV≠ 0)，此時捨棄像素之重建值為一內插值(M2 *WH +M1 *WV )/(WH +WV )，其係依據複數組相鄰像素對來求出。
在第2圖所示之實施例中，在重建位於水平線HLn 和垂直線VLn 交會處之捨棄像素PX時，本發明會依據位於3條相鄰水平線HLn-1 ～HLn+1 和5條相鄰垂直線VLn-2 ～VLn+2 交會處之保留像素P1～P8。在其它實施例中，本發明亦可依據更多保留像素來重建捨棄像素PX。舉例來說，假設水平相關參數WH 係依據主要水平像素對P1-P2和NH 組次要水平像素對來計算出，而垂直相關參數WV 係依據主要垂直像素對P3-P4和NV 組次要垂直像素對來計算出。水平相關參數WH 和垂直相關參數WV 之值如下所示：
WH =|P1-P2|+KH *(DH(1)+DH(2)+...DH(NH )　(7)
WV =|P3-P4|+KV *(DV(1)+DV(2)+...DV(NV )　(8)
其中KH *NH =KV *NV 　(9)
DH(1)～DH(NH )代表每一相對應水平像素對之間差值的絕對值，而DV(1)～DV(NV )代表每一相對應垂直像素對之間差值的絕對值。計算水平相關參數WH 時可考量主要水平像素對P1-P2的全值，而其餘次要水平像素對之值則會以一正規化參數KH 來加權；計算垂直相關參數WV 時可考量主要垂直像素對P3-P4的全值，而其餘次要垂直像素對之值則會以一正規化參數KV 來加權。正規化參數KH 和KV 之關係如公式(9)所示，其目的在於使水平相關參數WH 和垂直相關參數WV 會實質上包含相同數目像素對之影響。
除了第2圖實施例所示之水平像素對P1-P2、P5-P3、P3-P6、P7-P4和P4-P8外，NH 組水平像素對可包含耦接至水平線HLn-1 或HLn+1 之其它水平像素對，或是耦接至其它水平線(例如HLn-2 或HLn+2 )之其它水平像素對。除了第2圖實施例所示之垂直像素對P3-P4、P5-P7、P3-P6和P6-P8外，NV 組垂直像素對可包含耦接至垂直線VLn-2 、VLn 或VLn+2 之其它垂直像素對，或是耦接至其它垂直線(例如VLn-4 或VLn-4 )之其它垂直像素對。
第3圖為一三維顯示系統100之方塊圖，其可實施前述本發明中重建立體影像的方法。三維顯示系統100包含一影像源10、一立體影像處理器20，以及一顯示裝置30。影像源10可提供代表一影像之一原始二維影像訊號S1，其包含複數個以前述五點形取樣後得到的複數個水平並列圖框。立體影像處理器20包含一輸入緩衝器22、一空間內插器(spatial interpolator)24、一儲存單元26，以及一輸出緩衝器28。輸入緩衝器22用來接收原始二維影像資料S1，以進行後續處理。空間內插器24可對原始二維影像訊號S1內之捨棄像素執行前述公式(1)至公式(9)所示之內插方法，進而提供一三維立體影像訊號S2，其中三維立體影像訊號S2之每一重建圖框其中一半為原始保留像素，而另一半為內插求得之像素。三維立體影像訊號S2可透過輸出緩衝器28傳送至顯示裝置30，以播放相對應影像。更詳細地說，依據顯示裝置30的種類，立體影像處理器20可更進一步將三維立體影像訊號S2轉換為一相對應格式，例如藍紅立體格式(anaglyph)或交錯線格式(interline)等，而此種格式轉換可在空間內插器24之後端(post-end)進行。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10．．．影像源
20．．．立體影像處理器
22．．．輸入緩衝器
24．．．空間內插器
26．．．儲存單元
28．．．輸出緩衝器
30．．．顯示裝置
100．．．三維顯示系統
L．．．原始左眼圖框
R．．．原始右眼圖框
L’‧‧‧取樣左眼圖框
R’‧‧‧取樣右眼圖框
L”‧‧‧壓縮左眼圖框
R”‧‧‧壓縮右眼圖框
SBS‧‧‧水平並列圖框
PX、P1~P8‧‧‧像素
HLn-1 ~HLn+1 ‧‧‧水平線
VLn-2 ~VLn+2 ‧‧‧垂直線
第1A～1D圖為先前技術中一種三維立體影像之編碼方法。
第2圖為本發明中一種重建立體影像之方法。
第3圖為本發明中一三維顯示系統之方塊圖。
PX、P1～P8．．．像素
HLn-1 ～HLn+1 ．．．水平線
VLn-2 ～VLn+2 ．．．垂直線

Claims (11)

  1. 一種依據複數個壓縮畫面來重建一立體影像流之方法，其中每一壓縮畫面為五點形取樣(quincunx sample)一左眼畫面和一右眼畫面後分別得到之一左眼取樣畫面和一右眼取樣畫面並列而成，每一壓縮畫面包含該左眼畫面和該右眼畫面中一半數目之原始像素，該些原始像素設置於相對應複數條水平線和複數條垂直線之交會處且環繞著相對應捨棄像素，該方法包含：針對位於一第(n-1)條水平線至一第(n+1)條水平線中一第n條水平線和一第(n-2)條垂直線至一第(n+2)條垂直線中一第n條垂直線交會之一捨棄像素：平均一第一水平像素對之一第一像素和一第二像素來求出一第一中間值，並將該第一中間值存入一儲存單元，其中該第一像素係為位在該第n條水平線和該第(n-1)條垂直線之交會處，而該第二像素係位在該第n條水平線和該第(n+1)條垂直線之交會處；平均一第一垂直像素對之一第三像素和一第四像素來提供一第二中間值，並將該第二中間值存入該儲存單元，其中該第三像素係為位在該第(n-1)條水平線和該第n條垂直線之交會處，而該第四像素係位在該第(n+1)條水平線和該第n條垂直線之交 會處；依據該第一水平像素對、該第(n-1)條水平線上至少3相鄰像素和該第(n+1)條水平線上至少3相鄰像素來提供一水平相關參數，並將該水平相關參數存入該儲存單元；依據該第一垂直像素對、該第(n-2)條垂直線上至少2相鄰像素和該第(n+2)條垂直線上至少2相鄰像素來提供一垂直相關參數，並將該垂直相關參數存入該儲存單元；以及依據該水平相關參數和該垂直相關參數來加權該第一中間值和該第二中間值以重建該捨棄像素。
  2. 如請求項1所述之方法，其另包含：依據該第一水平像素對、一第二水平像素對、一第三水平像素對、一第四水平像素對和一第五水平像素對來提供該水平相關參數；其中該第二水平像素對包含一第五像素和該第三像素，該第三水平像素對包含該第三像素和一第六像素，該第四水平像素對包含一第七像素和該第四像素，該第五水平像素對包含該第四像素和一第八像素，且：該第五像素係位在該第(n-1)條水平線和該第(n-2)條垂直線之交會處，該第六像素係位 在該第(n-1)條水平線和該第(n+2)條垂直線之交會處，該第七像素係位在該第(n+1)條水平線和該第(n-2)條垂直線之交會處，而該第八像素係位在該第(n+1)條水平線和該第(n+2)條垂直線之交會處。
  3. 如請求項2所述之方法，其另包含：計算|P1-P2|+(|P5-P3|+|P3-P6|+|P7-P4|+|P4-P8|)/4以提供該水平相關參數，其中P1~P8分別代表該第一至第八像素之值。
  4. 如請求項1所述之方法，其另包含：依據該第一垂直像素對、一第二垂直像素對和一第三垂直像素對來提供該垂直相關參數；其中該第二垂直像素對包含一第五像素和一第七像素，該第三垂直像素對包含一第六像素和一第八像素，且：該第五像素係位在該第(n-1)條水平線和該第(n-2)條垂直線之交會處，該第六像素係位在該第(n-1)條水平線和該第(n+2)條垂直線之交會處，該第七像素係位在該第(n+1)條水平線和該第(n-2)條垂直線之交會處，而該第八像素係位在該第(n+1)條水平線和 該第(n+2)條垂直線之交會處。
  5. 如請求項3所述之方法，其另包含：計算|P3-P4|+|P5-P7|+|P6-P8|以提供該垂直相關參數，其中P3~P8分別代表該第三至第八像素之值。
  6. 如請求項1所述之方法，其另包含：當該水平相關參數和該垂直相關參數之和等於零時，平均該第一中間值和該第二中間值以重建該捨棄像素。
  7. 如請求項1所述之方法，其另包含：當該水平相關參數和該垂直相關參數之和不等於零時，計算(M1*WV+M2*WH)/(WH+WV)以重建該捨棄像素，其中M1代表該第一中間值，M2代表該第二中間值，WH代表該水平相關參數，而WV代表該垂直相關參數。
  8. 一種重建一立體影像流之系統，其包含：一影像源，用來提供複數個壓縮畫面，每一壓縮畫面為五點形取樣一左眼畫面和一右眼畫面後分別得到之一左眼取樣畫面和一右眼取樣畫面並列而成，每一壓縮畫面包含該左眼畫面和該右眼畫面中一半數目之原始像素，該些原始像素設置於相對應複數條水平線 和複數條垂直線之交會處且環繞著相對應捨棄像素；一立體影像處理器，其包含：一輸入緩衝器，用來接收該複數個壓縮畫面；一空間內插器，用來執行一內插法以提供該立體影像流，該內插法包含：針對位於一第(n-1)條水平線至一第(n+1)條水平線中一第n條水平線和一第(n-2)條垂直線至一第(n+2)條垂直線中一第n條垂直線交會之一捨棄像素：平均一第一水平像素對之一第一像素和一第二像素來求出一第一中間值，其中該第一像素係為位在該第n條水平線和該第(n-1)條垂直線之交會處，而該第二像素係位在該第n條水平線和該第(n+1)條垂直線之交會處；平均一第一垂直像素對之一第三像素和一第四像素來提供一第二中間值，其中該第三像素係為位在該第(n-1)條水平線和該第n條垂直線之交會處，而該第四像素係位在該第(n+1)條水平線和該第n條垂直線之交會處；依據該第一水平像素對、該第(n-1)條水平線上至少3相鄰像素和該第(n+1)條水平線上至少3相鄰像素來提供一水平相關參數；依據該第一垂直像素對、該第(n-2)條垂直線上 至少2相鄰像素和該第(n+2)條垂直線上至少2相鄰像素來提供一垂直相關參數；以及依據該水平相關參數和該垂直相關參數來加權該第一中間值和該第二中間值以重建該捨棄像素；以及依據重建後之該捨棄像素來產生該立體影像流；一儲存單元，用來儲存該第一中間值、該第二中間值、該水平相關參數和該垂直相關參數；以及一輸出緩衝器，用來輸出該立體影像流。
  9. 如請求項8所述之系統，其中該立體影像處理器係用來：依據該第一水平像素對、一第二水平像素對、一第三水平像素對、一第四水平像素對和一第五水平像素對來提供該水平相關參數；依據該第一垂直像素對、一第二垂直像素對和一第三垂直像素對來提供該垂直相關參數；其中該第二水平像素對包含一第五像素和該第三像素，該第三水平像素對包含該第三像素和一第六像素，該第四水平像素對包含一第七像素和該第四像素，該第五水平像素對包含該第四像素和一第八像素，該第二垂直像素對包含該第五像素和一第七像素，該第三垂直像素對包含該第六像素和該第八像素，且： 該第五像素係位在該第(n-1)條水平線和該第(n-2)條垂直線之交會處，該第六像素係位在該第(n-1)條水平線和該第(n+2)條垂直線之交會處，該第七像素係位在該第(n+1)條水平線和該第(n-2)條垂直線之交會處，而該第八像素係位在該第(n+1)條水平線和該第(n+2)條垂直線之交會處。
  10. 如請求項9所述之系統，其中該立體影像處理器另用來：計算|P1-P2|+(|P5-P3|+|P3-P6|+|P7-P4|+|P4-P8|)/4以提供該水平相關參數；且計算|P3-P4|+|P5-P7|+|P6-P8|以提供該垂直相關參數，其中P1~P8分別代表該第一至第八像素之值。
  11. 如請求項8所述之系統，其中該立體影像處理器係用來：當該水平相關參數和該垂直相關參數之和等於零時，平均該第一中間值和該第二中間值以重建該捨棄像素；且當該水平相關參數和該垂直相關參數之和不等於零時，計算(M1*WV+M2*WH)/(WH+WV)以重建該捨棄像素，其中M1代表該第一中間值，M2代表該第二中間值，WH代表該水平相關參數，而WV代表該垂直相關參數。
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