TWI479893B - 視訊訊號處理方法與裝置 - Google Patents

Description

視訊訊號處理方法與裝置

本發明是有關於一種視訊訊號處理技術，且特別是有關於一種調整解析度的視訊訊號處理技術。

在傳統的視訊訊號處理技術中，為了符合輸出訊號的格式，視訊訊號處理的裝置通常需要將不同解析度的資料轉換為後端的顯示裝置所需之解析度。

第1圖是傳統的視訊訊號處理系統的方塊圖。請參考第1圖，請參考第1圖，視訊訊號處理裝置包括記憶體110、縮放電路120以及編碼單元130。視訊訊號處理裝置接收的視訊影像的規格為解析度320×240(QVGA)的像素資料，所需輸出的視訊訊號的規格為解析度640×480(VGA)的情況下，記憶體110至少需要可分別用來暫存所接收的320×240的QVGA像素資料，以及640×480的VGA像素資料的記憶空間113與115。而上述的縮放電路120先發出一次讀取要求給記憶體110，以從記憶體110的記憶空間113中讀取出320×240的QVGA像素資料。之後，縮放電路120將所讀取出的QVGA像素資料之解析度放大為640×480解析度的VGA像素資料。最後，縮放電路120再對記憶體110發出寫入要求，以將640×480解析度的VGA像素資料寫入記憶體110的記憶空間115。

接下來，編碼單元130對記憶體110發出讀取要求，以讀取儲存在記憶空間115的640×480的VGA像素資 料，據以編碼為電視150所能接受之訊號格式，例如複合訊號(composite signal)。之後，編碼單元130將轉換後的類比視訊訊號輸出給電視150。

在上述視訊訊號處理裝置的操作中，縮放電路120必須要一再的對記憶體110發出讀取要求，以讀取記憶體110內的320×240的QVGA像素資料。另外，當縮放電路120將QVGA的資料進行縮放處理後，還必須對記憶體110發出寫入要求，以將處理後的640×480的VGA像素資料儲存至記憶體110。再者，編碼單元130也要讀取記憶體110內的640×480的VGA像素資料，以進行編碼處理。因此，對於記憶體110而言，每次的讀取跟寫入要求都會佔據相當大的頻寬，尤其當像素資料的圖片越大或解析度越大時，所耗掉的頻寬也會變得更大。由於在嵌入式的硬體架構中，記憶體110的頻寬的使用率大大影響一個系統的品質的好壞，因此，就傳統的視訊訊號處理裝置而言，品質往往受到記憶體110的頻寬所限制。另外，由於此架構，記憶體110最少需要足以儲存QVGA像素資料以及VGA像素資料的記憶空間113與115，因此，記憶體110將會占據許多積體電路的佈局空間。

另外，若上述電視150所要接收的視訊訊號之解析度規格為3：2或16：9等等此種非正常比例之解析度時，例如720×480，顯示裝置直接顯示出來自視訊訊號處理裝置的視訊訊號時，所顯示出的圖像將產生比例不對之情形。第2圖是在電視之解析度為非正常比例之情況下，傳統的視訊訊號處理裝置所顯示之圖像。其中，圖像210是 原始320×240的VGA像素資料的圖像，圖像220是經過縮放運算之後所得之640×480的VGA像素資料的圖像。圖像230是電視150所顯示的720×480之圖像。由上述圖像210~230可看出，經過縮放處理之圖像220與原始的圖像210相同，呈現完美的圓形圖案。然而，在電視150中所顯示之圖像230卻明顯有失真的現象，造成其所顯示的圖像轉變為一橢圓。因此，電視150必須將所接收的視訊資料在進一步進行水平縮放處理，或者是重新調整視訊訊號處理裝置內縮放電路120之設計，才能解決顯示圖像失真的問題。但是，此種設計將會大幅增加系統的硬體成本。除此之外，對於嵌入式系統的硬體架構而言，由於縮放電路120需要對整個圖片資料進行縮放運算，因此，整個視訊訊號處理裝置的硬體複雜度也會相對增加，嵌入式系統的硬體成本也大大地增加。

有鑒於此，本發明之一目的就是在提供一種視訊訊號處理方法與裝置，用以減少記憶體之頻寬以及解決顯示裝置之解析度的不良比例的問題。

本發明之另一目的就是在提供一種視訊訊號處理方法與裝置，用以減少記憶體之使用量，以減少積體電路的佈局面積。

為達上述或其他目的，本發明提出一種視訊訊號處理方法，用以輸出P×Q的解析度之視訊訊號，該方法包括：接收一圖片資料，其中圖片資料包括M×N個像素資料， 而圖片資料的掃描方向包括M個像素資料；將圖片資料的掃描方向M個的像素資料進行縮放運算，以得到P個像素資料；將上述P個像素資料進行視訊訊號轉換，以得到該視訊訊號中的掃描線訊號；以及依據Q與N之比值，決定掃描線訊號的輸出次數。其中，上述M、N、P與Q為正整數。

本發明另外提出一種視訊訊號處理裝置，此視訊訊號處理裝置接收一圖片資料，而圖片資料包括M×N個像素資料，圖片資料的掃描方向包括M個像素資料，視訊訊號處理裝置用以輸出P×Q的解析度之視訊訊號。此視訊訊號裝置包括一水平縮放單元與一時序控制單元。其中，水平縮放單元將圖片資料的掃描方向的M個像素資料進行一縮放運算，以得到P個像素資料。時序控制單元將上述P個像素資料進行視訊訊號轉換，以得到視訊訊號中的一掃描線訊號，並依據Q與N之比值，決定掃描線訊號的輸出次數。其中，上述M、N、P與Q為正整數。

依照本發明的較佳實施例所述之視訊訊號處理裝置與方法，上述時序控制單元依據所決定的輸出次數，依序輸出掃描線訊號。其中上述掃描線訊號為一複合訊號(composite signal)。上述縮放運算使用一內插運算。上述視訊訊號處理裝置更包括一記憶體，用以儲存圖片資料中之M×N個像素資料。而上述P×Q之解析度的視訊訊號為640×480或720×480之視訊訊號。

本發明之精神是在於僅對每個掃描方向的像素資料進行縮放運算，並將縮放運算後的資料直接輸出給時序控 制單元，以減少存取記憶體的次數，並降低記憶體頻寬的使用率，進而使得整個視訊訊號處理的系統效能不再受到記憶體頻寬限制所影響。並且，本發明降低記憶體的使用量，減少積體電路佈局面積，以減低生產成本。另外，由於水平縮放單元僅對水平方向的像素資料進行縮放運算，因而本發明對於顯示裝置之解析度為不良規格的情況，只需對水平縮放單元內的縮放運算進行調整，就可解決顯示之圖像失真的問題，進而也減少了視訊訊號處理裝置的硬體成本。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

第3圖是根據本發明實施例所繪示的視訊訊號處理裝置的系統方塊圖。請參考第3圖，視訊訊號處理裝置包括水平縮放單元310、時序控制單元320以及記憶體330。視訊訊號處理裝置接收一圖片資料。此圖片資料為M×N個像素資料。而視訊訊號處理裝置耦接一顯示裝置350，而此顯示裝置350所需之視訊訊號之解析度為P×Q。在此為了方便說明本實施例，以下假設M×N之值為320×240，P×Q之值為640×480，並假設圖片資料的掃描方向為水平方向，該方向包括320個像素資料。

在視訊訊號處理裝置接收到圖片資料後，視訊訊號處理裝置將圖片資料內的320×240個像素資料儲存至記憶 體330。而水平縮放單元310讀取記憶體330內的圖片資料之水平方向，並對圖片資料的水平方向上的320個像素資料進行縮放運算。在此縮放運算例如為第4圖所示。第4圖繪示為本實施例的縮放運算的示意圖。請參考第4圖，符號○表示原始輸入的像素資料，符號●表示插入的像素資料。對於某一水平方向上的原始輸入的320個像素資料而言，經由縮放運算之後，每個原始輸入的像素資料中間，將插入一像素資料。而插入之像素資料之值由前後兩個原始的像素資料之平均而得。因此，整個圖片資料內的320×240個像素資料經由縮放運算，將得到640×240個像素資料。

請繼續參考第3圖，時序控制單元320耦接於水平縮放單元310，並接收經由縮放運算後所得之640個像素資料。在此若顯示裝置350所需的視訊訊號之格式與原始的像素資料格式不同時，時序控制單元320將依據顯示裝置所需之視訊訊號之格式，對640個像素資料進行視訊訊號編碼，以得到一掃描線訊號，並依據垂直方向的像素資料個數之比值，決定掃描線訊號輸出的次數。由於原始輸入的圖片資料為320×240個像素資料，而所需輸出視訊訊號的解析度為640×480。因此，垂直方向的像素資料個數之比值為480/240，而時序控制單元320輸出同一條掃描線訊號的次數為2。換句話說，每個水平方向上的像素資料所形成之掃描線訊號將被重複輸出兩次，使得經過縮放運算的640×240個像素資料在被時序控制單元320輸出之後，顯示裝置350所接收到的視訊訊號之解析度可滿足 640×480的需求。

以目前常用的規格為例，若顯示裝置350所需之視訊訊號格式為複合訊號(composite signal)。而本實施例之時序控制單元320在接收到來自水平縮放單元310的640個像素資料之後，先將640個像素資料轉換為類比的複合訊號。之後，時序控制單元320再將此轉換後的複合訊號重複輸出兩次至顯示裝置350，以滿足解析度為640×480的需求。

由於水平縮放單元310僅對水平方向的圖片資料進行縮放運算，而不是對整個圖片資料進行縮放運算。因此，本發明與傳統的視訊訊號處理裝置相比，本發明大大地降低了視訊訊號處理裝置內縮放處理所需的複雜度，並且也降低硬體的成本。另外，由於本實施例中，僅對所輸入的圖片資料進行水平縮放運算，此運算可用內插法的方式實施，故上述的水平縮放單元310無須利用硬體，可以用軟體或韌體來實施，使得視訊訊號處理裝置的設計可以更加具有彈性，以搭配不同解析度之規格。另外，在上述視訊訊號處理的架構中，記憶體330只需要儲存320×240個像素資料，因此，本發明可以大大減低在視訊訊號處理上所需使用的記憶體330的容量。並且，水平縮放單元310只需依序讀取出記憶體330內水平方向的圖片資料，不需將縮放運算後的資料寫入記憶體。因此，本發明也能夠降低對記憶體330寫入與讀取的次數，故本發明能有效降低記憶體頻寬的使用率。

另外，若顯示裝置350所需之解析度為720×480之視 訊訊號時，上述水平縮放單元310將每個水平方向的320個像素資料進行縮放運算，以產生出水平方向的720個像素資料。在此縮放運算例如為第5圖所示。第5圖繪示為本實施例的縮放運算的示意圖。請參考第5圖，符號○表示原始輸入的像素資料，符號●表示經由運算所得之的像素資料。其中，水平縮放單元將320個像素資料經由內插運算之後，產生720個像素資料。因此，圖片資料內的320×240個像素資料經由縮放運算，將得到720×240個像素資料。同樣地，時序控制單元320將水平方向上720個像素資料轉換為掃描線訊號之後，再將掃描線訊號重複輸出兩次。因此，顯示裝置350所接收到的視訊訊號之解析度為720×480。

由上述的作法可知，水平縮放單元310直接對水平方向的圖片資料進行縮放運算，再經由時序控制單元320依序將水平方向上之視訊訊號輸出至顯示裝置350。因此，當顯示裝置350直接顯示所接收到的掃描線訊號時，所顯示的圖像並不會產生圖片失真的問題，如第6圖所示。第6圖是本發明實施例的視訊訊號處理裝置所顯示之圖像。請參考第6圖，原始的圖片資料一正圓之圖像，而顯示裝置350能夠顯示出原本的正圓之圖像。換句話說，本發明對於顯示裝置所需之解析度為3：2或16：9等等不良比例之規格時，仍能夠讓顯示裝置真實地顯示出原始之圖像，並且也不需增加多餘的硬體成本。

由上述的實施方式，本發明可以整理一種視訊訊號處理方法。第7圖是根據本發明實施例所繪示的視訊訊號處 理方法的步驟流程圖。請參考第7圖：

步驟S710：開始進行本發明實施例的視訊訊號處理。

步驟S720：接收一圖片資料，其中，圖片資料包括M×N個像素資料，圖片資料的掃描方向包括M個像素資料。

步驟S730：對圖片資料的掃描方向的像素資料進行一縮放運算，以得到P個像素資料。

步驟S740：將上述P個像素資料進行視訊訊號轉換，以得到視訊訊號中的一掃描線訊號。

步驟S750：依據Q與N之比值，決定掃描線訊號的輸出次數。

步驟S760：依據所決定的輸出次數，依序輸出掃描線訊號。

步驟S770：結束視訊訊號處理。

雖然上述實施例是以複合訊號作舉例，然而所屬技術領域具有通常知識者，根據本發明上述幾個實施例，應當可以推論，當所輸出的信號為YC、YUV、YCbCr等等，應當都可以應用本發明實施例的視訊訊號處理方式來獲得良好的結果。

綜上所述，本發明之精神是在於僅對每個掃描方向的像素資料進行縮放運算，並將縮放運算後的資料直接輸出給時序控制單元。因此，本發明至少有以下幾個優點：1.減少存取記憶體的次數，並降低記憶體頻寬的使用率，進而使得整個視訊訊號處理的系統效能不再受到記憶體頻寬限制所影響； 2.降低記憶體的使用量，減少積體電路佈局面積，以減低生產成本；3.由於水平縮放單元310僅對水平方向的圖片資料進行縮放運算，因而本發明大大地降低了縮放處理所需的複雜度，進而也降低硬體的成本；以及4.由於水平縮放單元僅對掃描方向的像素資料進行縮放運算，因而對於顯示裝置之解析度為不良規格的情況，本發明只需對水平縮放單元內的縮放運算進行調整，就可解決顯示之圖像失真的問題，進而也減少了視訊訊號處理裝置的硬體成本。

在較佳實施例之詳細說明中所提出之具體實施例僅用以方便說明本發明之技術內容，而非將本發明狹義地限制於上述實施例，在不超出本發明之精神及以下申請專利範圍之情況，所做之種種變化實施，皆屬於本發明之範圍。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為准。

110‧‧‧記憶體

113、115‧‧‧記憶空間

120‧‧‧縮放單元

130‧‧‧編碼單元

150‧‧‧類比電視

310‧‧‧水平縮放單元

320‧‧‧時序控制單元

330‧‧‧記憶體

350‧‧‧顯示裝置

S710~S770‧‧‧本發明實施例所繪示的視訊訊號處理方法的各步驟

第1圖是傳統的視訊訊號處理系統的方塊圖。

第2圖是在電視之解析度為非正常比例之情況下，傳統的視訊訊號處理裝置所顯示之圖像。

第3圖是根據本發明實施例所繪示的視訊訊號處理裝置的系統方塊圖。

圖4是本實施例縮放運算的示意圖。

圖5是本實施例縮放運算的示意圖。

第6圖是本發明實施例的視訊訊號處理裝置所顯示之圖像。

第7圖是根據本發明實施例所繪示的視訊訊號處理方法的步驟流程圖。

310‧‧‧水平縮放單元

320‧‧‧時序控制單元

330‧‧‧記憶體

350‧‧‧顯示裝置

Claims (11)

1. 一種視訊訊號處理方法，用以輸出一P×Q的解析度之視訊訊號，該方法包括：接收一圖片資料，其中，該圖片資料包括M×N個像素資料，該圖片資料的掃描方向包括M個像素資料；將該圖片資料的掃描方向的M個像素資料進行一縮放運算，以得到P個像素資料；在不將上述P個像素資料儲存的情況下，直接將上述P個像素資料進行視訊訊號轉換，以得到該視訊訊號中的一掃描線訊號；以及依據該Q與N之比值，決定該掃描線訊號的輸出次數，其中，M、N、P與Q為正整數。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之視訊訊號處理方法，更包括：依據所決定的輸出次數，依序輸出該掃描線訊號。
3. 如申請專利範圍第1項所記載之視訊訊號處理方法，其中該掃描線訊號為一複合訊號(composite signal)。
4. 如申請專利範圍第1項所記載之視訊訊號處理方法，其中該縮放運算使用一內插運算。
5. 如申請專利範圍第1項所記載之視訊訊號處理方 法，其中上述視訊訊號之解析度為640×480或720×480。
6. 一種視訊訊號處理裝置，接收一圖片資料，該圖片資料包括M×N個像素資料，該圖片資料的掃描方向包括M個像素資料，該視訊訊號處理裝置用以輸出一P×Q的解析度之視訊訊號，該裝置包括：一水平縮放單元，用以將該圖片資料的掃描方向的M個像素資料進行一縮放運算，以得到P個像素資料；以及一時序控制單元，用以在不將上述P個像素資料儲存的情況下，直接將上述P個像素資料進行視訊訊號轉換，以得到該視訊訊號中的一掃描線訊號，並依據該Q與N之比值，決定該掃描線訊號的輸出次數，其中，M、N、P與Q為正整數。
7. 如申請專利範圍第6項所記載之視訊訊號處理裝置，其中該時序控制單元依據所決定的輸出次數，依序輸出該掃描線訊號。
8. 如申請專利範圍第6項所記載之視訊訊號處理裝置，其中該掃描線訊號為一複合訊號。
9. 如申請專利範圍第6項所記載之視訊訊號處理裝置，其中該縮放運算使用一內插運算。
10. 如申請專利範圍第6項所記載之視訊訊號處理裝 置，更包括：一記憶體，用以儲存該圖片資料中之M×N個像素資料。
11. 如申請專利範圍第6項所記載之視訊訊號處理裝置，其中上述視訊訊號之解析度為640×480或720×480。