TWI664852B - 影像處理裝置及影像處理方法 - Google Patents

影像處理裝置及影像處理方法 Download PDF

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Abstract

本發明揭露一種影像處理裝置與影像處理方法。影像處理方法包含：參考複數個圖幀或與該些圖幀相關之一輔助資料以判斷該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀；根據該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀來選擇該些圖幀，以產生複數個選取的圖幀；以及對該些選取的圖幀進行影像處理。其中當該些圖幀未包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀與該些圖幀相同，當該些圖幀包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀為該些圖幀的一部分。

Description

影像處理裝置及影像處理方法
本發明是關於影像處理裝置及影像處理方法，尤其是關於應用於補重複幀（pull-up）訊號之影像處理裝置及影像處理方法。
圖1係習知影像處理裝置的功能方塊圖。影像處理裝置100包含輸入級110、影像強化電路120、幀率轉換電路130以及記憶體140。輸入級110對影像訊號Vin做前置處理，例如對影像訊號Vin進行解碼。解碼的過程中輸入級110需將影像資料寫入及讀出記憶體140。解碼完成後輸入級110輸出影像資料V1至影像強化電路120。如果影像訊號Vin為不需解碼的影像訊號，則輸入級110可以直接輸出影像資料V1。影像強化電路120對影像資料V1進行影像強化處理，例如降低雜訊、提升清晰度（sharpness）、影像縮放（scaling）等操作，然後輸出影像資料V2。幀率轉換電路130對影像資料V2進行幀率轉換，例如將影像從60fps（frame per second，每秒幀數）轉換成120fps。幀率轉換電路130進行幀率轉換的過程中需將影像資料寫入及讀出記憶體140，並於轉換完成後輸出影像資料V3。
當影像訊號Vin為補重複幀訊號時，影像資料V1、影像資料V2及影像資料V3可能包含如圖2所示的圖幀（frame）。關於補重複幀的技術請參考https://en.wikipedia.org/wiki/Three-two_pull_down。如圖2所示，影像資料V1及影像資料V2皆包含重複的圖幀（至少包含三張圖幀(A)及兩張圖幀(B)）。幀率轉換電路130收到影像資料V2後，將影像資料V2存入記憶體140；接著幀率轉換電路130從影像資料V2的重複的圖幀中挑選其中之一（例如挑選三張圖幀(A)的其中之一、挑選兩張圖幀(B)的其中之一…），再根據挑選出的圖幀產生影像資料V3。幀率轉換電路130可以利用運動估計及運動補償（motion estimation motion compensation, MEMC）技術來產生影像資料V3，而影像資料V3原則上不包含重複的圖幀。在此例中，幀率轉換電路130根據圖幀(A)及圖幀(B)產生圖幀(A,B) 1與圖幀(A,B) 2，以及根據圖幀(B)及圖幀(C)產生圖幀(B,C) 2，其中(A,B) 1代表由圖幀(A)及圖幀(B)所產生的第一張圖幀，(B,C) 2代表由圖幀(B)及圖幀(C)所產生的第二張圖幀。
由圖1及圖2可知，雖然實際上僅有三張圖幀，影像強化電路120在處理影像資料V2時卻是對六張圖幀進行處理，換言之，有三次影像強化處理是重複的，且幀率轉換電路130也會將重複的圖幀寫入記憶體140，如此的操作會造成耗電增加、記憶體140的需求增加以及記憶體頻寬的浪費。
鑑於先前技術之不足，本發明之一目的在於提供一種影像處理裝置及影像處理方法，以降低電路的功耗及減少對記憶體頻寬的需求。
本發明揭露一種影像處理裝置，包含一解碼器、一影像模式偵測電路、一圖幀序列控制電路以及一影像強化電路。該解碼器用來解碼一影像訊號以產生複數個圖幀以及指示該些圖幀之順序的一圖幀順序資訊。該影像模式偵測電路用來參考該圖幀順序資訊以依據一圖像資料來判斷該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀。該圖幀序列控制電路用來根據該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀來選擇該些圖幀，以產生複數個選取的圖幀。該影像強化電路用來對該些選取的圖幀進行影像處理。當該些圖幀未包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀與該些圖幀相同，當該些圖幀包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀為該些圖幀的一部分。
本發明另揭露一種影像處理方法，包含：解碼一影像訊號以產生複數個圖幀以及指示該些圖幀之順序的一圖幀順序資訊；參考該圖幀順序資訊以依據一圖像資料來判斷該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀；根據該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀來選擇該些圖幀，以產生複數個選取的圖幀；以及對該些選取的圖幀進行影像處理。其中當該些圖幀未包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀與該些圖幀相同，當該些圖幀包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀為該些圖幀的一部分。
本發明另揭露一種影像處理裝置，包含一影像模式偵測電路、一圖幀序列控制電路以及一影像強化電路。該影像模式偵測電路用來參考複數個圖幀或與該些圖幀相關之一輔助資料以判斷該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀。該圖幀序列控制電路用來根據該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀來選擇該些圖幀，以產生複數個選取的圖幀。該影像強化電路用來對該些選取的圖幀進行影像處理。當該些圖幀未包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀與該些圖幀相同，當該些圖幀包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀為該些圖幀的一部分。
本發明另揭露一種影像處理方法，包含：參考複數個圖幀或與該些圖幀相關之一輔助資料以判斷該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀；根據該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀來選擇該些圖幀，以產生複數個選取的圖幀；以及對該些選取的圖幀進行影像處理。其中當該些圖幀未包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀與該些圖幀相同，當該些圖幀包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀為該些圖幀的一部分。
本發明之影像處理裝置及影像處理方法能夠在對影像進行強化及幀率轉換之前減少待處理的資料量。相較於傳統技術，本發明之影像處理裝置及影像處理方法可以降低電路的功耗及減少對記憶體頻寬的需求。
有關本發明的特徵、實作與功效，茲配合圖式作實施例詳細說明如下。
以下說明內容之技術用語係參照本技術領域之習慣用語，如本說明書對部分用語有加以說明或定義，該部分用語之解釋係以本說明書之說明或定義為準。
本發明之揭露內容包含影像處理裝置及影像處理方法。由於本發明之影像處理裝置所包含之部分元件單獨而言可能為已知元件，因此在不影響該裝置發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下說明對於已知元件的細節將予以節略。此外，本發明之影像處理方法的部分或全部流程可以是軟體及/或韌體之形式，並且可藉由本發明之影像處理裝置或其等效裝置來執行，在不影響該方法發明之充分揭露及可實施性的前提下，以下方法發明之說明將著重於步驟內容而非硬體。
圖3係本發明影像處理裝置之一實施例的功能方塊圖。影像處理裝置300包含輸入級310、影像強化電路320、幀率轉換電路330以及記憶體340。輸入級310包含記憶體312、解碼器314、影像模式偵測電路316以及圖幀序列控制電路318。記憶體340可以是一個圖幀緩存器（frame buffer）。圖4為本發明影像處理方法之一實施例的流程圖。以下的說明請同時參考圖3及圖4。
首先輸入級310接收影像訊號Vin（步驟S410）。影像訊號Vin可以是已解碼或未解碼的影像訊號。已解碼的影像訊號例如來自於機上盒（set-up box），並且透過數位影像介面輸入影像處理裝置300。數位影像介面包含但不限於高畫質多媒體介面（High Definition Multimedia Interface, HDMI）以及顯示埠（DisplayPort, DP）。當影像訊號Vin輸入輸入級310時，影像資料被寫入記憶體312。記憶體312例如是列緩衝器（line buffer）。解碼器314從記憶體312中讀取影像資料，並判斷影像訊號Vin是否需解碼（步驟S420）。
在一個實施例中，影像訊號Vin為未解碼的影像訊號（步驟S420為是）。解碼器314對影像資料解碼（步驟S430），以產生複數個圖幀Fo以及指示該些圖幀Fo之順序的圖幀順序資訊Fs。解碼器314更可以包含影像尺寸調整及儲存電路（圖未示），影像尺寸調整及儲存電路對圖幀Fo進行處理，以產生輔助資料DA（步驟S435）。步驟S435為選擇性的。輔助資料DA例如是圖幀Fo的縮圖、色彩空間（color space）及直方圖（histogram）等資訊。圖幀Fo及輔助資料DA皆被存入記憶體340。
前述產生縮圖、色彩空間以及直方圖的方式為本技術領域具有通常知識者所熟知，在此列舉以下的資訊供實作上的參考。縮圖：https://en.wikipedia.org/wiki/Image_scaling；色彩空間：https://en.wikipedia.org/wiki/HSL_and_HSV；以及直方圖：https://en.wikipedia.org/wiki/Histogram。
影像模式偵測電路316從記憶體340讀取圖幀Fo或輔助資料DA（例如讀取10~15張圖幀Fo，或是對應該些圖幀Fo的輔助資料DA），並根據圖幀順序資訊Fs得知圖幀Fo或輔助資料DA的順序。影像模式偵測電路316再藉由比對該些圖幀Fo或輔助資料DA來進行影像模式偵測（film mode detection）（步驟S440），以產生指示影像訊號Vin的影像模式的模式訊號PM。當影像訊號Vin非為補重複幀訊號時，模式訊號PM指示圖幀Fo未包含實質上相同的圖幀；而當影像訊號Vin為補重複幀訊號時，模式訊號PM指示影像訊號Vin之補重複幀的模式，例如22、23、3223等補重複幀模式的其中之一。由於輔助資料DA的資料量小於圖幀Fo，所以當影像模式偵測電路316依據輔助資料DA進行影像模式偵測時，可以節省記憶體頻寬。
影像模式偵測電路316可以採用以下的方法進行影像模式偵測。在一些實施例中，影像模式偵測電路316計算時間上相鄰的兩張圖幀的相似度flag[t]： (1) 其中Img[t]為時間t時的圖像資料，i及j為像素位置的參數，WxH為圖像資料的全部像素。Img[t]可以是前述的該些圖幀Fo的其中之一，或是對應的輔助資料DA。在其他的實施例中，相似度flag[t]為 (2) 其中 為加權比重函數。當相似度flag[t]小於預設值時，代表兩張圖幀實質上相同。
之後圖幀序列控制電路318從記憶體340中讀取圖幀Fo、參考圖幀順序資訊Fs以得知該些圖幀Fo的順序，並且由模式訊號PM得知影像訊號Vin是否為補重複幀訊號（步驟S450）。圖幀序列控制電路318根據模式訊號PM來選擇該些圖幀Fo的一部分或全部，以產生影像資料V1。更明確地說，當影像訊號Vin非為補重複幀訊號時，模式訊號PM指示圖幀Fo未包含實質上相同的圖幀，因此圖幀序列控制電路318根據圖幀順序資訊Fs將所有的該些圖幀Fo依照時間先後之順序輸出以產生影像資料V1（步驟S460）。當影像訊號Vin為補重複幀訊號時，圖幀Fo包含實質上相同的圖幀，因此圖幀序列控制電路318根據模式訊號PM及圖幀順序資訊Fs選擇該些圖幀Fo的一部分，以產生影像資料V1（步驟S470）。舉例來說，假設經排序後的圖幀Fo如圖2的影像資料V1所示，則圖幀序列控制電路318根據模式訊號PM得知前三張圖幀為相同的圖幀（圖幀(A)），第四及第五張圖幀為相同的圖幀（圖幀(B)），從而選擇圖幀Fo的前三張圖幀的其中之一作為影像資料V1的第一張圖幀、選擇圖幀Fo的第四及第五張圖幀的其中之一作為影像資料V1的第二張圖幀，以此類推；最後圖幀序列控制電路318所輸出的影像資料V1如圖5所示。
在一些實施例中，圖幀序列控制電路318亦可選擇性地將模式訊號PM傳送至影像強化電路320，使影像強化電路320可立即得知影像訊號Vin的影像模式，並據以進行影像處理。
接下來影像強化電路320對影像資料V1進行影像強化處理，例如降低雜訊、提升清晰度、影像縮放等操作，然後輸出影像資料V2（步驟S480）。如圖5所示，影像資料V2的圖幀與影像資料V1的圖幀實質上相同。然後幀率轉換電路330判斷是否需進行幀率轉換（步驟S485），並選擇性地進行幀率轉換（步驟S490）。在一些實施例中，幀率轉換電路330可以根據模式訊號PM開啟或關閉。舉例來說，如果影像訊號Vin非為補重複幀訊號，則幀率轉換電路330不執行操作（亦即幀率轉換電路330關閉且步驟S490被略過）；如果影像訊號Vin為補重複幀訊號，則幀率轉換電路330執行操作（亦即幀率轉換電路330開啟且執行步驟S490）。最後幀率轉換電路330輸出影像資料V3至顯示裝置（例如面板）（步驟S495）。影像資料V3的內容例如圖5所示，其中圖幀(A,B) 1係根據圖幀(A)及圖幀(B)產生，圖幀(B,C) 1及圖幀(B,C) 2係根據圖幀(B)及圖幀(C)產生。
比對圖2及圖5，當影像訊號Vin為補重複幀訊號時，圖5的影像資料V1的圖幀數比圖2的影像資料V1的圖幀數少，且圖5的影像資料V2的圖幀數比圖2的影像資料V2的圖幀數少，表示影像強化電路320可處理較少的圖幀（亦即可降低功耗）以及幀率轉換電路330存入較少的圖幀至記憶體340（亦即可減少記憶體頻寬的需求）。
在另一個實施例中，圖3的影像訊號Vin為已解碼的影像訊號（步驟S420為否）。在此情況下，影像訊號Vin包含圖幀Fo，且該些圖幀Fo已依照時間先後之順序排列；因此，解碼器314不產生圖幀順序資訊Fs。類似地，解碼器314可以選擇性地以影像尺寸調整及儲存電路對圖幀Fo進行處理，以產生輔助資料DA（步驟S435）。接下來，影像模式偵測電路316根據圖幀Fo或輔助資料DA進行影像模式偵測（步驟S440）。之後圖幀序列控制電路318根據模式訊號PM判斷影像訊號Vin是否為補重複幀訊號（步驟S450），並依據判斷結果執行步驟S460或步驟S470。因為圖幀序列控制電路318從記憶體340讀出的圖幀Fo己依照順序排列，所以在步驟S460及步驟S470中圖幀序列控制電路318不需參考圖幀順序資訊Fs（在此實施例中解碼器314不產生圖幀順序資訊Fs）。
圖6係本發明影像處理裝置之另一實施例的功能方塊圖。影像處理裝置600包含輸入級610、影像強化電路320、幀率轉換電路330以及記憶體340。輸入級610包含記憶體312、影像尺寸調整及儲存電路614、影像模式偵測電路316以及圖幀序列控制電路318。此實施例中影像訊號Vin為已解碼的影像訊號（亦即可略過步驟S420及步驟S430），因此影像訊號Vin包含圖幀Fo，且該些圖幀Fo已依照順序排列。影像處理裝置600與影像處理裝置300相似，差別在於輸入級610不具解碼功能，而是利用影像尺寸調整及儲存電路614處理圖幀Fo以產生輔助資料DA（步驟S435）。同樣地，步驟S435為選擇性的。圖6與圖3中標示相同符號的元件具有相同或相似的功能，故不再贅述。
前揭的解碼器314及影像尺寸調整及儲存電路614可以由數位訊號處理器（digital signal processor）實作。解碼器314內建的影像尺寸調整及儲存電路或是影像尺寸調整及儲存電路614可以更包含影像尺寸調整模組及色彩空間轉換模組。在一些實施例中，影像模式偵測電路316可以直接從解碼器314及影像尺寸調整及儲存電路614取得圖幀Fo或輔助資料DA，而非從記憶體340讀取。在一些實施例中，圖幀序列控制電路318可以將在步驟S470中未被選擇的圖幀做資訊的縮減，再將縮減後所得的資訊連同選擇的圖幀一併輸出到影像強化電路320。縮減後所得的資訊例如是原圖幀的縮圖、色彩空間及/或直方圖。
由於本技術領域具有通常知識者可藉由本案之裝置發明的揭露內容來瞭解本案之方法發明的實施細節與變化，因此，為避免贅文，在不影響該方法發明之揭露要求及可實施性的前提下，重複之說明在此予以節略。請注意，前揭圖示中，元件之形狀、尺寸、比例以及步驟之順序等僅為示意，係供本技術領域具有通常知識者瞭解本發明之用，非用以限制本發明。
雖然本發明之實施例如上所述，然而該些實施例並非用來限定本發明，本技術領域具有通常知識者可依據本發明之明示或隱含之內容對本發明之技術特徵施以變化，凡此種種變化均可能屬於本發明所尋求之專利保護範疇，換言之，本發明之專利保護範圍須視本說明書之申請專利範圍所界定者為準。
100、300、600‧‧‧影像處理裝置
110、310、610‧‧‧輸入級
120、320‧‧‧影像強化電路
130、330‧‧‧幀率轉換電路
140、340、312‧‧‧記憶體
314‧‧‧解碼器
316‧‧‧影像模式偵測電路
318‧‧‧圖幀序列控制電路
Vin‧‧‧影像訊號
V1、V2、V3‧‧‧影像資料
Fo‧‧‧圖幀
Fs‧‧‧圖幀順序資訊
614‧‧‧影像尺寸調整及儲存電路
DA‧‧‧輔助資料
PM‧‧‧模式訊號
S410~S495‧‧‧步驟
［圖1］為習知影像處理裝置的功能方塊圖； ［圖2］為習知之影像處理裝置的圖幀變化示意圖； ［圖3］為本發明影像處理裝置之一實施例的功能方塊圖； ［圖4］為本發明影像處理方法之一實施例的流程圖； ［圖5］為本發明之影像處理裝置的圖幀變化示意圖；以及 ［圖6］為本發明影像處理裝置之另一實施例的功能方塊圖。

Claims (10)

  1. 一種影像處理裝置，包含：一解碼器，用來解碼一影像訊號以產生複數個圖幀以及指示該些圖幀之順序的一圖幀順序資訊；一影像模式偵測電路，耦接該解碼器，用來參考該圖幀順序資訊以依據一圖像資料來判斷該些圖幀是否包含二相似圖幀，該二相似圖幀的一相似度小於一預設值；一圖幀序列控制電路，耦接該影像模式偵測電路，用來根據該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀來選擇該些圖幀，以產生複數個選取的圖幀；以及一影像強化電路，耦接該圖幀序列控制電路，用來對該些選取的圖幀進行影像處理；其中當該些圖幀未包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀與該些圖幀相同，當該些圖幀包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀為該些圖幀的一部分。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理裝置，其中該圖像資料係為該些圖幀。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像處理裝置，其中該解碼器更處理該些圖幀以產生與該些圖幀相關之一輔助資料，該輔助資料的資料量小於該些圖幀的資料量，且該圖像資料係為該輔助資料。
  4. 一種影像處理方法，包含：解碼一影像訊號以產生複數個圖幀以及指示該些圖幀之順序的一圖幀順序資訊；參考該圖幀順序資訊以依據一圖像資料來判斷該些圖幀是否包含二相似圖幀，該二相似圖幀的一相似度小於一預設值；根據該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀來選擇該些圖幀，以產生複數個選取的圖幀；以及對該些選取的圖幀進行影像處理；其中當該些圖幀未包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀與該些圖幀相同，當該些圖幀包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀為該些圖幀的一部分。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之影像處理方法，其中該圖像資料係為該些圖幀。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之影像處理方法，更包含：處理該些圖幀以產生與該些圖幀相關之一輔助資料；其中該輔助資料的資料量小於該些圖幀的資料量，且該圖像資料係為該輔助資料。
  7. 一種影像處理裝置，包含：一影像模式偵測電路，用來參考複數個圖幀或與該些圖幀相關之一輔助資料以判斷該些圖幀是否包含二相似圖幀，該二相似圖幀的一相似度小於一預設值；一圖幀序列控制電路，耦接該影像模式偵測電路，用來根據該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀來選擇該些圖幀，以產生複數個選取的圖幀；以及一影像強化電路，耦接該圖幀序列控制電路，用來對該些選取的圖幀進行影像處理；其中當該些圖幀未包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀與該些圖幀相同，當該些圖幀包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀為該些圖幀的一部分。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之影像處理裝置，更包含：一影像尺寸調整及儲存電路，耦接該影像模式偵測電路，用來處理該些圖幀以產生該輔助資料；其中該輔助資料的資料量小於該些圖幀的資料量。
  9. 一種影像處理方法，包含：參考複數個圖幀或與該些圖幀相關之一輔助資料以判斷該些圖幀是否包含二相似圖幀，該二相似圖幀的一相似度小於一預設值；根據該些圖幀是否包含實質上相同的圖幀來選擇該些圖幀，以產生複數個選取的圖幀；以及對該些選取的圖幀進行影像處理；其中當該些圖幀未包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀與該些圖幀相同，當該些圖幀包含實質上相同的圖幀時，該些選取的圖幀為該些圖幀的一部分。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之影像處理方法，更包含：處理該些圖幀以產生該輔助資料，其中該輔助資料的資料量小於該些圖幀的資料量。
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