CN1278551C - 动态影像的适应性去交错方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种动态影像的适应性去交错方法及装置，其将一个动态影像所含有编码资料，经过计算以获得一视场影像移动值，然后将视场影像移动值与一可调整的临界值作比较，当此视场影像移动值大于临界值时，选择摆动算法进行去交错处理；当此视场影像移动值小于临界值时，则选择编织算法进行去交错处理，以构成一高画质的动态影像。

Description

动态影像的适应性去交错方法及装置
技术领域
本发明涉及一种动态影像的去交错方法及装置，特别是一种将动态影像以视场为单位进行计算及判断处理的具有适应性功能的去交错方法及装置。
背景技术
随着数字式产品推陈出新，其与模拟式产品的兼容问题随之衍生。以目前模拟电视的扫描标准而言，普遍被采用的有NationalTelevision Standards Committee(NTSC)及Phase Alternation by Line(PAL)两种，而日本与美国所采用的NTSC方式是以525条的扫描线来进行隔行扫描(又称为交错扫描)，以构成一个图框(或是称为画面；frame)，也就是以1秒30图框(画面)的速度，依照第1、3、5、7条扫描线的顺序进行扫描，直至第525线，然后再回到第2线，然后以4、6、8的顺序进行。因此，交错视讯信号由两个视场(field)所组成，而每个视场只包含影像的奇数线或影像的偶数线。由于奇数场和偶数场是由一半的扫描线(即262.5条线)所组成，因此每个奇数场和偶数场只有原来影像一半的分辨率，而每个奇数场和偶数场以1/60秒的速度来显示。交错扫描方式的优点在于动态影像显示流畅，但缺点则是屏幕会产生闪烁，因此衍生出「顺序扫描(progressivescan)」技术以克服之。「顺序扫描」是以1、2、3连续至525条线，一次顺序描绘出所有的扫描线，并且以1秒60格画面的速度重现，因此其扫描速度是「隔行扫描」的两倍，而画面是以525条扫描线在显示器上显示，所以画面非常纤细且清晰，也因此目前先进的影音设备大都已采用此方式来扫描及显示。然而，现行的NTSC系统的影像信号，仍是采用「交错扫描」的方式为主，因此若将交错扫描所组成的画面在「顺序扫描」的显示系统来显示时，例如将一经由交错扫描编辑成的DVD影片直接在高分辨率电视(HDTV)上播放及显示时，则只能显示奇数场和偶数场的画面，因此会使得影像的分辨率变差(因只有原来影像一半的分辨率)。为解决此一问题，就必须使用「去交错(De-interlace)」的技术来克服，换句话说，「去交错」就是将交错扫描转换成顺序扫描的一种方法。
在去交错处理的技术上，有两类基本的算法可供选择，即无移动补偿(non-motion compensated)及移动补偿(motion-compensated)。其中，无移动补偿去交错算法更包含两种最基本的线性转换技术，分别为编织(Weave)及摆动(Bob)。编织是将两个输入视场重叠或编织在一起，以产生一个顺序图框；而摆动是仅接受输入影像的其中一视场(例如只接受偶数线的影像)，而丢弃另一个视场(即奇数线的影像)，因此画面在垂直方向的分辨率大小会从720×486像素(pixel)降低到720×243像素。这个只有一半分辨率的影像，则通过相邻扫描线去填补另一线的空隙空间(voids)，以便将影像内插回到720×486像素。
至于移动补偿是在一时间中，将两个具有时间位移视场中的像素位移到一共同点上，以组成一画面，而其中移动向量的侦测和确认可以是将视场分割成数个宏区块(macro block)，然后以区块匹配(block-matching)的程序来执行。其中，以宏区块作移动向量侦测时，实际上仅选用宏区块中的亮度(即Y)区块来执行，而丢弃彩度(即Cr、Cb)区块，最主要的原因为人类的眼睛对亮度的变化较敏感，而对彩度上的变化则相对迟钝。因此在减少数据处理量的要求下，MPEG在进行压缩编码时，仅以亮度区块作为移动向量侦测的基准。
由于目前的影像撷取系统(例如一数字摄影机)均采用交错扫描方式，因此编辑成的DVD盘片必须在交错显示装置上播放，才能显现出高画质影像，而且为了消除交错扫描的缺点，必须在播放装置上选择以编织或是摆动的去交错方法将交错扫描转换成顺序扫描方式播放。然而，对于动态影像而言，选择「编织」方式来播放会产生影像对准误差(misalignment)，因此会出现锯齿状或是毛边的画面而导致影响画质；而对于静态影像而言，选择「摆动」方式来播放虽然可克服移动影像的影像对准误差，使动态影像可较清晰及自然，但却牺牲了静态影像的垂直分辨率，因此现行的影音播放系统与数字显示系统在去交错处理过程中，缺乏一选用适性的去交错算法的相关机制，无法兼顾动态画面及静态画面的影像品质要求。
此外，有些DVD以静态影像压缩标准(Joint Photographic ExpertsGroup；JPEG)或是只以MPEG压缩标准中的I画面来编辑，使得该片光盘的动态影像可能仅包含了I画面来的编码资料。因此，当影音播放系统在播放此一光盘的影像时，就会因为无法撷取到MPEG压缩技术中P或B画面的移动向量而产生不兼容(incompatible)，意即所谓”挑片”问题，致使影音播放系统无法播放此类影片，造成使用上的不方便。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足与缺陷，提供一种动态影像的适应性去交错处理方法，以视场为去交错处理单位，以进行动态影像的去交错处理。
为达上述目的，本发明提供一种动态影像的适应性去交错方法，其步骤包括：首先，根据影像的编码资料，计算一视场影像移动值。其中，该步骤包括检测该影像是否含有移动向量。接着，比较该视场影像移动值与一临界值，以决定一去交错算法，以作为该动态影像去交错处理的依据。其中，若此视场影像移动值本质上大于临界值时，选择摆动算法作为去交错处理依据；另一方面，若此视场影像移动值本质上小于临界值时，则选择编织算法作为去交错处理依据，然后再执行该去交错算法，以完成该动态影像的去交错处理。
本发明还提供一种动态影像的适应性去交错处理装置，包括：一检视单元，其用以接收及检视一动态影像的编码资料，并将该动态影像的编码资料及检视结果输出；一计算单元，其将该检视单元所输出的该动态影像的编码资料经过计算及处理后，输出一视场影像移动值；一判断单元，其用以接收及比较该视场影像移动值及一第二临界值，并输出一决定讯息；一视讯处理单元，其于接收该决定讯息后，选择一算法以构成该动态影像。
由此，通过本发明的一种动态影像的适应性去交错方法与装置，能够使得现行的影音播放系统(例如VCD及DVD Player)与数字显示系统(例如HDTV或电浆电视)在去交错处理的过程中，兼顾动态影像及静态影像的影像品质，使得高画质的数字化影像得以呈现，进而满足观赏者的视听品质要求。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明具体实施例的流程图；
图3为本发明在无移动向量时的视场影像移动值计算方法的示意图；
图4为执行本发明的适应去交错处理功能方块图。
图中符号说明
10  去交错处理单元           12  检视单元
14  计算单元                 16  判断单元
18  视讯处理单元             20  影像编码资料单元
30  存储单元                 32  视讯影像缓冲单元
40  微处理单元               50  显示单元
具体实施方式
本发明中所利用到的一些压缩标准及编码相关的技术及方法，以及MPEG压缩技术所沿用的现有编码(encoding)及译码(decoding)技术，在此仅作重点式的引用，以助本发明的阐述，而且下述文中的方块图，亦并未依据实际的相关位置及完整的连接图来绘制，其作用仅在表达与本发明特征有关的示意图。
图1为本发明的适应性去交错方法步骤的流程图，其由步骤110来检视(detecting)动态影像的影像编码资料，接着由步骤120来计算输入影像编码资料，以获得一视场影像移动值。在此视场影像移动值计算过程中，当110步骤检视出输入影像编码资料具有移动向量时，即计算移动向量并将移动向量计算结果与一第一临界值比较后，将该移动向量计算值大于第一临界值的次数累积，以作为视场影像移动值。此第一临界值的订定可依播放影像画面品质的要求或是播放系统的性能(performance)来决定，即第一临界值为一可经过程控制改变的值。当110步骤检视出输入影像编码资料不具有移动向量时，则计算该输入影像编码资料的奇数视场亮度(Y值)像素的总数及偶数视场亮度(Y值)像素的总数后，选择一计算方法以输出一视场影像移动值，其计算方法可选择以相邻奇数视场Y值像素总数相减后再取绝对值或是以相邻偶数视场Y值像素总数相减后再取绝对值，亦或是选择以相邻画面的奇数视场Y值像素总数与偶数视场Y值像素总数差值的绝对值相减后再取绝对值，以作为视场影像移动值。
当获得视场影像移动值后，即交由步骤130来与一第二临界值进行比较。此第二临界值的订定亦可依播放影像画面品质的要求或是播放系统的性能以及步骤110所检视的结果来决定，也就是说，第二临界值亦为一可经过程控制改变的值。当步骤130比较的结果为视场影像移动值本质上大于该第二临界值时，则交由步骤140选择摆动算法进行去交错处理；当步骤130比较的结果为视场影像移动值本质上小于该第二临界值时，则交由步骤140选择编织算法进行去交错处理，以显示该动态影像。
前述的具体的实施例请参考图2，其为本发明以视场为单位的适应性去交错处理的流程图。于步骤210判断与检视移动向量存在与否，当检视出输入影像编码资料具有移动向量时，于步骤220依MPEG压缩标准读取及计算该移动向量，以获得一移动向量计算值，同时此移动向量可自P画面或B画面中撷取，例如，当读取到P画面上的每一区块的移动向量分别为(0，0)、(0，-2)、(1，-3)、(2，5)、(-2，-4)、(-4，8)、(8，-10)、(-6，2)、(-4，-2)、(18，-10)、(-10，-20)、(-16，-30)、(-8，0)、(-4，4)、(-6，2)及(4，-5)。接着将每一移动向量相加并取绝对值后，其所得的移动向量计算值则分别为0、2、4、7、6、12、18、8、6、28、30、46、8、8、8及9。于步骤221比较移动向量值与第一临界值，当第一临界值订定为10时，则计有12、18、28、30及46等5个移动向量计算值大于第一临界值，故于步骤222及步骤223输出，并在步骤240中累加，以作为一视场影像移动值，故此例所得到的视场影像移动值为5。再接着于步骤250将步骤240所得的视场影像移动值与一第二临界值进行比较，当视场影像移动值大于第二临界值时，则认定此一视场为具有位移的动态视场，因此由步骤260将视场以摆动算法来执行去交错处理；若视场影像移动值小于第二临界值时，则认定此一视场为无位移的静态视场，因此由步骤270将视场以编织算法来执行去交错处理，并且接着执行步骤280。另一方面，当于步骤210检视出输入影像编码资料不具有移动向量时，例如影像为使用JPEG压缩标准所编辑的影像，由于没有移动向量可供计算，因此须经230步骤将每一画面的奇数视场及偶数视场中具有亮度的像素累加，以获得奇数视场中具有亮度的像素总数及偶数视场中具有亮度的像素总数，接着由231步骤来选择一种计算方法来计算不同视场间的像素差值，并将计算结果送到240步骤，以作为一视场影像移动值。
由于没有MPEG的移动向量编码资料，故只能检测到由一连串的I画面所构成的动态影像，而每一个I画面是由一奇数视场及一偶数视场交错而成，因此可以获得每一画面的奇数视场及偶数视场中亮度的像素总数。因而，在230步骤中的计算方法可以选择使用目前画面的奇数视场中的Y值像素总数减去一参考画面(可为前一画面或下一画面)的奇数视场中的Y值像素总数，然后再取绝对值，以作为视场影像移动值；也可选择使用目前画面的偶数视场中的Y值像素总数减去一参考画面的偶数视场中的Y值像素总数，然后再取绝对值，以作为视场影像移动值；另外，还可以选择使用将目前画面的奇数视场与偶数视场中的Y值像素差值的绝对值与一参考画面的奇数视场与偶数视场中的Y值像素差值的绝对值相减后再取绝对值后，以作为视场影像移动值。上述计算方法可再以图3来说明。
如图3A和图3B所示，例如目前画面的奇数视场中的Y值像素总数为2887，而参考画面的奇数视场中的Y值像素总数为2340，故两相邻的奇数视场的Y值像素差值的取绝对值为547，此即为视场影像移动值。当选择使用目前画面的偶数视场中的Y值像素总数减去一参考画面的偶数视场中的Y值像素总数时，其Y值像素总数的差值取绝对值后为255，所以此视场影像移动值为255，如图3C所示。当选择使用将目前画面的奇数视场与偶数视场中的Y值像素差值的绝对值与一参考画面的奇数视场与偶数视场中的Y值像素差值的绝对值相减后再取绝对值后，以作为视场影像移动值的计算方法时，由图3D所示，其目前画面的奇数视场与偶数视场中的Y值像素差值的绝对值为202，而参考画面的奇数视场与偶数视场中的Y值像素差值的绝对值为90，故其相邻画面间的Y值像素差值的绝对值为112，因此所得视场影像移动值为112。
将上述不同的计算方法所得的视场影像位移值送到240步骤等待处理。在获得一第二临界值的讯息后，例如第二临界值为250，则再接着将步骤240所得的视场影像移动值与第二临界值进行比较，当视场影像移动值大于第二临界值时，则为具有位移的动态视场(motionfield)。因此前述范例中，前两种计算方法所得的相邻画面的奇数视场的视场影像移动值(547)与相邻画面的偶数视场的视场影像移动值(255)均大于第二临界值(250)，故交由步骤260将视场以摆动算法来执行去交错处理。另外，若视场影像移动值小于第二临界值时，则为无位移的静态区块，故前述范例中的第三种计算方法所得的相邻画面间的Y值像素差值的绝对值(112)就小于第二临界值(250)，因此交由步骤270将视场以编织算法来执行去交错处理。
由上述详细的计算过程中，可以进一步地观察到使用相邻画面的奇数视场或是偶数视场计算所得的Y值像素差值较大，因此其对动态影像的灵敏度(sensitivity)会较高；而使用相邻画面间的奇数与偶数视场所计算出的Y值像素差值相对较小，故其对动态影像的灵敏度则相对较低。因此当在播放一动态影片时，可优先选择以相邻画面的奇数视场或是偶数视场的Y值像素差值作为视场影像移动值。当然，若已知此播放的影像为一静态的影片时，例如教学影片，或许可以经过另一控制路径，例如人为操作，选择以相邻画面间的奇数与偶数视场所计算出的差值来作为视场影像移动值，此时影片会以较多的编织算法来构成影像，因此可以观看到一相对清晰的影片。
当决定输入影像的去交错处理方式后，紧接着要检查视场是否为画面的终点(end)。若视场并非画面的终点时，则依步骤280执行下一个视场的检视，然后重复执行前述的步骤；若视场为画面的终点时，则停止处理。
接下来是本发明的具体实施例说明。如图4所示，其为执行本发明的适应去交错处理的功能方块图，包括一去交错处理单元10，其与一编码资料单元20、一存储单元30中的视讯影像缓冲单元32、一微处理单元40及一显示单元50相连接；其中去交错处理单元10更进一步地包括一检视单元12、一计算单元14、一判断单元16、以及一视讯处理单元18。
首先，去交错处理单元10中的检视单元12，自编码资料单元20(例如DVD光盘片)中读取编码资料，然后将编码资料中是否包含移动向量的检视结果，以一信号连系微处理单元40，然后，将编码数据送到计算单元14；当编码资料中包含了移动向量时，则微处理单元40会送出一信号至计算单元14，并随即进行移动向量的萃取及计算，以获得一移动向量计算值；于此同时，微处理单元40会送出一第一临界值到计算单元14中，以便将此第一临界值与移动向量计算值逐一进行比较；在比较过程中，当第一临界值小于移动向量计算值时，则输出”1”的信号至累加器(accumulator)，而当第一临界值大于移动向量计算值时，则输出”0”的信号至累加器(未显示计算单元14中)，然后由累加器将累加的结果作为视场影像移动值，并送到判断单元16中；这里的第一临界值由微处理单元40依播放影像画面品质的要求或是播放系统的性能(performance)来决定，即第一临界值为一可经微处理单元40来进行过程控制(programmable)改变的值。当编码数据中未包含了移动向量时，则检视单元12会将编码资料单元20中的动态影像编码资料传递到计算单元14中；此时，微处理单元40以一信号要求计算单元14将目前画面(current frame)的奇数视场及偶数视场的Y值像素相加，以获得目前画面的奇数视场及偶数视场的Y值像素总数；于此同时，计算单元14亦会接获来自视讯处理单元18所传送的参考画面资料，其中该参考画面资料可为目前画面的前一画面或下一画面的资料；同样的，计算单元14亦将此参考画面(referenceframe)的奇数视场及偶数视场的Y值像素相加，以获得参考画面的奇数视场及偶数视场的Y值像素总数；接着，在接依据获微处理单元40所传递的讯息，选择使用目前画面的奇数视场中的Y值像素总数减去一参考画面的奇数视场中的Y值像素总数，然后再取绝对值，以作为视场影像移动值；或是选择使用目前画面的偶数视场中的Y值像素总数减去一参考画面的偶数视场中的Y值像素总数，然后再取绝对值，以作为视场影像移动值；亦或是选择使用将目前画面的奇数视场与偶数视场中的Y值像素差值的绝对值与一参考画面的奇数视场与偶数视场中的Y值像素差值的绝对值相减后再取绝对值后，以作为视场影像移动值。最后，将其中之一的视场影像移动值送到判断单元16。
当判断单元16接收到微处理单元40所传送的第二临界值后，随即将视场影像移动值与第二临界值进行比较，然后将比较的结果以一信号送到视讯处理单元18；若当视讯处理单元18接收到判断单元16所传送的比较结果为视场影像移动值大于临界值的信号时，随即送出目前所执行去交错处理所需的影像地址(image address)到视讯影像缓冲单元32，其中影像地址的内容包括了奇数视场及偶数视场的编码内容；待视讯缓影像冲单元32将各个影像编码资料自存储器30中依序传送回视讯处理单元18后，再以内建(build in)于视讯处理单元18的摆动演算法来完成该区块的影像的去交错处理，最后再将处理过的影像送到显示单元50(例如：HDTV、PDP或液晶显示电视)中显示；在此同时，视讯处理单元18亦会将自存储器30所提供的影像编码资料，送到计算单元14中，以便作为一参考画面。此外，若当视讯处理单元18接收到判断单元16所传送的比较结果为视场影像移动值小于临界值的信号时，同样地，随即送出目前所执行去交错处理所需的区块影像地址到视讯影像缓冲单元32；待视讯缓影像冲单元32将各个影像编码资料自存储器30中依序传送回视讯处理单元18后，再以内建于视讯处理单元18的编织演算法来完成影像的去交错处理，最后再将处理过的影像送到显示单元50中显示。另外，视讯处理单元18在持续执去交错处理的同时，亦持续检测检视单元12所读取的编码资料，当检视到编码资料内容包括画面的终点时，则结束去交错处理程序，否则，继续执行下一个视场的去交错处理。
本发明前述图4中所表示的适应去交错处理的功能方块图中，除了作为输入与输出的编码资料单元20与显示单元50外，虽区分成不同的单元，但这并不表示这些单元一定是独立存在的装置，这些单元可依产品的接口规格与需求，作不同的配置与组合。例如，使用在高阶的影像处理工作平台或是可播放DVD影片的个人计算机(PC)时，去交错处理单元10可嵌入高阶系统的中央处理单元(CPU)内或是可单独制造成一装置(例如一芯片；chip)而与CPU相连；而若使用在播放机时，例如DVD Player，则去交错处理单元10可与存储器30及微处理单元40整合于一芯片上等等。随着半导体制造技术已迈入0.13微米以下的制程时，单芯片系统(System on a Chip：SoC)的技术亦日益成熟，因此本发明的去交错处理单元可进一步地与不同应用系统相整合。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的保护范围；同时以上的描述，对于熟知本技术领域的专业人士应可明了及实施，因此其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在权利要求书的范围中。

Claims (9)

1.一种动态影像的适应性去交错方法，其特征在于，包括：
根据该动态影像的编码资料，计算一视场影像移动值；
比较该视场影像移动值与一临界值，以决定一去交错算法，其中，若该视场影像移动值大于该临界值时，选择一摆动算法，以作为该动态影像去交错处理的依据；若该视场影像移动值小于该临界值时，选择一编织算法，以作为该动态影像去交错处理的依据；以及
执行该去交错算法，以完成该动态影像的去交错处理。
2.如权利要求1所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，若该动态影像的编码资料包含MPEG技术中的P画面，以及B画面任一者的移动向量时，该计算该视场影像移动值包括：
计算该移动向量值；
比较该移动向量值与一第一临界值；以及
累加该移动向量计算值大于该临界值的次数，以作为该视场影像移动值。
3.如权利要求1所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，该计算该视场影像移动值包括：
根据MPEG技术中的I画面，以及JPEG技术中的画面任一者以计算该动态影像的一奇数视场Y值像素总数及一偶数视场Y值像素总数；以及
根据该奇数视场Y值像素总数及该偶数视场Y值像素总数，选择一计算方法，以作为该视场影像移动值的计算依据。
4.如权利要求3所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，该计算方法可为相邻画面的奇数视场Y值像素总数相减后再取绝对值，以作为该视场影像移动值。
5.如权利要求3所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，该计算方法可为相邻画面的偶数视场Y值像素总数相减后再取绝对值，以作为该视场影像移动值。
6.如权利要求3所述的动态影像的适应性去交错方法，其中，该计算方法可为相邻画面的奇数视场Y值像素总数与偶数视场Y值像素总数差值的绝对值相减后再取绝对值，以作为该视场影像移动值。
7.一种动态影像的适应性去交错处理装置，其特征在于，包括：
一检视单元，其用以接收及检视一动态影像的编码资料是否含有移动向量，并将该检视结果输出；
一计算单元，其将该检视单元所输出的该动态影像的编码资料经过计算及处理后，输出一视场影像移动值；
一判断单元，其用以接收及比较该视场影像移动值及一第二临界值，并输出一决定讯息；以及
一视讯处理单元，其于接收该决定讯息后，选择一算法，若该决定讯息为该视场影像移动值大于该第二临界值的信号时，以内建于该视讯处理单元的摆动演算来法完成该影像的去交错处理；若该决定讯息为该视场影像移动值小于该第二临界值的信号时，则以内建于该视讯处理单元的编织演算法来完成影像的去交错处理，以构成该动态影像。
8.如权利要求7所述的动态影像的适应性去交错处理装置，其中，当该检视单元的输出为该动态影像编码资料中含有该移动向量时，该计算单元撷取及计算该移动向量的值，并将该移动向量计算结果与一第一临界值比较。
9如权利要求7所述的动态影像的适应性去交错处理装置，其中，当该检视单元的输出为该动态影像编码资料中未含有该移动向量时，则该计算单元将该检视单元所提供的一目前画面的奇数视场及偶数视场的亮度像素相加并进行计算，以作为该视场影像移动值并输出该值。
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