專利名稱：改進(jìn)的帶掃描線圖像處理器的圖像處理系統(tǒng)的制作方法
本申請是與第＿＿＿＿號題為“改進(jìn)的采用掃描線圖象處理器的圖象處理”以及第＿＿＿＿號題為“數(shù)字顯示器清晰度控制”的美國專利申請同時(shí)遞交的。
本發(fā)明涉及顯示系統(tǒng)，尤其涉及對圖象信號采用數(shù)字處理的顯示系統(tǒng)。
目前大多數(shù)顯示系統(tǒng)都含有陰極射線管(CRT)顯示器，這種顯示器用掃描電子槍將電子“噴射”到顯示屏背面上的熒光粉。由于掃描電子槍的性質(zhì)，廣播電視信號按隔行掃描的格式發(fā)送。每幀數(shù)據(jù)劃分為兩場，一場含有奇數(shù)行的幀，另一場含有偶數(shù)行的幀。
雖然某些技術(shù)已經(jīng)在顯示器市場處于領(lǐng)先地位，然而，它們無法采用這種格式類型。其中一例就是空間光調(diào)制器，它通常由具有獨(dú)立可選擇單元的矩陣組成，在整個(gè)尋址電路中，通過訪問進(jìn)行選擇。這些調(diào)制器的尋址電路一般按行和列組成，故要對所有奇數(shù)行或偶數(shù)行進(jìn)行選擇則很難、很慢、而且成本較高。
現(xiàn)已研究了一些方法將這種數(shù)據(jù)格式改進(jìn)為順序掃描格式，其中可形成整幀數(shù)據(jù)。這種格式通常是通過用前面各場估算失落場的像素?cái)?shù)值，內(nèi)插該失落場而形成的。然而，這種內(nèi)插過程可能較昂貴，計(jì)算要求也較高，故使系統(tǒng)的性能要求和成本提高。
另一種必須考慮的適應(yīng)性就是系統(tǒng)顯示不同制式輸入數(shù)據(jù)的能力。一般，在CRT系統(tǒng)中，輸入制式保留一種模擬輸入，而電子槍則調(diào)整到新的尺寸。至于陣列中的單個(gè)單元，有時(shí)候在圖象的像素與該單元之間存在一對一的對應(yīng)關(guān)系。例如，一個(gè)具有480行，每行為640個(gè)像素的系統(tǒng)將需要一個(gè)擁有480行單元，每行為640個(gè)單元的裝置，不包括任何換算的可能性。
在這類系統(tǒng)中，輸入數(shù)據(jù)一般按等于每行尺寸之像素的比例數(shù)字化。每行640個(gè)像素將按每行640個(gè)取樣數(shù)字化。因此，處理器必須可調(diào)節(jié)不僅在單元數(shù)量固定的陣列中能顯示一種以上的制式，而且取樣速率能與任何給定的制式兼容。
圖象處理領(lǐng)域的一個(gè)新進(jìn)展就是掃描線圖象處理器。這些處理器擁有幾方面的優(yōu)點(diǎn)，可供解決上述問題。然而，這些處理器的第一代僅有極其有限的指令空間，在一個(gè)顯示系統(tǒng)中需要采用幾個(gè)處理器。較新幾代的處理器具有更多的指令空間，并且與前一代相比在價(jià)格上也具有競爭性。
因此，人們需要一種采用更新一代掃描線圖象處理器的系統(tǒng)，它采用盡可能最少的處理器，但仍然允許上述全部功能。
本發(fā)明的一個(gè)方面就是用于圖象數(shù)據(jù)的一種處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)并按通常的速率對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化或取樣。這將允許系統(tǒng)針對不同的輸入格式對數(shù)據(jù)進(jìn)行格式化和處理。該系統(tǒng)僅僅依靠一個(gè)處理器來完成運(yùn)動檢測、運(yùn)動自適應(yīng)掃描變換、水平和垂直換算以及清晰度控制。
該系統(tǒng)的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)在于它不需要額外的處理器，使其成本大大低于多處理器系統(tǒng)。
該系統(tǒng)進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，除了其它制式外，它還能處理新的制式，諸如PALplus。
該系統(tǒng)更進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)在于，它允許采用復(fù)雜的FIR濾波器，而不超限現(xiàn)有的指令空間。
為了更加完全地了解本發(fā)明及其進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在結(jié)合附圖作更為詳盡的描述。其中

圖1表示一個(gè)用于圖象處理的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的方框圖，它僅需一個(gè)掃描線圖象處理器。
圖2表示一例可以應(yīng)用于圖象數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的運(yùn)動自適應(yīng)掃描速率變換過程。
圖3a至3d表示對輸入圖象信號制式的變形。
圖4a至4d表示必須按多種輸入圖象信號制式執(zhí)行的處理功能的方框圖。
圖5表示可以應(yīng)用于圖象數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的一類垂直換算的圖解表示。
圖6表示可以應(yīng)用于圖象數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的一類水平換算的圖解表示。
圖1表示僅僅采用一個(gè)掃描線圖象處理器(SVP)12的用于圖象處理的一個(gè)完整的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)10。輸入亮度信號Y在場DL14和16經(jīng)過兩次場的延遲。這些場延遲通常允許存取來自最前場和次最前場的數(shù)據(jù)。例如，如果將Y處的輸入場視為場2，在場DL14后，即在A點(diǎn)，該場將是最前場，場1。在場DL16后，即在B點(diǎn)，該場將是次最前場，場0。場2和場0其中具有相同編號的行，但取自不同圖象的幀。該附加的數(shù)據(jù)將用于數(shù)據(jù)的內(nèi)插，下面將參照圖2討論。
必須注意輸入信號Y當(dāng)其到達(dá)處理器12時(shí)，一般已經(jīng)是數(shù)字形式了。這可以從模擬信號的數(shù)字化得到，如現(xiàn)時(shí)的廣播電視信號所碰到的。此外，信號也可以原來就是數(shù)字信號。圖1所示的系統(tǒng)將需要在空間光調(diào)制器或形成顯示圖象的其他調(diào)制器上能夠采用任何制式的數(shù)據(jù)。
因此，如果數(shù)據(jù)已由模擬輸入數(shù)字化，它必須以一種通用的速率取樣。如果數(shù)據(jù)已經(jīng)數(shù)字化，它必須轉(zhuǎn)換成通用的速率或每行取樣數(shù)。這將參照圖3和圖4描述。圖5和圖6將討論換算通用速率信號使多種制式吻合的特定技術(shù)。所有這些功能都可以通過掃描線圖象處理器完成。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，它允許這些功能由同一的處理器執(zhí)行，由此減少硬件數(shù)量和系統(tǒng)成本。
圖2表示用于運(yùn)動自適應(yīng)順序掃描變換的一種可能的處理過程。該過程通常從隔行掃描的數(shù)據(jù)場內(nèi)插“失落場”，同時(shí)計(jì)算各場之間的運(yùn)動信號?；旌想娐?0采用來自以下數(shù)據(jù)行的數(shù)據(jù)，其中，場3為輸入場來自場DL22的最前場場2；來自水平DL24和場DL26的次最前場場1中的相鄰行；以及來自頂部數(shù)據(jù)通道的運(yùn)動信號k。該頂部數(shù)據(jù)通道最初利用輸入信號Y即場3與來自場1之鄰近行之間的一種比較，它具有相同編號的行。在標(biāo)號32的運(yùn)算或其它電路得到它們之間的差。
所形成的差分信號經(jīng)過標(biāo)號為34的水平低通濾波器HLPF1，并在ABS(絕對值)36得到絕對值。加上一個(gè)非線性函數(shù)NL38。該非線性函數(shù)形成一個(gè)閾值，以消除因噪聲產(chǎn)生的小的差分信號。它也將差分信號的分辨率減低到4位。比較器44判斷幾個(gè)數(shù)值中最大的數(shù)值由場DL40輸出的來自場0的數(shù)據(jù)；由水平延遲42a，42b，和42c輸出的從相鄰行至經(jīng)過處理的行的數(shù)據(jù)；以及來自非線性函數(shù)32的4位信號。
然后，分別在VLPF1 46和HLPF2 48對該最大值進(jìn)行垂直和水平濾波。非線性函數(shù)50與標(biāo)號為38的非線性函數(shù)的相似之處在于它減少了信號噪聲。然后，所形成的運(yùn)動信號k通過混合電路30，用于確定內(nèi)插的輸出。
在完成該運(yùn)動自適應(yīng)掃描變換之后，一般須對該數(shù)據(jù)進(jìn)行換算，使之與用以形成顯示圖象的空間光調(diào)制器的尺寸吻合。這將參照圖3a至3d以及圖4a至4d進(jìn)行討論。圖3a至3d表示四種不同制式的圖解表示。圖3a表示必須為NTSC輸入進(jìn)行換算和處理的圖解表示。
如圖3a所示，輸入的有源像素區(qū)域?yàn)?20個(gè)樣點(diǎn)寬、480行長。每行720個(gè)取樣速率是前面討論的一例通用速率。為保持一個(gè)4∶3比例的矩形像素寬高比，必須從每行720個(gè)取樣點(diǎn)降低取樣到640個(gè)取樣點(diǎn)。然而，選擇720個(gè)取樣點(diǎn)使其成為9∶8的“整數(shù)”換算處理，而不是任何一種分?jǐn)?shù)換算處理。這種變換無需任何垂直換算。
至于器件上的顯示，圖3a的左側(cè)表示該例中所用的器件具有848×480的尺寸。它允許顯示標(biāo)準(zhǔn)為640×480的NTSC。
圖4a以方框圖表示用于NTSC信號的處理流程。前置掃描(proscan)內(nèi)插54、運(yùn)動檢測52以及清晰度控制56這些處理塊在圖4所示的每個(gè)實(shí)施例中保持相同。亮度信號Y在前置掃描內(nèi)插56之前經(jīng)過運(yùn)動檢測52，然后，在標(biāo)號58處進(jìn)行水平換算，最后在標(biāo)號56處加強(qiáng)。色度信號C首先在標(biāo)號60處經(jīng)過水平換算，然后在標(biāo)號54處進(jìn)行前置掃描內(nèi)插。
圖3b表示對稱為NTSC通道入口(letterbox)的一種制式進(jìn)行類似的變換。輸入有源像素區(qū)域仍然為720個(gè)取樣點(diǎn)寬，但長度減少到360行，而不是480行。其余120行是每側(cè)60行的黑邊框。通過同時(shí)進(jìn)行垂直和水平換算，這種類型的格式可以轉(zhuǎn)換為848×480。這種格式具有16∶9的寬高比，它將需要圖象從720個(gè)樣點(diǎn)水平換算到848個(gè)單元，從360行垂直換算到480單元行。換算因子水平為5∶6(720/848)，垂直為3∶4(360/480)。輸入中看到的水平黑邊框從最終圖象中剪切掉。
圖4b表示NTSC通道入口的處理功能。亮度信號再次經(jīng)過運(yùn)動檢測52、前置掃描內(nèi)插54、以及標(biāo)號62處的5∶6水平換算。色度信號經(jīng)過標(biāo)號64處的5∶6水平換算、標(biāo)號54處的前置掃描，然后，與亮度信號一起進(jìn)入垂直換算處理68。最后，亮度信號在標(biāo)號56處加強(qiáng)。
可以將同類處理用于PAL制式信號。如圖3c所示，輸入數(shù)據(jù)具有720×576的尺寸。然而，對于這種顯示應(yīng)用，只采用576行中的548行。它將水平方向按9∶8的比例并垂直方向按8∶7的比例縮小。該處理過程的方框圖示于圖4c。同樣的處理過程可以用標(biāo)號70處對色度和亮度進(jìn)行附加的8∶7垂直換算來替代。
在PAL制式方面，相對較新的進(jìn)展是PALplus。PALplus與NTSC通道入口的相同之處在于，它將圖象信號保持在16∶9的寬高比。然而，需要產(chǎn)生16∶9圖象的信息已被水平壓縮在4∶3的寬高比范圍內(nèi)。從圖3d可見，該圖象將必須進(jìn)行水平和垂直換算，某些列將必須被剪切。水平上，該數(shù)據(jù)必須用5∶6的比例換算，從720列到864列。然后，必須剪切掉16列以適合該器件的848列。垂直上，548行必須按8∶7的比例換算，將其縮減到480行。采用該處理過程的方框圖示于圖4d，它用于處理色度和亮度信號。
用于換算的濾波器可能變得非常復(fù)雜并需要成百條指令。然而，由于該處理的有序以及仔細(xì)設(shè)計(jì)該指令順序，通過采用43兆赫的處理器時(shí)鐘，更新一代的SVP允許高達(dá)2730條指令。它允許采用非常先進(jìn)和精密的濾波器進(jìn)行換算，如圖5所示。
如圖所示為一個(gè)例子，用以討論作3∶4換算時(shí)的垂直換算系數(shù)。在該3∶4換算過程中，用3個(gè)行生成4個(gè)行。例如，用行X2，X3和X4生成Y0、Y1、Y2和Y3。通過應(yīng)用所示系數(shù)與輸入數(shù)據(jù)行X0-X7的點(diǎn)積，可以找到輸出行Y0-Y4。例如，〔AB〕*〔XY〕＝AX+BY。下標(biāo)數(shù)字表示從該副濾波器起產(chǎn)生系數(shù)。例如，Y01具有系數(shù)-3/512，13/512，492/512，13/512，和-3/512。這些都是從副濾波器1起產(chǎn)生的。濾波器按1，2，3，0，1…等等的順序施加。并注意當(dāng)所用的副濾波器重復(fù)時(shí)，該系數(shù)也開始重復(fù)。
這里所用的濾波器為有限脈沖響應(yīng)(FIR)濾波器，它可以在圖象質(zhì)量與制造成本之間折衷選擇達(dá)到最佳。
最后，系統(tǒng)的單一處理器還必須能進(jìn)行如前所述的水平換算。圖6示出了這一過程的圖解表示。結(jié)合輸入樣值產(chǎn)生輸出樣值如下Y1＝X1 Y2＝85/512X1+427/512X2 Y3＝171/512X2+341/512X3Y4＝1/2X3+1/2X4 Y5＝341/512X4+171/512X5Y6＝427/512X5+85/512X6 Y7＝X6該系統(tǒng)采用2608條指令執(zhí)行所有上述功能，它約為可用的2730條指令空間的95％。先進(jìn)的FIR濾波器以前未能應(yīng)用于早期的SVP，因?yàn)樗鼈円速M(fèi)指令空間量。通常，換算包括利用盡可能多的換算因子，這里，已對換算因子作了限制，不會犧牲系統(tǒng)的任何功能。最后，該系統(tǒng)具有能適合新的以及不同的制式的性能。在該系統(tǒng)中，以前未被考慮的PALplus制式也能很容易地使用。這是因?yàn)橄到y(tǒng)具有內(nèi)在的適應(yīng)性。以上，盡管是針對一種改進(jìn)的以掃描線處理器為基礎(chǔ)的圖象系統(tǒng)的特定實(shí)施例進(jìn)行描述的，但這些描述并非用來限制本發(fā)明的范圍，本發(fā)明的范圍由所附的權(quán)利要求書所確定。
權(quán)利要求
1.一種改進(jìn)的圖象處理系統(tǒng)，包括按一種通常速率取樣的數(shù)字輸入；一個(gè)掃描線圖象處理器，其特征在于，所述處理器按所述通常速率接收所述數(shù)字輸入，并可操作完成運(yùn)動檢測、運(yùn)動自適應(yīng)前置掃描內(nèi)插、水平和垂直換算，并將清晰度控制施加到所述輸入。
2.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述通常速率為每行圖象輸入720個(gè)取樣。
3.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述垂直換算是利用有限脈沖響應(yīng)濾波器進(jìn)行的。
4.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述水平換算是利用有限脈沖響應(yīng)濾波器進(jìn)行的。
5.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)能夠接收和顯示多種廣播電視制式。
6.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字輸入為NTSC。
7.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字輸入為NTSC通道入口。
8.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字輸入為PAL。
9.如權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)字輸入為PLAplus。
全文摘要
一種改進(jìn)的用于圖象信號處理的處理系統(tǒng)(10)，該系統(tǒng)僅采用一個(gè)新一代的掃描線圖象處理器(12)達(dá)到將近為最大的效率，其中的數(shù)字輸入按通常的速率進(jìn)行。該處理器完成運(yùn)動檢測、運(yùn)動自適應(yīng)掃描變換、水平和垂直換算，能在有限量的指令空間內(nèi)提供清晰度控制，并將這些功能提供給四種電視制式。
文檔編號H04N5/14GK1163531SQ9610964
公開日1997年10月29日 申請日期1996年8月26日 優(yōu)先權(quán)日1996年8月26日
發(fā)明者T·A·克拉坦諾夫, 維沙爾·馬爾坎迪, 大原一浩 申請人:德克薩斯儀器股份有限公司