TWI462595B - 用以消除影像誤差之濾波器與方法以及相關之顯示電路 - Google Patents

Description

用以消除影像誤差之濾波器與方法以及相關之顯示電路

本發明係有關於影像處理，尤其有關於一種用以消除影像誤差之濾波器與方法以及相關之顯示電路。

在電視規格PAL(Phase Alternating Line)中，於解調電視訊號中的色度訊號時，會產生具有規律性之色度相位誤差(chroma phase error)，亦即，在每個圖場(field)中，每一掃描線之各像素的色度值包含一誤差值，且此誤差值在相鄰掃描線間是正負交錯出現的，如第1A圖所示，圖場以小寫的f表示，f0~f3代表連續的四個圖場，f0與f2是偶圖場(even field)，f1與f3是奇圖場(odd field)，L0、L1、L2...等則為掃描線的編號，代表圖框(frame)中的第幾條掃描線。由第1A圖中可看出，偶圖場與奇圖場分別包含偶數編號與奇數編號之掃描線，且就同一圖場而言，相鄰掃描線所包含之誤差值為大小相等且正負相反。以偶圖場f0為例，掃描線L0、L2、L4、L6...等所包含之誤差值分別為+E0、-E0、+E0、-E0...等。另外，不同圖場之掃描線所具有之誤差值亦不相同，舉例來說，圖場f0與f1之掃描線所具有之誤差值分別以±E0與±E1來表示。

當第1A圖中之圖場經過解交錯(de-interlacing)以形成圖框時，會呈現如第1B圖的狀況。第1B圖中，圖框以大寫的F表示，圖框F0由圖場f0、f1解交錯而成，圖框F1由圖場f2、f3解交錯而成。因此，第1A圖之圖場 在經過解交錯處理後，每個圖框之任兩相鄰之偶數號線(如L0、L2或L2、L4)以及任兩相鄰之奇數號線(如L1、L3或L3、L5)所具有之誤差值為大小相等且正負相反。這些誤差值必需消除，否則會影響影像的訊號品質。

第2圖係顯示習用之處理電視訊號的架構，其中，視訊解碼器21將所接收之電視訊號解碼，送至解交錯電路22進行解交錯處理，最後再由縮放器(scaler)23執行影像之縮放後輸出。在第2圖的習用架構中，前述PAL電視訊號之誤差值是由視訊解碼器21來進行消除，因而視訊解碼器21中必須多設置至少一或兩條掃描線緩衝器(line buffer)來暫存圖場中之掃描線，以便執行誤差值的消除，如此不但增加硬體的成本，也會增加訊號處理的時間。

有鑑於此，本發明之一目的，在於提供一種用以消除影像誤差之濾波器及方法，可消除影像訊號所具有之誤差值，以節省硬體成本與訊號處理時間。

本發明之另一目的，在於提供一種用以消除影像誤差之濾波器及方法，可在影像訊號之誤差值呈現一規律性時，依據此規律性決定濾波器的係數，以消除影像訊號之誤差值。

本發明之另一目的，在於提供一種電視訊號之顯示電路，可在執行電視訊號的垂直縮放之際，消除電視訊號中之色度訊號所具有之誤差值，以節省硬體成本與訊號處理時間。

本發明揭露一種用以消除影像誤差之濾波器，包含：複數個乘法器，用以從複數條掃描線接收複數個像素值，並將每一像素值乘以一對應的權重係數後輸出；以及一加法器，用以加總乘法器之輸出，以產生一輸出像素值；其中，像素值包含誤差值，誤差值之大小具有一規律性，而對應權重係數相關於該誤差值之規律性，以使加法器在產生輸出像素值時，至少一部份之誤差值相互抵銷。

本發明另揭露一種用以消除影像誤差之方法，包含下列步驟：從複數條掃描線接收複數個像素值，像素值包含誤差值，誤差值之大小具有一規律性；將每一像素值分別乘以一對應的權重係數，以產生複數個中間值，其中該對應權重係數係依據該誤差值之規律性；以及加總中間值，以產生一輸出像素值，使得誤差值相互抵銷。

本發明另揭露一種電視訊號之顯示電路，包含：視訊解碼器，用以接收電視訊號，並解碼產生色度訊號，其具有一訊號誤差；解交錯電路，耦接於視訊解碼器，用以解交錯色度訊號；以及縮放器，耦接於解交錯電路，用以縮放該解交錯之色度訊號並濾除該訊號誤差。

以下所敘述之本發明的實施例，可對於PAL電視訊號中之色度訊號或者任何具有類似誤差特性之影像訊號，亦即具有類似第1B圖所示之規律性誤差的影像訊號，在進行影像垂直縮放的同時，消除訊號中所包含之誤差值。換言之，在第2圖之影 像處理架構中，習用技術是在視訊解碼器21中執行誤差值的消除，因此需要增設掃描線緩衝器來暫存掃描線，且需要額外的處理時間來消除誤差值；而本發明則可在縮放器23中於執行影像之垂直縮放時一併將誤差值消除，且由於縮放器23內本身即具有掃描線緩衝器，因此不必另外新增掃描線緩衝器，如此可同時節省硬體成本與訊號處理時間。

第3圖係本發明較佳實施例之用以消除影像誤差之濾波器30的電路圖，包含N個乘法器32-1~32-N及一加法器33，亦即，濾波器30為具有N個抽頭之濾波器(N-tap filter)，而此N個抽頭分別具有對應的權重係數(或稱為抽頭係數(tap coefficient))C₀、C₁...及C_N-1。N個乘法器32-1~32-N可從N條掃描線分別接收像素值，將其乘以對應的權重係數後輸出；加法器33則加總N個乘法器之輸出，以產生輸出像素值。當所接收之像素值包含之誤差值大小具有一規律性時，舉例而言，誤差值係正負交錯出現，則對應權重係數的大小可依據此規律性巧妙地設定，以使加法器33在產生輸出像素值時，消除誤差值，減少電路的複雜度。

舉例而言，當濾波器30可實現於垂直縮放器中為一垂直縮放濾波器30，可接收經過解交錯處理之PAL電視訊號的圖框，或者，接收其他具有類似規律性誤差之影像圖框，對其進行垂直縮放，並利用加法器33將圖框中所包含之誤差值巧妙地消 除。舉例而言，N個乘法器32-1~32-N分別接收圖框中連續N條掃描線之N個像素值P₀、P₁、...及P_N-1，亦即，乘法器32-1從第一條掃描線接收P₀、乘法器32-2從第二條掃描線接收P₁...其餘依此類推；接著，該N個乘法器將該N個像素值分別乘以對應的權重係數後輸出，亦即，乘法器32-1將P₀乘以C₀、乘法器32-2將P₁乘以C₁...其餘依此類推；加法器33加總該N個乘法器之輸出，以產生一插補像素值P_i。因此：P_i=P₀×C₀+P₁×C₁+...+P_N-1×C_N-1式(1)

若該N個像素值為PAL規格下之色度值，則其所具有之誤差值將具有如第1B圖所示之規律性，亦即，像素值P₀、P₄...各包含第一誤差值，P₂、P₆...各包含第二誤差值，P₁、P₅...各包含第三誤差值，P₃、P₇...各包含第四誤差值，第一誤差值與第二誤差值大小相等且正負相反，第三誤差值與第四誤差值大小相等且正負相反。在濾波器30中，N個抽頭之權重係數C₀、C₁...及C_N-1係設計為C₀、C₄...之和等於C₂、C₆...之和，C₁、C₅...之和等於C₃、C₇...之和，於此實施例中，在式(1)中，所有的誤差項可表示為：(C₀+C₄...)×第一誤差值+(C₂+C₆...)×第二誤差值+(C₁+C₅...)×第三誤差值+(C₃+C₇...)×第四誤差值=0

因此，誤差值可正負抵消掉。換言之，濾波器30藉由式(1)產生插補像素值，可以同時達到執行垂直縮放與消除誤差值的雙重目的。

當N等於四時，抽頭之權重係數間之關係可簡化為C₀等於C₂，C₁等於C₃。以下以N等於四為例，舉例說明抽頭之對應權重係數的兩種產生方式。第一種產生方式如第4圖所示，插補像素P_i是依據P₀、P₁、P₂及P₃四個像素所產生，且P_i的位置是介於P₁與P₂之間。假設P_i的位置較靠近P₁，並且P₁與P₂所提供的權重比例分別為6與4(因為P_i較靠近P₁，所以P₁提供之權重較大)。較佳地，P₀與P₂之權重係數應相同，因此P₁所提供的權重6可平均分給P₀與P₂，而產生P₀與P₂之權重係數分別為3，即C₀=C₂=3；較佳地，P₁與P₃之權重係數應相同，因此P₂所提供的權重4可平均分給P₁與P₃，而產生P₁與P₃之權重係數分別為2，即C₁=C₃=2。當插補像素P_i位於P₁與P₂之間的不同位置時，P₁與P₂所提供的權重比例亦會隨之變化，且皆可利用前述方式來決定各抽頭之對應權重係數。

第二種產生方式如第5圖所示，插補像素P_i是依據P₀、P₁、P₂及P₃四個像素所產生，且P_i的位置是介於P₁與P₂之間。在第5圖中，引進了一個參數△，亦可稱為縮放係數(scaling factor)，其代表Pi與P1間的距離，△=0代表Pi位於P1的位置，△=1代表Pi位於P2的位置。於此實施例中，需預 先設定△=0與△=1時之各權重係數，則當△等於0與1之間之任何值時，可藉由預先設定的兩組權重係數值，依據△值執行α混合(alpha blending)運算，即可得到所需的權重係數。舉例來說，如第5圖所示，在△=0與△=1時之各權重係數(C₀,C₁,C₂,C₃)係分別預先設定為(1,2,1,2)與(2,1,2,1)，則當△=0.2時，C₀=2×△+1×(1-△)=1.2，C₁=1×△+2×(1-△)=1.8，C₂與C₃亦可利用此法算出。△=0.8時算法亦類似，茲不贅述。

第6圖係本發明較佳實施例之電視訊號之顯示電路60的方塊圖，包含視訊解碼器61、解交錯電路62及縮放器63。視訊解碼器61用以接收一電視訊號，並解碼產生一色度訊號，其具有一訊號誤差，舉例而言，此電視訊號可為PAL電視訊號，其訊號誤差為色度相位誤差；解交錯電路62耦接於視訊解碼器61，可解交錯視訊解碼器61解碼產生之色度訊號；縮放器63耦接於解交錯電路62，可縮放經過解交錯之色度訊號並濾除其訊號誤差。縮放器63內包含垂直縮放器631，其為具有四個抽頭之濾波器(4-tap filter)，電路結構類似於第3圖之濾波器30。四個抽頭分別接收經解交錯之色度訊號中連續四條掃描線之像素值，以產生插補像素值。當電視訊號為PAL電視訊號時，其色度相位誤差會呈現如第1B圖所示之規律性，較佳地，將該四個抽頭之對應權重係數D₀、D₁、D₂及D₃設定成D₀等 於D₂，D₁等於D₃，垂直縮放器631便可在進行垂直縮放之際，一併將色度相位誤差消除，而無須額外的線緩衝器。

第7圖係本發明較佳實施例之用以消除影像誤差之方法的流程圖。步驟71中，接收N個像素值P₀、P₁、...及P_N-1，該N個像素值分別屬於N條掃描線，舉例而言，一圖框中之連續N條掃描線。該N個像素值可為PAL規格下之色度值，或其他具有類似規律性誤差之像素值。

步驟72中，將該N個像素值分別乘以對應的權重係數C₀、C₁...及C_N-1，以產生N個中間值，其中C₀、C₄...之和等於C₂、C₆...之和，C₁、C₅...之和等於C₃、C₇...之和。

步驟73中，加總該N個中間值，以產生一插補像素值。

綜上所述，本發明揭露一種用以消除影像誤差之濾波器，包含N個乘法器與一加法器，N個乘法器分別用以接收N個像素值P₀、P₁、...及P_N-1，N個像素值分別屬於N條掃描線，該N個乘法器將每一像素值乘以一對應的權重係數後輸出；加法器用以加總該N個乘法器之輸出，以產生一輸出像素值；其中，像素值所包含之誤差值大小具有一規律性，而對應權重係數相關於該規律性，以使加法器在產生輸出像素值時，誤差值可相互抵銷。當該N個像素值為PAL規格下之色度值時，可將該對應 權重係數C₀、C₁...及C_N-1設定為C₀、C₄...之和等於C₂、C₆...之和，C₁、C₅...之和等於C₃、C₇...之和，以消除該N個像素值所包含之色度相位誤差。應注意到，熟知此項技藝人士皆能明瞭，可根據以上實施例之揭示而做出諸多可能變化，舉例而言，上述實施例雖以PAL電視訊號進行說明，熟知此項技藝人士可明瞭此種電路設計可以應用於畫面處理時規律性重複的訊號誤差之處理，舉例而言，規律性重複的訊號誤差可能出現在解交錯的過程中所出現的叉線，而其規律性則不限定於四的倍數，可能是出現在相鄰掃描線間之誤差。

以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明之範圍。凡熟知此項技藝人士皆能明瞭，可根據以上實施例之揭示而做出諸多可能變化，仍不脫離本發明之精神和範圍。

21‧‧‧視訊解碼器

22‧‧‧解交錯電路

23‧‧‧縮放器

30‧‧‧用以消除影像誤差之濾波器

32-1~32-N‧‧‧乘法器

33‧‧‧加法器

61‧‧‧視訊解碼器

62‧‧‧解交錯電路

63‧‧‧縮放器

631‧‧‧垂直縮放器

71~73‧‧‧較佳實施例之用以消除影像誤差之方法的流程

第1A圖係顯示PAL規格之圖場所具有之誤差值。

第1B圖係顯示第1A圖之圖場經過解交錯後之圖框所具有之誤差值。

第2圖係顯示習用之處理電視訊號的架構。

第3圖係本發明較佳實施例之用以消除影像誤差之濾波器的電路圖。

第4圖係第3圖之抽頭之對應權重係數的產生 方式之一實施例。

第5圖係第3圖之抽頭之對應權重係數的產生方式之另一實施例。

第6圖係本發明較佳實施例之電視訊號之顯示電路的方塊圖。

第7圖係本發明較佳實施例之垂直縮放方法的流程圖。

30‧‧‧用以消除影像誤差之濾波器

32-1~32-N‧‧‧乘法器

33‧‧‧加法器

Claims (25)

1. 一種用以消除影像誤差之濾波器，包含：複數個乘法器，分別接收複數條掃描線輸出之複數個像素值，並分別將各該些像素值乘以一對應權重係數後輸出；以及一加法器，用以加總該些乘法器之輸出，以產生一輸出像素值；其中，該些像素值包含複數個誤差值，該些誤差值之大小具有一規律性，而該些對應權重係數係相關於該些誤差值之該規律性。
2. 如申請專利範圍第1項所述之濾波器，其中該濾波器係一垂直縮放濾波器，該輸出像素值係一插補像素值。
3. 如申請專利範圍第1項所述之濾波器，其中該規律性係為該些誤差值係正負交錯出現。
4. 如申請專利範圍第1項所述之濾波器，其中該些像素值為P₀、P₁、...及P_N-1，該些對應權重係數為C₀、C₁...及C_N-1，N不小於4；該些個像素值中，P₀、P₄...各包含一第一誤差值，P₂、P₆...各包含一第二誤差值，P₁、P₅...各包含一第三誤差值，P₃、P₇...各包含一第四誤差值，該第一誤差值相關於該第二誤差值，該第三誤差值相關於該第四誤差值。
5. 如申請專利範圍第4項所述之濾波器，其中該第一誤差值與該第二誤差值大小相等且正負相 反。
6. 如申請專利範圍第5項所述之濾波器，其中C₀、C₄...之和等於C₂、C₆...之和。
7. 如申請專利範圍第5項所述之濾波器，其中當N等於4時，C₀等於C₂。
8. 如申請專利範圍第4項所述之濾波器，其中該第三誤差值與該第四誤差值大小相等且正負相反。
9. 如申請專利範圍第8項所述之濾波器，其中C₁、C₅...之和等於C₃、C₇...之和。
10. 如申請專利範圍第8項所述之濾波器，其中當N等於4時，C₁等於C₃。
11. 如申請專利範圍第1項所述之濾波器，其中各像素值係為一色度值。
12. 一種用以消除影像誤差之方法，包含：分別從複數條掃描線接收複數個像素值，該些像素值包含複數個誤差值，該些誤差值之大小具有一規律性；將該些像素值分別乘以複數個對應的權重係數，以產生複數個中間值，其中該些對應權重係數相關於該些誤差值之該規律性；以及加總該些個中間值，以產生一輸出像素值。
13. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該規律性係為該些誤差值係正負交錯出現。
14. 如申請專利範圍第12項所述之方法，其中該些 像素值為P₀、P₁、...及P_N-1，該些對應權重係數為C₀、C₁...及C_N-1，N不小於4；該些像素值中，P₀、P₄...各包含一第一誤差值，P₂、P₆...各包含一第二誤差值，P₁、P₅...各包含一第三誤差值，P₃、P₇...各包含一第四誤差值，該第一誤差值相關於該第二誤差值，該第三誤差值相關於該第四誤差值。
15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該第一誤差值與該第二誤差值大小相等且正負相反。
16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中C₀、C₄...之和等於C₂、C₆...之和。
17. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其中當N等於4時，C₀等於C₂。
18. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其中該第三誤差值與該第四誤差值大小相等且正負相反。
19. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中C₁、C₅...之和等於C₃、C₇...之和。
20. 如申請專利範圍第18項所述之方法，其中當N等於4時，C₁等於C₃。
21. 如申請專利範圍第12項所述之垂直縮放方法，其中各像素值係為一色度值。
22. 一種用以消除電視訊號之影像誤差的顯示電路，包含： 一視訊解碼器，用以接收一電視訊號，並解碼產生一色度訊號，其具有一訊號誤差；一解交錯電路，耦接於該視訊解碼器，用以解交錯該色度訊號；以及一縮放器，耦接於該解交錯電路，用以縮放該解交錯之色度訊號並濾除該訊號誤差；其中，該縮放器係接收該解交錯之色度訊號中複數條掃描線之複數個像素值，該些像素值包含複數個誤差值，該些誤差值之大小具有一規律性，該縮放器依據該些像素值分別乘以複數個對應的權重係數來縮放該些像素值以濾除該訊號誤差；其中，該些對應權重係數相關於該些誤差值之該規律性。
23. 如申請專利範圍第22項所述之顯示電路，其中該電視訊號為一PAL電視訊號，該訊號誤差為一色度相位誤差。
24. 如申請專利範圍第23項所述之顯示電路，其中該縮放器包含一垂直縮放器，以濾除該色度相位誤差。
25. 如申請專利範圍第24項所述之顯示電路，其中該垂直縮放器包含四個抽頭，分別接收該解交錯之色度訊號中連續四條掃描線之像素值，以產生插補像素值；其中，該四個抽頭分別具有對應之權重係數C₀、C₁、C₂及C₃，C₀等於C₂，C₁等於C₃。