專利名稱：多方向時空亮/色度分離的數字視頻信號處理裝置和方法
技術領域：
本發明涉及一種數字視頻信號處理裝置。具體而言，本發明涉及用于在NTSC/PAL(國家電視制式委員會/逐行倒相制式)系統中多個方向上的基于場/幀的時間和空間Y/C分離的數字視頻信號處理裝置和方法。
背景技術：
NTSC/PAL廣播系統的顯示器包括用于處理CVBS(復合視頻消隱同步)信號的器件，所述CVBS信號是Y(亮度)信號和C(色度)信號的復合信號。使用副載波頻率fsc來正交調幅調制所述C信號。因此，C信號的特性通過其頻率和相位而被確定。在接收級的數字視頻信號處理裝置參照C信號的特性而分離Y和C信號，并且根據所分離的信號而顯示圖像。
圖1圖解了傳統視頻信號處理裝置100的方框圖。參見圖1，視頻信號處理裝置100包括梳狀濾波器110、一維帶通濾波器(1D-BPF)120、權重確定單元130、組合器140和減法器150。梳狀濾波器110在垂直方向上一維帶通濾波輸入的視頻信號。1D-BPF 120在水平方向上一維帶通濾波輸入的視頻信號。權重確定單元130參照垂直/水平相關度和C信號的相位來確定梳狀濾波器110的輸出和1D-BPF 120的輸出的權重。組合器140使用所述權重來組合梳狀濾波器110和1D-BPF 120的輸出信號以產生C信號。減法器150從輸入的CVBS信號減去C信號以產生Y信號。
圖2圖解了另一種傳統視頻信號處理裝置200的方框圖。參見圖2，視頻信號處理裝置200包括2D-BPF 210、減法器220和后置處理器230。2D-BPF210執行二維卷積以提取被調制的C信號。所提取的C信號和由減法器220產生的Y信號被后置處理器230處理。當2D-BPF 210錯誤地執行Y/C分離時，后置處理器230補償Y/C信號以產生補償的Y/C信號。
在傳統的Y/C分離技術中，當所檢測的圖像的邊緣具有高垂直相關度時，根據梳狀濾波來進行Y/C分離，并且當所檢測的圖像的邊緣具有高水平相關度時，根據一維帶通濾波來進行Y/C分離。如上所述，當按照傳統的Y/C分離技術來選擇這些濾波方法之一時，系統性能主要依賴于用于邊緣檢測的閾值。即，當由于不準確的邊緣檢測而錯誤地選擇濾波方法時，會錯誤或不穩定地進行Y/C分離。不選擇濾波方法之一而是組合濾波操作的結果的傳統技術可以在一定程度上解決這個問題。但是，這些技術基于水平或垂直一維濾波，因此，可能由于不定的邊緣方向而導致在所產生的信號中剩余人為失真(artifact)。
換句話說，在其中圖像的邊緣延伸的方向不一致(uniform)的情況下，當通過分立地選擇的梳狀或一維帶通濾波而錯誤地執行了Y/C分離時，會在所顯示的圖像上顯現交叉亮度和串色，所述交叉亮度發生在當所分離的Y信號中存在C分量時，并導致點狀人為失真，串色發生在當在所分離的C信號中存在Y分量時，并導致彩虹模式人為失真。
為了改善空間濾波，傳統的視頻信號處理裝置使用時空濾波。在這種情況下，當處理當前像素時，考慮前一場的像素數據和下一個場的像素數據與當前像素的相關度或前一幀的像素數據和下一個幀的像素數據與當前像素的相關度。所述時空濾波方法需要存儲器，用于存儲前一個和下一個場或幀的像素數據。雖然時空濾波器比空間濾波器更昂貴，但是當需要具有高畫面質量的圖像時經常使用時空濾波技術。
但是，當在相關度測量中有錯誤時，響應于CVBS信號的幀間/幀內的相關度而分立地選擇空間濾波器和時空濾波器的傳統Y/C分離技術產生諸如交叉亮度和串色之類的人為失真。另外，傳統技術具有二維空間Y/C分離上的限制。
發明內容
因此，本發明涉及一種數字視頻信號處理裝置和方法，它們充分地克服了由于現有技術的限制和缺陷而導致的一個或多個問題。
本發明的一個實施例的一個特征是提供一種用于NTSC和PAL系統的數字視頻信號處理裝置。
本發明的一個實施例的一個特征是按照輸入視頻信號的時間和空間特性而自適應和連續地在多個方向上進行基于場/幀的Y/C分離。
本發明的一個實施例的另一個特征是使用具有適合于輸入視頻信號的Y/C分離的頻譜特性的時空濾波器。
本發明的上述和其他特征和優點的至少一個可以通過提供一種視頻信號處理方法來實現，該方法包括使用對應于輸入視頻信號的多個場的數字數據而產生多個平面系數和組合系數；將由平面系數組成的濾波掩碼與輸入視頻信號的對應數據窗口卷積，以產生第一色度信號C1、第二色度信號C2和第三色度信號C3；并且使用組合系數來組合所述第一、第二和第三色度信號C1-C3，以產生輸入視頻信號的C信號。
可以從輸入視頻信號減去C信號以獲得輸入視頻信號的Y信號。
所述卷積可以包括按照輸入視頻信號的時空局部特性以連續的方式自適應地產生濾波掩碼。
所述卷積可以當輸入視頻信號的局部特性指示高垂直相關度時包括局部垂直梳狀濾波，當輸入視頻信號的局部特性指示高水平相關度時包括局部水平帶通濾波，并且當輸入視頻信號的局部特性相對于至少5個場數據而指示在水平和垂直方向上的高或低相關度時包括二維帶通濾波。
所述卷積可以包括將由第一平面系數的組合構成的第一濾波掩碼與第一數據窗口卷積以產生第一色度信號C1，將由第二平面系數的組合構成的第二濾波掩碼與第二數據窗口卷積以產生第二色度信號C2，將由第三平面系數的組合構成的第三濾波掩碼與第三數據窗口卷積以產生第三色度信號C3。
第一數據窗口可以包括當前場的至少三個水平掃描線的數字數據。第二數據窗口可以包括前一場、當前場和下一個場中的每個的水平掃描線的數字數據。第三數據窗口可以包括在當前場之前兩個場的場、當前場和在當前場之后兩個場的場中的每個的水平掃描線的數字數據。第一、第二和第三數據窗口中的每個由具有公共相位的數字數據組成。
第一平面系數、第二平面系數和第三平面系數中的每個可以包括與和中心像素的垂直和向上相關度成正比的第一系數；與和中心像素的垂直和向下相關度成正比的第二系數；與和中心像素的水平和向左相關度成正比的第三系數；與和中心像素的水平和向右相關度成正比的第四系數。
每個組合系數的值與在對應的數據窗口中的相對垂直變化成反比。所述視頻信號處理方法可以被應用到NTSC或PAL系統。
本發明的上述和其他特征和優點的至少一個可以通過提供一種視頻信號處理裝置來實現，該裝置包括權重確定單元，用于使用對應于輸入視頻信號的多個場的數字數據而產生多個平面系數和組合系數；濾波器，用于將由平面系數組成的濾波掩碼與輸入視頻信號的對應數據窗口卷積，以產生第一色度信號C1、第二色度信號C2和第三色度信號C3；以及，組合器，用于使用組合系數來組合所述第一、第二和第三色度信號C1-C3，以產生輸入視頻信號的C信號。
通過參照附圖而詳細說明本發明的例證實施例，本發明的上述和其他特點和優點對于本領域內的普通技術人員將會變得更加清楚，其中圖1圖解了一種傳統視頻信號處理裝置的方框圖；圖2圖解了另一種傳統視頻信號處理裝置的方框圖；圖3圖解了按照本發明的一個實施例的視頻信號處理裝置的方框圖；圖4圖解了NTSC系統的色度信號相位；圖5圖解了PAL系統的色度信號相位；圖6圖解了NTSC系統的時空色度信號相位；圖7圖解了PAL系統的時空色度信號相位；圖8圖解了用于說明NTSC系統的水平/垂直濾波系數的圖；圖9圖解了用于說明NTSC系統的水平/垂直濾波系數的圖；圖10圖解了用于說明NTSC系統的水平/垂直濾波系數的圖；圖11圖解了用于說明PAL系統的水平/垂直濾波系數的圖；圖12圖解了用于說明PAL系統的水平/垂直濾波系數的圖；圖13圖解了用于說明PAL系統的水平/垂直濾波系數的圖；圖14圖解了要與濾波系數卷積的公共相位數據窗口；圖15圖解了像素中的垂直變化；圖16圖解了像素中的水平變化；圖17圖解了在圖3中圖解的視頻信號處理裝置的三維帶通濾波器的方框圖。
具體實施例方式
題目為“Digital Video Signal Processing Apparatus and Method for AdaptiveTemporal and Spatial Y/C Separation in Multiple Directions(用于在多個方向上的自適應時空Y/C分離的視頻信號處理裝置和方法)”的、2005年1月13日在韓國知識產權局提交的韓國專利申請第10-2005-0003179號通過引用被整體并入在此。
現在參照附圖來更全面地說明本發明，在附圖中示出了本發明的例證實施例。但是，本發明可以以許多不同形式而被體現，并且不應當被理解為限于在此給出的實施例；而是，這些實施例被提供用來使得這個公開將是徹底和完整的，并且將全面地向本領域內的普通技術人員傳送本發明的思想。在全部附圖中，相同的附圖標號表示相同的元件。
圖3圖解了按照本發明的一個實施例的視頻信號處理裝置300的方框圖。參見圖3，視頻信號處理裝置300包括存儲器310、權重確定單元320、三維帶通濾波器330、組合器340和減法器350。視頻信號處理裝置300可以用于NTSC系統和PAL系統。視頻信號處理裝置300接收作為輸入視頻信號的數字CVBS信號，并且將輸入視頻信號分離為Y信號和C信號。輸入視頻信號可以是通過以預定頻率來采樣模擬CVBS信號的有效視頻區域而獲得的數字信號，所述預定頻率諸如4fSC，其中，fSC是副載波頻率。
NTSC系統的輸入視頻信號CVBS(t)可以如下表示。
CVBS(t)＝Y+U*sin2πfSCt+V*cos2πfSCt，其中，U和V是C分量，fSC是副載波頻率，t是時間。因此，在NTSC系統中，以4fSC采樣的像素信號具有如圖4所示的色度信號相位。即，對于每條水平線以Y+U、Y+V、Y-U、Y-V、...的形式來重復像素信號。圖4僅僅圖解了色度信號分量的相位。在NTSC系統中，色度信號相位在相鄰的水平掃描線中移位180度，如圖4所示。
可以如圖6中所示而時空地表示NTSC系統的輸入視頻信號CVBS(t)。參見圖6，在(i，j，t)處的當前處理的中心像素的C分量的相位可以具有特定的相位，例如+U。在自中心像素的第一對角方向上時空布置的像素信號、即下一個場的(i-1，j，t+1)處的像素和前一場的(i，j，t-1)處的像素與中心像素具有相同的相位。在自中心像素的第二對角方向上時空布置的像素信號、即下一個場的(i，j，t+1)處的像素和前一場的(i-1，j，t-1)處的像素具有與在(i，j，t)處的中心像素的C分量的相位相反的相位，例如-U。在NTSC系統中，每個幀由兩個場組成，即奇數場和偶數場。
PAL系統的輸入視頻信號CVBS(t)可以如下表示。
CVBS(t)＝Y+U*sin2πfSCt±V*cos2πfSCt，其中，U和V是C分量，fSC是副載波頻率，t是時間。在等式2中，V分量的符號對于每個場在正和負之間交替。因此，在PAL系統中的像素信號具有如圖5所示的色度信號相位。即，在每條水平線中以Y+U、Y+V、Y-U、Y-V、...或Y+U、Y-V、Y-U、Y+V、...的形式來重復像素信號，并且，所述色度信號相位每隔一條水平掃描線移位180度。
可以如圖7所示時空表示PAL系統的輸入視頻信號CVBS(t)。參見圖7，在(i，j，t)處的當前處理的中心像素的C信號分量的相位可以具有特定的相位，例如+U。在自當前像素的對角方向上時空布置的像素信號、即下一個場的(i-1，j，t+1)處的像素和前一場的(i，j，t-1)處的像素具有與當前場的(i，j，t)處的當前像素的相位相反的相位。在中心像素后一個幀(兩個場)的(i+1，j，t+2)處的像素和在中心像素之前一個幀(兩個場)的(i，j，t-2)處的像素也具有與當前場的(i，j，t)處的當前像素的相位相反的相位。從中心像素垂直布置的像素、即在同一場的(i-2，j，t)和(i+2，j，t)的像素也與具有當前場的(i，j，t)處的當前像素的相位相反的相位。
由視頻信號處理裝置300分離的Y和C信號(U和V信號)可以被轉換為外部電路所需要的格式，然后被存儲或發送到顯示器。例如，可以使用三個彩色信號——例如紅色、綠色和藍色信號——來內插所述Y和C信號，以顯示在液晶顯示器(LCD)上。
按照本發明的一個實施例的視頻信號處理裝置300自適應地響應于輸入視頻信號CVBS的時空局部特性而操作，而不是分立地執行時空梳狀濾波或一維帶通濾波。為此，存儲器310存儲對應于輸入視頻信號的多個場的數字場數據。存儲器310包括多個幀存儲器312和313，每個幀存儲器存儲對應于一個幀的數據。雖然圖3僅僅示出了兩個幀存儲器312和313，但是如果需要用于濾波，則可以向數字視頻信號處理裝置300增加更多的幀存儲器。
在存儲器310中存儲的對應于多個場的場數據和當前輸入的視頻數據被輸出到權重確定單元320。權重確定單元320使用場數據而產生平面系數Wu、Wd、Wl和Wr以及組合系數Wv、Wtv和Wt，它們將用于在三維帶通濾波器330中的濾波。當網絡參數控制(NPC)信號具有邏輯高電平時，可以對于具有如圖4所示的色度信號相位的NTSC系統產生平面系數Wu、Wd、Wl和Wr以及組合系數Wv、Wtv和Wt。當控制信號NPC具有邏輯低電平時，可以對于具有如圖5所示的色度信號相位的PAL系統產生平面系數Wu、Wd、Wl和Wr以及組合系數Wv、Wtv和Wt。雖然對于NTSC和PAL系統都產生了平面系數Wu、Wd、Wl和Wr以及組合系數Wv、Wtv和Wt，但用于產生NTSC系統的系數的數據與用于產生PAL系統的系數的數據不同。
在操作中，三維帶通濾波器330使用平面系數Wu、Wd、Wl和Wr以及組合系數Wv、Wtv和Wt而產生第一C信號Cv(i，j)、第二C信號Ctv(i，j)、第三C信號Ct(i，j)。三維帶通濾波器330使用包括多個場的數據窗口BEFRM(在幀前)、BEFID(在場前)、PRFID(當前場)、AFFID(在場后)和AFFRM(在幀后)，將響應于NPC信號而將它們與濾波掩碼卷積。
組合器340使用組合系數Wv、Wtv和Wt來組合第一、第二和第三C信號Cv(i，j)、Ctv(i，j)、Ct(i，j)，以產生輸入視頻信號的C信號。減法器350從當前的復合信號CVBS(t)中減去從組合器340輸出的、當前處理的像素的C信號(U或V信號)，以獲得Y信號。例如，當從當前像素Y+U的視頻信號減去作為C信號而輸出的U信號時，獲得Y信號。
三維帶通濾波器330響應于輸入視頻信號的時空局部特性而連續和自適應地執行局部垂直梳狀濾波、水平帶通濾波和二維帶通濾波。即，三維帶通濾波器330可以使用濾波掩碼來進行濾波，以按照當前局部特性而與至少5個場的場數據項進行卷積。三維帶通濾波器330在要濾波的中心像素的局部特性指示高垂直相關度時執行局部垂直梳狀濾波，并且在所述局部特性指示高水平相關度時執行局部水平帶通濾波。當輸入視頻信號的局部特性指示在垂直和水平方向上的高或低相關度時，三維帶通濾波器330可以進行二維帶通濾波。三維帶通濾波器330可以使用由平面系數Wu、Wd、Wl和Wr的三個組合構成的濾波掩碼，即多個系數掩模。
所述濾波掩碼可以包括第一系數掩模hv(i，j)、第二系數掩模htv(i，j)和第三系數掩模ht(i，j)。可以分別使用三組平面系數Wu、Wd、Wl和Wr來產生三個系數掩模hv(i，j)、htv(i，j)和ht(i，j)。參照不同數據而產生三組平面系數Wu、Wd、Wl和Wr。
從三維帶通濾波器330輸出的第一、第二和第三C信號Cv(i，j)、Ctv(i，j)和Ct(i，j)可以被如下表示。
Cv(i，j)＝hv(i，j)**CVBSv(i，j)Ctv(i，j)＝htv(i，j)**CVBStv(i，j)Ct(i，j)＝ht(i，j)**CVBSt(i，j)即，三維帶通濾波器330可以將第一系數掩模hv(i，j)與在存儲器310中存儲的場數據的對應數據窗口CVBSv(i，j)二維卷積，以輸出輸入視頻信號的第一C信號Cv(i，j)，將第二系數掩模htv(i，j)與在存儲器310中存儲的場數據的對應數據窗口CVBStv(i，j)二維卷積，以輸出輸入視頻信號的第二C信號Ctv(i，j)，將第三系數掩模ht(i，j)與在存儲器310中存儲的場數據的對應數據窗口CVBSt(i，j)二維卷積，以輸出第三C信號Cv(i，j)。
組合器340可以組合第一、第二和第三C信號Cv(i，j)、Ctv(i，j)和Ct(i，j)以輸出輸入視頻信號的C信號。從減法器350輸出的Y信號可以是如下所示通過從當前的復合信號中減去從組合器340輸出的當前處理像素的C信號(U或V信號)而獲得的值。
Y(i，j)＝CVBS(i，j)-C(i，j)在NTSC和PAL模式中，可以通過如下的3×5矩陣而表示第一、第二和第三系數掩模hv(i，j)、htv(i，j)和ht(i，j)。
hv(i,j)/htv(i,j)/ht(i,j)=Wu·Wl00.5·Wu0Wu·Wr0.5·Wl0N00.5·WrWd·Wl00.5·Wd0Wd·Wr]]>雖然NTSC和PAL系統使用不同的數據來用于卷積，但是由等式5表示的濾波掩碼用于NTSC和PAL系統兩者。
在等式5中，N可以是保證系數和N的絕對值的和是1的歸一化值。由等式3表示的、用于通過三維帶通濾波器330的卷積的數據窗口CVBS(i，j)可以是對應于等式5的3×5矩陣的數據。具體上，對應于在等式5中的非零元素的像素數據可以用于等式3的卷積。
在NTSC系統中，由等式5的矩陣表示的第一系數掩模hv(i，j)可以被應用到包括圖8中所示的像素數據810、820和830的數據窗口CVBSv(i，j)。即，可以在水平和垂直方向上將第一系數掩模hv(i，j)與數據窗口CVBSv(i，j)卷積，如等式3所示。由圖8的像素數據810、820和830構成的數據窗口CVBSv(i，j)可以屬于至少包括當前所處理場的三條水平掃描線數字數據窗口PRFID的數據平面。
而且，由等式5的矩陣表示的第二系數掩模htv(i，j)可以被應用到包括圖9中所示的像素數據910、920和930的數據窗口CVBStv(i，j)。即，可以在水平、垂直和對角方向上將第二系數掩模htv(i，j)與數據窗口CVBStv(i，j)卷積，如等式3所示。由圖9的像素數據910、920和930構成的數據窗口CVBStv(i，j)可以屬于一個數據平面，所述數據平面至少包括前一場的一個水平掃描線數字數據窗口BEFID、當前場的一個水平掃描線數字數據窗口PRFID和下一個場的一個水平掃描線數字數據窗口AFFID。
另外，由等式5的矩陣表示的第三系數掩模ht(i，j)可以被應用到包括圖10中所示的像素數據1010、1020和1030的數據窗口CVBSt(i，j)。換句話說，可以在水平和時間方向上將第三系數掩模ht(i，j)與數據窗口CVBSt(i，j)卷積，如等式3所示。由圖10的像素數據1010、1020和1030構成的數據窗口CVBSt(i，j)可以屬于一個數據平面，所述數據平面至少包括兩個場(一個幀)前的場的一個水平掃描線數字數據窗口BEFRM、當前場的一個水平掃描線數字數據窗口PRFID和兩個場(一個幀)后的場的一個水平掃描線數字數據窗口AFFRM。
在分別與第一、第二和第三系數掩模hv(i，j)、htv(i，j)和ht(i，j)卷積的圖8、9和10中圖解的數據窗口中，在每條線中對應的線數據可以具有公共的相位關系，如圖14中所示。因此，由等式5的矩陣表示的系數掩模hv(i，j)、htv(i，j)和ht(i，j)具有包括相同的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr的相同形式。但是，用于計算平面系數Wu、Wd、Wl和Wr以獲得系數掩模的元素的像素數據位于不同的數據平面，如圖8、9和10所示。
在對應于等式5中的非零元素的像素數據、即圖14中所示的公共相位數據窗口中，將具有與中心像素1410的相位相反相位的C分量的垂直和水平數據1420、1430、1440和1450以及具有與中心像素1410的相位相同相位的C分量的對角數據1460、1470、1480和1490用于等式3的卷積。
在PAL系統中，可以與在NTSC系統中一樣，使用第一系數掩模hv(i，j)、第二系數掩模htv(i，j)和第三系數掩模ht(i，j)來執行等式3的卷積。在PAL系統中，由等式5的矩陣表示的第一系數掩模hv(i，j)可以被應用到包括圖11中所示的像素數據1110、1120和1130的數據窗口CVBSv(i，j)。即，可以在水平和垂直方向上將第一系數掩模hv(i，j)與數據窗口CVBSv(i，j)卷積，如等式3所示。由圖11的像素數據1110、1120和1130構成的數據窗口CVBSv(i，j)可以屬于至少包括當前所處理場的三條水平掃描線數字數據窗口PRFID的數據平面。
而且，由等式5的矩陣表示的第二系數掩模htv(i，j)可以被應用到包括圖12中所示的像素數據1210、1220和1230的數據窗口CVBStv(i，j)。即，可以在水平、垂直和對角方向上將第二系數掩模htv(i，j)與數據窗口CVBStv(i，j)卷積，如等式3所示。由圖12的像素數據1210、1220和1230構成的數據窗口CVBStv(i，j)可以屬于一個數據平面，所述數據平面至少包括前一場的一個水平掃描線數字數據窗口BEFID、當前場的一個水平掃描線數字數據窗口PRFID和下一個場的一個水平掃描線數字數據窗口AFFID。
另外，由等式5的矩陣表示的第三系數掩模ht(i，j)可以被應用到包括圖13中所示的像素數據1310、1320和1330的數據窗口CVBSt(i，j)。即，可以在水平和時間方向上將第三系數掩模ht(i，j)與數據窗口CVBSt(i，j)卷積，如等式3所示。由圖13的像素數據1310、1320和1330構成的數據窗口CVBSt(i，j)可以屬于一個數據平面，所述數據平面至少包括兩個場(一個幀)前的一個場的一個水平掃描線數字數據窗口BEFRM、當前場的一個水平掃描線數字數據窗口PRFID和兩個場(一個幀)后的場的一個水平掃描線數字數據窗口AFFRM。
在分別與第一、第二和第三系數掩模hv(i，j)、htv(i，j)和ht(i，j)卷積的圖11、12和13中圖解的數據窗口中，每條線中對應的多個線數據具有公共的相位關系，如圖14中所示。因此，由等式5的矩陣表示的系數掩模hv(i，j)、htv(i，j)和ht(i，j)具有包括相同的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr的相同形式。但是，用于計算平面系數Wu、Wd、Wl和Wr以獲得系數掩模的元素的像素數據位于不同的數據平面，如圖11、12和13所示。
在對應于等式5中的非零元素的像素數據、即圖14中所示的公共相位數據窗口中，將具有與中心像素1410的相位相反相位的C分量的垂直和水平數據1420、1430、1440和1450以及具有與中心像素1410的相位相同相位的C分量的對角數據項1460、1470、1480和1490用于等式3的卷積。
在等式5中的權重Wu、Wd、Wl和Wr分別被應用到具有與中心像素1410的相位相反相位的像素1420、1430、1440和1450，并且按照圖像的局部特性而具有在-0.5和0之間并且包括-0.5和0的值。分別向與中心像素1410具有相同相位的對角像素1460、1470、1480和1490應用權重WuWl、WdWl、WuWr和WdWr，因此，權重WuWl、WdWl、WuWr和WdWr按照圖像的局部特性而具有在0和0.25之間并且包括0和0.25的值。
確定在等式5中使用的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr以使它們滿足等式6。
|Wu|∝1VARv]]>(或VARh)和|Wu|∝1VARu]]>(或VARd)|Wd|∝1VARv]]>(或VARh)和|Wd|∝1VARd]]>(或VARu)|Wl|∝1VARh]]>(或VARv)和|Wl|∝1VARl]]>(或VARr)|Wr|∝1VARh]]>(或VARv)和|Wr|∝1VARr]]>(或VARl)其中，VARv是在輸入視頻信號中的垂直變化，VARh是輸入視頻信號中的水平變化，VARu是在輸入視頻信號中的向上變化，VARd是向下的變化，VARl是向左的變化，VARr是向右的變化。
在本發明的一個實施例中，如下給出等式6。
Wu=-0.5×DifhDifh+Difv×DifdDifu+Difd]]>Wd=-0.5×DifhDifh+Difv×DifuDifu+Difd]]>Wl=-0.5×DifvDifh+Difv×DifrDifr+Difl]]>Wr=-0.5×DifvDifh+Difv×DiflDifr+Difl]]>在等式7中，Difv是垂直差的絕對值，Difh是水平差的絕對值，Difu是向上差的絕對值，Difd是向下差的絕對值，Difl是向左差的絕對值，Difr是向右差的絕對值。參見圖15，例如，Difv＝du+dd+dv，Difu＝du和Difd＝dd。參見圖16，Difh＝dl+dr+dh，Difl＝dl和Difr＝dr。在此，du是在圖15所示的公共平面中的(i，j)處的像素數據和(i-2，j)處的像素數據之間的差的絕對值，dd是在圖15所示的公共平面中的(i，j)處的像素數據和在(i+2，j)處的像素數據之間的差的絕對值，dv是在圖15所示的公共平面中的(i-1，j)處的像素數據和(i+1，j)處的像素數據之間的差的絕對值，dl是在圖16所示的公共平面中的(i，j)處的像素數據和(i，j-4)處的像素數據之間的差的絕對值，dr是在圖16所示的公共平面中的在(i，j)處的像素數據和(i，j+4)處的像素數據之間的差的絕對值，dh是在圖16所示的公共平面中的(i，j-2)處的像素數據和(i，j+2)處的像素數據之間的差的絕對值。
在等式7中，使用在具有相同相位的像素數據之間的差的絕對值。參照5個水平掃描線數據而計算絕對值。雖然圖6-14示出了與系數掩模卷積的三個水平掃描線數據，但是在每個平面上在所需要的方向上更多的兩個水平掃描線數據項可以用于等式7的計算。而且，可以使用具有相同相位的像素數據的各種組合來表示水平/垂直/向左/向右的變化。因此，Wu與和中心像素的垂直和向上相關度成正比，Wd與和中心像素的垂直和向下相關度成正比，Wl與和中心像素的水平和向左相關度成正比，Wr與和中心像素的水平和向右相關度成正比。
在NTSC和PAL系統中，三維帶通濾波器330使用如上所述而確定的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr通過等式3的卷積來進行濾波，以按照輸入視頻信號的局部特性以連續的方式而自適應地執行梳狀濾波、一維帶通濾波和二維帶通濾波。例如，當邊緣方向在圖6-13的平面中是垂直固定時，即當輸入視頻信號的局部特性指示高垂直相關度時，Wr和Wl變小，并且|Wu|和|Wd|變大，因此對于在垂直方向上的像素1410、1420和1430(圖14)執行梳狀濾波。
當邊緣方向在圖6-13的平面中是水平固定時，即當輸入視頻信號的局部特性指示高水平相關度時，Wu和Wd變小，并且|Wl|和|Wr|變大，因此對于在水平方向上的像素1410、1440和1450(圖14)執行一維帶通濾波。另外，當輸入視頻信號的局部特性在垂直和水平方向上都指示高或低相關度時，所有的系數Wu、Wd、Wl和Wr變大，因此執行二維帶通濾波。
圖17是三維帶通濾波器330的方框圖。參見圖17，三維帶通濾波器330包括水平/垂直濾波器331、水平/垂直/時間濾波器332和水平/時間濾波器333。三維帶通濾波器330響應于控制信號NPC而工作在NTSC模式或PAL模式中。
當控制信號NPC具有例如邏輯高電平時，三維帶通濾波器330工作在NTSC模式中。在這種情況下，三維帶通濾波器330可以使用圖8、9和10中所示的平面的5個場的數據窗口PRFID、BEFID、AFFID、BEFRM和AFFRM。在NTSC系統中，PRFID對應于在圖8中所示的平面中的當前場的三條水平掃描線的像素數據810、820和830，BEFID對應于在圖9中所示的平面中的前一場的像素數據910，AFFID對應于在圖9中所示的平面中的下一個場的像素數據930，BEFRM對應于在圖10中所示的平面中的兩個場(一個幀)之前的場的像素數據1010，AFFRM對應于在圖10中所示的平面中的兩個場(一個幀)之后的場的像素數據1030。圖9和10的數據項920和1020對應于圖8的數據820。
當控制信號NPC具有邏輯低電平時，三維帶通濾波器工作在PAL模式中。在這種情況下，三維帶通濾波器330可以使用圖11、12和13中圖解的平面的5個場的數據窗口PRFID、BEFID、AFFID、BEFRM和AFFRM。在PAL系統中，PRFID對應于在圖11中所示的平面中的當前場的三條水平掃描線的像素數據1110、1120和1130，BEFID對應于在圖12中所示的平面中的前一場的像素數據1210，AFFID對應于在圖12中所示的平面中的下一個場的像素數據1230，BEFRM對應于在圖13中所示的平面中兩個場(一個幀)之前的場的像素數據1310，AFFRM對應于在圖13中所示的平面中兩個場(一個幀)之后的場的像素數據1330。圖12和13的數據項1220和1320對應于圖11的數據1120。
雖然下面的說明指的是NTSC系統，但是在括號中指示PAL系統的對應特征。在NTSC(PAL)系統中，水平/垂直濾波器331可以卷積第一系數掩模hv(i，j)和在圖8(圖9)中圖解的平面的對應數據窗口，以產生第一C信號Cv(i，j)。對應的數據窗口可以至少包括當前場的三個水平掃描線數字數據窗口PRFID。第一系數掩模hv(i，j)可以由對應的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr組成，可以參照在圖8(圖11)中圖解的平面的數據810(1110)、820(1120)和830(1130)而使用等式7來計算所述對應的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr。
水平/垂直/時間濾波器332可以卷積第二系數掩模htv(i，j)和在圖9(圖2)中圖解的平面的對應數據窗口以產生第二C信號Ctv(i，j)。對應的數據窗口可以包括前一場的水平掃描線數字數據窗口BEFID、當前場的水平掃描線數字數據窗口PRFID和下一個場的水平掃描線數字數據窗口AFFID。第二系數掩模htv(i，j)可以由對應的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr組成，如上所述，可以參照在圖9(圖12)中圖解的平面的數據910(1210)、920(1220)和930(1230)而使用等式7來計算所述對應的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr。
水平/時間濾波器333可以卷積第三系數掩模ht(i，j)和在圖10(圖13)中圖解的平面的對應數據窗口以產生第三C信號Ct(i，j)。對應的數據窗口可以包括兩個場(一個幀)之前的場的水平掃描線數字數據窗口BEFRM、當前場的一個水平掃描線數字數據窗口PRFID和兩個場(一個幀)之后的場的水平掃描線數字數據窗口AFFRM。第三系數掩模ht(i，j)可以由對應的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr組成，可以參照在圖10(圖13)中圖解的平面的數據1010(1310)、1020(1320)和1030(1330)而使用等式7來計算所述對應的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr。
組合器340(在圖3中)組合由三維帶通濾波器330產生的第一、第二和第三C信號Cv(i，j)、Ctv(i，j)和Ct(i，j)，以輸出輸入視頻信號的C信號。組合器340可以使用組合系數Wv、Wtv和Wt來組合第一、第二和第三C信號Cv(i，j)、Ctv(i，j)和Ct(i，j)，如等式8所示。
C(i，j)＝Wv·Cv(i，j)+Wtv·Ctv(i，j)+Wt·Ct(i，j)其中，Wv、Wtv和Wt是與在圖8、9、10(或圖11、12、13)中圖示的平面中的垂直變化成反比的加權系數。即，Wv、Wtv和Wt可以是分別表示從三個平面獲得的C信號Cv(i，j)、Ctv(i，j)和Ct(i，j)的可靠性的加權系數。當在對應的平面中的垂直變化小于在其他平面中的垂直變化時，所述適當的系數可以被設置為大值。換句話說，組合系數的值可以按照在其對應的數據窗口中的垂直變化相對于其他數據窗口的垂直變化的相對大小來確定。
例如，可以如下表示系數Wv、Wtv和Wt。
Wv=Dif(tv)·Dif(t)Dif(v)+Dif(tv)+Dif(t)]]>Wtv=Dif(v)·Dif(t)Dif(v)+Dif(tv)+Dif(t)]]>Wt=Dif(v)·Dif(tv)Dif(v)+Dif(tv)+Dif(t)]]>在等式9中，Dif(v)、Dif(tv)和Dif(t)分別是在圖8、9、10(或圖11、12、13)中圖示的平面中的垂直差，并且與等式7的Difv相同。具體上，在NTSC系統中，對于圖8所示的平面，等式7的Difv與等式9的Dif(v)相同，對于圖9所示的平面，等式7的Difv與等式9的Dif(tv)相同，對于圖10所示的平面，等式7的Difv與等式9的Dif(t)相同。在PAL系統中，對于圖11所示的平面，等式7的Difv與等式9的Dif(v)相同，對于圖12所示的平面，等式7的Difv與等式9的Dif(tv)相同，對于圖13所示的平面，等式7的Difv與等式9的Dif(t)相同。
如上所述，可以按照組合系數Wv、Wtv和Wt在時空域中具有最高相關度的期望方向上進行Y/C分離，因為當在對應的平面中的垂直變化小于在其他平面中的垂直變化時所述適當的系數較大。而且，可以僅僅使用與在各個平面中的當前所處理像素具有高相關度的像素數據來計算由濾波器331、332和333分別分離的第一到第三C信號Cv(i，j)、Ctv(i，j)和Ct(i，j)，因此可以最小化從最后分離的C信號產生的人為失真。
具體上，當圖9和10(圖12和13)中圖示的平面中的垂直變化大于在圖8(圖11)中圖示的平面中的垂直變化時，可以按照等式8和9而向第一C信號Cv(i，j)施加較大的權重。當圖8和10(圖11和13)中圖示的平面中的垂直變化大于在圖9(圖12)中圖示的平面中的垂直變化時，可以向第二C信號Ctv(i，j)施加較大的權重。當圖8和9(圖11和12)中圖示的平面中的垂直變化大于在圖10(圖13)中圖示的平面中的垂直變化時，可以向第三C信號Ct(i，j)施加較大的權重。
減法器350從當前所處理的信號CVBS(i，j)中減去從組合器340輸出的C信號，以獲得Y信號，如等式4所示。
如上所述，三維帶通濾波器330按照輸入視頻信號的時空局部特性以連續的方式自適應地執行梳狀濾波、一維帶通濾波和二維帶通濾波。例如，當邊緣方向是垂直固定時，即當輸入視頻信號的局部特性指示高垂直相關度時，Wr和W1變小，并且|Wu|和|Wd|變大，因此，水平/垂直濾波器331、水平/垂直/時間濾波器332和水平/時間濾波器333對于垂直像素1410、1420和1430(圖14)執行梳狀濾波。當邊緣方向是水平固定時，即當輸入視頻信號的局部特性指示高水平相關度時，Wu和Wd變小，并且|Wl|和|Wr|變大，因此，濾波器331、332和333對于水平像素1410、1440和1450(圖14)執行梳狀濾波。在一般的情況下，當輸入視頻信號的局部特性在垂直和水平方向上都指示高或低相關度時，所有的系數Wu、Wd、Wl和Wr被確定，以便執行二維或三維濾波。
即，本發明的三維帶通濾波器330分離C信號，以便當在時空域的所有方向上相關度為高或低時，在濾波的時空頻譜特性中清楚地提取在Y信號中包括的C信號的高頻分量，由此降低人為失真。具體上，當在所有方向中的相關度高時，使用等式7的平面系數Wu、Wd、Wl和Wr來平均周圍的像素穩定所述信號。當在所有方向中的相關度低時，可以清楚地分離C分量，最小化串色人為失真，并且可以清楚地提取Y信號的射頻分量。
另一方面，當在特定方向上的相關度在時空上為高時，對應于所述方向的平面系數變大，但是對應于其他方向的平面系數變小。因此，對于在中心像素周圍的像素執行梳狀濾波或一維帶通濾波以分離Y和C信號，由此最小化人為失真。
如上所述，在按照本發明的視頻信號處理裝置300中，當邊緣部分使用時空濾波器的圖像按照時空局部特性、在逐個場/逐個幀的基礎上垂直/水平固定時，自適應三維帶通濾波器330可以按照局部梳狀濾波/一維帶通濾波而進行Y/C分離。當邊緣方向沒有水平/垂直固定時，三維帶通濾波器330可以在所有方向上進行二維帶通濾波。三維帶通濾波器可以按照圖像的時空局部特性來連續地執行梳狀濾波、一維帶通濾波和二維帶通濾波。
雖然在本發明的上述實施例中已經描述了三維帶通濾波器330使用平面系數Wu、Wd、Wl和Wr、用三個濾波器來處理三個平面，并且組合器340施加從所述的三個組合系數Wv、Wtv和Wt得到的權重，但是三維帶通濾波器可以被本領域內的技術人員容易地擴展為具有N個濾波器的器件，以用于處理N個平面。
按照本發明的視頻信號處理裝置按照在NTSC/PAL系統中的圖像的時空局部特性以連續的方式在所有方向上執行局部梳狀濾波/一維帶通濾波或二維帶通濾波。因此，本發明的視頻信號處理裝置可以比分立的選擇濾波方法的傳統裝置更精確地檢測圖像的邊緣，并且可以產生良好和穩定的頻譜特性。因此，當將本發明的視頻信號處理裝置應用顯示系統時可以降低或去除諸如交叉亮度和串色之類的人為失真，從而改善顯示系統的顯示質量。
在此已經公開了本發明的例證實施例，并且雖然使用了特定術語，但是僅僅以普通和說明性含義來使用和解釋它們，而不是將它們用于限定目的。例如，雖然已經相對于硬件實現方式而說明了本發明的實施例，但是可以以軟件來實現本發明的處理，例如通過具有包括數據的機器可訪問介質的制造品，所述介質當被機器訪問時使得所述機器分離Y和C分量。因此，本領域內的技術人員可以明白，在不脫離所附的權利要求所限定的本發明的精神和范圍的情況下，可以進行形式和細節上的各種改變。
權利要求
1.一種視頻信號處理方法，包括使用對應于輸入視頻信號的多個場的數字數據而產生多個平面系數和組合系數；將由平面系數組成的濾波掩碼與輸入視頻信號的對應數據窗口卷積，以產生第一色度信號C1、第二色度信號C2和第三色度信號C3；并且使用組合系數來組合所述第一、第二和第三色度信號C1-C3，以產生輸入視頻信號的C信號。
2.按照權利要求1的方法，還包括從輸入視頻信號減去C信號以獲得輸入視頻信號的Y信號。
3.按照權利要求1的方法，其中，卷積包括按照輸入視頻信號的時空局部特性以連續的方式自適應地產生濾波掩碼。
4.按照權利要求1的方法，其中，卷積當輸入視頻信號的局部特性指示高垂直相關度時包括局部垂直梳狀濾波；當輸入視頻信號的局部特性指示高水平相關度時包括局部水平帶通濾波；并且當輸入視頻信號的局部特性相對于至少5個場數據而指示在水平和垂直方向上的高或低相關度時包括二維帶通濾波。
5.按照權利要求1的方法，其中，卷積包括將由第一平面系數的組合構成的第一濾波掩碼與第一數據窗口卷積以產生第一色度信號C1；將由第二平面系數的組合構成的第二濾波掩碼與第二數據窗口卷積以產生第二色度信號C2；將由第三平面系數的組合構成的第三濾波掩碼與第三數據窗口卷積以產生第三色度信號C3。
6.按照權利要求5的方法，其中第一數據窗口包括當前場的至少三個水平掃描線的數字數據；第二數據窗口包括前一場、當前場和下一個場中的每個的水平掃描線的數字數據；和第三數據窗口包括在當前場之前兩個場的場、當前場和在當前場之后兩個場的場中的每個的水平掃描線的數字數據。
7.按照權利要求6的方法，其中，第一、第二和第三數據窗口的每個由具有公共相位的數字數據組成。
8.按照權利要求7的方法，其中，第一平面系數、第二平面系數和第三平面系數的每個包括與和中心像素的垂直和向上相關度成正比的第一系數；與和中心像素的垂直和向下相關度成正比的第二系數；與和中心像素的水平和向左相關度成正比的第三系數；與和中心像素的水平和向右相關度成正比的第四系數。
9.按照權利要求1的方法，其中，每個組合系數的值與在對應的數據窗口中的相對垂直變化成反比。
10.按照權利要求1的方法，其中，所述水平信號處理方法被應用到NTSC或PAL系統。
11.一種視頻信號處理裝置，包括權重確定單元，用于使用對應于輸入視頻信號的多個場的數字數據而產生多個平面系數和組合系數；濾波器，用于將由平面系數組成的濾波掩碼與輸入視頻信號的對應數據窗口卷積，以產生第一色度信號C1、第二色度信號C2和第三色度信號C3；以及，組合器，用于使用組合系數來組合所述第一、第二和第三色度信號C1-C3，以產生輸入視頻信號的C信號。
12.按照權利要求11的裝置，還包括減法器，用于從視頻信號減去由組合器產生的C信號以獲得輸入視頻信號的Y信號。
13.按照權利要求11的裝置，其中，所述濾波器按照輸入視頻信號的時空局部特性連續地產生濾波掩碼。
14.按照權利要求11的裝置，其中，所述濾波器當輸入視頻信號的局部特性指示高垂直相關度時執行局部垂直梳狀濾波；當輸入視頻信號的局部特性指示高水平相關度時執行局部帶通梳狀濾波；并且當輸入視頻信號的局部特性相對于至少5個場數據而指示在水平和垂直方向上的高或低相關度時執行二維帶通濾波。
15.按照權利要求11的裝置，其中，所述濾波器包括第一濾波器，用于將由第一平面系數的組合構成的第一濾波掩碼與第一數據窗口卷積以產生第一色度信號C1；第二濾波器，用于將由第二平面系數的組合構成的第二濾波掩碼與第二數據窗口卷積以產生第二色度信號C2；第三濾波器，用于將由第三平面系數的組合構成的第三濾波掩碼與第三數據窗口卷積以產生第三色度信號C3。
16.按照權利要求15的裝置，其中第一數據窗口包括當前場的至少三個水平掃描線的數字數據；第二數據窗口包括前一場、當前場和下一個場中的每個的水平掃描線的數字數據；第三數據窗口包括在當前場之前兩個場的場、當前場和在當前場之后兩個場的場中的每個的水平掃描線的數字數據。
17.按照權利要求16的裝置，其中，第一、第二和第三數據窗口中的每個由具有公共相位的數字數據組成。
18.按照權利要求17的裝置，其中，第一平面系數、第二平面系數和第三平面系數的每個包括與和中心像素的垂直和向上相關度成正比的第一系數；與和中心像素的垂直和向下相關度成正比的第二系數；與和中心像素的水平和向左相關度成正比的第三系數；與和中心像素的水平和向右相關度成正比的第四系數。
19.按照權利要求11的裝置，其中，每個組合系數的值與在對應的數據窗口中的相對垂直變化成反比。
20.按照權利要求11的裝置，其中，所述濾波器被應用到NTSC或PAL系統。
全文摘要
用于在多個方向上的自適應時空Y/C分離的視頻信號處理裝置和方法。在所述視頻信號處理裝置中，當使用時空濾波器按照圖像的時空局部特性而垂直/水平地固定時，自適應三維帶通濾波器(3D BPF)使用局部梳狀濾波/一維帶通濾波而進行Y/C分離。當邊緣方向沒有水平/垂直地固定時，三維帶通濾波器在所有方向上進行二維帶通濾波。因此，三維帶通濾波器可以按照圖像的時空局部特性來連續地執行梳狀濾波、一維帶通濾波和二維帶通濾波。
文檔編號H04N9/78GK1805554SQ20061000518
公開日2006年7月19日 申請日期2006年1月13日 優先權日2005年1月13日
發明者樸成哲, 任慶默, 任炯俊, 鄭世雄, 樸宰弘, 卞孝真 申請人:三星電子株式會社