CN100417187C - 根据数据行相似度产生电视图像信号的方法及相关装置 - Google Patents

Abstract

一种根据数据行相似度产生电视图像信号的方法及相关装置，根据数据行相似度产生电视图像信号的方法包括通过检测多个场中的第一多对场的第一数据行的各像素的相似度分布决定该多个第一数据行的相似度；以及当该多个第一数据行的相似度符合第一预定样型时，依据预定规则利用该多个场中的多对相邻场的第一数据行产生电视图像信号中相对于该多对相邻场的第一数据行的数据。

Description

根据数据行相似度产生电视图像信号的方法及相关装置

技术领域

本发明提供产生电视图像信号的方法及相关装置，特别指根据数据行相似度产生电视图像信号的方法及相关装置。

背景技术

电影与电视所提供给观赏者的连续动态图像，其实是由一连串渐渐变化的静态画面组合而成。在电视的显像中，一般通用的系统有两种：一是国际电视标准委员会(National Television Standard Committee，NTSC)颁布的系统，每个画面包含525行数据(525条水平线)，每秒钟更新60次画面，即帧更新频率(frame rate)为60Hz。另一种则是逐行倒相(Phase AlternatingLine，PAL)系统，每个画面包含625行数据，帧更新频率为50Hz。然而为传统的电视图像技术来说，每秒播放60张包含525行数据的帧或50张包含625行数据的帧的技术非常昂贵而不适合大众市场，于是便发展出了交错式扫描的技术；即于电视的电子束扫描(scan)屏幕时，每两行数据只扫描一行，而另一半的数据则于下一次再扫描。如此一来，以NTSC系统为例，场更新频率(field rate)虽为60Hz，但每秒只需要写入30帧，即使得帧更新频率降为30Hz，而动态图像的流畅度仍然能达到人眼能接受的程度。各帧在交错式扫描技术中分成两个部分：奇数行数据的集合称为奇场(odd filed)，而偶数行数据的集合则称为偶场(even filed)。

除了电视以外的图像技术往往使用与电视系统不同的帧更新频率。举例来说，在电影的图像技术中，通用的标准是每秒钟扫描24次画面，即帧更新频率为24Hz。因此，以NTSC系统为例，当要将电影的图像数据于电视播放时，需将其更新频率由24Hz调整成60Hz的场更新频率，才能符合电视图像播放的规格来播放。

图1显示由电影画面所转成的交错式电视场与原始的电影画面的对照示意图，其上半部为原始的电影画面A、B、C与D，而下半部则为由原始电影画面A、B、C与D所产生的十个交错式电视场：F1至F10；其中，每张电影画面的奇数行数据被提取成奇场，而偶数行数据被提取成偶场，例如电影画面A的奇数行数据被提取成为电视场F1与F3(以Ao表示为来自电影画面A的奇场)，而电影画面A的偶数行数据则被提取成为电视场F2(以Ae表示为来自电影画面A的偶场)。同理，Be与Bo分别表示由电影画面B的偶场与奇场，Co与Ce分别表示由电影画面C的奇场与偶场，以及De与Do分别表示由电影画面D的偶场与奇场。由于电影画面的帧更新频率为24Hz而使用交错式扫描技术的NTSC系统的场更新频率为60Hz，因此公知技术以两个电影帧形成五个电视场，间隔地以电影帧形成二或三个电视场，以符合NTSC系统所规定的帧更新频率，而将每个画面的数据量减半，且奇、偶场互相交错呈现。

随着电视图像技术的发展，渐进式扫描(progressive scan)技术亦逐渐普及，例如像液晶屏幕与等离子电视都使用渐进式扫描技术来播放图像数据，每一个电视画面的数据量都是完整的。因此，当以渐进式扫描方式(或称倍频电视图像技术)播放数据量只有一半的奇、偶场的图像数据时，应将其还原成具有完整数据量的帧以使得画面能合理地呈现，这种技术称为去交错(de-interlacing)技术。一般来说，提取自同一画面的奇(偶)场会相同，而提取自不同画面的奇(偶)场则只会在两来源画面相同(完全静止)时会相同，而在大部份的状况下为不同。公知去交错技术合并相邻的奇、偶场的数据以形成帧，再重复播放此帧两次以符合倍频技术所需要的帧更新频率，而产生较精致的图像数据；然而若原有的场数据如图1所示的由电影数据而形成的场，则当将第三个场Ao与第四个场Be合并时，会发生严重的错误，因Ao与Be并非来自同一帧的奇、偶场，不应直接加以合并。

公知技术检测多个连续的交错式场中，奇(或偶)场是否相同的样型，判断这些交错式场的来源图像种类，若受检测的交错式电视场来自电影数据，则每连续五对奇(偶)场中，只有第一对奇(或偶)场会相同。

图2显示产生渐进式电视帧的示意图。当发现电视场F1与F3、以及F6与F8相同时，判断来源图像数据为电影画面，因此将奇场F1与偶场F2的数据组合成渐进式电视帧P1，标示为A’；类似地合成渐进式电视帧P4、P6、P9，分别标示为B’、C’、D’。

在NTSC系统下，渐进式扫描技术的帧更新频率为60Hz，因此可将渐进式电视帧P1复制成渐进式电视帧P2与P3而播放三次渐进式电视帧A’；以及可将渐进式电视帧P4复制成渐进式电视帧P5以播放两次渐进式电视帧B’。同理，复制P6成P7与P8以播放三次帧C’；以及复制P9成P10以播放两次帧D’。

然而当电视数据通过电视台播放时，常因广告或插播新闻等原因而在原本的电视画面上加上跑马灯字幕(running text)，如此一来，原本相同帧将被破坏，公知技艺有可能误判正确的来源图像种类，或者因强行处理帧而导致跑马灯字幕模糊不清，伤害观赏者的视力。

除了贴上跑马灯字幕会破坏原本的相似度样型，在图像画面上添加静止固定的文字(still text)或商标，甚至如常见的在图像画面的角落显示整点报时的字样，也会造成来源图像种类的误判。图3所示为在一段时间中添加固定文字的交错式电视场序列，场F11至F20为由电影画面E、F、G与H所形成的奇、偶场，电台业者于播放场F12至F17增加了一段固定的文字数据(例如为电台的商标)于电视画面中的固定位置上。因此，交错式电视场F11至F20可依序表示成Eo、Ee’、Eo’、Fe’、Fo’、Ge’、Go’、Ge、Ho、He，其中以加注「’」的方式代表额外加入固定文字数据的场，也应注意到电台业者不一定会于加入固定文字数据时特别留意电影画面与交错式电视场的3∶2关系，甚至瞬间留下奇、偶场间无法正确迭合的残影，例如场Eo、Ee’以及Go’、Ge，公知技艺会误判正确的来源图像种类，或者因强行处理场而导致固定文字数据附近模糊不清，或者因不处理而导致加入文字的画面的其余大部分区域图像品质变差。

发明内容

因此本发明的主要目的在于提供根据数据行相似度产生电视图像信号的方法及相关数据行相似度检测装置，以行为单位判断各对场数据间的相似度，再根据该多个数据行的相似度样型判断图像信号来源的形式；即以行为单位处理交错式扫描电视数据并且据以产生渐进式扫描电视数据，避免因外加的跑马灯或固定文字数据破坏原始图像数据中整个场的相似度样型，以克服上述公知技术中的问题。

本发明公开一种根据数据行相似度产生电视图像信号的方法，包括通过检测多个场中的第一多对场的第一数据行的各像素的相似度分布决定该多个第一数据行的相似度；以及当该多个第一数据行的相似度符合第一预定样型时，依据预定规则利用该多个场中的多对相邻场的第一数据行产生电视图像信号中相对于该多对相邻场的第一数据行的数据。

本发明还公开一种检测一对场的相对应数据行的相似度的方法，包括以目标场的目标数据行的目标像素与该对应场的对应数据行中的对应像素为一组，比较该组像素的灰度差异；统计目标场的目标数据行与对应场的对应数据行中，灰度差异大于预定值的像素组的数量；以及当目标场的目标数据行与对应场的对应数据行中，灰度差异大于预定值的像素组的数量小于第一预定数量时，判断目标场的目标数据行与对应场的对应数据行为互相相似。

本发明亦揭示一种数据行相似度检测装置，包括像素比较器、累加器以及相似度判断器。像素比较器比较目标场的目标数据行的目标像素与对应场的对应像素间的灰度差异，以检测目标像素与对应像素是否互相相似；累加器耦接于像素比较器，用以累加目标场的目标数据行的各像素与其对应像素的相似度而产生累加结果；以及相似度判断器耦接于累加器，用以根据累加器的输出判断目标场的目标数据行的相似度。

由于本发明揭示检测数据行间相似度的方法及装置，因此可以数据行为单位对比相似度样型，再根据相似度样型选择产生渐进式扫描电视信号的方法，以正确地产生较佳质量的渐进式扫描电视图像信号。

附图说明

图1为公知的由电影画面所转成的电视场与原始的电影画面的对照示意图。

图2为利用公知技艺产生渐进式电视帧的对照示意图。

图3为在一段时间中添加固定文字的交错式电视场序列的示意图。

图4为在部份区域上外加跑马灯数据的交错式扫描电视场序列与据以产生的渐进式扫描电视帧的对照示意图。

图5为交错式扫描电视场序列示意图。

图6为根据本发明具体实施例的检测相隔一场的二场的数据行间相似度的方法流程图。

图7为根据本发明的数据行相似度检测装置的第一实施例的电路图。

图8为在部份区域上外加固定文字数据的交错式扫描电视场序列与据以产生的渐进式扫描电视帧的对照示意图。

图9为交错式场序列示意图。

图10为根据本发明具体实施例的检测二相邻场的数据行间相似程度的方法流程图

图11为根据本发明的第二实施例的数据行相似度检测装置的电路图。

图12为在部份区域上外加跑马灯数据的非引自电影数据的交错式扫描电视场序列与据以产生的渐进式扫描电视帧的对照示意图。

图13显示根据本发明的较佳具体实施例的可检测行相似度的显示控制器。

图14显示根据本发明的较佳具体实施例的通过检测行相似度选择性解交错及缩放场的方法。

主要元件符号说明

A，B，C，D，I，J，K，L，M           电影画面

F1，F2，F3，F4，F5，F6，F7，F8，F9，交错式场

F10，F11，F12，F13，F14，F15，F16，

F17，F18，F19，F20，F41，F42，F43，F44，

F45，F46，F47，F48，F49，F50，F51，F52，

F53，F54，F81，F82，F83，F84，F85，F86，

F87，F88，F89，F90，F91，F92，F93，F94，

F121，F122，F123，F124，F125，F126，F127，

F128

P1，P2，P3，P4，P5，P6，P7，P8，P9，渐进式帧

P10，P41，P42，P43，P44，P45，P46，P47，

P48，P49，P50，P81，P82，P83，P84，P85，

P86，P87，P88，P89，P90，P121，P122，

P123，P124，P125，P126，P127，P128

700，1100                            场相似度检测装置

710，1110                            像素比较器

720，1120，1130                      像素处理模块

722，1122，1132                      减法单元

730，1124，1134，1150，1160          比较单元

724，1126，1136                      取绝对值单元

1140                                 异或门

1170                           与门

740，1180                      累加器

742，1182                      加法器

744，1184                      缓冲器

750，1190                      相似度判断器

1310                           缓冲器

1320                           解交错器

1330                           缩放器

1340                           行相似度检测器

1350                           行状态记录器

1360                           场状态旗标

具体实施方式

本发明以数据行为单位，比较交错式扫描电视场序列中各场的特定数据行的相似度，对符合特殊相似度样型的数据行，合并两相邻场的对应数据行的数据以产生渐进式扫描电视图像数据；对于不符合特殊相似度样型的数据行，则不会参考邻近场，而直接利用此此场的数据行处理以满足渐进式扫描电视图像需将数据行数加倍的需求。

图4显示加了跑马灯数据的交错式扫描电视场F41至F52，亦显示场F41至F52与电影画面I至M的关系，电视台于第n+2行至第s+1行加入横向跑马灯数据，奇偶场的范围则偏移一行，例如场F41、F43源自电影帧I的奇数行数据并于第n+2行至第s行间外加了跑马灯数据(于图中以阴影呈现)；以及场F51引用电影帧M的奇数行数据，与场F52引用电影帧M的偶数行数据；其中，场X的第y数据行标示为X(y)。于此实施例中，以两间隔的场为一对相对应的场，例如场F41、F43，连续地间隔两两为一对相对应的场，以行为单位分别比较一对场中两场的对应数据行的相似度，再将这些数据行的相似度与特殊样型相比较。例如可将场F41的第1数据行与场F43的第1数据行相比，将场F42的第2数据行与场F44的第2数据行相比。源出于同一电影帧数据且同为奇场或同为偶场的数据行内容，在不同像素少于预定数量下会判断为彼此相似；因此在上述所举的比较中，场F41的第1行与场F43的第1行将互相相似，以及场F46的第2行与场F48的第2行将互相相似。在本发明的以数据行为单位的方法中，即判断交错式扫描电视场F41、场F43、场F45、场F47与场F49的第1数据行，以及交错式扫描电视场F42、场F44、场F46、场F48与场F50的第2数据行符合已知的由电影帧数据所转成的交错式扫描电视数据的相似度样型；因而如图4所示，举例而言，以交错式扫描电视场F41的第1数据行以及场F42的第2数据行产生渐进式扫描电视帧P41与帧P42的第1数据行与第2数据行。同样地，在比较场F41至场F52中奇场的第3数据行与偶场的第4数据行时，会发现场F41的第3行与场F43的第3行互相相似，以及场F46的第4行与场F48的第4行互相相似，可判断交错式扫描电视场F41、场F43、场F45、场F47与场F49的第3数据行，以及场F42、场F44、场F46、场F48与场F50的第4数据行符合上述已知的由电影帧数据所转成的交错式扫描电视数据的相似度样型；如图4所示，举例而言，以交错式扫描电视场F44的第4数据行以及场F45的第3数据行产生渐进式扫描电视帧P44与帧P45的第4数据行与第3数据行。

于此实施例中，在场F41至F50中的奇场的第第n行之前与第s+2行之后，以及偶场的第n+2行之前与第s+3行之后，会发现存在以行为单位的电影数据转交错式扫描电视数据的相似度样型；即上述的每五对间隔的场中的第一对间隔场的对应数据行互相相似，然后以数据行为单位合并邻近奇、偶场的数据行以产生渐进式扫描电视帧P41至帧P50中对应的数据行，使得渐进式扫描电视帧P41至帧P50中第1数据行至第n+1数据行，以及第s+2数据行及其后的数据行所包含的数据量确为交错式扫描电视数据的两倍，因而有较佳的质量。

然而，由于交错式扫描电视场F41至F50的奇场在第n+2数据行至第s数据行，与偶场在第n+3数据行至第s+1数据行中，除了提取自电影帧的数据外，还外加了跑马灯数据，即以随时间而变化且互不相同的数据覆盖于部份图像数据之上；因此当以上述方式比较交错式扫描电视场F41至F50的第n+2数据行至第s+1数据行时，将无法得到如第1数据行至第n+1数据行般的相似度样型。当对比所得的相似度不符合预期的样型时，则不参考邻近场进行处理，较佳地，直接利用此场的附近数据行进行处理以产生渐进式扫描图像数据中对应帧的二数据行。

如图4所示，采用来自交错式扫描电视场F41(奇场)的奇数行数据产生渐进式扫描电视帧P41于第1数据行至第n数据行中的奇数行，采用来自交错式扫描电视场F42(偶场)的偶数行数据产生帧P41的第2数据行至第n+1数据行中的偶数行。交错式扫描电视场F41从第n+2数据开始至第s数据行的数据，因为丧失了由电影图像数据所转成的交错式电视场的相似度样型，较佳地将交错式扫描电视场F41中从第n+2数据开始至第s数据行重复送出以产生帧P41中第n+2数据开始至第s+1数据行中的奇数行与偶数行(第n+2数据行开始至第s+1数据行中的每一数据行)，举例而言，以场F41的第n+2数据行作为帧P41的第n+2数据行与第n+3数据行。从第s+2行起，因为不再有跑马灯数据加于其上，故交错式电视场又具备其来自电影数据的相似度样型，便恢复以场F41与F42的数据行产生帧P41的数据行。

于此实施例中，较佳地在一连串交错式扫描电视场中，当各场中的相对数据行连续预定次数检测到预设的相似度样型(例如连续两组的五对间隔一场的场的相对数据行的相似度皆出现预定样型)时，即以预定方式将交错式扫描电视场中符合特殊相似度样型的数据行合成渐进式扫描电视数据中对应的帧的相对应数据行。在数据播放过程中，当有数据行的相似度样型消失时，则暂停预定采用的合并数据行以产生渐进式扫描电视数据的方法，而改以直接重复送出数据行以产生渐进式扫描电视数据。

图5显示交错式扫描电视场序行示意图，其中场X的第y数据行的第z个像素标示为X(y，z)。于具体实施例中，将一对间隔一场的二场中一数据行的每一像素的灰度与另一场的相对应数据行中同水平座标的像素的灰度相比，再加总每一比较结果以判断此二数据行是否互相相似。举例来说，当以场F51中第g数据行中第j个像素51(g，j)为目标像素时，与场F51间隔一场的场F53中第g数据行中第j个像素53(g，j)即被拿来相比。当像素51(g，j)与像素53(g，j)的灰度值不同，或者当相差大于预定值K1时(考虑噪声因素)，场F51中第g数据行的第j个像素51(g，j)被视为与其对应像素互不相似。当场F51中第g数据行中与对应像素互不相似的像素数目少于预定数量K2时，则判断场F51的第g数据行与场F53的第g数据行互相相似；反之，若场F51中第g数据行中与对应像素互不相似的像素数目大于预定数量K2时，则判断场F51的第g数据行与场F53的第g数据行互不相似。

图6显示根据本发明具体实施例的检测二数据行间相似程度的方法流程图，其中受检测的场称为目标场，另一场则称为对应场。

步骤600：N值设为0；

步骤610：若目标场的目标数据行所包含的各像素皆检查过，执行步骤615；若否，则执行步骤620；

步骤615：决定目标场的目标数据行与对应场的对应数据行为相似，执行步骤670；

步骤620：以目标场的目标数据行的一未检查过的像素为目标像素，以对应场中与目标场的目标数据行相对应的对应数据行中，与目标像素同水平座标的像素为对应像素；

步骤630：当对应像素的灰度值与目标像素的灰度值不同时，执行步骤640；若否，执行步骤610；

步骤640：将N值加1；

步骤650：若N值大于预定值K，执行步骤660；若N值小于预定值K，返回步骤610；

步骤660：决定目标场的目标数据行与对应场的对应数据行为不相似；

步骤670：结束。

为实现如图6所描述的本发明的二数据行间相似程度的方法，图像处理装置可以软件或者硬件电路实现的。

图7显示根据本发明的实施例的数据行相似度检测装置700的电路图，包括像素比较器710、累加器740以及相似度判断器750。此实施例检测二奇场或二偶场的二相对数据行间的相似度，例如当目标像素为目标场中第g行的第j个像素，对应像素较佳地可取对应场中第g行的第j个像素。像素比较器710比较目标场的目标数据行的目标像素与对应场的对应像素间的灰度差异，以检测目标像素与对应像素是否互相相似。像素比较器710包括像素处理模块720，用来计算目标像素的灰度值与对应像素的灰度值相减的差值的绝对值。像素处理模块720包含减法单元722以计算目标像素的灰度值与对应像素的灰度值相减的差值，以及包含绝对值单元724以输出差值的绝对值。像素比较器710还包括比较单元730，耦接于像素处理模块720的绝对值单元724，用来比较目标像素的灰度值与对应像素的灰度值的差值与预定值K1；即当目标像素的灰度值与对应像素的灰度值的差值大于预定值K1时，比较单元730会输出数值1，而当目标像素的灰度值与对应像素的灰度值的差值小于预定值K1时，比较单元730会输出数值0。累加器740耦接于比较单元730的输出端，包含加法器742与缓冲器744，用来将比较单元730的输出作累加运算。于此具体实施例中，当目标像素的灰度值与对应像素的灰度值的差大于预定值K1时，像素比较器710会输出数值1至累加器740，其代表正在处理的目标像素与对应场的对应数据行的相对应像素不相似；而其他的状况下像素比较器710则会输出数值0至累加器740。因此，当目标场中的目标数据行的各像素依序被设为目标像素而与其各自在对应场的对应数据行的同水平座标的像素相比较时，像素比较器710会依各像素的状况输出数值1或数值0至累加器740。相似度判断器750耦接于累加器740的输出端，于累加器740的累加结果大于预定数目K2时，决定受检测的目标场的目标数据行与对应场的对应数据行为不相似。

应注意到当交错式扫描电视场外加了固定的文字数据时，本发明也能以数据行为单位检测数据的相似度，以产生渐进式电视帧。图8显示由电影画面O、P、Q与R产生交错式扫描电视场F81至F90且于部份区域上外加了固定文字数据的示意图。场F81、F83、F85、F87、F89为奇场，其余为偶场；于此时实施例中，于场F82至F87的第n+2行至第s+1行间外加了固定文字数据，应注意到奇、偶场中所加入的固定文字数据的范围偏差一行，举例而言，场F84于第n+3行至第s+1行间加了固定文字数据，而场F85于第n+2行至第s行间外加了固定文字数据；其中，场X的第y数据行标示为X(y)，而外加固定文字数据的区域以阴影呈现。较佳地将场F81至F90中间隔一场的每对场，以行为单位分别比较一对场中两场的对应数据行的相似度，再将这些数据行的相似度与一特殊样型相比较。源于同一电影帧数据且同为奇场或同为偶场的数据行内容会相同，因而会被判断为彼此相似。于交错式扫描电视场F81至F90中，各奇场从第1数据行至第n数据行与第s+2数据行以后的数据行，以及各偶场从第2数据行至第n+1数据行与第s+3数据行以后的数据行皆符合预期的相似度样型，可据以产生渐进式电视帧P81至P90中相对应范围的数据行。然而，由于交错式扫描电视场F82至F87的奇场在第n+2数据行至第s+1数据行中，除了提取自电影帧的数据外，还外加了固定文字数据，因此当比较交错式扫描电视场F81至F90的第n+2数据行至第s+1数据行时，源自相同电影画面的场F81的目标数据行与场83的对应数据行将不相似，场F86的目标数据行与场88的对应数据行也不相似，因而无法得到如第1数据行至第n+1数据行般的相似度样型；即外加固定文字数据的开始与结束皆会造成相似度样型的混乱。当对比所得的相似度不符合预期的样型时，则不参考邻近场进行处理，较佳地直接利用此场中此数据行附近数据进行处理，以产生渐进式扫描图像数据中对应帧的二数据行。

于另一具体实施例中，可比较相邻的奇、偶场的相对应数据行的相似度，并根据多对相邻场的数据行相似度产生渐进式扫描电视帧。提取自同一帧的奇、偶场虽然不相同，但会彼此相似；反之提取自不同帧的奇、偶场则只会在两场的两来源画面相同(动作静止)时彼此相似，而在大部份的状况下为彼此不同。也就是说，当相邻的奇、偶场间彼此相似的程度高于预定值时，即可判断此二相邻奇、偶场源出于同一来源画面。然而，由于奇、偶场分别包含奇数数据行与偶数数据行，彼此的间于分布上无直接相对应的数据行(意即奇、偶场不具有相同数据行，也不具有相同座标的像素)，因此无法应用如前述实施例的比较二奇场或二偶场的相对应数据行的方式。此实施例采用的Z字形(zigzag)检测以判断两相邻场间二数据行的相似程度。

图9显示交错式场序行示意图，依序包括奇场F91、偶场F92、奇场F93，以及偶场F94。于具体实施例中，将一对相邻场中目标场的目标数据行的每一像素的灰度与另一场(称为对应场)中上下相邻数据行中同水平座标的二相邻近像素的灰度相比，再加总每一比较结果以判断目标场的目标数据行的相似度。以场F91的第k数据行为例，当以场F91中第k数据行数据中第j个像素91(k，j)为目标像素时，场F92中第k-1行数据中第j个像素像素92(k-1，j)与第n+1行数据中第j个像素像素92(k+1，j)即被拿来相比。以下直接以91(k，j)、92(k-1，j)与92(k+1，j)分别代表像素91(k，j)、像素92(k-1，j)与像素92(k+1，j)的灰度值。较佳地，当以下三个式子皆成立时，决定像素91(k，j)处为非平滑变化：

Sign(91(k，j)-92(k-1，j))XOR Sign(92(k+1，j)-91(k，j))＝1  式(1)

Abs(91(k，j)-92(k-1，j))＞K3             式(2)

Abs(92(k+1，j)-91(k，j))＞K4             式(3)

其中K3与K4为二预定量，K3与K4可彼此相同或不同。

于此具体实施例中，当两相邻场非静止不动，即因发生动作而彼此不同时，在两场的图像数据有发生变化的区域中，二场的三行垂直相邻数据中，在同一水平座标的三个像素的灰度值，居中的像素的灰度值会为三个像素的灰度值中最大值或为最小值(满足式(1))，且居中的像素的灰度值与垂直相邻的二像素的灰度值的差距皆大于预定量(满足式(2)与式(3))，则判定此居中的像素与垂直相邻的二像素间非平滑变化。而当目标场的目标数据行中，与对应场中垂直相邻的对应数据行间非平滑变化的像素的数量大于预定值时，则判断此目标场的目标数据行与对应场中的对应数据行互不相似。相反地，若目标数据行具有大于一定数量的像素判定为与对应场中垂直相邻像素间为平滑变化，则判断此目标场的目标数据行与对应场中的对应数据行互相相似。

图10显示根据本发明具体实施例的检测奇、偶场间的数据行相似程度的方法流程图。

步骤1000：N值设为0；

步骤1010：若目标场的目标数据行所包含的各像素皆检查过，执行步骤1015；若否，则执行步骤1020；

步骤1015：决定目标场的目标数据行与对应场的二对应数据行为相似，执行步骤1070；

步骤1020：以目标场的目标数据行的一未检查过的像素为目标像素，分别以对应场中与目标数据相邻的上下两行数据行为二对应数据行，以二对应数据行中与目标像素同水平座标的二像素为第一邻近像素与第二邻近像素；

步骤1030：当第一邻近像素的灰度值Uj大于目标像素的灰度值Mj第三预定值K3以上且第二邻近像素的灰度值Dj大于目标像素的灰度值Mj第四预定值K4以上；或第一邻近像素的灰度值Uj小于目标像素的灰度值Mj第三预定值K3以上且第二邻近像素的灰度值Dj小于目标像素的灰度值Mj第四预定值K4以上时，执行步骤1040；若否，执行步骤1010；

步骤1040：将N值加1；

步骤1050：若N值大于第五预定值K5，执行步骤1060；若N值小于第三预定值K3，返回步骤1010；

步骤1060：决定目标场的目标数据行与对应场的二对应数据行为不相似；

步骤1070：结束。

为实现如图10所描述的本发明的检测奇、偶场间的数据行相似程度的方法，图像处理装置可以软件或者硬件电路实现的。

图11显示根据本发明的实施例的场相似度检测装置1100的电路图，包括像素比较器1110、累加器1180以及相似度判断器1190，像素比较器1110比较目标场中的目标数据行的像素与对应场中的二对应数据行的同水平座标的二像素的相似度。此实施例检测相邻奇、偶场的数据行的相似度，例如当目标像素为目标场中第N行的第M个像素，二邻近像素较佳地可取邻近场中第N+1行的第M个像素与第N-1行的第M个像素。像素比较器1110包括二像素处理模块1120与1130，用来计算目标像素与二邻近像素的灰度值的差值并取得相关信息。像素处理模块1120与1130分别包含减法单元1122与1132以计算目标像素的灰度值与二邻近像素的灰度值相减的差值，分别包含绝对值单元1126与1136以输出差值的绝对值，以及分别包含正负符号单元1124与1134以输出差值的正负号信息。像素比较器1110还包括异或(exclusiveor，XOR)门1140，二比较单元1150与1160，以及与门(AND gate)1170。异或门1140耦接于二像素处理模块1120与1130的比较单元1124与1134，用来计算二像素处理模块1120与1130所输出的二差值的正负号信息的异或结果，当二差值中恰好一为正值而一为负值时输出数值1。比较单元1150与1160分别耦接于二像素处理模块1120与1130的绝对值单元1126与1136，用来比较目标像素的灰度值与二邻近像素的灰度值的差值与预定值；即当目标像素的灰度值与邻近像素的灰度值的差值大于预定值K3、K4时，比较单元1150与1160会输出数值1，而当目标像素的灰度值与邻近像素的灰度值的差值小于预定值K3、K4时，比较单元1150与1160会输出数值0。与门1170耦接于二比较单元1150与1160的输出端以及异或门1140的输出端，用来对此三者的输出进行与运算。累加器1180耦接于与门1170的输出端，包含加法器1182与缓冲器1184，用来将与门1170的输出作累加运算。于此具体实施例中，当目标像素的灰度值与二邻近像素的灰度值的差皆大于预定值，并且当目标像素的灰度值为三者中的最大或最小时，像素比较器1110会输出数值1至累加器1180，其代表目标像素的灰度值与对应场中的邻近像素的灰度值间为非平滑变化，我们称为出现一个的字样型；而其他的状况下像素比较器1110则会输出数值0至累加器1180。因此，当目标场中的目标数据行的各像素依序被设为目标像素而与其各自在对应场的对应数据行的邻近像素相比较时，像素比较器1110会依各像素的状况输出数值1或数值0至累加器1180。相似度判断器1190耦接于累加器1180的输出端，于累加器1180的累加结果大于预定数目K5时，决定受检测的目标场中的目标数据行与对应场的二对应数据行为不相似。

图12显示由非引自电影帧数据而仅单纯为提取自电视帧(未显示)的交错式扫描电视场F121至F128，并且在部份区域上外加了跑马灯数据。场F121开始为奇场，然后依序奇偶场交错，此例中并于场F121至F128的第n+2至s+1数据行间外加了跑马灯数据，奇偶场的跑马灯数据范围偏移一行。在未外加跑马灯数据的数据行(例如第g行)部份，提取自同一帧的奇、偶场的相邻数据行的像素的灰度值呈平滑变化，举例而言，场F121的数据行121(g)与数据行122(g-1)、122(g+1)相似，但数据行122(g+1)与数据行123(g)、123(g+2)不相似。也就是说，当连续多对相邻场的数据行呈现预定次数的相似与不相似间隔出现的样型时，即可判断该多个数据行源出于电视帧；因此可将源出于同一电视帧的奇、偶场的数据行合并以产生渐进式扫描电视帧。渐进式扫描电视帧P121至P128在第n+1数据行以前与第s+2数据行以后，皆以合并其所对应的一对奇、偶场的数据行而产生。例如以交错式扫描电视场F121的第1数据行以及场F122的第2数据行产生渐进式扫描电视帧P121与帧P122的第1数据行与第2数据行。而当外加的跑马灯数据破坏了数据行相似与不相似间隔出现的样型时，则如同图4与图8所举的实施方式，将各场不符合预期相似度样型的数据行，则直接利用此场的数据行处理，以产生相对应的渐进式扫描电视帧中的对应数据行。

据此，当电视台业者于电视画面下方加入横向跑马灯字幕时，举例而言，本发明可以数据行为基础决定场相似度，不会受到画面遭受破坏的影响避免而跳出正确的模式，例如电影模式(film mode)，而持续替大部分的电视画面进行解交错及像素之内差(interpolation)补偿，以改善电视质量，并避开遭到破坏的横向跑马灯字幕的多条数据行，使得跑马灯字幕更加清晰，也不会因为做了错误处理而扭曲字幕；举例而言，配合在显示器控制器中，增设N*1位的行缓冲器，可以持续记录目标场的所有数据行的相似度状态，而配合解交错器及缩放器的运作，而选择性地解交错及内插补偿目标场的数据行，避开遭到破坏的横向跑马灯字幕的多条数据行，N有关于电视画面的分辨率，举例而言，NTSC系统的分辨率为525条扫描线，则N可为525，而PAL系统的分辨率为625条扫描线，则N为625，应注意到其所增加的硬件相当有限，因此不会影响到硬件成本。另一方面，由于跑动字幕通常在屏幕的四周，也比较不会引起观赏者视觉上的太多注意。利用N*1位的行缓冲器以数据行为基础辨识场相似度，直到确定目前的视讯来源不符合预定的连续场相似度，才跳离开先前播放模式，例如电影模式。应注意到本发明以数据行为基础检测场相似度的装置可以独立运作，也可以搭配公知以整个场为基础检测场相似度的装置进行运作，而达到仅对各场部分区域进行画面加强处理的功效。

图13显示根据本发明的较佳具体实施例的可检测行相似度的显示控制器，包含缓冲器1310、解交错器1320、缩放器1330、行相似度检测器1340、行状态记录器1350、以及场状态旗标1360；缓冲器1310接收场数据输入而将多条行数据储存于内部多条行缓冲器(line buffers)；解交错器1320耦接于缓冲器1310，用以产生解交错输出，而缩放器1330耦接于解交错器1320，用以产生缩放输出；行相似度检测器1340耦接于缓冲器1310，以检测场中所有行的相似度，并将其记录于行状态记录器1350，其较佳地为N*1位的行缓冲器，N为扫描线分辨率，NTSC系统为525位而PAL系统为625位，而行相似度检测器1340也判断目标场的场状态，并将其记录于场状态旗标1360，场状态旗标1360较佳地包含三个旗标位，分别代表跑马灯状态、静态文字状态、或者图像错编状态，供解交错器1320参考运作；另一方面，若行相似度检测器1340也决定目标场所处的正确模式，则在NTSC系统下行状态记录器1350较佳地为525*5位大小，用以记录525条扫描线(数据行)相邻五个时间点的数据行相似度(PAL系统下为625*5位)；解交错器1320便可根据行状态记录器1350选择性地解交错之后，供缩放器1330进行缩放，而不会因为受到跑马灯字幕的干扰而轻易跳离开正确的处理模式，举例而言，可将目标场视为未遭到跑马灯字幕破坏的主画面区域以及遭到跑马灯字幕破坏的遭破坏画面区域，例如跑马灯字幕在整个画面的下方跑动，此时解交错器1320以及缩放器1330便可根据行状态记录器1350对目标场的主画面区域参考时间上紧邻的场进行解交错器以及缩放，如果目标场为奇场，则时间紧邻的场为偶场，反之亦然；而至于遭破坏画面区域则不宜参考紧邻场进行处理，因为那样只会让情况更糟糕，较佳地直接利用目标场本身进行缩放处理。

图14显示根据本发明的较佳具体实施例的通过检测行相似度选择性解交错及缩放场的方法流程，此方法流程自步骤1400开始；步骤1410分析并记录目标场的数据行相似度于N*1位长的行状态记录器；步骤1420根据所记录的数据行相似度，参考时间紧邻的场而解交错及缩放目标场的主画面区域，也就是未遭到跑马灯字幕破坏的区域；另一方面步骤1430根据所记录的数据行相似度，直接缩放目标场的遭破坏画面区域，而不参考其他场进行解交错或内差处理，因此可以让跑马灯字幕更清晰地呈现；然后结束本方法流程。

综上所述，本发明提出了以数据行为单位比较相似度以根据交错式电视场的数据及各数据行的相似度来产生渐进式扫描电视帧数据的方法及相关装置，更弹性地产生渐进式扫描电视帧，能在场数据外加跑马灯数据或固定文字数据时，仍可替未外加数据覆盖的局部画面产生较高质量的渐进式扫描电视帧。而如不同来源形式的交错式扫描电视帧的交界处所存在的图像错编现象(bad editing)，例如在电影数据转成的交错式扫描电视帧的起始处与结尾处所出现的图像错编现象，本发明亦可将存在图像错编现象的场中正常的数据行与数据遭破坏的数据行分别处理，以解决图像错编所造成的影响。

本发明可于执行检测数据行相似度样型的步骤前，先以整个场为单位检测相似度样型以确定交错式扫描电视场的数据来源形式；而在先以整个场为单位检测相似度样型并确定交错式扫描电视场的数据来源形式后，再开始以数据行为单位检测相似度并据以产生高质量的渐进式扫描电视帧。本发明可通过统计整个场中符合预期相似度样型的数据行数量，当于场中不符合预期相似度样型的数据行数量高过预定值时，即停止执行本发明的以数据行为单位检测相似度以产生渐进式扫描电视帧数据的方法。

本发明亦揭示数据行相似度检测装置及相关方法，可利用间隔的二场或相邻二场而以数据行为基础进行相似度检测，数据行相似度检测装置包含像素比较器，用以比较目标像素与对应像素间的灰度变化；累加器，耦接于像素比较器，用以累加像素比较器的比较结果而产生累加结果；以及相似度判断器，耦接于累加器，用以根据累加结果判断目标场的目标数据行的相似度。

如图7与图11所示的本发明的数据行相似度检测装置仅为用来实现本发明的数据行相似度检测装置的实施例，而其他任何可用来实现本发明的硬件电路或软件方法亦皆属本发明所涵盖的范围之内。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡依本发明权利要求所进行的等效变化与修改，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (44)

1. 一种根据数据行相似度产生电视图像信号的方法，其包含下列步骤：

通过检测多个场中的第一多对场的第一数据行的各像素的相似度分布决定该多个第一数据行的相似度；以及

当该多个第一数据行的相似度符合一第一预定样型时，依据一预定规则利用该多个场中的多对相邻场的第一数据行产生一电视图像信号中相对于该多对相邻场的第一数据行的数据。

2. 如权利要求1所述的方法，其中在该检测步骤中，该多对场中的每对场为二奇场或二偶场；以及在该产生电视图像信号的步骤中，该多对相邻场中的每对相邻场各包含一奇场与一偶场。

3. 如权利要求2所述的方法，其中于产生电视图像信号的步骤中，该第一预定样型指于多个依序相邻的场中，每五个依序相邻场的第一个场的第一数据行与第三个场的第一数据行互相相似；以及该预定规则利用该多个依序相邻的场中的第一对相邻场的第一数据行产生该电视图像信号中对应于第一对相邻场的帧的二数据行，利用该多个依序相邻的场中的第二对相邻场的第一数据行产生该电视图像信号中对应于第二对相邻场的帧的二数据行，以及利用该多个依序相邻的场中的第四对相邻场的第一数据行产生该电视图像信号中对应于第四对相邻场的帧的二数据行。

4. 如权利要求1所述的方法，其中在该检测步骤中，该多对场中的每对场为相邻的一奇场与一偶场；以及在该产生电视图像信号的步骤中，该多对相邻场中的每对相邻场各包含一奇场与一偶场。

5. 如权利要求4所述的方法，其中于产生电视图像信号的步骤中，该第一预定样型指于多个依序相邻的场中，每五个依序相邻场的第一个场的第一数据行与第二个场的二对应数据行互相相似，第二个场的第一数据行与第三个场的二对应数据行互相相似，以及第四个场的第一数据行与第五个场的二对应数据行互相相似；以及该预定规则利用该多个依序相邻的场中的第一对相邻场的第一数据行产生该电视图像信号中对应于第一对相邻场的帧的二数据行，利用该多个依序相邻的场中的第二对相邻场的第一数据行产生该电视图像信号中对应于第二对相邻场的帧的二数据行，以及利用该多个依序相邻的场中的第四对相邻场的第一数据行产生该电视图像信号中对应于第四对相邻场的帧的二数据行。

6. 如权利要求1所述的方法，其中该检测步骤比较一目标场的第一数据行的一目标像素与一相关场的对应数据行的同横向座标的相关像素间的灰度差异，以判断该目标场的第一数据行的该目标像素的相似度。

7. 如权利要求6所述的方法，其中当该目标场的第一数据行的该目标像素与该相关场的第一数据行的同横向座标的像素间的灰度差异小于一第一预定值时，判断该目标场的第一数据行的该目标像素与该相关场的相关像素互相相似。

8. 如权利要求7所述的方法，其中该检测步骤还包含：

统计该目标场的第一数据行中，与该对应场的相关像素间灰度差异小于一预定值的像素数量；以及

依据该灰度差异小于预定值的像素数量决定该目标场的第一数据行的相似度。

9. 如权利要求8所述的方法，其于该目标场的第一数据行的像素与该相关场中的对应数据行的对应像素互相相似的数量大于一第二预定值时，决定该目标场的第一数据行与该相关场的第一数据行互相相似。

10. 如权利要求6所述的方法，其中当该目标场的第一数据行的该目标像素与该相关场的一第一对应数据行的同横向座标的像素间的灰度差异小于一第一预定值，以及该目标场的第一数据行的该目标像素与该相关场的一第二对应数据行的同横向座标的像素间的灰度差异小于一第二预定值时，判断该目标像素与该相关场的二对应数据行的同横向座标的像素互相相似。

11. 如权利要求10所述的方法，其中该检测步骤还包含：

统计该目标场的第一数据行中，与该相关场的二对应数据行的同横向座标的像素互相相似的像素的数量以得一统计量；以及

依据该统计量决定该目标场的第一数据行的相似度。

12. 如权利要求11所述的方法，其于该统计量大于一第三预定值时，决定该目标场的第一数据行与该相关场的二对应数据行互相相似。

13. 如权利要求1所述的方法，其还包含：

当该多个第一数据行的相似度不符合该第一预定样型时，分别利用该多个场的第一数据行产生该电视图像信号中相对于该多个场的第一数据行的数据。

14. 如权利要求13所述的方法，其中当该多个第一数据行的相似度不符合该第一预定样型时，直接利用该目标场产生该电视图像信号中对应于该目标场的一帧的二相邻数据行。

15. 如权利要求1所述的方法，其中该多个场源于一电影图像数据所形成的交错式扫描电视图像信号。

16. 如权利要求1所述的方法，其还包含：

检测第二多个场的相似度；

其中，当该多个第二多个场的相似度符合一第二预定样型时，执行该检测多个场中的第一多对场的第一数据行的各像素的相似度分布的步骤。

17. 如权利要求16所述的方法，其中该第二预定样型指于该第二多个场中，每五个依序相邻场的第一个场与第三个场互相相似。

18. 如权利要求16所述的方法，其中该第二预定样型指于该第二多个场中，每五个依序相邻场的第一个场与第二个场互相相似，第二个场与第三个场互相相似，以及第四个场与第五个场互相相似。

19. 如权利要求1所述的方法，其还包含：

统计该第一多对场中的一对场中互相相似的数据行的数量。

20. 如权利要求1所述的方法，其中该电视图像信号为一渐进式扫描电视图像信号。

21. 一种检测一对场的相对应数据行的相似度的方法，其中该对场包含一目标场以及一对应场，该方法包含：

以该目标场的一目标数据行的一目标像素与该对应场的对应数据行中的对应像素为一组，比较该组像素的灰度差异；

统计该目标场的目标数据行与该对应场的对应数据行中，灰度差异大于一预定值的像素组的数量；以及

当该目标场的目标数据行与该对应场的对应数据行中，灰度差异大于一预定值的像素组的数量小于一第一预定数量时，判断该目标场的目标数据行与该对应场的对应数据行为互相相似。

22. 如权利要求21所述的方法，其中该目标场与该对应场为二奇场或二偶场。

23. 如权利要求22所述的方法，其中该比较步骤以该对应场的一对应数据行中与该目标像素位于同一横向座标的一像素为对应像素。

24. 如权利要求23所述的方法，其中该统计步骤通过统计该目标像素与该对应像素的灰度差异大于一预定值的像素组的数量而产生一统计量，该方法还包含：

当该统计量大于该第一预定数量时，决定该对场的目标场的目标数据行与该对场的对应场的对应数据行为不相似。

25. 如权利要求21所述的方法，其中该目标场与该对应场为一奇场以及一偶场。

26. 如权利要求25所述的方法，其中该比较步骤以该对应场的二对应数据行中与该目标像素位于同一横向座标的二像素为对应像素。

27. 如权利要求26所述的方法，其中该统计步骤通过统计该目标数据行中与该二对应数据行的二对应像素的灰度差异大于一预定值的像素数量而产生一统计量，该方法还包含：

当该统计量大于该第一预定数量时，决定该目标场的目标数据行与该对应场的对应数据行为不相似。

28. 一种数据行相似度检测装置，其包含：

一像素比较器，用以比较一目标场的一目标数据行的一目标像素与一对应场的对应像素间的灰度差异，以检测该目标像素与该对应像素是否互相相似；

一累加器，耦接于该像素比较器，用以累加该目标场的目标数据行的各像素与其对应像素的相似度而产生一累加结果；以及

一相似度判断器，耦接于该累加器，用以根据该累加器的输出判断该目标场的目标数据行的相似度。

29. 如权利要求28所述的数据行相似度检测装置，其中该目标场与该对应场为二奇场或二偶场。

30. 如权利要求29所述的数据行相似度检测装置，其中该像素比较器包含：

一像素处理模块，用来计算该目标场的目标数据行的目标像素的灰度值与该对应场的一对应数据行的一对应像素的灰度值相减的一差值的绝对值；以及

一比较单元，耦接于该像素处理模块，用来比较该像素处理模块的输出值与一第一预定值，于该像素处理模块的输出值大于该第一预定值时输出数值1，以及于该像素处理模块的输出值不大于该第一预定值时输出数值0。

31. 如权利要求29所述的数据行相似度检测装置，其中该相似度判断器于该累加结果大于一第二预定值时，决定该目标数据行与该对应场的对应数据行为不相似。

32. 如权利要求28所述的数据行相似度检测装置，其中该目标场与该对应场为一奇场与一偶场。

33. 一种可检测行相似度的显示控制器，包含：

一缓冲器，用以暂存一目标场的多条行数据；

一行相似度检测器，耦接于该缓冲器，用以检测该目标场的各数据行相似度；

一行状态记录器，用以记录该目标场的各数据行相似度；

一解交错器，耦接于该缓冲器；以及

一缩放器，耦接于该解交错器；

其中，该解交错器根据该行状态记录器之内容选择性地解交错该目标场，以产生一解交错输出，而该缩放器缩放该解交错输出以产生一缩放输出。

34. 如权利要求33所述的显示控制器，其中该行状态记录器为525*5位长。

35. 如权利要求33所述的显示控制器，其中该行状态记录器为625*5位长。

36. 如权利要求33所述的显示控制器，更包含一场状态旗标用以记录该目标场的一场状态。

37. 如权利要求36所述的显示控制器，其中该场状态旗标包含一跑马灯旗标、一静态文字旗标、以及一图像错编旗标，分别代表该目标场处于一跑马灯状态、一静态文字状态、以及一图像错编状态。

38. 一种根据数据行相似度产生一缩放输出的方法，其包含下列步骤：

分析并记录一目标场的多条数据行相似度；

根据该多个数据行相似度选择性地解交错该目标场，以产生一解交错输出；以及

缩放该解交错输出以产生该缩放输出。

39. 如权利要求38所述的方法，其中该选择性地解交错步骤根据该多个数据行相似度，参考一时间紧邻的场而解交错及缩放该目标场的一主画面区域。

40. 如权利要求39所述的方法，其中该选择性地解交错步骤根据该多个数据行相似度直接缩放该目标场的一遭破坏画面区域。

41. 如权利要求38所述的方法，其中该场的多条数据行相似度将该目标场的该多个数据行的各数据行与一邻近场的对应数据行相比较而产生。

42. 如权利要求41所述的方法，其中该目标场与该邻近场为时间上紧邻的一奇场与一偶场。

43. 如权利要求41所述的方法，其中该目标场与该邻近场为时间上相间隔一场的两个场。

44. 如权利要求43所述的方法，其中该目标场与该邻近场为两个奇场或两个偶场。

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