专利名称：用于输入图像信号的自适应分辨率转换设备及其方法
技术领域：
本发明涉及一种适应于输入图像信号的分辨率转换设备及其方法。更具体地讲，本发明涉及这样一种适应于输入图像信号的分辨率转换设备及其方法，即根据输入图像信号的特性降低分辨率以在低分辨率的显示装置上显示高分辨率的图像信号。
背景技术：
近来，随着显示装置种类和大小的多样化，通过转换输入图像信号的分辨率来将输入图像信号显示在显示装置上。这里，为了在高分辨率的显示装置上显示低分辨率的输入图像信号，应该对输入图像信号执行分辨率增强。相反，当在低分辨率的显示装置上显示高分辨率的输入图像信号时，需要降低输入图像信号的分辨率。
特别是在降低分辨率时，可能产生诸如伪轮廓的噪声，从而导致屏幕上的难看图像。为了防止这种情况，通常使用截断技术和抖动技术。
图1A至1C示出转换分辨率的传统方法。
图1A是示出作为对输入图像信号执行截断技术的结果的输出图像信号的示图。通常，通过使用如下所示的方程1对输入图像信号进行量化来执行截断技术Y(i，j)＝trunc(X(i，j)+0.5)(方程1)在图1A和方程1中，Y(i，j)表示输出图像信号中包括的预定像素的位置，X(i，j)表示输入图像信号中包括的预定像素的位置。
图1B是示出作为对输入图像信号执行随机抖动技术的结果的输出图像信号的示图。在图1B中，Y(i，j)表示输出图像信号中包括的预定像素的位置，X(i，j)表示输入图像信号中包括的预定像素的位置。通常，通过使用如下所示的方程2对输入图像信号进行量化来执行随机抖动技术Y(i，j)＝trunc(X(i，j)+random noise(i，j)+0.5)(方程2)在方程2中，random noise(i，j)表示位于(i，j)处的像素的噪声值。
抖动技术包括如图1B所示的随机抖动、有序抖动和误差扩散抖动。有序抖动是通过使用抖动矩阵根据阈值模式(pattern)对输入图像信号进行量化的技术。如图1C所示，误差扩散抖动是将输入图像信号的量化误差扩散到邻近像素的技术。
当对数据执行截断技术时，由于量化误差而产生伪轮廓。尽管抖动技术比截断技术引起较少的伪轮廓，但是由于当使用有序抖动时的抖动模式(pattern)导致显示的图像看起来比较难看。这是因为不考虑输入图像信号的特性而执行截断技术和抖动技术。
发明内容
本发明的一方面旨在解决上述缺点。因此，本发明的示例性实施例的一方面提供了一种自适应地转换输入图像信号的分辨率的设备，所述设备能够通过根据输入图像信号的特性执行噪声整形来使分辨率降低期间产生的量化误差最下化。
还提供了一种分辨率转换设备，所述设备包括图像分析单元，分析输入图像信号的频率特性；滤波器系数确定单元，根据所述频率特性设置滤波器系数；和噪声整形器单元，根据所述滤波器系数对量化所述输入图像信号而产生的误差执行噪声整形。
所述噪声整形器单元可包括滤波器单元，所述滤波器单元通过使用以下方程来执行噪声整形Y=(X-Y)z-11-z-1+N]]>其中，Y表示输出图像信号，X表示输入图像信号，Z-1表示全通滤波器，1-Z-1表示高通滤波器，N表示量化误差。
所述图像分析单元可包括差值计算器，计算输入图像信号邻近的像素数据之间的差值；绝对值运算器，计算所述差值的绝对值；和比较器，将所述绝对值与多个阈值进行比较。
所述分辨率转换设备可包括存储器，以查找表的形式存储与所述多个阈值定义的阈值部分相应的滤波器系数；和选择器，根据所述绝对值和所述阈值之间的比较结果从所述存储器选择滤波器系数。
根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种分辨率转换设备，所述设备包括图像分析单元，计算输入图像信号邻近的像素数据之间的差值；阶次确定单元，根据图像分析单元计算的差值来确定通过输入图像信号的阶次；和噪声整形器单元，根据阶次确定单元确定的阶次对量化所述输入图像信号而产生的误差执行噪声整形。
所述噪声整形单元可包括多个开关，所述多个开关用于根据所述阶次选择所述输入图像信号的旁通和噪声整形之一。
所述阶次确定单元确定与所述差值对数相应的阶次。
根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种分辨率转换设备，所述设备包括图像分析单元，从输入图像信号分析边缘方向；维数确定单元，根据所述边缘方向确定用于对量化输入图像信号而产生的误差执行噪声整形的维数；和噪声整形器单元，根据所述维数执行噪声整形。
所述噪声整形器单元可包括水平噪声整形器，当边缘方向是0°时，在水平方向上执行噪声整形；和垂直噪声整形器，当边缘方向是90°时，在垂直方向上执行噪声整形。
当边缘方向是45°时，维数确定单元可开启水平和垂直噪声整形器单元的开关以在2维的倾斜方向上执行噪声整形。
所述噪声整形器单元还可包括时间噪声整形器单元，所述时间噪声整形器单元在时间方向上执行噪声整形。
本发明的另一方面提供一种转换分辨率的方法，所述方法包括分析输入图像信号的频率特性、邻近像素数据之间的差值和边缘方向中的至少一个特性；和根据所述至少一个特性对量化误差执行噪声整形。
所述执行噪声整形的步骤可包括根据频率特性选择滤波器系数；和通过应用滤波器系数对所述量化误差执行噪声整形。
所述执行噪声整形的步骤可包括根据邻近像素数据之间的差值确定对所述输入图像信号噪声整形的阶次；和根据所述阶次执行所述输入图像信号的旁通和噪声整形之一。
所述执行噪声整形的操作可包括根据所述边缘方向确定用于对量化所述输入图像信号而产生的误差执行噪声整形的维数；和根据所述维数执行噪声整形。
通过参照附图详细描述本发明的示例性实施例，本发明的上述方面和其他特征将变得更加清楚，其中图1A至1C是解释转换分辨率的传统方法的示图；图2A和2B是用于本发明实施例的构造噪声整形器模型的示图；图3示出根据本发明示例性实施例的分辨率转换设备；图4是示出根据本发明另一示例性实施例的分辨率转换设备的示图；图5A和5B是解释用于确定图4的分辨率转换设备的阶次的方法的示图；图6示出根据本发明另一示例性实施例的分辨率转换设备；图7是解释用于确定图6的分辨率维数设备中的维数的方法的示图；和图8是解释根据本发明的上述实施例的分辨率转换设备的操作的示图。
通过结合附图，从实施例的下面描述中，本发明这些和/或其它方面及优点将会变得清楚，并且更易于理解，其中具体实施方式
以下，将参照附图详细地描述本发明的特定示例性实施例。
在下面的描述中，即使在不同的附图中，对相同的部件使用相同的附图标号。提供了对诸如结构细节和部件的特定项的描述仅为了帮助全面理解本发明。因此，应该清楚，不用所描述的细节也可实现本发明。另外，由于对公知功能和结构的不必要的详细描述将使本发明不清晰，所以将省略其详细描述。
图2A和2B是应用于本发明实施例的构造噪声整形器模型的示图。
图2A示出一阶噪声整形器。参照图2A，根据本发明示例性实施例的噪声整形器包括第一加法器100、滤波器120和量化器140。由于由量化器140对滤波器120滤波的输入图像信号进行量化，所以因量化产生了误差。量化误差被反馈，通过第一加法器100从输入图像信号被减去，被滤波器120滤波，并被输出。
图2B示出了以上过程，在图2B中，量化误差n通过第二加法器160被加到输入图像信号x。参照图2B，将通过使用如下所示的方程3来描述应用于本发明的噪声整形器的操作Y(z)＝(X(z)-Y(z))H+N(z)(方程3)
在方程3中，Y(z)表示输出图像信号，X(z)表示输入图像信号，N(z)表示由量化引起的误差，H表示滤波器系数。滤波器系数H可被表示为H=z-11-z-1.]]>将滤波器系数H应用于方程3，则可推导出如下所示的方程4Y(z)＝z-1X(z)+(1-z-1)N(z)(方程4)如方程4所示，函数z-1表示使全部输入图像信号都通过的全通滤波器。函数(1-z-1)表示高通滤波器，该高通滤波器滤除低频分量，并输出高频分量。
图3示出根据本发明示例性实施例的分辨率转换设备。
根据图3，所述分辨率转换设备包括图像分析单元200、滤波器系数确定单元220和噪声整形器单元240。
图像分析单元200对输入图像信号的频率特性进行分析，其包括差值计算器201、绝对值运算器203和比较器205。
差值计算器201计算输入图像信号的邻近的像素数据之间的差值。更具体地讲，假如第一像素数据是P1(i，j)以及第二像素数据是P2(i，j+1)，则第一像素数据和第二像素数据之间的差值是P1(i，j)-P2(i，j+1)。
绝对值运算器203对差值计算器201计算的第一像素数据和第二像素数据之间的差值进行运算，并输出绝对值|P1(i，j)-P2(i，j+1)|。比较器205将从绝对值运算器203输出的绝对值与多个阈值进行比较，并输出比较结果。例如，比较器205可确定下面的式子是否成立TH1＜|P1(i，j)-P2(i，j+1)|＜TH2、TH2＜|P1(i，j)-P2(i，j+1)|＜TH3等。
滤波器系数确定单元220确定对输入图像信号滤波所使用的滤波器系数，其包括选择器223和存储器221。存储器221以下面所示的表1显示的查找表的形式来存储与多个阈值定义的阈值部分相应的滤波器系数表1
选择器223通过使用来自比较器205的输出来选择存储在存储器221中的滤波器系数，并将选择的系数发送到噪声整形器单元240。更具体地讲，当TH1＜|P1(i，j)-P2(i，j+1)|＜TH2时，选择滤波器系数coff_1。当TH2＜|P1(i，j)-P2(i，j+1)|＜TH3时，选择滤波器系数coff_2。
噪声整形器单元240对量化误差执行噪声整形。为此，噪声整形器单元240包括加法器241、滤波器单元243和量化器单元245。
滤波器单元243包括第一滤波器243a和第二滤波器243b。第一滤波器243a用作滤除从加法器241输出的信号中包括的低频噪声的高通滤波器(HPF)。第二滤波器243b用作对反馈信号进行低通滤波的低通滤波器(LPF)。
量化器单元245对滤除了低频噪声的输入图像信号进行量化，并输出量化的信号。在此期间产生的量化噪声作为反馈信号通过第二滤波器单元243b，通过加法器从输入图像信号被减去，然后被输出。
这里，第一滤波器243a和第二滤波器243b通过所有的输入信号并用作滤除低频噪声的HPF。
如上所解释，当从输入图像信号分析的邻近像素之间的差值大时，应用阻滞低频噪声的滤波器系数。当所述差值小时，应用减轻阻滞低频噪声的滤波器系数。
图4是示出根据本发明另一示例性实施例的分辨率转换设备的示图。
参照图4，所述分辨率转换设备包括图像分析单元300、阶次确定单元320和噪声整形器单元340。
图像分析单元300从输入图像信号计算像素数据之间的差值。更具体地讲，假如第一像素数据是P1(i，j)以及与第一像素数据邻近的第二像素数据是P2(i，j+1)，则第一像素数据和第二像素数据之间的差值是P1(i，j)-P2(i，j+1)。
阶次确定单元320根据图像分析单元300计算的像素数据之间的差值来确定使输入图像信号通过噪声整形器单元340的阶次。以下将描述噪声整形器单元340。这里，阶次确定单元320确定与邻近像素数据之间的差值对数相应的阶次。
噪声整形器单元340根据确定的阶次对量化输入图像信号而产生的误差执行噪声整形。噪声整形器单元340包括第一到第n阶单元341-1、341-2...341-n以及量化器单元343。根据阶次确定单元320确定的阶次，第一到第n阶单元被接通/断开。输入图像信号通过滤波器H1、H2...HN被滤波并被输出，所述滤波器H1、H2...HN被设置在其开关SW1、SW2...SWN接通的第一到第n阶单元341-1、341-2...341-n中。
量化器单元343对滤波的输入图像信号进行量化。将在此期间产生的量化误差反馈。
图5A和5B是解释用于确定图4的分辨率转换设备的阶次的方法的示图。
图5A示出根据阶次的频率响应特性。参照图5A，通过第一阶单元341-1和第二阶单元341-2的信号的频率响应特性比仅通过第一阶单元341-1的信号的频率响应特性好。通过第一到第三阶单元341-1、341-2和341-3的信号的频率响应特性比仅通过第一阶单元341-1和第二阶单元341-2的信号的频率响应特性好。换句话讲，随着信号通过更多的阶单元341-1、341-2...341-n，频率响应特性得到了改善。如图5B所示，根据邻近像素数据之间的差值来对数确定阶次。
图6示出根据本发明另一示例性实施例的分辨率转换设备。
参照图6，所述分辨率转换设备包括图像分析单元400、维数确定单元420和噪声整形器单元440。
图像分析单元400从输入图像信号分析边缘方向。更具体地讲，可分析边缘方向是0°、90°还是45°。可通过更多详细的角度来分析边缘方向。
维数确定单元420根据图像分析单元400分析的边缘方向确定用于执行噪声整形的维数。例如，当边缘方向是0°时，水平地执行噪声整形；当边缘方向是90°时，垂直地执行噪声整形；当边缘方向是45°时，倾斜地，即2维地执行边缘整形；当边缘方向是在时域上时，可对先前帧和后来帧，即3维地执行噪声整形。
噪声整形器单元330根据确定的维数对输入图像信号执行噪声整形，其包括加法器441、水平噪声整形器单元443、垂直噪声整形器单元445、时间噪声整形器单元447和量化器单元449。
根据维数确定单元420确定的维数，当边缘方向是0°时，开启第一开关SW1，并由水平噪声整形器单元443水平地执行噪声整形。当边缘方向是90°时，开启第二开关SW2，并由垂直噪声整形器单元445垂直地执行噪声整形。另外，当边缘方向是45°时，开启第一开关SW1和第二开关SW2，并由水平噪声整形器单元443和垂直噪声整形器单元445倾斜地执行噪声整形。当边缘方向是在时域上时，开启第四开关SW4以使时间噪声整形器单元447时间上执行噪声整形。
图7是解释用于在图6的分辨率转换设备中的确定维数的方法的示图。
如图7所示，当边缘方向的角度是0°时，维数确定单元420在1维的水平方向①上执行噪声整形；当边缘方法的角度是90°时，维数确定单元420在1维的垂直方向②上执行噪声整形；当边缘方法的角度是45°时，维数确定单元420在2维的倾斜方向③上执行噪声整形。
图8是解释根据本发明的上述实施例的分辨率转换设备的操作的示图。
参照图8，当输入了具有分辨率M的图像信号时(S500)，根据本发明示例性实施例的分辨率转换设备分析频率特性、邻近像素数据之间的差值以及边缘方向(S520)。
然后，所述分辨率转换设备根据对输入图像信号的分析的结果来确定滤波器系数、阶次以及维数。更具体地讲，分析输入图像信号的频率特性，从而确定滤波器系数。通过使用邻近像素数据之间的差值来确定噪声整形器单元340的阶次。另外，通过分析边缘方向来确定用于执行噪声整形的维数(S540)。
根据确定的滤波器系数、阶次和维数来对量化输入图像信号产生的误差执行噪声整形。其结果是，具有分辨率N的图像信号被输出(S560)。
根据上述处理，可根据输入图像信号的特性来对产生的量化误差执行噪声整形。
从上述描述可以明白，由于根据输入图像信号的特性执行了噪声整形从而使量化误差最小化而使在降低分辨率时能够防止图像质量恶化的自适应分辨率转换设备及其方法可被实现。
尽管参照本发明的特定示例性实施例显示并描述了本发明，但是本领域的技术人员应该理解，在不脱离权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可对其进行形式和细节的各种改变。
权利要求
1.一种分辨率转换设备，包括图像分析单元，分析输入图像信号的频率特性；滤波器系数确定单元，根据所述频率特性设置滤波器系数；和噪声整形器单元，根据所述滤波器系数对量化所述输入图像信号而产生的误差执行噪声整形。
2.如权利要求1所述的分辨率转换设备，其中，所述噪声整形器单元包括滤波器单元，所述滤波器单元通过使用以下方程来执行噪声整形Y=(X-Y)z-11-z-1+N]]>其中，Y表示输出图像信号，X表示输入图像信号，Z-1表示全通滤波器，1-Z-1表示高通滤波器，N表示量化误差。
3.如权利要求1所述的分辨率转换设备，其中，所述图像分析单元包括差值计算器，计算输入图像信号邻近的像素数据之间的差值；绝对值运算器，计算所述差值的绝对值；和比较器，将所述绝对值与多个阈值进行比较。
4.如权利要求3所述的分辨率转换设备，还包括存储器，以查找表的形式存储与所述多个阈值定义的阈值部分相应的滤波器系数；和选择器，根据所述绝对值和所述多个阈值之间的比较结果从所述存储器选择滤波器系数。
5.一种分辨率转换设备，包括图像分析单元，计算输入图像信号邻近的像素数据之间的差值；阶次确定单元，根据图像分析单元计算的差值来确定通过输入图像信号的阶次；和噪声整形器单元，根据阶次确定单元确定的阶次对量化所述输入图像信号而产生的误差执行噪声整形。
6.如权利要求5所述的分辨率转换设备，其中，所述噪声整形单元包括多个开关，所述多个开关用于根据所述阶次选择所述输入图像信号的旁通和噪声整形之一。
7.如权利要求5所述的分辨率转换设备，其中，所述阶次确定单元确定与所述差值对数相应的阶次。
8.一种分辨率转换设备，包括图像分析单元，从输入图像信号分析边缘方向；维数确定单元，根据所述边缘方向确定用于对量化输入图像信号而产生的误差执行噪声整形的维数；和噪声整形器单元，根据所述维数执行噪声整形。
9.如权利要求8所述的分辨率转换设备，其中，所述噪声整形器单元包括水平噪声整形器，当边缘方向是0°时，在水平方向上执行噪声整形；和垂直噪声整形器，当边缘方向是90°时，在垂直方向上执行噪声整形。
10.如权利要求9所述的分辨率转换设备，其中，当边缘方向是45°时，维数确定单元开启水平和垂直噪声整形器单元的开关以在2维的倾斜方向上执行噪声整形。
11.如权利要求9所述的分辨率转换设备，其中，所述噪声整形器单元还包括时间噪声整形器单元，所述时间噪声整形器单元在时间方向上执行噪声整形。
12.一种转换分辨率的方法，包括分析输入图像信号的频率特性、邻近像素数据之间的差值和边缘方向中的至少一个特性；和根据所述至少一个特性对量化误差执行噪声整形。
13.如权利要求12所述的方法，其中，所述执行噪声整形的操作包括根据频率特性选择滤波器系数；和通过应用滤波器系数对所述量化误差执行噪声整形。
14.如权利要求12所述的方法，其中，所述执行噪声整形的操作包括根据邻近像素数据之间的差值确定对所述输入图像信号噪声整形的阶次；和根据所述阶次执行所述输入图像信号的旁通和噪声整形之一。
15.如权利要求12所述的方法，其中，所述执行噪声整形的操作包括根据所述边缘方向确定用于对量化所述输入图像信号而产生的误差执行噪声整形的维数；和根据所述维数执行噪声整形。
全文摘要
提供了一种分辨率转换设备和方法。所述设备包括图像分析单元，分析输入图像信号的频率特性；滤波器系数确定单元，根据所述频率特性设置滤波器系数；和噪声整形器单元，根据所述滤波器系数对量化所述输入图像信号而产生的误差执行噪声整形。因此，可通过根据输入图像信号的特性执行噪声整形来自然地实现图像。
文档编号G09G5/391GK1992791SQ200610126490
公开日2007年7月4日 申请日期2006年9月1日 优先权日2005年12月26日
发明者李泳镐, 洪起玄 申请人:三星电子株式会社