专利名称：以边缘检测为基础的像素插补装置及方法
技术领域：
本发明涉及插补像素的方法与装置，特别涉及以边缘检测为基础的像素插补方法与装置。
背景技术：
去交错化(Deinterlacing)的技术将原本交错式扫描的一帧(Frame)中的两个场(Field)合并起来，再进行所谓的循序式扫描(ProgressiveScan)。循序式扫描是以加倍的扫描频率，依序扫描该完整帧中的每条水平扫描线，以提升画面的稳定度与精细感。
在去交错化过程中，常会应用到像素插补(Interpolation)的运算。US Patent 6133957披露了一种像素插补的方法，在欲插补像素的位置垂直方向的两侧，分别找出一第一对像素组与一第二对像素组，并根据该第一、第二对像素组进行模糊度(Ambiguousness)检测，以决定插补像素时的权重系数。
US Patent 6421090披露了一种用于一包含至少两场的视讯数据中的像素插补方法，计算出连续帧间的位移值(Motion Value)以作为像素插补时的根据。
由上述可知，已知技术所使用的像素插补方法，需要先找出两对像素组并进行相当复杂的模糊度检测，或是需利用视讯数据中两个以上的场数据来进行位移运算，使得像素插补的过程过于繁复，而增加了实际时的复杂度与成本。
发明内容
本发明的主要目的，在于提供以边缘检测为基础的像素插补装置及方法，根据边缘检测的信息，产生插补用的像素。
本发明的另一目的，是运用加权运算方式产生欲插补的像素值，使插补后的影像更平滑，进而提升影像品质。
本发明的较佳实施例中提供一种插补像素的方法，该方法包含有产生多个运算值，每一运算值分别相对应于一对像素组；界定出所述运算值中的最小运算值所相对应的一对目标像素组；根据该对目标像素组中的像素，产生一参考值；根据该参考值产生一权重系数；以及根据该权重系数对该参考值及一基准值进行加权运算以产生一目标像素。
本发明还提供一种像素插补装置，该装置包含有一检测电路，用以根据该视讯画面中的像素来产生多个运算值，每一运算值分别相对应于一对像素组；一分析电路，耦合于该检测电路，用以界定出所述运算值中的最小运算值所相对应的一对目标像素组，且根据该对目标像素组中的像素，产生一参考值，并根据该参考值产生一权重系数；以及一插补电路，耦合于该分析电路，用以根据该权重系数对该参考值及一基准值进行加权运算以产生一目标像素。
图1为一视讯画面的局部示意图。
图2为本发明的像素插补装置的示意图。
图3为本发明的插补运作的一较佳实施例流程图。
附图符号说明10、20、30、40 边缘方向12、14、22、24、32、34、42、44 像素组100、120、140、160、180 水平扫描线110 垂直扫描线101、102、103、121、122、123、124、125、像素126、127、141、142、143、144、145、146、147、161、162、163、181、182200 像素插补装置210 检测电路220 分析电路230 插补电路
具体实施例方式
以下说明中所披露的实施例，在实际上可以应用模拟处理、数字处理、或是结合数字与模拟处理的技术，亦可应用软件技术进行数字讯号的处理。另外，本发明的像素插补方法可用以插补视讯画面中的垂直扫瞄线或水平扫瞄线，以下的说明是举插补一水平扫瞄线中的像素为例。
图1为一视讯画面的局部示意图。像素101、102、103位于一水平扫描线100；像素121、122、123至127位于另一水平扫描线120；像素141、142、143至147位于另一水平扫描线140；而像素161、162、163则位于另一水平扫描线160。图1中的一水平扫描线180则是本发明根据既有扫描线(扫描线100、120、140及160)中的像素，进行插补运算所产生的一水平扫描线。
图2所示为本发明的像素插补装置200的示意图。像素插补装置200包含有一检测电路210，用以根据既有的像素来产生多个运算值；一分析电路220，耦合于检测电路210，用以分析所述运算值并产生一权重系数；以及一插补电路230，耦合于分析电路220，用以根据该权重系数进行加权运算以产生一目标像素182。插补装置200亦可包含有一个或一个以上的储存装置(未显示)，以储存插补装置200进行插补运算的过程中所需的数据，其实际配置方式可依需要调整，在此不予赘述。以下以流程图说明本发明的像素插补装置200的详细运作情形。
图3为本发明的像素插补装置200插补像素的一较佳实施例流程图300。流程图300包含有以下步骤。
首先，执行步骤304，根据与目标位置80(欲插补的像素182的位置)的垂直扫描线110相对应的多个像素值，产生一基准值。在执行步骤304时，可根据目标位置80所在的一垂直扫描线110上的部分像素的值运算产生，例如直接以像素124(或144)的值，或是以两像素(124、144)或四像素(103、124、144、161)的平均或加权平均值作为该基准值。在实际上，亦可利用与目标位置80相邻的像素(例如像素123、124、125、181、143、144及145等等)的部份或全部的平均、加权平均、或其它运算方式所得到的值等等作为该基准值。
接着，执行步骤306，检测电路210会根据目标位置80先决定一边缘方向，例如一边缘方向10，边缘方向10在垂直扫描线110两侧分别对应像素组12、14。其中，像素组12包括两像素101、102，像素组14包括两像素162、163。之后，检测电路210会根据此对像素组12、14中的像素101、102、162、163，计算对应于边缘方向10的一运算值，以作为边缘方向10的检测结果。其中，每一像素组至少需包含位于该边缘方向的像素，例如像素组12至少需包含位于边缘方向10的像素102。但本发明对每一对像素组中的每一像素组所包含的像素数目与位置并不限制。以本实施例为例，像素组12包含位于边缘方向10的像素102及相邻像素101。且像素组12所对应的像素值，可以为像素102及101的平均，或是根据像素102及101的位置加权后的平均。检测电路210是计算像素组12与像素组14对应的灰阶值或亮度值的差异，以得到该运算值。对于彩色影像而言，则可以是如RGB、Y/I/Q、Y/U/V、Y/R-Y/B-Y、Y/Cr/Cb等色差讯号(Composite Color)的差异。在一较佳实施例中，检测电路210于步骤306中是利用步骤304所得到的该基准值，计算其与每一像素组对应的像素值的差异的绝对值的和，作为该运算值。在执行步骤304时，检测电路210选取多个边缘方向，例如边缘方向10、20、30及40，再根据上述方法计算对应每该边缘方向的运算值。
下列步骤308～314为本发明用以由这些运算值中，决定出一对目标像素组Target_Pair_182的一实施例，现分述如下。
首先执行步骤308，判断这些运算值中的最小运算值是否仅对应于单一边缘方向，若是，则以该边缘方向所对应的一对像素组作为据以进行后续插补运算的一对目标像素组Target_Pair_182。之后，执行步骤316。步骤304所得到的该运算值越小，表示该运算值对应的边缘方向的像素值变化越小。如果该最小运算值不只对应于单一边缘方向，则进行后续步骤310，根据该最小运算值所对应的所述边缘方向与垂直扫描线的夹角，选取夹角最小的一边缘方向。例如如果对应于边缘方向10与20的运算值皆为该最小运算值，则比较边缘方向10与20和垂直扫描线110的夹角，选取夹角较小的边缘方向10。如果该最小运算值所对应的两边缘方向与垂直扫描线110的夹角大小亦相同，则执行步骤314，选择边缘方向的斜率与前一次执行插补运算时所选择的目标像素组Target_Pair_181所定义的直线的斜率最接近者，作为选定的一边缘方向，并以该边缘方向所对应的一对像素组，作为该对目标像素组Target_Pair_182。
接着，执行步骤316，根据该对目标像素组Target_Pair_182中的像素值，产生一参考值。
接着，执行步骤318，根据该最小运算值产生一权重系数。在步骤318中，分析电路220可根据该最小运算值与两临界值的相关性，而运算出该权重系数。若该最小运算值越小，表示该运算值所对应的边缘方向的像素值变化越小，则后续以该参考值以及该基准值进行加权运算时，该参考值的权重应该越高。反之，若该最小运算值越大，则该参考值的权重应该越小。在一较佳实施例中，假设该两临界值为一下限值10以及一上限值28。分析电路220可将该两临界值所形成的范围(10至28)区分为多个区间，例如等分成9个区间。该最小运算值若位于该范围内，则该最小运算值所在的区间越接近该下限值10时，该参考值的权重越大。例如，若该最小运算值位于第一区间[10，12]内，则该权重系数可设为0.9；若位于第二区间[12，14]内，则该权重系数可设为0.8，以此类推，若该最小运算值位于第九区间[26，28]内，则该权重系数可设为0.1。若该最小运算值不在该两临界值所形成的范围内，则该权重系数可根据该最小运算值的大小来决定。例如，假设该最小运算值大于该上限值，则该权重系数可设为0。
由上述可知，步骤316与步骤318的顺序可对调，而不影响本发明的功效。
接着，执行步骤320，根据该权重系数对该参考值及该基准值进行运算，以产生一目标值。在本实施例中，插补电路230根据下列的方程式进行加权运算该参考值×该权重系数+该基准值×(1-该权重系数)在本实施例中，插补电路230可直接以步骤320中所得到的该目标值作为目标像素182的像素值。另一较佳实施例中，插补电路230还会以目标像素位置80为准，而选取一方向，并判断该目标值是否介于位在该方向的两像素的像素值之间，以提升目标像素182于该方向上的平滑度(Smooth)。若该目标值介于该两像素值之间，则插补电路230会以该目标值作为目标像素182的像素值；反之，则会以该基准值作为目标像素182的像素值。其中，该方向与相对应的像素组的选取方式与上述步骤306选取边缘方向及对应的像素组的方式实质上相同，在此不再赘述。实际上，插补电路230可选取多个方向进行平滑度测试(Smooth Test)，作为检查该目标值是否合适的根据，以进一步提升目标像素182在不同方向上的平滑度。
前述的平滑度测试亦可在检测电路210进行步骤306的边缘检测时一并进行。例如，在另一实施例中，检测电路210在步骤306中，可先根据一边缘方向上的成对像素组中的像素，计算出相对应于该边缘方向的一参考值，并依前述方法测试该参考值在一个或一个以上方向的平滑度。若相对应于该边缘的该参考值通过平滑度测试，则检测电路210才会进一步产生相对应于该边缘的一运算值。
为了进一步提升插补像素的影像品质，在步骤304中，该基准值若根据位于单一方向的像素的像素值而产生，例如，以目标位置80的垂直方向上的像素124与144的平均值作为该基准值，则在步骤318中，分析电路220还可根据该方向所对应的一运算值与该最小运算值两者间的差异大小，以进一步微调该权重系数。若该方向所对应的该运算值与该最小运算值的差异越大，表示该方向的像素值变化程度越大，则后续以该参考值以及该基准值进行加权运算时，该参考值的权重应该越高。
在另一实施例中，插补电路230亦可在步骤320得到该目标值后，才根据该运算值与该最小运算值两者间的差异大小算出一微调系数，并根据该微调系数对该目标值与该参考值再进行一次加权运算，以产生一微调后的目标值。很明显地，其作用亦在于依该运算值与该最小运算值两者间的差异大小，而调整该参考值所占的权重，进而提高插补后像素的影像品质。在本实施例中，该微调系数根据该运算值与该最小运算值两者的差异大小而决定，其计算方法与上述步骤318产生该权重系数的方法实质上相同，在此不再赘述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明的权利要求所做的均等变化与修饰，皆应属本发明专利的涵盖范围。
权利要求
1.一种插补像素的方法，用以在一视讯画面的一目标位置产生一目标像素，该方法包含有根据一第一像素组及一第二像素组，决定与一边缘方向对应的一运算值，其中，该第一像素组至少包括一第一像素，该第二像素组至少包括一第二像素，该第一像素及该第二像素位于该目标位置的两侧，且该第一像素及该第二像素决定该边缘方向，且该运算值的大小与该第一像素组与该第二像素组的像素值的差异相对应；根据上述步骤，分别决定与多个边缘方向对应的多个运算值；以及选取这些运算值中的一最小运算值，并根据该最小运算值所对应的该第一像素组及该第二像素组的像素值计算该目标像素。
2.如权利要求1所述的方法，其中还包括根据该最小运算值及至少一临界值，产生一权重系数；以及根据该最小运算值所对应的该第一像素组及该第二像素组以及该权重系数进行加权计算，得到该目标像素。
3.如权利要求2所述的方法，其中还包括根据该目标位置所对应的至少一个像素，决定一基准值；以及对该最小运算值所对应的该第一像素组及该第二像素组及该基准值进行加权计算，以得到该目标像素。
4.如权利要求2所述的方法，其中该临界值至少包括一第一临界值及一第二临界值，该第一临界值及该第二临界值所定义的范围区分为多个区间，每该区间与一权值相对应，在决定该权重系数时，根据该最小运算值所属的区间决定该权重系数。
5.如权利要求2所述的方法，其中还包括根据至少一边缘方向所对应的运算值与该最小运算值之间的差异，调整该权重系数。
6.如权利要求2所述的方法，其中还包括检查该目标像素的值是否位于与这些边缘方向的一者相对应的该第一像素组与该第二像素组的像素值之间。
7.如权利要求1所述的方法，其中若该最小运算值对应于多个边缘方向，则以该目标位置为准，决定一检测方向，其中，该检测方向分别与该最小运算值所对应的所述边缘方向形成多个锐角；以及根据所述锐角的大小，选择所述边缘方向的一者所对应的该第一像素组及该第二像素组的像素值以计算该目标像素。
8.如权利要求7所述的方法，其中若所述锐角中的最小锐角对应于一第一边缘方向与一第二边缘方向，则分别比较该第一边缘方向、该第二边缘方向与用以计算前一个目标像素的该第一像素组及该第二像素组所对应的该边缘方向的差异，选择该第一边缘方向及该第二边缘方向的一者所对应的该第一像素组及该第二像素组的像素值以计算该目标像素。
9.一种像素插补装置，用以在一视讯画面的一目标位置产生一目标像素，该装置包含有一检测电路，用以根据该视讯画面的多个像素产生多个运算值，其中，每该运算值与一边缘方向相对应，且每该运算值的大小与在该边缘方向上，位于该目标位置两侧的多个像素值的差异相对应；一分析电路，耦合于该检测电路，用以根据这些运算值的一最小运算值所对应这些像素值决定一参考值，并根据该最小运算值及至少一临界值，产生一权重系数；以及一插补电路，耦合于该分析电路，用以根据该权重系数对该参考值进行加权运算以产生该目标像素。
10.如权利要求9所述的装置，其中该插补电路还包括有一判断电路，用以判断该目标像素的值是否介于在这些边缘方向的一上，且位于该目标位置两侧的多个像素的像素值之间。
全文摘要
一种以边缘检测为基础的插补像素的方法，该方法包含有产生多个运算值，每一运算值分别相对应于一对像素组；界定出所述运算值中的最小运算值所相对应的一对目标像素组；根据该对目标像素组中的像素，产生一参考值；根据该参考值产生一权重系数；以及根据该权重系数对该参考值及一基准值进行加权运算以产生该目标像素。
文档编号H04N7/01GK1649407SQ20041000324
公开日2005年8月3日 申请日期2004年1月30日 优先权日2004年1月30日
发明者赵柏伟 申请人:瑞昱半导体股份有限公司