专利名称：视频处理装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频应用中的数字信号处理(DSP)电路领域。
DSP技术越来越多地使用于视频应用，尤其是在电视(TV)系统中，因为这些技术允许提高视频信号的质量而不需要改变电视传输标准。
在这些技术的基础上，如今已能买到许多允许为常规TV设备增加一些特性例如行频或场频加倍、噪声降低、亮度提高等等的集成器件。配备这类器件的TV设备称为“改善质量的TV”(IQTV)。
如所周知，视频信号具有三维结构，具有两个空间量纲(水平和垂直)和一个时间量纲传送运动或场景变化信息。
工作于视频信号的所有三个量纲的IQTV电路，例如说用于扫描速率变换(例如行频或场频加倍)的滤波器需要某种存储器装置。一般，这些存储器装置就叫做场存储器，因为事实上它们能够存储一个视频场的有关图象数据(假定条用4∶2∶2取样格式的话，一般对于亮度信号为702*288*8比特，对于彩色信号为360*288*2*8比特)。
如果，由于制造过程中的一些缺陷，场存储器的某些存储单元工作不正常，噪声就会加到图象上。事实上，一个或多个象素错了，就会在场存储器的输出端看到图象中有一个局外的噪场信号，随着有缺陷的存储单元的位置的不同，得出类似脉冲噪声或黑白点相间噪声。这种现象很讨厌，因为错误的象素总是在TV屏幕的同一位置，引起了一种脏窗效应。结果，甚至只含一个有缺陷存储单元的场存储器也不能使用，必须报废。
这个问题，将由于集成电路技术的进行，未来的场存储器只是更复杂的集成电路的一部分这个事实而变得更严重，以致场存储器中存储在有缺陷存储单元将造成报废整个集成器件，大大冲击制造过程的产量。
如所周知，已经开发了特种纠错编码策略，例如循环冗余检验(CRC)，多项式码等等，但是，所有这些技术都需要在除了存储视频信号信息所必须的数位之外增加额外的存储数位。附加的存储数位引起的开销从负面影响总产量。
考虑到所述的技术状况，本发明的目的就是提一种用于视频信号的处理装置，允许补救场存储器错误而不需要给场存储器增加额外的存储数位，从而使得能够提高制造过程的产量。
根据本发明，这样的目的可通过一种处理装置达到，其特征在于包括一个适于存储视频场的离散图象元素的存储装置；一个接受所述存储器装置的输出并适合于补救由存储器装置引进的错误的滤波装置，滤波装置包括一个滤波器，具有一个输入端接受表示多个离散图象元素(包括一个要被考虑图象元素及其邻域的诸图象元素)的数值的数字信号，所述离散图象元素都存放在存储器装置中，以及一个输出端输出表示被考查图象元素的滤波数值；按模糊逻辑规则工作的噪声检测装置，具有一个输入端接受所述表示多个图象元素的数值的数字信号和一个输出端输出表示被考查离散图象元素的错误程度的权重信号，噪声检测装置通过比较被考查图象元素的数值与邻域图象元素的数值来决定所述错误程度。
软开关装置，具有一个第一输入端接受表示要被考查的图象元素的数值的数字信号，一个第二输入端接受滤波器的输出，一个第三输入端接受权重信号以及一个输出端根据所述错误程度决定的相应权重输出表示滤波器的输出和表示被考查的图象元素数值的数字信号的加权平均值。
根据本发明的处理装置包括一个正向判决滤波器，这是因为对被考查图象元素的滤波操作仅在认为该图象元象错误时才执行。由于预备了按照模糊逻辑规则工作的噪声检测装置，通过内插(滤波)数值纠正被考查图象元素数值的程度依赖于所述被考查图象元素被判错误的程度；因而获得一个平滑滤波作用，保证被处理过的图象高度忠实于原始图象，亦即本发明的滤波装置不损害所接收图象的质量。
由于有了本发明的处理装置，就可能补救被含有缺陷存储单元的存储器引进的错误。这使得能够增加场存储器制造过程的产量。
本发明的这些以及其他特性和优点，通过下面详细叙述一些特定的实施例(如在附图中以非限制性例子所描述的)将变得更加明显，在附图中
图1是一个原理方框图，示出了场存储器以及根据本发明用于补救场存储器的错误的滤波装置；图2示出被本发明的滤波装置用来检测和补救场存储器中的错误的一个窗口；图3是图1的滤波装置的一个原理方框图；图4是图3所示滤波装置的噪声检测器电路的原理方框图；图5是一个方框图，示出图4所示噪声检测器电路的一个第一实用实施例；图6是一个方框图，示出图4所示噪声检测器电路的第二个优选实用实施例。
参照附图，图1中示出一个通常附属于IQTV。电路供视频应用的场存储器1。
场存储器1接收数据信号IN-一般为全面表示视频场的离散图象元素(象素)数值(例如灰度)的八位数码的八个数字信号。应当明白，数字信号IN系通过一个模/数转换器(未示出)以一种本身已知的方式生成，模/数转接器接收一种模拟TV信号例如亮度信号(在这一情形下，场存储器1为720*288*8位存储器)或色度信号(在这一情形下，场存储器1为360*288*8位存储器，假定采用4∶2∶2采样格式)。对场存储器的详细结构没有作任何假定。
一个地址发生电路2生成用于访问场存储器1的地址信号ADD，以选择要存储输入数字信号IN所载信息的存储单元。
场存储器1向滤波装置3供应X和P1，…，P8九组数字信号。在这一例子中，每组数字信号包括八个数字信号。数字信号线X和P1，…，P8构成一个所谓处理窗详细示于图2，包括分别属于三个相邻的图象行L1，L2和L3的三个象素组(P1，P2，P3)，(P4，X，P5)和(P6，P7，P8)。X表示为检测是否存在被场存储器1引进的错误的当前被考查象素；P1，…P8则是被滤波装置3用以确定是否已引进了错误并纠正所述错误的邻域象素。尽管在本例中示出一个3*3象素处理窗，但显然能用更大的处理窗。处理每次沿着行方向移动一个象素(在图2中由左向右)，在L2行的所有象素都能受考查。当已给行的所有象素均被考查过时，处理窗向下移一行以考查下一行的象素。
图3是根据本发明的滤波装置3的一个原理方框图。滤波装置3包括一个标准滤波器4(比如线性滤波器或者最好是非线性滤波器例如所谓中值滤波器)和一个噪声检测电路5。正如下面所要非常详细叙述的一样，噪声检测电路5是一个按照模糊逻辑规则工作的模糊计算单元。标准滤波器4和噪声检测电路5均接受表示当前处理窗中象素的数字信号组P1，…，P8和X。
根据象素P1，…，P8的数值，标准滤波器4按照已知算法算出一个用于象素X的内插数值。标准滤波器4产生一个表示所述内插数值的输出数字码CO供应到软开关电路7的第一输入端。中值非线性滤波器较线性滤波器更可取，因为前者具有较好的降低脉冲噪声和边缘保持能力；众所周在，中值滤波器被最广泛用于恢复图象信息而不会进一步减少带宽。
噪声检测电路5产生一个数值在
范围(以一种稍后将详细说明的方式决定)的信号K，并且信号K被供应到软开关电路7的第二输入端。
软开关电路7的第三输入端接受表示处理窗内象素X(即当前考查的象素)的数值的数字信号组X。软开关电路7的输出数码0构成滤波装置3的输出。
图4是一个方框图，用图解法示出噪声检测电路5。
噪声检测电路5包括八个数字减法电路8，每一减法电路接受数字信号组X和相应的一个数字信号组P1，…，P8。每一减法包括电路按照下表生成一个相应的减法信号D1，…，D8D1＝X-P1D5＝X-P5D2＝X-P2D6＝X-P6
D3＝X-P3 D7＝X-P7D4＝X-P4 D8＝X-P8减法信号D2和D7(与垂直方向相联系)供给第一模糊行处理电路F11，减法信号D4和D5(与水平方向相联系)供给第二模糊行处理电路F12，减法信号D1和D8(与相对水平方向倾斜-45°的方向相联系)供给第三模糊行处理电路F13，而减法信号D3和D6(与相对水平方向倾斜45°的方向相联系)则供给第四模糊行处理电路F14。糊模行处理电路F11，F12，F13和F14组成一个第一级模糊处理。
模糊行处理电路F11和F12有其相应的模糊数值输出信号Kv和Ko供给第一个二级模糊处理电路F21；模糊行处理电路F13和F14有其相应的模糊数值输出信号Kd1和Kd2供给第二个二级模糊处理电路F22。模糊处理电路F21和F22组成二级模糊处理。
二级模糊处理电路F21和F22具有相应的模糊数值输出信号Kov和Kd12供给一个三级模糊处理电路F3，后者的输出就是信号K。
现在将说明滤波装置3的工作。
地址发生器2生成属于图象场的三个相邻图象行的三象素(P1，P2，P3)，(P4×P5)和(P6，P7，P8)的三组地址以组成图2所示的处理窗。存储在场存储器1中的数据供应到滤波装置3。标准滤波器4根据象素P1，…，P8的数值，并按照已知的算法(随所使用的滤波器具体型式而异)决下一个用于象素X的内插数值；这个数值(在图3中以数码CO表示)供给软开关电路7。同时，噪声检测电路5对象素数据进行处理以确定象素X是不是错和要不要纠正。
更具体地说，四个模糊行处理电路F11…，F14的每一电路都根据属于所联系的方向的象素数值判断象X的数值可能被认为“错误”的程度。这一点借助一个涉及核验下面的模糊规则的推理过程来完成若Di为高正并且Dn为高正则Km为高；若Di为高负并且Dn为负正则Km为高；否则Km为低。其中Di，Dn和Km分别为对于F11Di＝D1，Dn＝D7以及Km＝Kv；对于F12Di＝D4，Dn＝D5以及Km＝Ko；对于F13Di＝D1，Dn＝D8以及Km＝Kd1；以及对于F14Di＝D3，Dn＝D6以及Km＝Kd2。
正如任何一个熟悉模糊系统领域的人员所知道的，这涉及列定义模糊集合例如定义用于输入变量(前因)Di，Dn的“高正”和“高负”以及对于输出变量(后果)Km的“高”和“低”(模糊集合是输入和输出变量能取的数值范围的子集)，定义每个模糊集合的隶属度函数，以及确定具有哪种隶属度的哪些模糊规则受到输入变量的当前数值核验。Km的数值表示句子“象素X的数值数据”的真值。
应当指出，在第一级处理时，即使在四个方向的一个或一个以上的方向依据该方向的象素数值检测出象素X的数值有错，这并不意味着象素X的数值真错例如，若在处理窗覆盖的图角区内存在一条45°的对角线，则沿着垂直、水平和-45°方向会检测出X有错(Kv，Ko和Kd1属于模糊集合“高”)，但象素X实际上并不错(并且事实上Kd2属于模糊集合“低”)。这就是为什么不在第一级模糊处理后立即决定象素X有错的原因。
第二级模糊处理电路F21，F22执行下面的模糊规则若Ka为高并且Kb为高，则Kab为高；否则，Kab为低。其中对于F21，Ka＝Kv，Kb＝Ko以及Kab＝Kov，而对于F22，则Ka＝Kd1，Kb＝Kd2以及Kab＝Kd12。
第三级模糊处理电路F3执行如下规则Kov和Kd12为高，则K为高；否则K为低。
应当指出，虽然第一模糊处理级(F11，…，F14)是在图象域上完成的(这意味着输入变量D1，…，D8必须预先模糊化)；但第二和第三级模糊处理层则是用模糊参数(Kv，Ko，Kd1，Kd2，Kov和Kd12)完成的。
还应当指出，由噪声检测电路5完成的噪声检测处理是全方向的，以致只要设计一个时间划分结构，第一和第二模糊处理就能每次仅使用一级模糊处理电路。
所算出的数值K在范围
内变化，它对应于象素X的错误程度。数值K供给软开关电路7，后者对象素X的实际数值以及由标准滤波器4决定的象素X的内插数值进行加权平均，权重则由K的数值决定。软开关电路7的输出O由下式给出O＝K*CO+(1-K)*XO为表示TV屏幕上显示或者是IQTV电路在进一步处理视频信号中使用的象素X的数值的数码。
滤波装置3为正向判决滤波器，因为仅在检测出错误象素时才进行滤波；这就确定了处理过的图象高度忠实于原始图象。
采取将模糊处理分成三级级联使得可能每次仅需对前因使用模糊处理电路。这使得能够限制存储模糊计算的输出所需要的存储装置的宽度(众所周知，当通过查找表执行模糊处理时，前因的数目越大，存储模糊计算的输出所需的存储器越宽)。
图5是一个方框图，示出噪声检测电路5的实用实施例的第一实例。
电路包括一个数字减法器9，它在输入端接收信号组P1，…，P8和X并根据上面给出的表生成八个减法信号D1，…，D8。
八个减法信号供给一个绝对值电路10，后者对每个减法信号计算出它的绝对值。
绝对值电路10供给一个适合于判决具有最小绝对值的减法信号的电路11，亦即进行下面的运算M＝min(|D1|，|D2|，+，|D8|)。
电路11的输出M供给一个模糊处理电路12根据预定的模糊集合和相应的隶属函数将输入变量M模糊化，决定一个在范围
之内的信号K’的数值。
信号K’供给符号校验电路13，电路13还接受一个符号检验电路14的输出信号S，电路14在输入端接收减法信号D1，…，D8的符号位以核验是否所有的减法信号都具有同一样的符号信号S是一个表示是否遇到这种情况的二电平逻辑信号。如果遇到这一情况，则符号检验电路3输出端的信号K等于K’，否则K被强制为零。
要理解为什么图5的电路就是图4的原理电路的实现，应当注意到，在各级模糊处理中执行的模糊规则有一个一般的形式若A1为高并且A2为高，则Ka为高；否则Ka为低其中A1，A2和Ka为分别表示规则的前因和后果的一般变量。用“min”(最小值)算子作为聚集算子*，并使用矩心法于解模糊化过程，则每次模糊处理的输出以下面的方程表示Ka＝(α1*CH)/(α1+αELSE)其中α1＝min[f(A1)，f(A2)]，αELSE＝1-α1f(A1)，f(A2)为A1和A2对模糊集合“高”的隶属函数，CH为后果部分的矩心。由于每个参数Ka都能在范围
内取值，CH＝1，因此Ka＝α1＝min[f(A1)，f(A2)]。
假定与模糊集合“高”相关联的隶属函数单调增加，则得出Ka＝f[min(A1，A2)|。
将这一考虑推广到模糊处理的三级联上，得到K’＝f[min(D1，D2，D3，D4，D5，D6，D7，D8)]。
第一级(F11，…，F14)模糊处理要求所有减法信号具有同一符号(这意味着为使象素X真是一错误的象素，其数值在象素P1，…，P8中间必须最大或最小)；符号检验电路14和符号校验电路13就允许考虑这一情形。
图6是图4的噪声检测电路5的另一个优选实用实施例的方框图。
电路包括一个接受数字信号组P1，…，P8并判决八个象素的哪些分个别具有最大和最小值的第一电路块15。
电路块15有一个第一输出信号MAX和一个第二输出信号MIN，分别表示象值P1，…，P8的数值中的最大值和最小值。信号MAX供给第一数字比较器16(它还接受数字信号组X)；信号MIN供给第二数字比较器17(它还接受数字信号组X)；信号MAX和MIN还供给由两个分别表示第一和第二比较器16和17的输出的信号C1和C2控制的转换开关18。
转换开关18的输出供给数字减法器19(它还接受信号组X)。数字减法器19的输出供给绝对值电路20，后者又供给模糊处理电路21。
数字比较器16和17的输出信号C1和C2供给一个EXOR逻辑电路22EXOR电路22的输出端仅在信号C1，C2中的一个起作用时才独发；这意味着EXOR 22的输出端仅在象素X的数值高于象素P1，…P8的最大值或者在象素X的数值低于象素P1，…P8的最小值时能触发。
EXOR 22的输出供给一个符号校验电路23(它还接受模糊处理电路21的输出)。符号校验电路23的输出K仅在EXOR电路22的输出端触发时才等于模糊处理电路21的输出，否则输出信号被强制为零。
要理解为什么图6的电路是图4中用图解法示出的电路的实际体现，结合图5的电路所作的同样考虑保持有效，但还应注意到-所有的减法信号D1，…，D8仅在象素X在处理窗的诸象素中具有最大或最小值时才有相同的符号；-为检测象素X是否具有最大数值，而检测出象素P1，…P8中间的最大值如果X大于具有最大值的象素P1，…，P8，则X肯定将具有最大的数值，并且所有的减法信号将具有同一样的符号；-如果X在处理窗的象素中间具有最大值，则具有最小值的减法信号为X-MAX；-为检测象素X是否具有最小数值，而检测出象素P1，…，P8中间的最小值，如果X小于具有最小值的象素P1。…，P8，则X将肯定具有最小的数值，并且所有的减法信号将有一样的符号；-如果X在处理窗的象素中间具有最小值，则具有最小值的减法信号为X-MIX。
图6所示的电路结构比图5所示的更可取，因为它仅需计算一个绝对值而不是八个，并且符号检验电路(用EXOR 22表示)仅有两个输入端，而不是八个输入端。
应当注意到，根据本发明的滤波装置仅能在九个象素(处理窗中的象素)中的一个象素(中心象素)出错时补救错误的象素。这一点意味着如果我们认为场存储器的地址由两部分构成，即A＝[R，P]，其中R为涉及行的地址部份，而P为涉及行中象素位置的地址部分，则滤波器仅能在两个错误数据之间的距离对于R和P均大于1时纠正错误。安全区由R-j，P-j，给出，其中j＝0，1。
确保处理窗中存在不多于一个错误象素的一种可能的方法是为存储器装置提供一个地址发生器电路，该电路考虑到存储器装置中缺陷的概率分布，允许将相邻象素的数据存放到不相邻的存储位置。
前面叙述的滤波装置并不局限于补救场存储器的错误，还更普遍地用于降低图象噪声。
权利要求
1.用于视频信号的处理装置，其特征在于包括一个存储装置(1)，适于存储视频场的离散图象元素；一个滤波装置(3)，接受所述存储装置的输出并适于补救由存储装置引进的错误，滤波装置包括一个滤波器(4)，具有一个输入端接收表示多个离散图象元素(P1，…，P8，X)，的数值的数字信号，多个离散图象元素包括一个要被考查的图象元素(X)及其邻域的图象元素(P1，…，P8)所述离散图素元素均存放在存储装置(1)中；还具有一个输入端供应表示被考查图象元素(X)的已滤波数值的数字信号(CO)按照模糊逻辑规则工作的噪声检测装置(5)，具有一个输入端接受所述表示多个图象元素(P1，…P8，X)的数值的数字信号以及一个输出端供应表示被考查离散图象元素(X)的错误程度的权重信号(K)；噪声检测装置(5)通过比较被考查图象元素(X)的数值与邻域图象(P1，…P8)的数值来判定所述错误程度。软开关装置(7)，具有一个第一输入端接受表示被考虑查图象元素(X)的数值的数字信号，一个第二输入端接受滤波器(4)的输出(CO)，一个第三输入端接受权重信号(K)，以及一个输出端根据所述错误程度决定的相应权重(K)供应表示滤波器的输出(CO)以及表示被考查图象元素(X)的数值的数字信号的加权平均值的数字信号(O)。
2.根据权利要求1的处理装置，其特征在于在所述加权平均值中，滤波器(4)输出的权重用权重信号(K)表示，表示被考查图象元素(X)的数值的数字信号的权重用1减去权重信号(K)表示。
3.根据权利要求2的处理装置，其特征在于所述滤波器(4)是一个非线性滤波器。
4.根据权利要求3的处理装置，其特征在于所述滤波器(4)是一个中值滤波器。
5.根据权利要求2，3或4的处理装置，其特征在于所述噪声检测装置(5)包括数字减法装置(9)，接受所述表示多个图象元素(P1，…P8，X)的数值的数字信号产输出差值数码(D1，…，D8)，每个差值数码表示被考查图象元素(X)的数值与一个相应的邻域图象元素(P1，…P8)的数值之差；第一装置(10，11)，用于决定哪一个差值数码(D1，…，D8)具有最小的绝对值，并生成一个表示具有最小绝对值的差值数码的最小数字差值代码(M)；模糊处理装置(12)，接受所述最小数字差值代码(M)并生成一个表示被考查图象元素(X)的数值偏离邻域图象元素(P1，…P8)数值的程度的模糊数值信号(K’)；符号检验装置(13，14)，用于检验所述差值数码(D1，…，D8)的符号并适于在全体所述差值数码(D1，…，D8)具有同一符号或异号时有选择地使所述权重信号(K)分别等于所述模糊数值信号(K’)，或者等于表示被考查图象元素(X)无错的规定数值。
6.根据权利要求5的处理装置，其特征在于所述的规定数值为零。
7.根据权利要求5的处理装置，其特征在于所述第一装置(10，11)包括一个用于计算所述差值数码(D1，…，D8)的绝对值的绝对值装置(10)和一个用于确定最小绝对值的第二装置(11)。
8.根据权利要求5的处理装置，其特征在于所述模糊处理装置(12)包括用于计算所述最小绝对值对它所能取的数值的模糊集合的隶属度的装置。
9.根据权利要求2，3或4的处理装置，其特征在于所述噪声检测装置(5)包括第一装置(15)，接受表示邻域图象元素(P1，…P8)的数值的数字信号，并且有一个第一输出(MAX)供给表示邻域图象元素的最大值的数字信号和一个第二输出(MIN)供给表示邻域图象元素的最小值的数字信号；第二装置(16，17，18)，接受第一装置(15)的所述第一和第二输出(MAX，MIN)以及表示被考查图象元素(X)的数值的数字信号，以检测被考查图象元素(X)是否具有高于所述最大值或低于所述最小值的数值，装置具有一个相应表示所述最大值或所述最小值的输出；数字减法装置(19，20)，接受所述第二装置的输出和所述表示被考查图象元素(X)的数值的数字信号，并且有一个表示被考查图象元素(X)的数值的数字信号和所述第二装置(16，17，18)的输出间的绝对差值的输出；模糊处理装置(21)，接受所述数字减法装置(19，20)的输出并生成一个表示被考查图象元素(X)的数值偏离所述最大值或最小值的程度的模糊数值信号；第三装置(22，23)，用于使所述权重信号(K)在被考查图象元素(X)的数值高于所述最大数值或低于所述最小数值时等于所述模糊数值信号，或者使所述权重信号(K)在被考查图象元素(X)的数值排在所述最大值和最小值之间时等于规定数值，所述规定数值表示被考查图象元素(X)无错。
10.根据权利要求9的处理装置，其特征在于所述第二装置(16，17，18)包括第一数字比较装置(16)，用于将表示被考查图象素元(X)的数值的数字信号与所述第一装置(15)的第一输出(MAX)相比较；第二数字比较装置(17)，用于将表示被考查图象元素(X)的数值的数字信号与所述第一装置(15)的第二输出(MIN)相比较；转换开关装置(18)，接受所述第一装置(15)的第一和第二输出并受所述第一和第二数字比较装置(16，17)控制，用于有选择地在被考查图象元素(X)具有高于所述最大值时以所述最大值(MAX)供给所述数字减法装置(19，20)，或者在被考查图象元素(X)具有低于所述最小值时以所述最小值(MIN)供给所述数字减法装置(19，20)。
11.根据权利要求10的处理装置，其特征在于所述数字减法装置(19，20)包括一个数字减法器(19)和一个用于计算由所述数字减法器输出的差值数码的绝对值的绝对值装置(20)。
12.根据权利要求12的处理装置，其特征在于所述模糊处理装置(21)包括用于计算所述绝缘对值对它所能取的数值的模糊集合的隶属度的装置。
全文摘要
一种用于视频信号处理装置,包括:一个适于存储视频场的离散图象元素的存储装置(1);一个接受存储装置的输出并适于补救由存储器装置引进的错误的滤波装置(3)。滤波装置(3)包括:一个滤波器(4),按模糊逻辑原则工作的噪声检测装置(5),软开关装置(7),根据由错误程度所决定的相应权重输出表示滤波器的输出(CO)以及表示被考查的图象元素(X)的数值的数字信号的加权平均值的数字信号(10)。
文档编号H04N5/14GK1180275SQ9710292
公开日1998年4月29日 申请日期1997年3月6日 优先权日1996年3月7日
发明者马辛莫·曼库索, 里纳多·波伦茨 申请人:Sgs-汤姆斯微电子有限公司