CN1207909C - 用于数字视频系统中信号处理的装置和方法 - Google Patents
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Abstract
一种在数字视频系统中的信号处理装置和方法,该数字视频系统的信号处理装置包括:一输入单元,用于接收量化为M比特的信号;以及一输出单元,用于当高位的N比特的十进数值为A而不包括N比特的(M-N)比特的低位比特的十进制数值是B且M>N时,在2M-N的垂直扫描期间有2M-N-B次输出A值,并且有B次输出A+1值。因此,由于用较大比特数所量化的图像信号显示在用较少的比特数的屏幕上,所以能够改善图像质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于数字视频系统中信号处理的装置和方法,尤其涉及一种用于数字视频系统中能够以更少的比特数来显示而使通过更多的比特数所量化的图像信号的损失最小化的信号处理的装置和方法。本申请基于韩国专利申请第2002-40599号,在此合并,以作参考。
背景技术
在诸如DTV(数字TV)的数字视频系统中,需要将模拟输入信号进行数字编码的A/D转换(模数转换)以便在屏幕上显示图像。
A/D转换处理被用来将连续变化的模拟图像或者语音信号转换成离散的数字信号。在A/D转换处理中的采样频率和量化比特数影响着图像和声音的质量以及数字视频系统的信息量。换言之,随着采样频率增加,则能够再现的频带频率更高。因此,能够提高图像和语音的质量。然而,传输和记录的信息量也与采样频率成比例地增加。
类似地,用于一个样本的量化比特数影响图像和声音的质量以及信息量。例如,由于在数字信号处理中将量化比特数设置得非常低,从而经常用来保护某个人的肖像的马赛克屏幕是非常粗糙的,而且马赛克的内容实际上也很难辨认。和上述情况不同的是,当增加量化比特数时,量化杆(stem)的宽度降低而图像和声音的质量则得到改善。然而,和采样频率的情况类似,信息量也与量化比特数成正比地增加。因此,如果不进行规划就很难增加所述量化比特数。
由于上述技术局限,在音频系统之前对具有较少信息量的音频系统数字化,并且作为代表性的数字音频系统的CD的采样频率和量化比特数分别是44.1kHz和16比特。在具有比音频信号大200倍的再现频带的运动图像的情形中,当量化比特数大于16比特时,信息量以天文数增加。因此,实际上将图像信号转换和记录成数字代码是不可能的。因此,在考虑经济效益时,在从实际屏幕能够判断的主观评价中没有实际问题的人们的视觉特征和图像质量时,应该确定数字视频系统的量化比特数。总的来说,量化比特数使用8比特或者10比特,并且,最近,已经引入了12比特的数字处理器照相机。
8比特的分辨率具有28(=256)的最大等级,10比特的分辨率具有210(=1024)的最大等级,而12比特的分辨率具有212(=4096)的最大等级。因此,与10比特系统比较,8比特系统具有少得多的信息量,其量化杆(stem)也是粗糙的。另一个方面,8比特系统具有比10比特系统更长的量化杆宽度。因此,对于8比特系统,象模拟系统那样详细描述一个斜的物体诸如斜线或者弧形是困难的。
因此,为了获得数字视频系统中图像和声音的良好质量,应该增加量化比特数,但是,用于处理所增加的信息量的电路结构则是复杂的,而且,产品的价格也会增加。
由于上述理由,数字视频系统一般来说将8比特用作量化比特数,而且在此情况下,不仅将8比特用于量化比特数,而且为了表达作为与屏幕中的一点对应的组合元素的图像元素或者像素而用于亮度信号(Y)或者色度信号(Cb,Cr)。换言之,在8比特的数字视频系统中,即使在A/D转换处理中输入的图像信号用大于10比特来量化,则忽略低位的2比特,且仅将剩余的8比特用于在屏幕上显示图像。
不过,由于技术的发展,在A/D转换处理中,多于8比特的量化实现是容易的,而且,产品的价格也降了下来。另一方面,在电路的实现或者价格方面,为了增加用于表达像素的亮度(Y)或者色度信号(Cb,Cr)的多于8比特的量化等级是一件相当困难的事。
因此,在数字视频系统中,当丢弃已量化数据的低位比特时,要求有一种信号处理装置和方法,其能够通过反映丢弃的低位比特而改善图像质量,并且,在A/D转换处理中所输入的图像信号可能被多于10比特量化的情况中,仅仅用高位的8比特显示屏幕。
发明内容
本发明正是为了解决现有技术的上述问题。因此,本发明的目的是提供一种在能够显示诸如每像素量化等级为8比特的亮度或者色调信号的数字视频系统中通过显示用多于8比特量化的输入图像信号而能够改善图像质量的信号处理的装置和方法。
本发明的上述目的通过提供一种数字视频系统的信号处理装置来实现,该数字视频系统能够显示每像素N比特的量化图像信号,该装置包括:一加法器输入单元,在量化为M比特并且M>N的输入图像信号中,当高N比特的十进数值为A而不包括N比特的(M-N)比特的低位比特的十进制数值是B时,在2M-N的垂直扫描期间,该加法器输入单元输出0的次数为2M-N-B,并且输出1的次数为B;以及一加法器,输出通过将A和加法器输入单元的输出值相加而获得的值。
最好,当高位N比特是全1时该加法器输出A值,并且仅仅当从外部输出使能信号时,输出相加的值。
此外,推荐M比特是10比特,而N比特是8比特,或者M比特是12比特而N比特是8比特。
在能够显示每个像素量化为N比特的图像信号的数字视频系统中的信号处理方法,包括步骤:计算在量化为M比特并且M>N的输入图像信号中的高位N比特的十进制值A;计算在不包括N比特的(M-N)比特的低位比特的十进制值B;在2M-N的垂直扫描期间,由一加法器输入单元输出0的次数为2M-N-B,并且输出1的次数为B;以及输出通过将A和加法器输入单元的输出值相加而获得的值。
数字视频系统中以达到上述目的的信号处理装置包括:一输入单元,以接收量化为M比特的信号;以及一输出单元,用于当高位的N比特的十进数值为A而不包括N比特的(M-N)比特的低位比特的十进制数值是B且M>N时,在2M-N的垂直扫描期间输出A的次数为2M-N-B,并且输出A+1的次数为B。
最好,当高位比特是全1时,输出单元输出A,并且,M比特是10比特,而N比特是8比特,或者,M比特是12比特而N比特是8比特。
同时,在能够显示每个像素量化为N比特的图像信号的数字视频系统中的信号处理方法包括步骤:计算在量化为M比特并且M>N的输入图像信号中的高位N比特的十进制值A;计算在不包括N比特的(M-N)比特的低位比特的十进制值B;以及在2M-N的垂直扫描期间,输出A的次数为2M-N-B,并且输出A+1的次数为B。
最好,用于信号处理的方法还包括当高位N比特是全1时输出A的步骤。推荐在输出步骤中,仅仅当从外部输入使能信号时输出该值。
而且,建议M比特是10比特而N比特是8比特,或者,M比特是12比特而N比特是8比特。
附图说明
本发明的上述目的和特点通过参照附图对本发明的优选实施例进行描述将显得更明白,其中:
图1是显示根据本发明的数字视频系统的信号处理装置的电路图;
图2是显示Vsync,V和V/2的波形图;
图3是显示根据本发明的数字视频系统的信号处理装置的操作的流程图;以及
图4是显示根据本发明的数字视频系统的信号处理装置的操作图。
具体实施方式
下面,将参照附图更详细地描述本发明。
图1是显示根据本发明的数字视频系统的信号处理装置的电路图。参照图1,数字视频系统的信号处理装置包括一NAND门10,一解码器12,一脉冲发生器14,一选择器16,一第一AND门20,一第二AND门22以及一加法器24。
NAND门10接收从S2至S9的高位8个比特,而解码器12接收S0和S1的低位比特。这里,S0至S9通过A/D转换处理,并且显示已被数字处理为10个比特的图像信号。
解码器12根据S0和S1的输入比特值的改变将如表1所示的值输出到输出端X2、X1和X0。
[表1]
S1 S0 | X2 | X1 | X0 |
0 0 | 0 | 0 | 0 |
0 1 | 0 | 0 | 1 |
1 0 | 0 | 1 | 1 |
1 1 | 1 | 1 | 1 |
将解码器12的输出值转换为选择器16的输入值。换言之,选择器16的输入端V1接地,并且,将从输出端X0、X1和X2输出的值输入到输入端V2、V3和V4。选择器16根据脉冲发生器14的输入值,在输入到输入端V1、V2、V3和V4的值中选择一个,并输出所选的值。
脉冲发生器14接收垂直同步信号Vsync,并且,产生如图2所示的V和V/2的信号波形。垂直同步信号Vsync是用于当显示图像时告知屏幕起始的信号。参照图2,不论什么时候产生和终止垂直同步信号Vsync,V波形总是重复1和0,并且不论什么时候产生和终止V波形,V/2波形总是重复1和0。换言之,通过脉冲发生器14输入到选择器16的选择端的V和V/2值按照00->01->10->11->00重复变换。因此,选择器16输出按照输入端V1、V2、V3和V4的顺序输入的值。因此,根据输入到解码器12的值S1和S0,输出到选择器16的值能够按下表2排列。
[表2]
S1 S0 | V1 | V2 | V3 | V4 |
0 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
0 1 | 0 | 1 | 0 | 0 |
1 0 | 0 | 1 | 1 | 0 |
1 1 | 1 | 1 | 1 | 1 |
加法器24将通过第一和第二AND门20和22输入的比特值加到S9至S2的值上而输出N0至N7的8比特值。
正如图1所见,通过加法器24的输入单元输出的值是零或者1,该加法器24的输入单元包括NAND门10、解码器12、脉冲发生器14、选择器16、第一和第二AND门20和22。当S9至S2是11111111时,NAND门10和第一AND门20使选择器20的输出为0,这防止了将1加到11111111而形成的00000000的结果值的产生。换言之,当S9至S2有最大值时,它们不能有更大的值,因此,没有补偿点。此外,仅仅当外部输入使能信号是1时,第二AND门22通过允许选择器20正常地输出来控制整个电路的操作。
图4是根据本发明的数字视频系统中的信号处理方法的流程图。
参照图4,在输入M比特中计算高位N比特的值A(S100)。在图1中,显示了M=10和N=8的情形,即,相对于10比特输入值输出8比特。这里,当S9至S2是1000000010时,高位8比特值A是128(=10000000)。
接着,计算(M-N)比特的低比特位的值B。当M=10且N=8时,M-N=2。因此,2比特的低比特位是S1和S0,而前面例子中的2比特的低比特位是2(=10),因此,B是2。
此外,在2M-N次垂直扫描中,有B次输出A+1,而有2M-N-B次输出A(S120)。在前面的例子中,M-N=2,因此,2M-N=22=4。因此,在4次垂直扫描中,有B次即2次输出A+1=129而有2(22-2=2)次输出A=128。
此方法通过用S9至S2的垂直同步信号,输出由加法器24累加通过第一和第二AND门20和22输入的1或者0而获得的值。
因此,在数字视频系统中用于信号处理的上述装置包括:一输入单元,用于接收按M比特量化的信号;以及一输出单元;当在M比特中,高位N比特的十进制值是A而不包括N比特的(M-N)低位比特的十进制值是B时,在2M-N次垂直扫描期间,该输出单元有2M-N-B次输出A而有B次输出A+1。
图4是在一般的数字视频系统中的扫描处理的视图。
参照图4,让我们假设在A中在屏幕上存在一个像素,从A/D转换处理所计算的输入图像被量化成10比特,并且S9至S0是1000000010。当将此值用作屏幕上像素的亮度电平A时,在应用传统方法时忽略S1至S0。因此,亮度值A被调整为128(=10000000)。
不过,在本发明中,通过加法器24输出的N值是10000000->10000001->10000001->10000000,并且因此,按照128->129->129->128重复变化亮度值A。亮度值A的变化是基于垂直同步信号Vsync的。因此,屏幕上亮度值A看起来不象在128和129之间闪烁,并且相反,观众感觉到亮度值是128和129的中间值,即,128+1/2。
当S9至S0是1000000001时,亮度值A按照128->129->128->128变化,并且在此时,观众感觉到亮度值为128+1/4。类似地,当S9至S0是1000000011时,亮度值A按照128->129->129->129变化,并且亮度值128+3/4。
根据上述方法,表达一个电平的1/4、2/4和3/4是可能的。因此,系统的硬件分辨率是最大值28(=256),但是观众能够感到系统的视觉分辨率是最大值210(=1024)。换言之,尽管用较少的比特数在屏幕上显示了具有用较大比特数量化的图像信号,但是能够改善图像质量。
根据本发明,在能够显示用每像素8比特量化等级的图像信号的数字视频系统中,当输入多于8比特量化的图像信号时,丢弃低位比特,而根据垂直同步信号Vsync将它们添加到高位比特中。因此,能够显示在视觉上改善的图像。
虽然已经描述了本发明的优选实施例,但是本领域的普通技术人员将会懂得本发明不限于所述的优选实施例,且在本发明的实质和范围内能够进行各种替换和修改。因此,本发明不限于上述的范围而是限定在如下的权利要求范围内。
Claims (10)
1.一种能够显示每像素量化为N比特的图像信号的数字视频系统中的信号处理装置,包括:
一加法器输入单元,在量化为M比特并且M>N的输入图像信号中,当高位N比特的十进数值为A而不包括N比特的(M-N)比特的低位比特的十进制数值是B时,在2M-N的垂直扫描期间,该加法器输入单元输出0的次数为2M-N-B,并且输出1的次数为B;以及
一加法器,输出通过将A和加法器输入单元的输出值相加而获得的值。
2.如权利要求1所述的信号处理装置,其中,当高位N比特是全1时加法器输出A。
3.如权利要求1所述的信号处理装置,其中,仅仅当从外部输出使能信号时加法器输出所累加的值。
4.如权利要求1所述的信号处理装置,其中,M比特是10比特,而N比特是8比特。
5.如权利要求1所述的信号处理装置,其中,M比特是12比特而N比特是8比特。
6.一种在能够显示每个像素量化为N比特的图像信号的数字视频系统中的信号处理方法,包括步骤:
计算在量化为M比特并且M>N的输入图像信号中的高位N比特的十进制值A;
计算在不包括N比特的(M-N)比特的低位比特的十进制值B;
在2M-N的垂直扫描期间,由一加法器输入单元输出0的次数为2M-N-B,并且输出1的次数为B;以及
输出通过将A和加法器输入单元的输出值相加而获得的值。
7.如权利要求6所述的信号处理方法,其中还包括当高位N比特是全1时输出十进制值A的步骤。
8.如权利要求6所述的信号处理方法,其中,在所述输出步骤中,仅仅当从外部输入使能信号时输出所述值。
9.如权利要求6所述的信号处理方法,其中,所述M比特是10比特而所述N比特是8比特。
10.如权利要求6所述的信号处理方法,其中,所述M比特是12比特而所述N比特是8比特。
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