專利名稱：用于改善的分辨率的低比特率壓縮格式變換的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及低比特率傳輸，并且，特別涉及一種用于提供視頻信號的格式變換從而能夠進行非逐行視頻的低比特率壓縮的方法和裝置。
背景技術：
視頻場有時會被交織(interlaced)，從而能夠使連續(xù)的視頻比特流在網(wǎng)絡上傳輸。交織包括在一個鏈路中連續(xù)地發(fā)送交替的視頻場。視頻流可被識別為逐行的或者非逐行的。逐行視頻包括成對的連續(xù)的場，在連續(xù)的場對之間沒有目標移動。非逐行視頻可以包括在連續(xù)的場對之間存在目標移動的場。逐行幀容易地進行格式變換；但是，不具備對非逐行視頻信號進行格式變換的同樣的能力。而且，在沒有明顯損失的垂直分辨率的情況下，非逐行視頻的格式變換非常困難。
一種下變換的方法是使用場內內插將240行的輸入場變換成120行的場。產生的240交織視頻(240i)被壓縮，傳輸和解壓縮。然后240i視頻信號通過垂直內插被場內變換成一個480i信號的240行的場并被顯示。這損害了垂直分辨率，尤其是與240逐行圖像處理相比。而且移動目標的對角線邊緣也呈現(xiàn)出鋸齒狀。
因此，需要一種方法和系統(tǒng)，其中為了得到可接受的低比特率視頻的壓縮，非逐行視頻被下變換從而降低圖像分辨率。進一步需要在對傳送的低比特率視頻上變換以后具有合適的圖像質量。
發(fā)明概述一種用于格式變換的方法包括提供包括具有第一分辨率的非逐行視頻的第一交織視頻信號，將具有第一分辨率的場下變換成第二分辨率的場，以及以第三分辨率組合和交織這些場。視頻信號以第三分辨率傳輸。解交織第三分辨率的視頻信號以形成逐行格式的視頻。通過向上和向下交替調整第三分辨率逐行格式的位置從而分別產生用于顯示的第一分辨率的上部場和下部場，由此就將逐行格式的視頻變換為第一非逐行分辨率。
在其它實施例中，包括解交織非逐行視頻信號為具有第一分辨率的逐行格式的步驟。鋸齒對角線減少方法也可以被用來執(zhí)行解交織。
一種用于格式變換的系統(tǒng)，包括一個變換設備，其將一個具有第一分辨率的非逐行的交織視頻信號解交織成一個具有相同分辨率的逐行格式。變換設備將該逐行格式下變換到第二分辨率并且組合和交織第二分辨率場，從而提供第三分辨率的幀。在該變換設備上耦合一個傳輸鏈路用于以第三分辨率傳輸視頻信號。在傳輸鏈路的輸出端耦合一個恢復設備。恢復設備將第三分辨率的視頻流解交織為逐行格式視頻，并且將逐行格式視頻變換成用于以第一分辨率顯示的交替的上部場行和下部場行。
附圖的簡要說明本發(fā)明的優(yōu)點，特性和各種附加的特征將在結合隨后的附圖對實施例的描述中變得清楚明了。
附

圖1是表明根據(jù)本發(fā)明的格式變換的預處理順序的方框圖；附圖2是表明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的塊12的詳細的方框圖；附圖3是表明根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的塊16和18的詳細的方框圖；附圖4是表明根據(jù)本發(fā)明的格式變換的后處理順序的方框圖；附圖5是表明根據(jù)本發(fā)明的步驟34中的行位置調整的示意圖；附圖6是表明在本發(fā)明中所采用的鋸齒對角線減少方法/算法的示意圖；附圖7是表明根據(jù)本發(fā)明的格式變換系統(tǒng)的方框圖。
應當理解，這些附圖僅是為了解釋本發(fā)明的概念，并不是用于說明本發(fā)明所必需的唯一可能的配置。
本發(fā)明詳述本發(fā)明提供了一種方法和系統(tǒng)，用于變換視頻信號的格式從而允許低比特率流的壓縮。本發(fā)明允許解交織輸入的非逐行視頻信號并且下變換成場，以提供具有1/2分辨率(例如垂直分辨率)的交織視頻。該1/2分辨率交織視頻被壓縮，傳送和解壓縮。然后1/2分辨率交織視頻信號被解交織從而形成逐行格式，然后逐行格式的視頻被變換成交替的上部場和下部場，用于在傳統(tǒng)的電視機或者顯示監(jiān)視器上顯示。盡管本發(fā)明是按照2∶1分辨率降低描述的，垂直分辨率的降低也可以以其他的比例，例如，4∶1的比例降低。
應當理解本發(fā)明是以傳統(tǒng)的480行交織(480i)視頻系統(tǒng)描述的。但是，本發(fā)明可以更為廣泛地包括能夠在有線或者無線網(wǎng)絡上傳輸?shù)娜魏我曨l格式或者尺寸。
在一個說明性的實施例中，輸入的非逐行480i視頻被解交織和下變換成120行場，從而產生240i視頻。該240i視頻被壓縮，傳送和解壓縮。然后解交織240i視頻信號生成240p。該240p被變換成交替的240行上部場和240行下部場，從而生成用于在例如傳統(tǒng)電視機上顯示的480i。此外，本發(fā)明能夠應用于包括電話，機頂盒，計算機，衛(wèi)星鏈路，互聯(lián)網(wǎng)等視頻傳輸系統(tǒng)的任何系統(tǒng)中。本發(fā)明在視頻點播應用中尤其有效，其能夠在一個數(shù)字用戶線(DSL)網(wǎng)絡或者具有介質比特率信道的其他系統(tǒng)中實現(xiàn)。
應當理解附圖中顯示的元件可以以硬件，軟件以及它們的結合等多種形式實現(xiàn)。優(yōu)選的，這些元件以軟件的形式在一個或者多個適當編程的通用設備中實現(xiàn)，該通用設備包括一個處理器，存儲器以及輸入/輸出接口。
現(xiàn)在參照附圖進行詳細地說明，在全部的附圖中相同的參考數(shù)字表示相同或者相應的元件，先看圖1，表明了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于預處理視頻的方法/系統(tǒng)的流程/方框圖。在塊10中，輸入的信號被水平截短從而減少處理。在一個說明實施例中，如果需要，一個720像素(水平)×480交織(480i)的像素信號可以被截短為704×480i。在塊12中，執(zhí)行水平下采樣以形成352×480i。在本實施例中，執(zhí)行2∶1下采樣。也可以使用其他的比例。下采樣也可以使用傳統(tǒng)的內插濾波方法實現(xiàn)。
參照圖1之后的圖2，圖2中詳細描述了塊12。低通抗混疊濾波器13濾波該視頻信號，然后在塊15中進行子采樣步驟。塊15的輸出是一個1/2水平下采樣的場。
再次參照圖1，在塊14中，解交織該信號為352×480p，并且最好為60Hz。解交織可以利用傳統(tǒng)的解交織方法執(zhí)行。在塊16中，使用1/4，1/2，1/4濾波器21對信號進行垂直低通濾波，如圖3所示，然后利用第一相位進行4∶1子采樣從而生成一個上部120行的場，如數(shù)字i1，i3等所表示的行。其他的濾波器也可以用作濾波器21。而且如圖3所示，隨后的解交織的480p幀(通過與幀i相同的濾波器處理，但是利用與第一相位不同的相位進行4∶1子采樣)生成一個隨后的下部120行場，如數(shù)字i2，i4等所表示的行。這樣，形成了一個60Hz場的240i序列。然后在塊18中，兩個連續(xù)的240i場對形成30Hz的幀。
如圖1所示，在塊18中形成了每一幀。在說明的實施例中，704×480i的幀被下變換成適于一個降低的比特率壓縮的352×240i幀。在塊20中，視頻流被壓縮并且通過互聯(lián)網(wǎng)或者傳輸鏈路(有線或者無線)傳輸?shù)浇邮諜C，例如一個電視機或者顯示設備。有利的是，本發(fā)明改善了非運動圖像的顯示垂直分辨率。非運動圖像與傳統(tǒng)系統(tǒng)相比會有2∶1或者更大的垂直分辨率提高。此外，通過應用本發(fā)明中的方法，包括例如下面將要描述的鋸齒對角線減少，改善了非逐行視頻流的下變換。
現(xiàn)在參照圖4，在視頻傳送以后，在塊29中對視頻進行解壓縮。后處理包括在水平方向上上變換每一幀。在塊30中示意性地表明了應用一種諸如雙三次插值法的內插方法將每一行352個采樣上變換成每行704個采樣。上變換后的240i信號在塊32中解交織。可以使用多種不同的解交織算法中的一種。在一個實施例中，鋸齒對角線減少算法被用于圖像的運動部分。以后將參照圖5對其進行描述。在塊34中，通過交替地向上偏移將一個240p幀生成一個上部240行的場，向下偏移將接下來的240p行的幀生成一個下部240行的場，這樣解交織的240p/60Hz信號就被變換成240行的場。這些偏移在塊34中執(zhí)行從而向上或向下調整位置來重建480i場。附圖5是一個表明240p變換成480i的示意方框圖。與每一行相關的數(shù)字，例如1/4，3/4是加權。第一幅圖像i向上偏移四分之一行，第二幅圖像i+1向下偏移四分之一行。兩幅移動圖像被交織從而形成一個480行交織圖像。在位置調整之后，信號能夠作為一個60Hz場序列輸出，其被恢復成704×480i格式。
參照圖6，表明了一種解交織技術。在說明實施例中，執(zhí)行解交織的鋸齒對角線減少部分。也可以應用其他的解交織技術，而且本申請的發(fā)明人也考慮了這些技術。當運動不出現(xiàn)的時候，前一場的行可以插到當前場的行之間來完成解交織。這保持了垂直細節(jié)的完整電平。當目標運動時，前面或者后面的場不能用于生成像素的中間行。因此這些像素必需根據(jù)要形成的像素緊接的上下的行來形成。
通常在實際中是使用簡單的垂直內插來進行。這可以通過對正好位于I像素上下的像素進行平均的值L3來形成像素I。但是，已知這會產生鋸齒狀對角邊緣。
在鋸齒狀對角線的減少方法中，最好和本發(fā)明一起應用，測試對角像素對L1到L5從而檢測具有例如最小密度差的像素對。平均具有最小差的像素對并且作為像素I使用。如果該均值不是上面像素與下面像素的中值則會產生例外。這時，具有最接近該均值的上面像素或者下面像素就被替代使用。應用該方法，能夠有效的減小鋸齒狀邊緣，當顯示視頻的時候，就能夠呈現(xiàn)出運動對象的更好的畫面。
參照圖7，示意性地表明了根據(jù)本發(fā)明用于格式變換的系統(tǒng)130。系統(tǒng)130提供了一個變換設備132，用于將具有第一分辨率(例如480i)的非逐行交織視頻流解交織成具有相同分辨率的逐行格式(例如480p)視頻流。變換設備132將逐行格式下變換成第二分辨率(例如120)，并且合并第二分辨率的場從而提供第三分辨率(240i)的幀。變換設備132最好包括1/4，1/2，1/4濾波器134，用于下變換第一分辨率的逐行格式(480p)。濾波器134利用第一相位采樣第一圖像i并且使用相同的1/4，1/2，1/4濾波器134利用第二相位采樣第二圖像i+1。1/4，1/2，1/4濾波器134輸出具有第一和第二相位的場，合并設備將具有第一相位的場和具有第二相位的場合并從而實現(xiàn)第三分辨率。鋸齒狀對角線減少算法142可以用于提供視頻信號的解交織。變換設備1 32優(yōu)選地在傳輸前壓縮視頻數(shù)據(jù)。變換設備132參照附圖1中的塊10-18進行描述。
傳輸鏈路136耦合到變換設備，用于以第三分辨率(例如240)傳輸壓縮的視頻流。
恢復設備138耦合到傳輸鏈路136并且接收所傳輸?shù)囊曨l流。當接收視頻數(shù)據(jù)時，恢復設備138對其進行解壓縮?；謴驮O備138將第三分辨率的解壓縮視頻流解交織為逐行格式的視頻，并且將逐行格式視頻變換成交替的上部場行和下部場行從而形成用于顯示的連續(xù)場?；謴驮O備138參照附圖4中的塊30-34描述。
系統(tǒng)130可以包括一個截短模塊/設備140，用于截短一部分非逐行交織視頻流從而降低被處理像素的數(shù)量?；謴驮O備138可包括一個鋸齒狀對角線減少算法或者其他用于解交織視頻流的程序/設備142。該視頻能夠被顯示在例如一個顯示器或者電視機144上。壓縮和解壓縮可以根據(jù)已知的方法來執(zhí)行。
已經(jīng)描述了實現(xiàn)低比特率壓縮的格式變換的優(yōu)選實施例(其用于說明，而非限制)，應當注意在上述教導下，本領域的技術人員可以做出各種改變和變形。因此能夠理解在附加權利要求所描述的本發(fā)明的范圍和精神內可以對所描述的特定實施例作出各種改變。這里已經(jīng)詳細描述了專利法所要求的細節(jié)和特征，專利證書所要求和期望保護的內容在附加的權利要求當中進行闡述。
權利要求
1.一種用于格式變換的方法，包括步驟提供(10)一個包括第一分辨率的非逐行視頻的第一交織視頻信號；下變換(16)第一分辨率的場生成第二分辨率的場；以第三分辨率合并和交織(18)這些場；以第三分辨率傳輸(20)該視頻信號；解交織(32)該第三分辨率的視頻信號從而生成一個逐行格式的視頻；以及通過交替地向上和向下調整第三分辨率的逐行格式的位置，分別產生用于顯示的第一分辨率的上部場和下部場，從而將逐行格式視頻變換(34)到第一非逐行分辨率。
2.如權利要求1所述的方法，進一步包括將非逐行視頻信號解交織為具有第一分辨率的逐行格式的步驟。
3.如權利要求2所述的方法，其中解交織非逐行視頻信號的步驟包括應用一個鋸齒狀對角線減少算法(142)。
4.如權利要求2所述的方法，其中下變換的步驟包括以4為因數(shù)對第一分辨率的場進行下采樣(16)的步驟。
5.如權利要求4所述的方法，其中下采樣的步驟包括使用濾波器(2 1)以第一相位采樣第一圖像i，使用同一濾波器(21)以第二相位采樣圖像i+1。
6.如權利要求5所述的方法，其中濾波器輸出具有第一相位和第二相位的場，并且進一步包括合并濾波器輸出的第一相位的場和第二相位的場從而形成第三分辨率的非逐行視頻的步驟。
7.如權利要求1所述的方法，其中第一分辨率，第二分辨率和第三分辨率與垂直分辨率有關。
8.如權利要求1所述的方法，其中解交織第三分辨率的視頻信號從而形成一個逐行格式視頻的步驟包括應用一個鋸齒狀對角線減少算法(142)。
9.一種用于格式變換的方法，包括步驟提供(10)一個包括第一分辨率的非逐行視頻的第一交織視頻信號；解交織(14)非逐行視頻信號為具有第一分辨率的逐行格式；下變換(16)第一分辨率逐行格式生成第二分辨率的場；以第三分辨率合并和交織(18)這些場；以第三分辨率傳輸(20)該視頻信號；通過交替地向上和向下調整第三分辨率的逐行格式的位置，分別生成用于顯示的上部場和下部場，從而將第三分辨率的逐行格式的視頻信號變換為(34)第一非逐行分辨率。
10.如權利要求9所述的方法，其中下變換的步驟包括以4為因數(shù)下采樣(16)第一分辨率的場的步驟。
11.如權利要求10所述的方法，其中下采樣(16)的步驟包括使用濾波器(21)以第一相位采樣第一圖像i，以及使用同一濾波器(21)以第二相位采樣圖像i+1。
12.如權利要求11所述的方法，其中從濾波器(21)輸出具有第一相位和第二相位的場，并且進一步包括合并(18)濾波器輸出的第一相位的場和第二相位的場從而獲得第三分辨率的步驟。
13.如權利要求9所述的方法，其中第一分辨率，第二分辨率和第三分辨率與垂直分辨率有關。
14.如權利要求9所述的方法，進一步包括解交織(32)第三分辨率的視頻信號從而形成一個逐行格式視頻的步驟。
15.如權利要求14所述的方法，其中解交織第三分辨率視頻信號從而形成逐行格式視頻信號的步驟包括應用一個鋸齒狀對角線減少算法(142)。
16.如權利要求9所述的方法，其中解交織非逐行視頻信號為具有第一分辨率的逐行格式的步驟包括應用一個鋸齒狀對角線減少算法(142)。
17.一種用于格式變換的系統(tǒng)(130)，包括一個變換設備(132)，其解交織具有第一分辨率的非逐行交織視頻信號為具有相同分辨率的逐行格式，該變換設備下變換逐行格式到第二分辨率并且合并和交織第二分辨率的場從而以第三分辨率提供幀；一個耦合到變換設備的傳輸鏈路(136)，用于以第三分辨率傳輸視頻信號；以及一個耦合到傳輸鏈路的恢復設備(138)，該恢復設備解交織第三分辨率的視頻信號為逐行格式視頻，并且將逐行格式視頻變換為用于顯示的交替的上部場行和下部場行。
18.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中變換設備濾波第一分辨率的逐行格式的像素相位，該設備包括一個1/4，1/2，1/4濾波器(134)。
19.如權利要求18所述的系統(tǒng)，其中變換設備以第一相位采樣第一圖像i，以及使用相同的1/4，1/2，1/4濾波器(134)，以第二相位采樣第二圖像i+1。
20.如權利要求19所述的系統(tǒng)，其中從1/4，1/2，1/4濾波器輸出具有第一相位和第二相位的場，并且進一步包括合并裝置(18)，用于合并具有第一相位的場和具有第二相位的場從而獲得第三分辨率。
21.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中第一分辨率，第二分辨率和第三分辨率與垂直分辨率有關。
22.如權利要求21所述的方法，進一步包括用于抽取像素的裝置(140)，以減小水平分辨率。
23.如權利要求17所述的系統(tǒng)，其中恢復設備包括用于解交織該視頻信號的鋸齒狀對角線減少算法(142)。
全文摘要
一種用于格式變換的方法，包括提供(10)一個包括第一分辨率的非逐行視頻的第一交織視頻信號，下變換(16)第一分辨率場生成第二分辨率場，以及以第三分辨率合并和交織(18)這些場。該視頻信號以第三分辨率傳輸(20)。解交織(32)該第三分辨率的視頻信號從而生成一個逐行格式的視頻信號。通過交替地向上和向下調整第三分辨率的逐行格式的位置，分別生成用于顯示的第一分辨率的上部場和下部場，從而將逐行格式視頻信號變換(34)成第一非逐行分辨率。
文檔編號H04N5/44GK1589572SQ02823086
公開日2005年3月2日 申請日期2002年11月19日 優(yōu)先權日2001年11月20日
發(fā)明者D·H·維利斯, S·林 申請人:湯姆森許可公司