运动估计与运动补偿方法及其视频处理器与流程
未命名
07-12
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1.本发明涉及一种用于视频处理器的方法,尤其涉及一种可用于视频处理器的运动估计与运动补偿(motion estimation and motion compensation,memc)方法及其相关的视频处理器。
背景技术:
2.运动估计与运动补偿(motion estimation and motion compensation,memc)是一种用于帧插补(frame interpolation)的技术,可让一系列图像帧在较高帧率(frame rate)之下进行显示。举例来说,若30赫兹(hz)的原始视频(例如电影影片)需要以60赫兹的频率显示,则原始视频的每两相邻输入帧之间需加入一插补帧,从而实现两倍的帧率。
3.插补帧的相位是根据输入帧率与输出帧率进行计算,因此,输入帧率与输出帧率必须是固定值,以确保计算出的相位稳定。传统上,前端装置可将输入帧率与输出帧率告知帧率转换器,因此帧率转换器可立即判断相位步阶(phase step)及相位系数(phase coefficient)(其用于进行运动补偿)。然而,在例如移动产业处理器接口(mobile industry processor interface,mipi)的指令模式(command mode)等部分新应用中,输入帧率不是固定值,而是根据系统的指令随时变化。此外,前端装置也无法提供输入帧率的信息给帧率转换器。因此,帧率转换器须动态侦测输入帧率以判断输入帧率与输出帧率之间的关系,且运动估计与运动补偿操作须在完成输入帧率的侦测之后才能够开始。再者,不规则的输入帧率往往难以侦测,使得用于输入帧序列的侦测时间较长,在这段侦测期间内,由于尚未取得用于内插的输入帧率及相位,因而无法执行运动估计与运动补偿。鉴于此,现有技术实有改进的必要。
技术实现要素:
4.因此,本发明的主要目的即在于提出一种新式的运动估计与运动补偿(motion estimation and motion compensation,memc)方法及其相关的视频处理器,其中,运动估计与运动补偿可在尚未侦测到输入帧率的情况下执行,从而解决上述问题。
5.本发明的一实施例公开了一种运动估计与运动补偿的方法,用于一视频处理器。该方法包括下列步骤:侦测一系列输入帧的一输入帧率;计算一帧计数值,该帧计数值代表该系列输入帧中的一当前输入帧与一先前输入帧之间输出帧期间的数量;根据该帧计数值来计算一相位步阶(phase step),该相位步阶用来产生一相位系数(phase coefficient),该相位系数用来产生一插补帧,作为每一输出帧期间的一输出帧;以及根据该当前输入帧与该先前输入帧,利用该相位系数来产生该插补帧。其中,计算该帧计数值、计算该相位步阶、以及产生该插补帧的步骤持续进行,直到成功侦测到该输入帧率为止。
6.本发明的另一实施例公开了一种视频处理器,用来执行下列步骤:侦测一系列输入帧的一输入帧率;计算一帧计数值,该帧计数值代表该系列输入帧中的一当前输入帧与一先前输入帧之间输出帧期间的数量;根据该帧计数值来计算一相位步阶,该相位步阶用
来产生一相位系数,该相位系数用来产生一插补帧,作为每一输出帧期间的一输出帧;以及根据该当前输入帧与该先前输入帧,利用该相位系数来产生该插补帧。其中,计算该帧计数值、计算该相位步阶、以及产生该插补帧的步骤持续进行,直到成功侦测到该输入帧率为止。
附图说明
7.图1为本发明实施例一显示系统的示意图。
8.图2为本发明实施例一图像处理流程的流程图。
9.图3a及图3b为一视频处理器的一系列输出帧及输入帧的示意图。
10.其中,附图标记说明如下:
11.10
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显示系统
12.12
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视频提供单元
13.104
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帧率转换器
14.106
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视频处理器
15.108
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显示驱动装置
16.110
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显示屏
17.20
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图像处理流程
18.202~212
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步骤
具体实施方式
19.请参考图1,图1为本发明实施例一显示系统10的示意图。如图1所示,显示系统10可以是例如电视,其可接收并显示由一视频提供单元12提供的具有一系列图像帧的原始视频,视频提供单元12可以是例如数字多功能光碟(digital versatile disc,dvd)播放器或视频串流服务提供者,其可和显示系统10通过有线网络或无线网络进行通信。显示系统10包括一视频处理器106、一显示驱动装置108及一显示屏110。一般来说,原始视频的帧率不同于欲在显示屏110上显示的帧率。视频处理器106可包括一电视控制集成电路及一帧率转换(frame rate conversion,frc)集成电路,用来对通常具有较低帧率的原始视频进行转换以产生具有较高帧率的一系列输出帧,以通过显示屏110进行显示。或者,视频处理器106可以是内建帧率转换功能的电视控制集成电路,即,图1所示的帧率转换器104可视为独立的帧率转换集成电路或是电视控制集成电路内部的帧率转换电路。举例来说,当帧率转换器104接收到具有两个输入帧a及b的24赫兹的输入视频时,可将两个输入帧a及b转换为60赫兹的5个图像帧a、a、a、b、b,并根据该些输入帧来执行运动估计与运动补偿(motion estimation and motion compensation,memc),以产生适当的插补帧。
20.在另一实施例中,视频处理器106可包括一图形处理单元(graphics processing unit,gpu)及独立的帧率转换集成电路,或者,视频处理器106可以是内建有帧率转换电路的图形处理单元。
21.显示驱动装置108可将图像数据转换为数据电压信号,并通过数据电压信号来驱动显示屏110显示图像帧。显示驱动装置108可包括一时序控制器、一源极驱动装置、一栅极驱动装置及/或任何其它可用来驱动显示屏110的组件。显示屏110可以是任何类型,如液晶
显示屏(liquid crystal display,lcd)、发光二极管(light-emitting diode,led)显示器、及电浆显示屏(plasma display panel,pdp)等,但不限于此。
22.请参考图2,图2为本发明实施例一图像处理流程20的流程图。图像处理流程20可实现于一视频处理器,如图1中的视频处理器106。如图2所示,图像处理流程20包括下列步骤:
23.步骤202:接收一系列输入帧。
24.步骤204:侦测该系列输入帧的一输入帧率。
25.步骤206:当侦测到输入帧率时,根据输入帧率与输出帧率之间的关系来计算相位步阶(phase step)。
26.步骤208:当未侦测到输入帧率时,根据帧计数值(frame counting value)来计算相位步阶。
27.步骤210:根据相位步阶来产生相位系数(phase coefficient)。
28.步骤212:根据当前输入帧与先前输入帧,利用相位系数来产生插补帧。
29.根据图像处理流程20,视频处理器先接收一系列输入帧(步骤202)。在一实施例中,视频处理器可从一前端装置接收该系列输入帧,此前端装置可以是例如图1中的视频提供单元12。
30.当视频处理器接收到输入帧之后,可侦测输入帧的输入帧率(步骤204)。由于前端装置无法提供帧率信息给视频处理器,因此视频处理器需在接收输入帧的同时侦测输入帧率。
31.当视频处理器侦测到输入帧率之后,可根据输入帧率与输出帧率之间的关系来计算相位步阶(步骤206)。举例来说,若输入帧率为24赫兹而输出帧率为60赫兹,可判断其相位步阶为2/5。接着,视频处理器可根据相位步阶来产生相位系数(步骤210)。举例来说,若相位步阶等于2/5时,相位系数依序为0、2/5、4/5、1/5及3/5并持续重复,藉由运动补偿,即可根据两个连续输入帧来产生五个连续输出帧(插补帧)。因此,根据当前输入帧与先前输入帧,视频处理器可利用相位系数来产生插补帧(步骤212)。换句话说,根据对应相位系数的数值,可结合当前输入帧的图像内容与先前输入帧(视为一参考帧)的图像内容来取得插补帧的图像内容。视频处理器从而输出包括插补帧的一系列输出帧。
32.如上所述,在尚未侦测到输入帧率的情况下,无法根据输入帧率与输出帧率之间的关系来取得相位步阶。因此,在侦测到输入帧率之前,视频处理器可采用另一种方式来计算相位步阶,以避免在侦测输入帧率的长时间内无法进行运动估计与运动补偿。根据图像处理流程20,视频处理器可根据帧计数值来计算相位步阶(步骤208)。步骤208所产生的相位步阶即可作为尚未侦测到输入帧率的期间所使用的暂时相位步阶。帧计数值是表示所接收的该系列输入帧当中一当前输入帧与一先前输入帧之间输出帧期间的数量的数值。换句话说,帧计数值可表示从先前输入帧的接收到当前输入帧的接收之间经过了多少个输出帧期间。
33.因此,视频处理器可包括两种操作模式。在一第一模式中,输入帧率为已知或已被侦测到,因此视频处理器可根据输入/输出帧率之间的关系来计算相位步阶及相位系数,并根据计算出的相位步阶及相位系数来对应执行运动估计与运动补偿,以产生插补帧。在一第二模式中,输入帧率为未知或尚未侦测到,视频处理器可根据帧计数值来计算相位步阶
及相位系数,并根据计算出的相位步阶及相位系数来对应执行运动估计与运动补偿,以产生插补帧。在此情况下,视频处理器可持续执行计算帧计数值、根据帧计数值来计算相位步阶、以及根据相位系数来产生插补帧等操作,直到成功侦测到输入帧率为止。因此,即使在尚未侦测到输入帧率的情况下,视频处理器仍可根据由帧计数值计算而得到的相位步阶,执行运动估计与运动补偿以产生插补帧。
34.在一实施例中,视频处理器可侦测每一输出帧期间内是否接收到一输入帧,以判断帧计数值。
35.在一实施例中,根据帧计数值,相位步阶可通过下列公式计算:
[0036][0037]
其中,p_step为相位步阶,fcv为最新的帧计数值,帧计数值在每一输出帧期间内都持续计算并更新,输出帧期间为产生一输出帧的期间。举例来说,当输出帧率为60赫兹,则输出帧期间等于1/60秒。针对每一输出帧期间而言,当此输出帧期间内未接收到任何输入帧时,可将帧计数值累加1;当此输出帧期间内接收到一输入帧时,可取得帧计数值以计算相位步阶,接着将帧计数值重置为0。因此,在接收到一输入帧的输出帧期间内,可根据上述公式,利用最新的帧计数值来计算相位步阶,也就是说,可取得帧计数值的累计值的倒数再加1,以计算相位步阶。
[0038]
表1示出输出帧率为60赫兹且输入帧率为24赫兹的一实施例。视频处理器知道输出帧率为60赫兹,但不知输入帧率的大小,因而须通过输入帧的接收来进行侦测。在此例中,输入帧a、b、c、d、e、f
…
依序接收,视频处理器可侦测每一输出帧期间是否接收到一输入帧。如表1所示,输入接收指示可用来指示输入帧的接收,其中,数值“1”表示输出帧期间内接收到一输入帧,数值“0”指示输出帧期间内未接收到任何输入帧。
[0039][0040]
表1
[0041]
接着,视频处理器可根据输入接收指示来计算帧计数值。如表1所示,在没有接收到任何输入帧的输出帧期间内(即输入接收指示为0),帧计数值加1;而在接收到一输入帧的输出帧期间内(即输入接收指示为1),帧计数值被重置为0。在帧计数值被重置为0之前,可利用最新的帧计数值来计算相位步阶。举例来说,若最新的帧计数值为2,则相位步阶等
于1/3;若最新的帧计数值为1,则相位步阶等于1/2。接着,视频处理器根据相位步阶来产生相位系数。如表1所示,在当前帧为a且先前帧为z的期间内,相位步阶为1/2且相位系数为0及1/2。当相位系数到达1时,将回到0并重新开始累加,同时用来执行内插的当前输入帧与先前输入帧取自下一输入帧。接着,在当前帧为b且先前帧为a的期间内,相位步阶为1/3且相位系数为0、1/3及2/3。在当前帧为c且先前帧为b的期间内,相位步阶为1/2且相位系数为0及1/2。
[0042]
在此例中,当视频处理器接收到输入帧d时,可成功侦测输入帧率。接着,相位步阶及相位系数开始遵循正常的影片模式3:2,其对应于24赫兹的输入帧率与60赫兹的输出帧率之间的对应关系。
[0043]
因此,根据本发明的实施例,计算帧数的方法可用来计算暂时的相位步阶,其可被视频处理器使用,直到成功侦测到输入帧率为止。在输入帧率尚未侦测到及/或决定的期间内,可使用此暂时的相位步阶来执行运动估计与运动补偿以产生插补帧。当侦测到及/或决定输入帧率之后,即可改为使用由输入/输出帧率之间的关系所决定的相位步阶。
[0044]
一般来说,当显示系统的电源开启时,在侦测到输入帧率之前会先开始显示视频,因此,相较于在成功侦测到输入帧率之前不执行运动估计与运动补偿的现有情况而言,使用根据帧计数值来计算而得到的暂时相位步阶来执行运动估计与运动补偿并产生插补帧的方法仍可实现画质的改善。
[0045]
请参考图3a及3b,图3a及3b为一视频处理器(如图1中的视频处理器106)的一系列输出帧及输入帧的示意图。详细来说,图3a示出了成功侦测到输入帧率的情况,其中,输出帧是根据由输入/输出帧率之间的关系所决定的正常相位步阶及相位系数来产生(例如在影片模式32之下,相位系数是0、2/5、4/5、1/5、3/5持续重复)。在此实施例中,通过运动估计与运动补偿操作能够使输出帧完全流畅。
[0046]
图3b示出了尚未侦测到输入帧率的情况,其中,输出帧是根据由帧计数值所决定的相位步阶及相位系数来产生(例如0、1/3、2/3、0、1/2持续重复)。如图3b所示,虽然根据暂时相位步阶执行的运动估计与运动补偿无法实现如正常相位系数一般完全流畅的图像移动,其相较于未执行运动估计与运动补偿的情况而言仍可达到某种程度的画质改善,可减少输出帧上的图像内容抖动。
[0047]
值得注意的是,在此例中,视频处理器用来接收未复制的输入帧,一般而言其输入帧率为24赫兹或30赫兹,而视频处理器中的帧率转换器被设定用来产生具有较高输出帧率(如60赫兹或120赫兹)的输出帧。在此情况下,视频处理器可根据输入接收指示来计算帧计数值,此输入接收指示用来指示每一输出帧期间内是否接收到一输入帧。在另一实施例中,视频处理器可接收通过下拉(pull-down)进行复制而产生的一系列输入帧,其可表示为a1、a2、a3、b1、b2、c1、c2、c3、d1、d2
…
,其中,输入帧率可以是60赫兹。
[0048]
表2示出了在视频处理器所接收的输入帧(表2中的原始输入帧)为预先通过下拉进行复制的应用之下,输出帧率为60赫兹且输入帧率为60赫兹的一实施例。在此例中,由于每一输出帧期间内均接收到原始输入帧,因而输入接收指示持续为“1”,因此,视频处理器进一步计算每两相邻原始输入帧之间的差值(例如将每两相邻输入帧上所有像素的像素数据差异进行累加),并利用一帧差值作为标志来指示每两相邻原始输入帧之间的差异程度。
[0049][0050]
表2
[0051]
如表2所示,举例来说,若当前原始输入帧与先前原始输入帧(如b1与a3)之间的差异大于一临界值时,帧差值为“1”,意即当前接收的原始输入帧(b1)具有新的图像内容。若当前原始输入帧与先前原始输入帧(如a3与a2)之间的差异小于一临界值时,帧差值为“0”,意即当前接收的原始输入帧(a3)是由先前原始输入帧(a2)进行复制而产生的。在表2的实施例中,关于帧计数值的计算而言,输入接收指示扮演的角色改由帧差值取代。详细来说,若帧差值为“0”,则将帧计数值加1;若帧差值为“1”,则帧计数值重置为0,重置前的最新帧计数值即可用来计算相位步阶。
[0052]
在此例中,当帧差值指示当前原始输入帧与先前原始输入帧之间的差异大于一临界值时,视频处理器可将一当前原始输入帧作为该系列输入帧的其中一帧(表示为表2第二行的“输入帧”)。因此,用于表2中原始输入帧的产生帧计数值、相位步阶及相位系数的方法相同于第一个实施例及表1所述的方法。根据由帧计数值计算出的相位步阶,视频处理器所产生的输入帧可进一步用来执行运动估计与运动补偿,如上述段落提出的操作方式。
[0053]
举例来说,假设视频处理器接收一系列原始输入帧a1、a2、a3、b1、b2、c1、c2、c3、d1、d2
…
,原始输入帧a1、b1、c1及d1可作为类似于表1中无规律(cadence)的输入帧,其可用来计算相位系数,以通过如表1所示的操作来执行运动估计与运动补偿。
[0054]
值得注意的是,本发明的目的在于提出一种新式的运动估计与运动补偿方法,其可在未侦测到输入帧率时,根据由帧计数值计算而得到的相位步阶来进行。本领域技术人员当可据此进行修饰或变化,而不限于此。举例来说,在上述实施例中,输出帧率为60赫兹,且运动估计与运动补偿方法可应用于以60赫兹的频率接收的具有规律或下拉的输入帧,也可应用于以24赫兹的频率接收的无规律或下拉的输入帧。帧率的数值仅作为实施例中方便说明的范例。在另一实施例中,也可采用其它帧率,例如,视频处理器可被设定用来产生频
率为120赫兹的输出帧,并据此产生相位步阶及相位系数,以实现较高的输出帧率。
[0055]
在本发明的上述实施例中,根据帧计数值来计算相位步阶及相位系数的操作可在尚未侦测到输入帧率时进行。事实上,其相关的实施方式也可应用于输入帧率或输入/输出帧率的关系未知或无法判断的各种情况。举例来说,视频处理器可能具有数种设定,其可将多种预定输入帧率(如24赫兹及30赫兹)的其中一种转换为多种预定输出帧率(如60赫兹及120赫兹)的其中一种。当视频处理器侦测到实际输入帧率不同于任何预定输入帧率时,可判断其无法在侦测到的输入帧率之下产生正常相位步阶及相位系数,从而使用帧计数值来产生相位步阶并对应执行运动估计与运动补偿。也就是说,若侦测到的输入帧率不符合视频处理器的任何设定,且/或视频处理器无法根据侦测到的输入帧率来决定适合的规律的情况下,即可采用计算帧数的方法,直到再次侦测到可行的输入帧率为止。在另一实施例中,输入帧率可能在显示过程中改变,当视频处理器侦测到输入帧率改变时,可切换到利用帧计数值来计算相位步阶的操作模式,直到新的输入帧率稳定且被视频处理器顺利侦测到为止。
[0056]
综上所述,本发明提出了一种运动估计与运动补偿方法及其相关的视频处理器。在尚未侦测到输入帧率时,视频处理器可执行运动估计与运动补偿,其可根据帧计数值来计算相位步阶,帧计数值是表示从先前输入帧的接收到当前输入帧的接收之间经过了多少个输出帧期间的数值。根据本发明的方法,可在未成功侦测到输入帧率之前执行运动估计与运动补偿,相较于未执行运动估计与运动补偿的情况可产生更优化的画质。另外,根据帧计数值来计算相位步阶的方法可快速决定相位步阶,以避免侦测输入帧率的一段长时间内无法执行运动估计与运动补偿的缺点。
[0057]
以上所述仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征:
1.一种运动估计与运动补偿的方法,用于一视频处理器,其特征在于,包括:侦测一系列输入帧的一输入帧率;计算一帧计数值,该帧计数值代表该系列输入帧中的一当前输入帧与一先前输入帧之间输出帧期间的数量;根据该帧计数值来计算一相位步阶,该相位步阶用来产生一相位系数,该相位系数用来产生一插补帧,作为每一输出帧期间的一输出帧;以及根据该当前输入帧与该先前输入帧,利用该相位系数来产生该插补帧;其中,计算该帧计数值、计算该相位步阶、以及产生该插补帧的步骤持续进行,直到成功侦测到该输入帧率为止。2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,计算该帧计数值的步骤包括:针对该每一输出帧期间,当该输出帧期间内未接收到任何输入帧时,将该帧计数值加1;以及当该输出帧期间内接收到一输入帧时,取得该帧计数值,接着将该帧计数值重置为0。3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,计算该相位步阶的步骤包括:取得该帧计数值的累计的倒数加1,以计算该相位步阶。4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,该系列输入帧是通过该视频处理器从一前端装置接收。5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,还包括:从一前端装置接收一系列原始输入帧;判断多个帧差值,其中每一帧差值是根据该系列原始输入帧中的每两相邻原始输入帧来产生;以及当对应于该系列原始输入帧中的一第一原始输入帧的该帧差值指示该第一原始输入帧与位于该第一原始输入帧之前的一先前原始输入帧之间的差异大于一临界值时,取出该第一原始输入帧作为该系列输入帧的其中一者。6.一种视频处理器,其特征在于,用来执行下列步骤:侦测一系列输入帧的一输入帧率;计算一帧计数值,该帧计数值代表该系列输入帧中的一当前输入帧与一先前输入帧之间输出帧期间的数量;根据该帧计数值来计算一相位步阶,该相位步阶用来产生一相位系数,该相位系数用来产生一插补帧,作为每一输出帧期间的一输出帧;以及根据该当前输入帧与该先前输入帧,利用该相位系数来产生该插补帧;其中,计算该帧计数值、计算该相位步阶、以及产生该插补帧的步骤持续进行,直到成功侦测到该输入帧率为止。7.如权利要求6所述的视频处理器,其特征在于,计算该帧计数值的步骤包括:针对该每一输出帧期间,当该输出帧期间内未接收到任何输入帧时,将该帧计数值加1;以及当该输出帧期间内接收到一输入帧时,取得该帧计数值,接着将该帧计数值重置为0。8.如权利要求7所述的视频处理器,其特征在于,计算该相位步阶的步骤包括:取得该帧计数值的累计的倒数加1,以计算该相位步阶。
9.如权利要求6所述的视频处理器,其特征在于,该系列输入帧是通过该视频处理器从一前端装置接收。10.如权利要求6所述的视频处理器,其特征在于,还用来执行下列步骤:从一前端装置接收一系列原始输入帧;判断多个帧差值,其中每一帧差值是根据该系列原始输入帧中的每两相邻原始输入帧来产生;以及当对应于该系列原始输入帧中的一第一原始输入帧的该帧差值指示该第一原始输入帧与位于该第一原始输入帧之前的一先前原始输入帧之间的差异大于一临界值时,取出该第一原始输入帧作为该系列输入帧的其中一者。
技术总结
本发明公开了一种运动估计与运动补偿的方法及其视频处理器,所述方法用于视频处理器,并包括下列步骤:侦测一系列输入帧的一输入帧率;计算一帧计数值,该帧计数值代表该系列输入帧中的一当前输入帧与一先前输入帧之间输出帧期间的数量;根据该帧计数值来计算一相位步阶,该相位步阶用来产生一相位系数,该相位系数用来产生一插补帧,作为每一输出帧期间的一输出帧;以及根据该当前输入帧与该先前输入帧,利用该相位系数来产生该插补帧。其中,计算该帧计数值、计算该相位步阶、以及产生该插补帧的步骤持续进行,直到成功侦测到该输入帧率为止。帧率为止。帧率为止。
技术研发人员:张智 林义峰 张孝恩
受保护的技术使用者:联咏科技股份有限公司
技术研发日:2022.10.08
技术公布日:2023/7/11
版权声明
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