(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
奇数または偶数入力映像フィールドのうちの１つを単一の出力映像フレームへマッピングする映像非飛び越し走査システムであって、
それぞれの入力映像フィールドは、フィールド当たりに予め決められた数のラインを有し、
出力映像フレームは、フレーム当たりに予め決められた数のラインを有し、
前記映像非飛び越し走査システムは、
ａ）前記フィールド当たりのラインの予め決められた数と前記フレーム当たりのラインの予め決められた数とを受信し、その結果、前記入力映像フィールドのライン間の間隔に基づいて前記出力映像フレームの個々のライン間の間隔を示す目標増分値を生成する目標増分計算機と、
ｂ）前記目標増分値を受信し、かつ、前記出力映像フレームの前記ラインの連続したラインに対して、前記出力映像フレームのラインの空間位置を示す個々の目標ライン間隔値を生成する目標間隔計算機と、
ｃ）前記奇数または偶数入力映像フィールドの前記ラインの連続したラインと個々の目標ライン間隔値とを受信し、その結果、前記出力映像フレームの連続したラインを生成する画像リサイジング装置と
を具備し、
前記目標間隔計算機は、前記目標ライン間隔値に空間オフセットを導入し、前記空間オフセットは、前記入力映像フィールドのライン間の間隔の１／２に等しく、
前記目標増分計算機は、
ｄ）前記フィールド当たりのラインの数に２を乗算し、その結果、第１乗算値を生成する第１乗算器と、
ｅ）前記第１乗算値から１を減算し、その結果、第１差分値を生成する第１減算器と、
ｆ）前記フレーム当たりのラインの数から１を減算し、その結果、第２差分値を生成する第２減算器と、
ｇ）前記第２差分値に２を乗算し、その結果、第２乗算値を生成する第２乗算器と、
ｈ）前記第１差分値を前記第２乗算値で除算し、その結果、前記目標増分値を生成する除算器と
をさらに具備し、
前記目標間隔計算機は、加算器とマルチプレクサと記憶レジスタとをさらに具備し、
前記加算器の第１入力は、前記目標増分値を受信するために提供され、
前記加算器の出力は、前記マルチプレクサの第１入力へ与えられ、
前記マルチプレクサの第２入力は、前記入力映像フィールドの偶数フィールドに対する第１累算器初期化値を受信するために提供され、
前記マルチプレクサの第３入力は、前記入力映像フィールドの奇数フィールドに対する第２累算器初期化値を前記空間オフセットとして受信するために提供され、
前記マルチプレクサの出力は、前記記憶レジスタの入力へ結合され、
前記記憶レジスタの出力は、前記目標ライン間隔値であり、かつ、前記加算器の第２入力へ結合される
ことを特徴とする映像非飛び越し走査システム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
発明の分野
この発明は、一般に、映像信号の非飛び越し走査および補間に関する。特に詳細には、本発明は、任意の大きさにされた順次走査フレームを生成するために、任意の大きさにされた映像フィールドからの映像ラインを適切に補間しかつ空間的に位置決めするための方法および装置に関する。
従来技術の説明
現在の技術の非飛び越し走査は、出力ラインの数を正確に２倍または４倍することで、飛び越し走査された映像信号を（連続的な走査として時々参照される）順次走査映像信号へ変換することを含む。出力サイズの制限は、映像フィールドを（任意の大きさにされた出力順次走査映像ウインドウを要求する用途での使用のために）非飛び越し走査することを非常に難しくかつ高価なものとしている。元の映像信号は、飛び越し走査された奇数および偶数フィールドから成る。これらのフィールドは、フィールド当たりの入力ラインの数を正確に２倍または４倍に生成する空間補間および位置決めの処理を通して、順次走査フレームへマッピングされる。
非飛び越し走査は、スローモーション再生、コンピュータのウインドウ内の映像表示、大スクリーンの投影型テレビジョンシステム等を含む多くの用途を有する。これらの用途は全て、非飛び越し走査処理を使用した順次走査フレームの生成によって提供される高品質かつ高性能を要求する。
高品質の非飛び越し走査された映像信号を生成することは難しい。ある映像フィールド内の物体は、次のフィールド内の異なる空間位置に存在し、このことは、複数のフィールドを単一の順次走査フレームへ適切に結合することを非常に難しくしている。そのような用途では、満足する結果を与えるために、時間および垂直補間の高等かつ高価な方法が要求される。１つの通常の従来技術の補間方法は、時間を通して変化する映像フィールドの領域を識別するために、動作検出回路を使用する。これらの変化領域は、高品質画像を保証するために、静止領域から区別されて補間される。
動作検出回路および高等補間回路が複雑かつ高価であることは、そのような従来技術の非飛び越し走査システムの柔軟性および余裕度を制限する。これらのシステムは、上述したように、フィールド当たりの入力ラインの数を２倍または４倍に生成するために、高度に最適化されている。
よく知られた従来技術の非飛び越し走査システムの例は、以下の出版物および特許に記載されている。
出版物
Watkinson, John,”The Art of DIGITAL VIDEO”第2版，Focal出版1994年，第180〜185頁
米国特許文献
5,291,280 3/1994 Faroudja；Yves C.
5,070,403 12/1994 Wilkinson, Basingstoke
発明の概要
本発明の目的の一般的な特徴は、任意の大きさにされた（飛び越し走査された）入力映像フィールドから（映像の）任意の大きさにされた出力順次走査フレームを生成するための方法および装置を提供することである。これは、従来技術の制限および欠点を解決する方法で行われる。
本発明の方法および装置は、各入力フィールドラインを（入力および出力映像フレームの相対サイズに基づく正確な出力順次走査ライン位置で）適切に補間しかつ空間的に位置決めすることによって、映像を非飛び越し走査する。本発明の処理は、２つのステップに分けられる。第１ステップは、出力順次走査ライン間の間隔を計算することと、これらのラインの正確な空間位置を決定するためにこの情報を使用することとを含む。いったん出力ラインの位置が計算されると、入力ラインを適切な出力空間位置へマッピングするために、かつ、これらのラインを外部フレームバッファ内に記憶するために、画像リサイジング（resizing）装置が使用される。
この２つのステップの処理は、動的にリサイズされた（resized）映像信号に対して適切な非飛び越し走査を提供するために、出力ライン位置を継続的に計算する。
【図面の簡単な説明】
図１は、拡大モードにおいて複数のソースラインから生じる複数の目標ラインの概要表示である。拡大モードでは、入力フィールド内のラインの数は、出力フレーム内のラインの数へマッピングするために、増加される。
図２は、バイパス（bypass）モードにおいて複数のソースラインから生じる複数の目標ラインの概要表示である。バイパスモードでは、入力フィールド内のラインの数は、出力フレーム内のラインの数に等しい。
図３は、縮小モードにおいて複数のソースラインから生じる目標ラインの概要表示である。縮小モードでは、入力フィールド内のラインの数は、出力フレーム内のラインの数へマッピングするために、減少される。
図４および図５は、好ましい実施形態の非飛び越し走査システムに対して、それぞれ、偶数フィールドリサイジングおよび奇数フィールドリサイジングの詳細を示す概要表示である。
図６は、目標増分（TarInc）値を計算するための好ましい実施形態による非飛び越し走査システムの第１の特徴の機能的な構成要素を示すブロック図である。
図７は、正確な目標ライン間隔を生成するためにTarInc値を使用する非飛び越し走査システムの第２の特徴の機能的な構成要素を示すブロック図である。
図８は、図６および図７に示される非飛び越し走査システムの動作を示すフローチャートである。
図９は、好ましい実施形態による（外部出力フレーム記憶装置における）出力ラインの配置を示すメモリマップ図である。
好ましい実施形態の詳細な説明
上述したように、映像の非飛び越し走査は、出力ラインの空間位置を継続的に計算することによって、そして、飛び越し走査された入力フィールドを順次走査出力フレームへマッピングすることによって、本発明に基づいて達成される。
図１，２，３は、それぞれ、２つの入力フィールド（寸法は不正確）と２つの出力フレームとを示す。入力フィールドは、偶数入力フィールド（ラインＹ0，Ｙ2，Ｙ4，Ｙ6）および奇数入力フィールド（ラインＹ1，Ｙ3，Ｙ5，Ｙ7）として参照される。出力フレームは、偶数出力フレームおよび奇数出力フレームとして参照される。全ての偶数入力フィールドは偶数出力フレームへマッピングされ、かつ、奇数入力フィールドは奇数出力フレームへマッピングされる。これらの図の各々における変数は、以下の表に説明されている。
0004191246.tif 000002
本発明によれば、飛び越し走査された入力ラインに関する出力ライン間の間隔を決定するために以下の関係が実行される。
TarInc = B = （2*S-1）/（2*（T-1））    （1-1）
出力ラインの実際の空間位置は、入力フィールドが偶数であるか奇数であるかに依存する。偶数入力フィールドは偶数ライン空間内に配置されたラインを有し、かつ、奇数入力フィールドは奇数ライン空間内に配置されたラインを有する。出力ラインの空間位置を決定するために以下の関係が実行される。
Pj=Pj-1+TarInc, j=1..T-1    （1-2）
ここで、
Pj=0=0  （偶数入力フィールドに対して）
Pj=0=-0.5  （奇数入力フィールドに対して）
拡大モード
図１は、単一の飛び越し走査された入力映像フレームを示す。この入力映像フレームは、０〜７からなる合計８本のラインを含む。実際には、飛び越し走査された標準映像フレームは、偶数および奇数フィールドを具備する。フレーム当たり合計４８０本のラインに対して、各フィールドはそれぞれ２４０本の有効ラインを有する。図解の簡単のために、減少された数のラインが示されている。偶数ラインＹ0，Ｙ2，Ｙ4，Ｙ6は偶数フィールドに記憶され、かつ、奇数ラインＹ1，Ｙ3，Ｙ5，Ｙ7は奇数フィールドに記憶される。
非飛び越し走査された各出力フレームは、０〜７からなる合計８本のラインを含む。各入力フィールド（４本のライン）を各出力フレーム（８本のライン）にマッピングすることは、２倍の拡大を要求する。偶数フィールドの最初のライン（Ｙ0）のみが偶数出力フレームの最初のライン（Ｆ0）にマッピングし、かつ、奇数フィールドの最後のライン（Ｙ7）が奇数出力フレームの最後のライン（Ｆ7）にマッピングする、ということに注意することは重要である。残りの入力ラインは、出力フレームに関する半端な（fractional）位置にマッピングされる。
本発明の方法および装置は、図４および図５を参照して非常に詳細に示されるように、使用者特定リサイズ要素によって、出力ライン位置を正確に計算する。
全ての偶数および奇数フィールドラインは、入力偶数フィールドを出力偶数フレームへマッピングすることによって、等しく間隔を開けられているので（例えば、図４および図５の例では、Ａ＝１，Ｓ＝４，Ｔ＝８）、
A*（2*S-1）=B*（T-1）    （2-1）
であり、入力偶数フィールドラインの間に入力奇数フィールドラインを配置することによって、
A=1/2*W    （2-2）
である。（2-2）を（2-1）に代入し、Ｂについて解くと、
B=（（2*S-1）*W）/（2*（T-1））    （2-3）
=0.5W
である。ここで、変数Ｂは（飛び越し走査された入力ラインに関する）出力ライン間の間隔に等しい。
本発明の方法における次のステップによると、（1-2）を使用して各出力ラインの適切な空間位置が決定され、その結果、偶数出力フレーム（図４）および奇数出力フレーム（図５）のそれぞれに対して、表Ｂおよび表Ｃ内に示された空間位置となる。
0004191246.tif 000003
0004191246.tif 000004
拡大モードに関して上述された方法は、バイパスモードおよび縮小モードの両方に対して使用されることができる。
バイパスモード
全ての偶数および奇数フィールドラインは、入力偶数フィールドを出力偶数フレームへマッピングすることによって、等しく間隔を開けられているので（例えば、図２から、Ａ＝１，Ｓ＝４，Ｔ＝４）、
A*（2*S-1）=B*（T-1）    （2-1）
であり、入力偶数フィールドラインの間に入力奇数フィールドラインを配置することによって、
A=1/2*W    （2-2）
である。（2-2）を（2-1）に代入し、Ｂについて解くと、
B=（（2*S-1）*W）/（2*（T-1））
=7/6W
である。
本発明の方法における次のステップによると、（1-2）を使用して各出力ラインの適切な空間位置が決定され、その結果、偶数出力フレームおよび奇数出力フレームのそれぞれに対して、表Ｄおよび表Ｅに示された空間位置となる。
0004191246.tif 000005
0004191246.tif 000006
縮小モード
全ての偶数および奇数フィールドラインは、入力偶数フィールドを出力偶数フレームへマッピングすることによって、等しく間隔を開けられているので（例えば、図３から、Ａ＝１，Ｓ＝４，Ｔ＝３）、
A*（2*S-1）=B*（T-1）    （2-1）
であり、入力偶数フィールドラインの間に入力奇数フィールドラインを配置することによって、
A=1/2*W    （2-2）
である。（2-2）を（2-1）に代入し、Ｂについて解くと、
B=（（2*S-1）*W）/（2*（T-1））    （2-3）
=7/4W
である。
本発明の方法における次のステップによると、（1-2）を使用して各出力ラインの適切な空間位置が決定され、その結果、偶数出力フレームおよび奇数出力フレームのそれぞれに対して、表Ｆおよび表Ｇに示された空間位置となる。
0004191246.tif 000007
0004191246.tif 000008
図６は、（1-1）に示された処理を実行するためのハードウェア実施形態を示す。ソースフィールドラインの数（Ｓ）は、第１乗算器６１を使用して、２を乗算される。そして、第１減算器６３を使用して、上記乗算結果から１が減算される。第２減算器６５を使用して、目標フレームラインの数から値１が減算される。そして、上記減算結果は、第２乗算器６７を使用して、２を乗算される。出力目標増分（TarInc）値を生成するために、除算器６９を使用して、減算器６３の出力は、乗算器６７の出力で除算される。
図７は、（1-2）に示された処理を実行するためのハードウェア実施形態を示す。累算器は、レジスタ７１および加算器７３と（初期値を制御する）マルチプレクサ７５との組み合わせによって形成される。偶数フィールドからのデータが画像リサイジング装置７７へロードされると、MuxSelect信号は、累算器を０へ初期化するために、値０がレジスタ７１へ多重されることを確実にする。各々の新しい入力ラインが画像リサイジング装置７７へロードされると、偶数出力フレームに対して要求された目標ライン間隔値を生成するために、TarIncの値が計算される。奇数フィールドからのデータが画像リサイジング装置７７へロードされると、MuxSelect信号は、累算器を初期化するために、値-0.5がレジスタ７１へ多重されることを確実にする。このことは、（出力フレームに対して生成された）全ての目標ライン間隔値が適切に配置されることを確実にする。Clk信号は、標準的なデジタルシステムの設計に基づいて全てのデータの移動を同期させるために使用される。
図８は、図６および図７のハードウェア実施形態に対する制御システムを図解するフローチャートを示す。システムが初期化された後（ステップ８００）、非常に詳細に上述したように、TarInc値が計算される（ステップ８０２）。もし、装置が偶数フィールドを処理しているならば（ステップ８０３）、MuxSelect信号は、０値をレジスタ７１へロードし（ステップ８０４）、そして、目標ライン間隔を画像リサイジング装置７７へロードする（ステップ８０６）。もし、より多くのラインが処理されなければならない（即ち、ステップ８０８においてＮＯの決定）ならば、加算器７３は、TarIncとレジスタ７１からの目標ライン間隔とを加算する（ステップ８１０）。ここで、MuxSelectは、マルチプレクサ７５の入力Ａを選択し（ステップ８１２）、そして、新しい目標ライン間隔が、画像リサイジング装置へ与えられる（ステップ８０８）。奇数フィールドは、-0.5である初期開始値がレジスタ７１にロードされる（ステップ８１４）ことを除くと、ステップ８０３およびステップ８１４〜８２２に関して同じ方法を処理する。
偶数フィールドと奇数フィールドとの両方が処理された後（ステップ８２４）、システムは、次に計算された目標ライン間隔に関する入力映像フィールドの次の対を処理するために待機する。
出力フレームラインは、外部フレームバッファ内の異なる位置に記憶されなくてはならない。図９は、（フレームバッファの先頭において開始する）出力偶数フレームからの映像ラインの記憶を示す。出力奇数フレームからのラインは、最後のラインがフレームバッファの終端に存在するようにして記憶される。これらの異なる記憶要求は、出力を空間的に配置する際に直面する先頭および終端の境界条件を非常に簡単にする。
図６および図７に示された全てのハードウェア構成要素、および、その動作が図９において議論されたフレームバッファは、よく知られた設計のものである。画像リサイジング装置は、好ましくは、１９９３年９月２２日に提出された米国特許出願第１２５，５３０号明細書において示されるようなものである。上記明細書の内容は、参照としてここに組み込まれる。
本発明の他の実施形態によると、図８を参照して図６および図７のハードウェア実施形態で示されたような出力目標増分および出力ライン間隔を計算するステップは、本明細書に対する付録Ａ内に示されるような適切なソフトウェアを実行するコンピュータによって実行されてもよい。
本発明の他の実施形態および変形が可能である。例えば、フィールド当たりまたはフレーム当たり整数本のラインを有するよりもむしろ、本発明の装置は、フィールド当たりまたはフレーム当たり分数（fractional number）本のラインが提供される場合も同様に良く処理する。そのような全ての実施形態は、ここに添付された請求の範囲内に示される領域および範囲内に存在すると思われる。
【図１】
0004191246.tif 000009
【図２】
0004191246.tif 000010
【図３】
0004191246.tif 000011
【図４】
0004191246.tif 000012
【図５】
0004191246.tif 000013
【図６】
0004191246.tif 000014
【図７】
0004191246.tif 000015
【図８Ａ】
0004191246.tif 000016
【図８Ｂ】
0004191246.tif 000017
【図９】
0004191246.tif 000018