專利名稱：增強(qiáng)分辨率顯示器的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明通常涉及顯示視頻圖像，尤其涉及用高分辨率顯示視頻圖像的方法和系統(tǒng)。
視頻信號可以用逐行掃描或間行掃描視頻格式進(jìn)行傳輸。在逐行掃描格式中，圖像的行通常被依次從屏幕的頂部到底部水平顯示。然后顯示下一幀，一次一行，從頂部到底部。在間行掃描視頻信號中，幀是包括兩個連續(xù)的場的交替行的組合，即行1、3、5、7...和行2、4、6、8...。每隔1/60秒顯示每個場的行。因為這發(fā)生得非?？欤雌饋砭褪且桓蓖暾膱D片。
以間行掃描格式傳輸視頻信號有助于節(jié)約帶寬。

圖1顯示了逐行掃描格式的480p信號和間行掃描格式的480i信號之間的垂直空間差異。如圖1中所示，480p信號的連續(xù)幀有和連續(xù)幀的垂直方向上的480行分辨率相同的垂直排列。480i信號包含間行掃描格式的480行幀的兩個場，其中每個場有240行分辨率。然而，當(dāng)順序觀看時它們是偏移的，提供與480p信號相同的480行分辨率。
480p是已知的標(biāo)準(zhǔn)圖像格式。704×480像素逐行掃描(60幀)版本是數(shù)字電視格式的一種。480i是NTSC分辨率，同時也是ATSC分辨率的一種。然而，480行分辨率對特定應(yīng)用程序來說可能無法令人完全滿意。雖然可以通過增加視頻信號的行內(nèi)容來增加分辨率，但使用構(gòu)造用來和480p格式信號一起操作的電視機(jī)將不能正確顯示這樣的信號。還希望以標(biāo)準(zhǔn)格式提供視頻信號。480p是一種這樣的標(biāo)準(zhǔn)格式。
在ATSC數(shù)字電視標(biāo)準(zhǔn)，1995年9月16日的A/53文檔和1995年10月4日的A/54文檔，中描述了不同的視頻格式和標(biāo)準(zhǔn)。DE 196 41 517A1、US-A 4,907,069和US-A 5,128,791描述了可用來以逐行掃描或間行掃描模式顯示視頻的信號處理器和顯示系統(tǒng)。然而，在以打算在高分辨率電視中顯示的高分辨率提供信息—例如在磁盤中—而觀眾只有較低分辨率的電視無法處理或顯示高分辨率視頻內(nèi)容時會出現(xiàn)問題。
本發(fā)明由獨立權(quán)利要求定義。從屬權(quán)利要求定義有利的實施方案。
因此，希望能夠提供以增強(qiáng)的分辨率顯示視頻的方法和系統(tǒng)，同時仍然提供可以在傳統(tǒng)低分辨率設(shè)備中正確顯示的視頻信號。
發(fā)明概述一般而言，依照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案，提供了提供增強(qiáng)視頻顯示的方法和系統(tǒng)。該系統(tǒng)和方法提供了可以在高分辨率顯示設(shè)備中以高分辨率間行掃描模式顯示并可以用低分辨率顯示設(shè)備以低分辨率逐行掃描格式顯示的信號。這樣，可以用間行掃描960i格式提供信號并在構(gòu)造用來以960i格式接收、處理和顯示視頻的顯示設(shè)備中顯示它。然而，如果顯示設(shè)備僅僅構(gòu)造用來以480p格式接收、處理和顯示視頻，該設(shè)備將以960i接收信號并且處理及顯示它仿佛該信號就是480p格式。
因此，希望提供用高分辨率顯示視頻信號的改進(jìn)系統(tǒng)。
本發(fā)明的另一實施方案提供用高分辨率顯示視頻信號的一種改進(jìn)方法。
本發(fā)明的另一實施方案提供顯示視頻圖像的改進(jìn)方法和信號，它們能夠和傳統(tǒng)的和增強(qiáng)的視頻顯示設(shè)備一起操作。
本發(fā)明的另一實施方案提供能夠和傳統(tǒng)的和增強(qiáng)的視頻信號一起操作的一種改進(jìn)系統(tǒng)。
本發(fā)明因此包括幾個步驟以及一個或多個這樣的步驟關(guān)于每一個其它步驟的關(guān)系，和適用于實現(xiàn)這樣的步驟的系統(tǒng)和信號，或者像在下面的詳細(xì)描述和附圖中舉例說明的那樣以及將在權(quán)利要求中指出的本發(fā)明的范圍。
附圖概述為了加強(qiáng)對本發(fā)明的理解，參考下列描述，連同附圖一起考慮，其中圖1顯示了480p和480i視頻信號之間的垂直空間差異；圖2顯示了480p和960i信號之間的垂直空間差異；圖3是顯示依照本發(fā)明的系統(tǒng)的框圖；圖4是視頻信號被傳送并按照本發(fā)明的一種實施方案進(jìn)行編碼的框圖；圖5是信號被解碼并按照本發(fā)明的一種實施方案顯示的框優(yōu)選實施方案詳述視頻信號可以用逐行掃描或間行掃描格式進(jìn)行傳輸、接收、處理和顯示。在逐行掃描中，也稱為非間行掃描格式，視頻圖像被顯示為連續(xù)的幀。在每個幀中，像素的水平行被逐行掃描顯示。這樣，在480p格式中，將順序顯示一個幀的1-480行再順序顯示下一幀的1-480行。在間行掃描格式中，順序顯示兩個半圖像(場)，它們共同構(gòu)成單個幀。例如，當(dāng)幀是間行掃描格式時，可以把幀分為奇數(shù)行(行1、3、5...)場后跟偶數(shù)行(行2、4、6...)場。一個場的像素的奇數(shù)垂直行和和第二個場的像素的偶數(shù)垂直行共同構(gòu)成單一的圖像幀。這樣，在480i顯示中，偶數(shù)行2、4、6...480將在奇數(shù)行1、3、5...479之后顯示。然而，觀眾只能察覺到960個水平行分辨率的單一幀。
在本領(lǐng)域中間行掃描信號是眾所周知的。然而，已知它們還有缺點。例如，隔行掃描信號可以被看作一個缺點，因為它使圖像處理技術(shù)復(fù)雜化。間行掃描信號仍然是有優(yōu)勢的，因為它保持了相同分辨率的逐行掃描信號的垂直分辨率，而只要求一半的帶寬。因此，以480i傳輸?shù)男盘柨梢院鸵?80p格式傳輸?shù)男盘栍邢嗤姆直媛?，但只要求它的一半帶寬。另一方面，如果使用?80p信號的帶寬，對相同的帶寬就可以提供960i信號的垂直分辨率。
參考圖2，可以看到因為960i信號的兩個場每個有480行的分辨率，當(dāng)信號被隔行掃描以形成單一幀中的960i顯示時可以達(dá)到兩倍的分辨率。
通常按照MPEG標(biāo)準(zhǔn)以壓縮形式傳輸數(shù)字電視信號，例如MPEG-2。信號隨后被解碼并顯示。MPEG編碼器和/或解碼器仍然可以正確處理信號無論它是從觀看的空間分辨率點編碼480p還是960i格式。這樣，如果給MPEG編碼器輸入960i格式的視頻信號，且對該編碼器用指令進(jìn)行設(shè)置以處理信號仿佛該信號就是480p信號，就可以提供增強(qiáng)分辨率的信號，在能夠顯示960間行掃描行分辨率和只能顯示480行分辨率的設(shè)備上可以顯示它。
總體參考圖3，只為說明目的，視頻源300可以高分辨率格式產(chǎn)生于廣播設(shè)備，例如1088i或720p的US ATSC標(biāo)準(zhǔn)格式，視頻源300產(chǎn)生信號301，信號301被傳送給信號處理器310以創(chuàng)建960i格式的源視頻信號311。通過在一個算法中反間行掃描、換算(scaling)到960行分辨率并重新隔行掃描來完成這一點。信號311被傳送給編碼器320并可被提交給不同的已知預(yù)處理程序。編碼器320為了傳輸把信號311編碼并壓縮成壓縮編碼信號321，例如依照MPEG-2。在信號311是960i格式的情況下，可以設(shè)置編碼器對信號編碼仿佛它就是480p格式。編碼后的信號321可以由構(gòu)造用來以960i格式顯示的高分辨率系統(tǒng)330或構(gòu)造用來以480p格式顯示的低分辨率系統(tǒng)340顯示。
例如，系統(tǒng)330包括以960i格式提供視頻信號336的解碼器335。系統(tǒng)330還可以把信號336提交給多個已知的后處理信號增強(qiáng)程序。例如，系統(tǒng)330還包括構(gòu)造用來接收信號336并以960i格式顯示它的顯示器337。
編碼后的信號321還與可以構(gòu)造用來以480p格式顯示視頻的系統(tǒng)340兼容。系統(tǒng)340包括解碼器345，它接收信號321且對其進(jìn)行解碼并把信號346以480p格式傳送到顯示器347。顯示器347可以構(gòu)造用來以480p格式顯示視頻信號346。
像本發(fā)明的非限制實施方案那樣，像結(jié)合自動譯碼系統(tǒng)(從高圖像分辨率/位速率變換到另一分辨率)的數(shù)字視頻記錄器(DVR)那樣的外接附件可以連接到高分辨率電視上。電視或DVR可構(gòu)造用來識別480p信號為實際包含能夠以960i格式顯示的足夠的垂直分辨率信息并可以調(diào)整后處理以產(chǎn)生兩倍于480p格式的垂直分辨率?？梢酝ㄟ^在已編碼信號的某些部分中嵌入指令或用機(jī)械或電子開關(guān)來實現(xiàn)這一點，例如，這些開關(guān)能夠把DVD識別成編碼為480p的類型但有960i分辨率的顯示能力。本發(fā)明還可以采用MPEG和其它帶有專用預(yù)處理和后處理單元的解碼器以確保高分辨率間行掃描信號被作為用高分辨率進(jìn)行顯示的一半分辨率的逐行掃描信號進(jìn)行傳輸。
在本發(fā)明的一種實施方案中，如圖4和5中所示，信號410將被作為480p信號存儲在容量固定并有高分辨率(HD)記錄能力的存儲設(shè)備中，如DVD，在這個實例中410可以是由廣播設(shè)備產(chǎn)生的1080i或720p信號。用可以被看作透明的模式，該設(shè)備能夠錄制2小時的HD(1080i或720p)信號。如果要求長播放(LP)模式，這種錄制傳輸?shù)哪Ｊ皆试S相當(dāng)于透明模式兩倍的錄制時間(4小時)。然而，對這種長播放模式，希望維持原始的高圖像質(zhì)量。另外，希望DVD能夠以960i或480p系統(tǒng)工作。
為了加倍DVD的錄制容量，有必要降低MPEG編碼后的輸入信號的位速率。這被稱為是自動譯碼。還希望改變格式。然而，由此產(chǎn)生的格式應(yīng)該適應(yīng)像ATSC這樣的標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)480p格式允許以較低位速率編碼，但會導(dǎo)致圖像質(zhì)量的降低。不過，希望使DVD能夠兼容480p系統(tǒng)，因為并非所有用戶都有960i系統(tǒng)。
錄制系統(tǒng)400可以用來在像DVD這樣的存儲設(shè)備中錄制信號410，該信號可以用高分辨率或低分辨率顯示器回放。首先，用MPEG解碼器420對信號410解碼，產(chǎn)生解碼后的信號421。隨后對信號421進(jìn)行換算以把它顯示為一組720×960i幀圖像，每一幀包括兩個720×480場。其后，按照MPEG標(biāo)準(zhǔn)對該信號進(jìn)行打包440和編碼441，仿佛該信號就是720×480p信號。信號處理器可以構(gòu)造用來以這種模式進(jìn)行編碼。作為這種編碼的一部分，它可以嵌入元(meta)級數(shù)據(jù)以指示這是可被顯示為720×960i幀的信號，由間行掃描的720×480場構(gòu)成。這個代碼可以插入到報頭中或是其它已知模式。這樣，在編碼器441中，信號被以較代的位速率進(jìn)行編碼。因此，信號499可被輸出并送往顯示設(shè)備或存儲在像DVD這樣的存儲介質(zhì)中?？梢?80p或960i對這個信號解碼并顯示。
圖5中所示的顯示系統(tǒng)500可以用來按照本發(fā)明的優(yōu)選實施方案以960i格式顯示被作為480p信號傳輸?shù)男盘?，只要該信號包含?60i格式進(jìn)行顯示的足夠的垂直分辨率數(shù)據(jù)。信號499’可以來自像DVD這樣的存儲介質(zhì)，它被根據(jù)圖4按照上面的陳述進(jìn)行編碼。顯示系統(tǒng)500將知道(像這里所論述的)該信號可以用960i格式顯示。首先，在解碼器510中，對該信號進(jìn)行MPEG解碼。這一步的解碼與信號是普通480p信號時的解碼相同。接下來，在重新打包520中，信號被重新打包為一組720×960i的幀。這只在系統(tǒng)500接收到這樣做的指令或被構(gòu)造用來這樣做時才會發(fā)生。
720×960i信號530隨后被提交給后處理器540中的多個后處理技術(shù)，例如信號峰化，并接著被傳送給顯示器550。系統(tǒng)500可以結(jié)合到TV中或附加到DVD播放器上。
可以“告訴”系統(tǒng)500MPEG流499’實際上是960i信號而不是480p信號，當(dāng)作信號報頭狀態(tài)?？梢杂枚喾N已知方式實現(xiàn)這一點。例如，Y元數(shù)據(jù)可以被包括在MPEG流的像報頭這樣的保留部分中。當(dāng)和scart(scart)電纜相連時可以“告訴”VCR和TV-例如目前由Philips電子所銷售的-480p流實際上是960i流，跳躍電纜允許變送器和顯示器通過附加的數(shù)據(jù)傳輸送線相互識別并通信。可以用物理結(jié)構(gòu)提供存儲按照圖4編碼的數(shù)據(jù)的DVD或其它介質(zhì)以指示顯示器把“480p”信號轉(zhuǎn)換成960i信號，例如穿孔或波帶或光學(xué)或磁性可讀信息。如果該設(shè)備不能通信，或者該顯示系統(tǒng)無法處理960i信號，顯示系統(tǒng)將無法知道它正在接收的信號的真實本性并將假定它是由信號報頭指示的480p信號而且在降低的分辨率上以480p格式顯示該信號。
可以看出，通過以間行掃描格式提供信號并按照逐行掃描格式垂直分辨率的一半對其編碼就可以提供帶有增強(qiáng)分辨率的信號，該信號也與構(gòu)造用來在較低分辨率逐行掃描格式上顯示的顯示設(shè)備兼容。
這樣就將看到在那些從前面的描述而變得明顯的目標(biāo)中有效地實現(xiàn)了上面提到的目標(biāo)，并且既然可以在不背離本發(fā)明的范圍的情況下在上述方法和結(jié)構(gòu)及系統(tǒng)中進(jìn)行特定的改變，那么實現(xiàn)的這些目標(biāo)意味著上面的描述中所包含的或附圖中所顯示的所有內(nèi)容應(yīng)解釋為描述性的而不能以限制性的感覺來解釋。還應(yīng)該理解下面的權(quán)利要求意圖覆蓋這里所描述的本發(fā)明的所有普通的和專有的特性以及發(fā)明范圍的所有陳述，這些陳述作為語言問題可被稱為在范圍之內(nèi)。在中，放在括號中的引用符號不應(yīng)被解釋為限制該權(quán)利要求。詞語“包括”并不排斥不同于權(quán)利要求中所列出的步驟和元素的其它步驟和元素的存在。無素前面的詞組“一種”并不排斥多個這樣的元素的存在。本發(fā)明可以用包括幾個不同元素的硬件并用合適的程序化的計算機(jī)來實現(xiàn)。在設(shè)備權(quán)利要求中列舉了幾種裝置，這些裝置中有幾個可以用硬件的一個或相同零件來具體實現(xiàn)。在互不相同的從屬權(quán)利要求中列舉了特定的測量的起碼事實并不意味著這些測量的組合不能用來有效利用。
權(quán)利要求
1.一種處理視頻信號的方法，包括提供視頻信號(301)；把視頻信號格式化為最高分辨率的間行掃描格式(960i)(310)；對該視頻信號進(jìn)行編碼，仿佛該信號(480p)是二分之一該分辨率并且是逐行掃描格式(320)；以及傳輸編碼后的信號(321)；
2.權(quán)利要求1的方法，其中在仿佛該信號是二分之一分辨率對其編碼之后，該信號被存儲在存儲介質(zhì)(499)中并且在解碼之前從存儲介質(zhì)(499′)讀出。
3.一種處理視頻信號的系統(tǒng)(400)，包括構(gòu)造用來接收以逐行掃描格式(480p)編碼的視頻信號的解碼器(510)，該信號包含在兩倍的分辨率上以間行掃描格式(960i)顯示的充分信息，對視頻信號進(jìn)行解碼(510)并準(zhǔn)備(520，530)該信號以用兩倍于接收到的信號的分辨率來顯示。
4.權(quán)利要求3的系統(tǒng)，其中該系統(tǒng)被構(gòu)造用來接收以逐行掃描格式(480p)編碼的視頻信號并把該信號轉(zhuǎn)換(520)成兩倍分辨率的間行掃描格式(960i)。
5.權(quán)利要求4的系統(tǒng)，包括從DVD以逐行掃描格式(480p)讀取視頻信號(499′)并以兩倍的分辨率用間行掃描格式(960i)傳送該信號的數(shù)字視頻記錄器。
6.權(quán)利要求5的系統(tǒng)，包括從DVR(499′)接收信號并以兩倍的分辨率用間行掃描格式(960i)顯示它的電視機(jī)。
7.一種視頻顯示設(shè)備，包括構(gòu)造用來接收最低分辨率(480p)的視頻信號(499′)的接收器(500)，構(gòu)造用來確定是否應(yīng)該以最低分辨率的兩倍顯示(960i)接收到的信號的信號處理器(510)和以第一分辨率或兩倍的分辨率顯示信號的顯示器(550)。
8.權(quán)利要求7的顯示設(shè)備，包括對低分辨率信號進(jìn)行解碼(510)的信號處理器，加倍接收到的信號的分辨率，創(chuàng)建表示視頻幀的兩個場并隔行掃描這些場以提供雙倍分辨率的幀。
9.一種對視頻信號進(jìn)行編碼的方法，包括以最高分辨率提供間行掃描信號(301)并對該信號進(jìn)行解碼(320)仿佛它是二分之一最高分辨率的逐行掃描信號。
10.一種存儲介質(zhì)，其中已經(jīng)存儲了以二分之一第一分辨率的低分辨率用逐行掃描格式編碼的最高分辨率信號(499)，介質(zhì)被構(gòu)造用來指示信號接收器(500)用間行掃描格式把從該介質(zhì)讀出的信號(499′)從低分辨率轉(zhuǎn)換為第一分辨率。
11.權(quán)利要求10的存儲介質(zhì)，包括標(biāo)識該存儲介質(zhì)為已經(jīng)在其中存儲了以二分之一第一分辨率的低分辨率用逐行掃描格式編碼的最高分辨率信號的物理結(jié)構(gòu)，該物理結(jié)構(gòu)能夠由信號接收器識別以把從該介質(zhì)讀取的信號以間行掃描格式從低分辨率轉(zhuǎn)換成第一分辨率。
全文摘要
提供用于提供增強(qiáng)視頻顯示的方法和系統(tǒng)。視頻信號可以用間行掃描格式以兩倍于標(biāo)準(zhǔn)格式(480p)的分辨率顯示,它可以在構(gòu)造用來顯示高分辨率級別的設(shè)備(337)中以高分辨率級別顯示,并且仍然可以在構(gòu)造用來接收并顯示二分之一該分辨率的標(biāo)準(zhǔn)格式的設(shè)備中正確顯示。這樣,可以用交錯960i格式提供信號并在構(gòu)造用來以960i格式接收、處理并顯示視頻的顯示設(shè)備中顯示它。然而,如果設(shè)備(340)僅構(gòu)造用來以逐行掃描格式(480p)接收、處理并顯示視頻信號,該設(shè)備將處理(345)并顯示(347)信號仿佛它就是逐行掃描格式(480p)。
文檔編號H04N5/44GK1383504SQ01801828
公開日2002年12月4日 申請日期2001年6月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月29日
發(fā)明者J·楊森 申請人:皇家菲利浦電子有限公司