图象格式转换装置 本发明涉及一种数字电视接收机的图象格式转换装置。
数字电视接收机应能处理并提供不同格式的图象，这就要求一种装置将输入的图象格式转换成输出的图象格式。如图1所示，一种利用相关技术转换图象格式的装置带有一个垂直内插单元11，该垂直内插单元由多个垂直N∶M内插器11a,11b,11c…，并联而成；一个水平内插单元12，该水平内插单元由多个水平N∶M内插器12a,12b,12c,12d…，并联而成；一个信号混合器13。例如，如果接收的图象格式是“720×1280”，垂直2∶3内插器11a和水平2∶3内插器12a把接收到的图象格式进行内插，从而通过信号混合器13提供转换后的图象格式“1080×1920”。同样，如果接收的图象格式是“720×1280”，垂直2∶3内插器11a和水平2∶3内插器12a把接收到的图象格式进行内插，通过信号混合器13提供转换后的图象格式“1080×1920”。换句话说，相关技术装置要求有很多垂直N∶M内插器和很多水平N∶M内插器，其个数决定于接收的图象格式数。这样，因为相关技术装置每当增加一种新的图象格式时，就需要新的内插器，所以相关技术装置有一个缺点即尺寸较大。相关技术装置的另一个缺点就是不容易通过修改电路以接受新地输入或者输出图象。为了克服上述的缺点，如图2所示U.S.P.5,528,301利用了3个滤波器。图2中的抽取滤波器对接收到的图象格式在每个方向上以一个系数进行抽取。然后，限频滤波器22限制频带，最后，内插滤波器23对限频的图象信号滤波，通过仅提供低频信号以从最后的内插滤波器提供需要的图象格式。然而，三个滤波器的使用成本高，并使尺寸增大。因为确定抽取系数的复杂性，这个设计也不容易。
因此，本发明致力于数字电视接收机的图象格式转换装置，能大大消除由于相关技术的限制和不便而引起的一个或多个问题。
本发明的一个目的是提供一种数字电视接收机的图象格式转换装置，该装置体积小并且易于接受新格式。
本发明的另一个目的是提供一种数字电机接收机的图象格式转换装置，该装置成本低。
本发明的另一个目的是提供一种带有低成本的图象格式转换装置的数字电视接收机。
本发明的其它特征和优点将在下面的描述中提出，通过描述，部分特征和优点将是显然的，或者，可以从本发明的实施例中得知。通过书面描述和权利要求以及附图所特别指出的结构，可获得本发明的目的和其它优点。
为取得和本发明的目的相一致的这些优点和其它优点，概括地说，本图象格式转换装置包括：一个控制单元，它根据输入图象信号的输入图象格式和需要提供的输出图象信号的输出图象格式，决定在某一时间点进行的转换操作并提供在该时间点执行操作所需的控制信号；一个处理单元，根据控制单元的控制信号将输入图象格式转换成所需的输出图象格式。处理单元由第一处理单元和第二处理单元组成。第一处理单元包括：一个延迟器，用于延迟接收到的亮度信号；一个操作数映射单元，根据格式转换比利用来自延迟器的延迟亮度信号和当前接收的亮度信号决定要在转换操作方程中使用的初始操作数，即，第一个值“a”和第二个值“b”；一个分子发生单元，利用来自操作数映射单元的转换操作方程的操作数产生转换操作方程中的分子；一个分母发生单元，用于选择转换操作方程的分母，将来自分子发生单元的转换操作方程的分子除以所选择的分母，以得到转换的亮度信号。第二处理单元包括：一个延迟器，用于延迟色度信号；一个平均单元，用以平均当前接收到的色度信号Cn-1和延迟器延迟的色度信号；一个第一信号混合器，根据控制单元的控制有选择性地提供当前接收到的色度信号或平均单元平均后的信号；一个第二信号混合器，根据控制单元的控制有选择性地提供延迟器延迟的色度信号Cn或平均单元平均后的信号；一个操作数映射单元，根据格式转换比利用来自延迟器的延迟亮度信号和当前接收的亮度信号决定要在转换操作方程中使用的初始操作数，即，第一个值“a”和第二个值“b”；一个分子发生单元，利用来自操作数映射单元的转换操作方程的操作数产生转换操作方程中的分子；一个分母发生单元，用于选择转换操作方程的分母，将来自分子发生单元的转换操作方程的分子除以所选择的分母，以得到转换的亮度信号。
必须理解的是，无论上述的概括性描述还是下面的详细描述都是示范性和说明性的，是用来提供对本发明的权利要求进行解释。
附图用来更好地理解本发明，并作为说明书的一部分解释本发明的实施例，和书面描述一起解释本发明的原理。
在附图中：
图1用框图说明了用来转换图象格式的相关技术装置的一种系统；
图2用框图说明了用来转换图象格式的相关技术装置的另一种系统；
图3A用框图说明了根据本发明优选实施例的图象格式转换装置的一种系统；
图3B用框图说明了图3A所示装置中的主要部分；
图3C用框图详细说明了图3B；
图4说明了数字电视接收机的不同显示模式；
图5用框图说明了图3C中的第一处理单元的系统；
图6详细说明了图5中的系统；
图7用框图说明了图3C中的第二处理单元的系统；
图8A和图8B分别解释了在水平方向上转换亮度信号的一个过程；
图9A和图9B分别显示用于解释在水平方向上转换色度信号的一个过程；
图10用框图说明了根据本发明优选实施例的图象格式转换装置的另一种系统。
现在将要详细描述本发明的优选实施例，附图中将给出范例。图3A用框图概括说明了根据本发明优选实施例的图象格式转换装置的一种系统。
参照图3A，输入图象信号由滤波单元100进行低通滤波，然后由垂直格式转换单元200和水平格式转换单元300将图象格式在垂直和水平方向上转换成所需要的输出格式。在图3A中，标号400标记了一个调谐器，用来同步所选频道的信号；标号500标记了一个中频(IF)信号发生单元，用来产生同步频道信号的中频信号；600标记了一个声音信号处理单元，用来处理中频信号以使中频信号中仅有声音信号可听；700标记了一个图象信号处理单元，用来处理中频信号中的图象信号以取得色度信号和亮度信号。在图3A中，Y标记图象信号中的亮度信号，Cb和Cr标记色度信号。图3A中所示的垂直格式转换单元200和水平格式转换单元300都有一个如图3B所示的系统。也就是说，图3B用详细框图说明了垂直格式转换单元200或水平格式转换单元300。图3B画出了控制单元31和处理单元32，以执行操作得到所需的输出图象格式。控制单元31根据输入图象格式和输出图象格式基于当前执行的操作决定下一次应执行的操作，并控制处理单元32在下一次完成应执行的操作。也就是说，控制单元31将根据输入图象格式和输出图象格式的用于把输入格式转换成输出格式的线性内插方程，和利用线性内插方程的对称得到的格式转换所需的操作方程，提供给处理单元32，处理单元32执行操作。图3C用框图说明了图3B的详细系统。在图3C中，图3B里的处理单元32包括：第一处理单元32A，用于将接收到的图象信号中的亮度信号Y格式转换成所需的格式；第二处理单元32B，用于将接收到的图象信号中的色度信号Cb和Cr格式转换成所需的格式；分离单元32c，用于将接收到的图象信号分离成色度信号Cb、Cr以及亮度信号Y。
图4用框图说明了数字电视接收机的不同显示模式，其中显示出了，将接收到的纵横比为16∶9或4∶3的图象格式转换成纵横比为16∶9的显示图象格式的5种转换模式。这5种模式是模式Ⅰ-1，模式Ⅰ-2，模式Ⅱ-1，模式Ⅱ-2，模式Ⅲ。表1,2和3示出了在数字电视接收机中输入图象格式和输出图象格式之间的关系。
表1 输入 输出 模式 垂直比 水平比 1080×1920, 16∶9 540×1920,16∶9 540×1920, 16∶9 模式Ⅰ-2 1∶1(540) 1∶1(1920) 540×1920, 16∶9 放大 1∶2(1080) 1∶2(3840) 720×1280,16∶9 540×1920, 16∶9 模式Ⅰ-2 4∶3(540) 2∶3(1920) 540×1920, 16∶9 放大 2∶3(1080) 1∶3(3840) 480×720,16∶9 480×1728, 16∶9 模式Ⅰ-1 1∶1(480) 5∶12(1728) 540×1920, 16∶9 模式Ⅰ-2 8∶9(540) 3∶8(1920) 240×720,16∶9 480×1728, 16∶9 模式Ⅰ-1 1∶2(480)- De 5∶12(1728) 480×720,4∶3 480×1728, 16∶9 模式Ⅰ-1 1∶1(480) 5∶12(1728) 540×1920, 16∶9 模式Ⅰ-2 8∶9(540) 3∶8(1920) 540×1280,4∶3 模式Ⅱ-1 1∶1(480) 9∶16(1280) 540×1440,4∶3 模式Ⅱ-2 8∶9(540) 1∶2(1440) 540×1920,4∶3 模式Ⅲ 2∶3(720) 3∶8(1920)
表2 输入 输出 模式 垂直比 水平比 240×720,4∶3 480×1728,16∶9 模式Ⅰ-1 1∶2(480)-De 5∶12(1728) 480×1280,4∶3 模式Ⅱ-1 1∶2(480)-De 9∶16(1280) 540×1920,4∶3 模式Ⅲ 1∶3(720)-De 3∶8(1920) 480×640,4∶3 480×1706,16∶9 模式Ⅰ-1 1∶1(480) 3∶8(1706) 540×1920,16∶9 模式Ⅰ-2 8∶9(540) 1∶3(1920) 480×1280,4∶3 模式Ⅱ-1 1∶1(480) 1∶2(1280) 540×1440,4∶3 模式Ⅱ-2 8∶9(540) 4∶9(1440) 540×1920,4∶3 模式Ⅲ 2∶3(720) 1∶3(1920) 240×640,4∶3 480×1706,16∶9 模式Ⅰ-1 1∶2(480)-De 3∶8(1706) 480×1280,4∶3 模式Ⅱ-1 1∶2(480)-De 1∶2(1280) 540×1920,4∶3 模式Ⅲ 1∶3(720)-De 1∶3(1920) 768×1240,4∶3 540×1489,4∶3 模式Ⅱ-2 17∶12(542)-De 11∶16(1489)
表3 输入 输出 模式 垂直比 水平比 480×768,4∶3 480×1728,16∶9 模式Ⅰ-1 1∶1(480) 4∶9(1728) 540×1920,16∶9 模式Ⅰ-2 8∶9(540) 2∶5(1920) 480×1280,4∶3 模式Ⅱ-1 1∶1(480) 3∶5(1280) 540×1440,4∶3 模式Ⅱ-2 8∶9(540) 8∶15(1440) 540×1920,4∶3 模式Ⅲ 2∶3(720) 2∶5(1920) 240×768,4∶3 480×1728,16∶9 模式Ⅰ-1 1∶2(480)-De 4∶9(1728) 480×1280,4∶3 模式Ⅱ-1 1∶2(480)-De 3∶5(1280) 540×1920,4∶3 模式Ⅲ 1∶3(720)-De 2∶5(1920)
在表1,2和3中，模式Ⅰ是输出格式的纵横比为16∶9的情形，模式Ⅱ和模式Ⅲ是输出格式纵横比为4∶3的情形。表1,2和3中的垂直比栏内的“De”表示执行了消除隔行扫描的操作，即指隔行扫描的图象被转换成逐行扫描的图象。
图3C中示出的第一处理单元32A和第二处理单元32B将得到详细解释。图5用框图说明了图3C中的第一处理单元32A。
参照图5，第一处理单元32A包括：延迟器321，用来延迟所接收到的亮度信号；操作数映射单元322，根据格式转换比利用来自延迟器321的延迟的亮度信号Yn和当前接收到的亮度信号Yn-1来确定用于转换方程中的初始操作数，即第一个值‘a’和第二个值‘b’；分子发生单元323，利用来自操作数映射单元322的转换操作方程的操作数产生转换操作方程中的分子；分母发生单元324，用于选择转换操作方程的分母，将来自分子发生单元323的转换操作方程的分子除以选定的分母，以取得转换后的亮度信号；控制单元31，用于根据输入/输出图象格式识别应执行的转换操作方程，并控制操作数映射单元322，分子发生单元323，分母发生单元324，以使操作数映射单元322，分子发生单元323，分母发生单元324执行转换操作方程。
图6用一个框图说明了图5中第一处理单元32A的详细系统。
参照图5，操作数映射单元322包括：第一信号混合器61，用于根据格式转换利用来自延迟器321的延迟亮度信号Y1和当前接收到的亮度信号Y2提供转换操作方程的初始操作数，第一值‘a’；第二信号混合器62，用于根据格式转换利用来自延迟器321的延迟亮度信号Y1和当前接收到的亮度信号Y2提供转换操作方程的初始操作数，第二值‘b’。分子发生单元323包括：第一左移位器63，用来将来自第一信号混合器61的第一值‘a’以2的n(n=0,1,2…)次方向左移位，以提供来自第一值‘a’的多个值(a,2a,4a,8a…)；第二左移位器64，用来将来自第二信号混合器62的第二值‘b’以2的n(n=0,1,2…)次方向左移位，以提供来自第二值‘b’的多个值(b,2b,4b,8b…)；第三信号混合器65，用来从第一左移位器63接收值a,2a,4a,8a…，并在控制单元31的控制下选择并发送其中的一个值；第四信号混合器66，用来在控制单元31的控制下选择性地提供来自第一左移位器63的值“a”和“0”中的一个；第五信号混合器67，用来在控制单元31的控制下，选择性地提供来自第二左移位器64的值b,2b,4b和8b中的某一个；第六信号混合器68，用来接收来自第二左移位器64的值4b,8b,16b和“0”，并在控制单元31的控制下选择性提供其中的任一个；第七信号混合器71，用来接收来自第二左移位器64的值b,2b,4b和“0”，并在控制单元31的控制下选择性提供其中的任一个；计算器69，用来将来自第三信号混合器65的一个值和第四信号混合器66的一个值进行计算(加或减)；第一加法器70，用来将来自第五信号混合器67和第六信号混合器68的值相加；减法器72，用来将来自第一加法器70的值减去来自第七信号混合器71的值；第二加法器73，用来将来自计算器69的值和减法器72的值相加，以产生转换操作方程的分子f1。分母发生单元324包括：右移位器74，用来将来自分子发生单元323的分子f1向右以2的n(n=0,1,2,3…)次方移位，以提供多个值f1/2,f1/4,f1/8,f1/16…；第八信号混合器75，用来接收来自右移位器74的值f1,f1/2和f1/4，并在控制单元31的控制下提供其中的任一个；第一除法器76，用来将来自第八信号混合器75的值除以3；第九信号混合器77，用来选择性地提供来自分子发生单元323的值f1或来自第一除法器76的值；第二除法器78，用来将来自第九信号混合器77的值除以5；第三除法器79，用来将来自第一除法器76的值除以3；第十信号混合器80，用来将来自第一，第二，第三除法器76,78,79的值和当前接收到的亮度信号Y2以及来自右移位器74的一个值中的某一个，在控制单元31的控制下选择性地提供出来。如图6所示的详细系统可能随着设计者的意图有所变化。
图7用框图说明了图3C中的第二处理单元32B的系统。
参照图7，第二处理单元32B除图5之中的第一处理单元32A之外还包括：平均单元92，用来将当前接收到的色度信号Cn-1和延迟器91延迟的色度信号进行平均；第一信号混合器93，用来在控制单元31的控制下，选择性地提供当前接收到的色度信号Cn-1或来自平均单元92的值；第二信号混合器94，用来在控制单元31的控制下，选择性地提供延迟器91延迟的色度信号Cn或来自平均单元92的值。图7中的其它部分，如操作数映射单元322，分子发生单元323，分母发生单元324和图5中的这些部分完全一样，图5中的这些部分表示的是亮度信号格式转换的装置。图7中的控制单元31也和图5中的控制单元在各个方面完全一样。也就是说，来自控制单元31的控制信号也被进行亮度信号格式转换的第一处理单元32A共用。因此，这里省略了关于图7的详细解释。
参照图8A和图8B，将详细解释在本发明的数字电视接收机中，为转换图象格式，而利用上述装置在水平方向上转换亮度信号的过程。图8A显示，当输入图象格式和输出图象格式在水平方向上的比例为3∶8时，将输入图象信号中的亮度信号在水平方向上进行转换的过程。图8B显示，当输入图象格式和输出图象格式在水平方向上的比例为2∶5时，将输入图象信号中的亮度信号在水平方向上进行转换的过程。也就是说，如图8A所示，当输入图象格式和输出图象格式在水平方向上的比例为3∶8时，通过重复操作‘a’,(a+7b)/8,(a+3b)/4,(3a+5b)/8,(a+b)/2，可以得到一个理想的输出图象格式。同样，当输入图象格式和输出图象格式在水平方向上的比例为2∶5时，通过重复操作‘a’,(a+4b)/5,(2a+3b)/5,可以得到一个理想的输出图象格式。如上面所说明的那样，这些操作由操作数映射单元322，分子发生单元323，分母发生单元324执行。对于输入格式和输出格式在水平方向上的所有比例，进行格式转换所需的操作为，a,(a+b)/2,(a+2b)/3,(a+3b)/4,(a+5b)/6,(a+7b)/8,(3a+5b)/8,(2a+9b)/9,(a+8b)/9,(4a+5b)/9,(a+11b)/12,(5a+7b)/12,(a+14b)/15,(2a+13b)/15,(4a=11b)/15,(7a+8b)/15,(a+15b)/16,(3a+13b)/16,(5a+11b)/16,(7a+9b)/16。上述这些操作按对称排列。
参照图6，在同时接收当前接收到的亮度信号Y2和经延迟器321延迟的亮度信号Y1时,操作数映射单元322使用第一信号混合器61和第二信号混合器62为上面所述的操作选择第一值‘a’和第二值‘b’，使其为亮度信号Y1或亮度信号Y2。例如，如果所需的操作为(3a+5b)/8，就要决定是执行(3Y1+5Y2)/8还是执行(3Y2+5Y1)/8。当所确定的第一值‘a’和第二值‘b’被提供给第一左移位器63和第二左移位器64时，第一值‘a’和第二值‘b’，即操作数，进行所需的左移。这样，就从第一值‘a’和第二值‘b’取得了多个有彼此不同的系数的中间分子操作数。然后，经第三至第七信号混合器65,66,67,68,71，计算器(加法器或减法器)69，第一加法器70，第二加法器73，减法器72，产生了带有所需系数的最终操作数和最终的操作数分母。因此，对于(3a+5b)/8操作，第一左移位器63将接收到的第一值‘a’进行左移位，以取得上述的中间操作数。从这些中间操作数中，第三信号混合器65选择‘2a’，第四信号混合器66选择‘a’，这两个值都提供给计算器(加法器或减法器)69。计算器(加法器或减法器)69计算来自第三信号混合器65和来自第四信号混合器66的中间分子‘2a’和‘a’，以提供第一个最终的操作数‘3a’。第二左移位器64将接收到的第二值‘b’进行左移位，以取得多个中间分子操作数。从这些中间分子操作数中，第五信号混合器67选择第二值‘b’，第六信号混合器68选择‘4b’，这两个值都提供给第一加法器70。第一加法器70将接收到的“4b”和“b”相加并求出“4b+b”，并将其作为第二最终操作数提供给第二加法器73。在这个例子中，另一个第二最终操作数可以通过利用第七信号混合器71和减法器72计算出来。第二加法器73将来自计算器(加法器或减法器)69的第一最终操作数“3a”和来自减法器72的第二最终操作数“5b”相加，并将操作方程的分子“3a+5b”提供给分母发生单元324。为进行除法操作，分母发生单元324里的右移位器74将分子“3a+5b”进行多次右移位，以提供多个具有彼此不同系数的中间分母操作数。例如，为了得到“(3a+5b)/8”，右移位器将分子“3a+5b”向右移3位以将“3a+5b”除以8。也就是说，通过右移3位，可以得到大小为1/2的三次方(1/8)的系数。如果除法操作不能仅由右移位器74的移位得到，也就是说，象除以3的这类情况，可以使用第一除法器(除以3)76，在除以5时，可以使用除法器(除以5)78，在除以15时，15是通过在第一除法器(除以3)76里除以3，在除法器(除以5)78里再次除以5得到的，并由第十信号混合器80选择性地提供。这样，如图6中所示的系统可以进行表1中所示的所有输入图象格式和输出图象格式的水平转换。通过简单地改变控制单元31的控制程序，左移位器、右移位器，即，通过少量补充加法器、减法器，可以在不增加复杂的硬件的情况下，进行除表1中所示的输入图象格式和输出图象格式的格式比的所有改变复杂格式的操作。同时，图5中的控制单元31执行状态机的作用。也就是说，如图8A所示，当输入图象格式和输出图象格式之间的比例为3∶8时，状态转变按如下的方程(1)的路径进行：
a→(3a+5b)/8→(a+3b)/4→(a+7b)/8→…→a--------------(1)
所以，控制单元31提供控制信号给处理单元32以使处理单元32处理相应的操作。处理单元32响应控制信号执行相应的操作。控制单元31可以用带有多个触发器和少量几个组合逻辑电路的硬件来实现。
图9A和图9B分别说明了在水平方向上转换色度信号的过程；图9A显示当输入图象格式和输出图象格式的比例为3∶8的情况，图9B显示当输入图象格式和输出图象格式的比例为2∶5的情况。因为这里的格式转换过程和图8A及图8B的情况完全一样，所以这里将省略详细的解释。到目前为止，大部分解释都是针对亮度信号的水平格式转换。同时，色度信号的格式转换可以利用几乎完全相同的系统和过程来完成。来自控制单元31的控制信号也和亮度信号格式转换时的情形完全相同。参照图9A和图9B，每两个亮度信号提供一个色度信号。新的色度信号C12或C23是由处理单元32B的导入部分产生并提供给没有色度信号的部分。也就是说，如图9A及图9B所示，因为色度信号以4∶2∶2的形式提供，所以此时色度信号只有亮度信号的一半。因此，为填补两个色度信号之间的空白，由平均单元92产生中间色度信号C12,C23,…。接收到的色度信号Cn-1,Cn和新产生的中间色度信号由第一信号混合器93和第二信号混合器94在控制单元31的控制下进行选择。这样，色度信号就有了4∶4∶4的比例。因此，如图3C所示，控制单元31可以和进行亮度信号格式转换的第一处理单元32A共用。进行色度信号格式转换的第二处理单元32B可以具有和第一处理单元32A相同的一个系统。
图10用框图说明了根据本发明优选实施例的转换图象格式的装置的另一种系统。图10的装置除一个比例检测单元800之外，和图3A的装置完全相同。比例检测单元800检测输入图象格式与输出图象格式的格式转换比。然后，比例检测单元800将检测到的格式转换比提供给如图3A所示的垂直格式转换单元200和水平格式转换单元300，这两个格式转换单元都有控制单元31和处理单元32。然后，垂直格式转换单元200和水平格式转换单元300都以比例检测单元800检测到的格式转换比的最接近的比例将输入图象格式转换成输出图象格式，该最接近的比例从基于表1的已实现的比例中选取。
第一，本发明的图象格式转换装置可以由小尺寸的硬件来实现，而且，只需对硬件进行简单的改动就可以接收新的格式。
第二，本发明的装置使尺寸减小了大约50％，这样就可以得到一个紧凑的装置。
第三，用户要求的多种模式显示可以简单地实现。
显然，对于那些精通本技术的人来说，在不背离本发明的精神或范围的情况下，能对本发明的数字电视接收机的图象格式转换装置进行各种各样的修正和改变。因此，本发明包括对于本发明的修改和变型，只要这些修改和变型在所附的权利要求的范围内。