CN1132422C - 取自运动图像的静止图像文件的图像处理和显示方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种处理和显示基于从运动图像产生的图像文件数据的图像的装置和方法，其中通过信号处理操作改变显示屏的水平或垂直方向象素数目。其中可支持各种电视广播标准和显示模式。例如，在NTSC制系统中，一信号处理操作要对帧数据(720乘480个象素)进行8∶9象素计算转换，用于将水平方向的象素数目从720转换到640。基于图象文件数据的一图像(即，静止图像)就以正确的纵横比显示在计算机屏幕上了。

Description

取自运动图像的静止图像文件 的图像处理和显示方法及装置
发明领域
本发明涉及图像信号处理，尤其涉及用于解码存储在文件中的压缩图像数据和用于将解码数据显示为不失真的静止图像。
背景技术
以前，本发明的发明者们推荐了一种用于基于数字运动图像来产生数字静止图像文件的方法和装置。即，压缩视频数据的静止帧从按照预选视频信号格式压缩成的数字图像中来提取。于是这些帧以数据文件形式存储在计算机的记录介质(例如硬盘)上。为了将这些静止图像显示在与计算机相连的监视器上，通过按预选压缩格式的处理操作将所存储的图像数据从文件中检索并进行解码。
需注意这些文件中包含的图像数据是从按下述方法处理的数字运动图像中提取的。在NTSC制系统中，例如，为了获得一帧在水平方向上含有720个象素、在垂直方向上含有480个象素的图像数据，亮度(Y)信号分量在13.5MHz处取样。在这种情况下，一个象素所占的显示区域的纵横比是8∶9。因此，在依据上述的NTSC制系统的图像数据生成的文件中，一个象素所占的显示区域的纵横比是8∶9。由一模拟图像信号表示(从数字域转换后)并显示在典型的电视机上的图像的纵横比是4∶3。
可是，计算机监视器上的一个象素所占的显示区域的纵横比典型地是1∶1。
接着，当图像文件数据被解码并以720乘480象素的静止图像形式显示在计算机监视器上时，显示的是一横向拉长的变形图像(视觉失真图像)。这就是以1∶1的纵横比显示图像的结果，而实际的纵横比是8∶9。
类似地，在PAL制系统中同样存在以上问题。特别是，按照预选数字视频格式压缩的每一帧象素数目是720(水平)乘576(垂直)；并且一个象素所占的显示区域的纵横比是16∶15。结果，在PAL制系统中，计算机监视器上以不正确的纵横比1∶1显示图像。也就是，显示屏上的图像看起来失真，即垂直方向上是显得被拉长。
再者，数字视频信号可在“正常模式”下再现，以4∶3纵横比显示图像，而且还可以在“宽模式”下再现，以16∶9纵横比显示图像。在宽模式下，就象在正常模式下一样，在NTSC制系统中一帧含有720个水平象素乘480个垂直象素，或在PAL制系统中一帧含有720个水平象素乘576个垂直象素。两种情况下，一个象素所占的显示区域的纵横比是水平地被拉长。当宽模式静止图像显示在计算机监视器(与电视机相反)上时，图像在水平方向上呈现变形(收缩)。也就是，获得了纵横比不正确的图像。
发明内容
本发明的一目的是基于运动图像数据来显示一未失真的图像。
本发明的另一目的是基于运动图像数据以各种显示模式来显示一未失真的图像。
本发明的又一目的是基于运动图像数据根据预选电视格式来显示一未失真的图像。
本发明的再一目的是要在计算机屏上以正确的纵横比显示图像。
本发明还有一目的是基于编码的运动图像数据解码并显示一未失真的图像。
这些和其他目的、特征及优越性可通过用于显示基于编码的运动图像数据的图像的装置和方法来实现。在计算机显示器上以正确的纵横比显示基于编码的数字运动图像数据的图像的方法包含以下步骤：从所述的编码的数字运动图像数据中提取图像数据以产生一图像数据文件，所述的提取的图像数据由所述的编码的数字运动图像数据的帧数据表示；对提取的由一预定的象素数目表示的图像数据解码；以及通过执行数字滤波操作，有选择性地改变所述图像的水平或垂直方向的象素的预定数目来转换所述的图像数据文件中的解码的图像数据，从而使得由转换的图像数据表示的所述图像以所述的正确纵横比显示。
在计算机显示器上以正确的纵横比显示基于编码的数字运动图像数据的图像的装置包括：用于从所述的编码数字运动图像数据中提取图像数据以产生一图像数据文件的装置，所述的提取的图像数据由所述的编码数字运动图像数据的帧数据表示；用于对提取的由一预定的象素数目表示的图像数据解码的装置；以及用于利用一低通数字滤波器，有选择性地改变所述图像的水平方向或垂直方向的象素的预定数目来转换所述的图像数据文件中的解码的图像数据，从而使得由转换的图像数据表示的所述图像以所述的正确纵横比显示的装置。
依据本发明，由帧数据表示的图像数据，从编码的数字运动图像数据中提取。由预定的象素数目确定的提取的图像数据于是被解码。接着，通过有选择地改变图像的水平或垂直方向的预定象素数目，使编码的图像数据被转换。结果，由转换的图像数据表示的图像以正确的纵横比显示。
依据本发明的一方面，确定了对应于图像数据的一电视系统格式。从而，预定象素数目基于电视系统格式而变化。
依据本发明的另一方面，确定了对应于图像数据的一显示模式。预定象素数目基于显示模式而变化。
附图说明
结合附图阅读下面的详细描述，上述和另外的本发明目的、特征和优越性会变得更易明白，其中：
图1是一依据本发明的图像捕获/显示系统框图；
图2所示是在依据本发明的一代表性的图像处理操作期间的显示屏；
图3A所示是依据本发明的图像文件的数据结构；
图3B详细地示出图像文件标题；
图4是一用于显示存储在图像文件中的图像的框图；
图5是一依据本发明的一解码器的详细框图；
图6说明图像数据的一个磁道的数据结构；
图7说明记录在磁道上的一个VAUX块的数据结构；
图8说明VAUX块的数据区；
图9表示参照VAUX源信息的一个数据包的数据结构；
图10表示所定义的VAUX源；
图11是表示参照VAUX源控制信息的一个数据包的数据结构；
图12表示所定义的VAUX源控制；
图13A-13C以框图形式示出NTSC制系统中一帧信号成份数据的象素数目；
图14A-14C以框图形式示出NTSC制系统中在色度象素计算转换后一帧信号成份数据的象素数目；
图15A-15C以框图形式示出NTSC制系统中在8∶9象素计算转换(正常模式)后一帧信号成份数据中的象素数目；
图16A-16C以框图形式示出NTSC制系统中在4∶3象素计算转换(宽模式)后一帧信号成份数据中的象素数目；
图17A和17B是在NTSC制系统中色度象素计算转换期间的滤波操作图；
图18A和18B是在NTSC制系统中8∶9象素计算转换期间的滤波操作图；
图19A-19C以框图形式示出PAL制系统中一帧信号成份数据的象素数目；
图20A-20C以框图形式示出PAL制系统中在色度象素计算转换后一帧信号成份数据的象素数目；
图21A-21C以框图形式示出PAL制系统中在16∶15象素计算转换后一帧信号成份数据中的象素数目；
图22A-22C以框图形式示出PAL制系统中在4∶3象素计算转换后一帧信号成份数据中的象素数目；
图23A和23B是在PAL制系统中色度象素计算转换期间的滤波操作图；
图24A和24B是在PAL制系统16∶15象素计算转换期间的滤波操作图；
图25A和25B是在宽模式下4∶3象素计算转换期间的滤波操作图；以及
图26是一象素计算转换的顺序流程图。
具体实施方式
在所有的图中，同样的参照号码代表本发明的同一或一样的部份。
从总体看，作为计算机的一部分，本发明包括一图像捕获板，用于直接捕获由数字VTR以数字信号形式提供的运动图像信号信息，并用于根据捕获的静止图像产生数据文件(下文所指的图像文件)；还包括安装在计算机中且与图像捕获板相连的一处理控制器，用于根据输入信号数据生成图像文件；还包括软件，用于在处理控制器控制下显示基于生成的图像文件的图像。
本发明将按下列次序进行描述：
1.图像捕获/显示系统的结构。
2.图像捕获操作。
3.图像文件格式。
4.信号处理用于基于图像文件数据显示图像。
5.NTSC/PAL制系统和正常/宽模式检测。
6.NTSC制系统(正常模式)的象素转换。
7.PAL制系统(正常模式)的象素转换。
8.宽模式中的象素转换。
9.象素转换顺序流程图。
图像捕获/显示系统的结构：
图1是一依据本发明的图像捕获/显示系统的框图。数字VTR 1可以是一数字摄录一体机(camcorder)，以用于产生图像并以运动图像数字信号形式将其记录在磁带记录介质上(例如8mm盒式磁带)。VTR 1以数字信号形式经数字图像信号输出端口(下文所指的DV端口)1a直接输出图像信息(例如可根据磁带记录介质再现)。
VTR 1产生的图像数据格式的详细描述省略。只要说明图像数据是按照预选格式(即，视频传送标准)对图像信号采样而产生的就可以了。由VTR1记录和/或再现的图像信号数据格式就是下文所指的DV格式。
计算机2根据VTR 1提供的运动图像来产生静止图像并将静止图像存储像的输入运动图像。运动图像信息显示在一运动图像显示窗口W1上，位于图2所示的显示区的左上角。就是说，现在被VTR 1再现的数字数据以运动图像形式显示在窗口W1。当要捕获所需要的画面时，用户通过查看窗口W1中的运动图像来指定该图像。例如，光标(图中未示出)可定位在作图像捕获用的图像捕获键显示K上，接着敲击鼠标键，确定所需选择的图像。当进行这项工作时，程序4a中的适当指令就被执行以捕获显示在窗口W1中的那帧在执行上述操作中所选定的图像。结果，生成静止图像文件并存到记录介质6上。
在图2中，提供了一捕获图像显示窗口W2，这样用户能够区分多个生成的图像文件。即，图中示出一用于选择静止图像文件的图像文件图标I，例如，使用户能按照次序(或如果愿意的话可随机)来控制图像捕获操作。
3.图像文件格式：
如上述，按照VTR 1记录格式传送的图像数据以静止图像形式被捕获并存储在一文件中以用于计算机2的后续处理。
特别是在图像捕获板3中，图像数据在经DV端口3a传送的数字数据中被提取并以图像帧为单元写入内部存储器(RAM 4b)。此后，帧数据在预定时间被检索并经计算机2的总线送给控制器4。控制器4执行图像捕获/显示程序4a的指令从而基于依据图2的操作的用户指定的被检索的帧数据来产生一图像文件。图像文件接着被存入记录存储器6。
图3A所示是一含有一个静止图像(一帧)的图像文件数据结构。图像文件开始是一32字节的标题A1。标题A1以4字节划分来排列，并存储各种文件管理信息(以下将参照图3B描述)，该信息用于管理记录在记录介质上的图像文件。
接着是一提供给图像数据的数据区A2，数据以2字节为单元排列。数据区A2含有一帧图像数据。如果视频广播格式是NTSC-兼容制(SD525)，则来自10个磁道的1490个数据块按顺序排列(即，记录在磁带上的磁道0到9)。如果格式是PAL-兼容制(SD625)，则来自12个磁道的的1490个数据块按顺序排列(即，磁道0到11)。因此，图像文件的大小是一常量，对于SD525格式，大小为32(字节)+149(块/磁道)×80(字节/块)×10(磁道)＝119232字节；而对于SD625格式，大小为32(字节)+149(块/磁道)×80(字节/块)×12(磁道)＝143072字节。
由VTR 1经DV端口输出的图像数据要接受预定的压缩处理/编码操作。如上述所知，图像文件包含一帧压缩处理的图像数据，因而，图像文件大小且很小的，在图像文件存储时有效利用了记录介质的记录容量。
图3B所示是标题A1的数据排列。如图所示，32字节的标题A1划分为文件标识区A11、文件版本区A12、格式详细信息区A13、数据特性区A14、文件大小区A15、数据大小区A16、数据偏移区A17、及未定义区A18(8字节)。
区域A11用4字节的ASCII码表示文件标识，例如，在本发明的一个实施例中，文件标识设定为“DVF”。文件版本区A12使用4字节ASCII码定义文件版本，例如，对于版本1.00文件版本设定为“1.00”。区域A13用3字节的ASCI1码指示一格式，该格式从厂家采用的各种电视格式中选出。在本实施例中有两例代码，“SD5”代表SD525格式，“SD6”代表SD625格式。在本实施例中，只描述了SD525和SD625格式。当然，就目前所知，除这两种格式外，至少还有4种格式：SDL525，SDL625，HD1125(高清晰度NTSC一兼容制)和HD1250(高清晰度PAL-兼容制)，例如，分别由ASCII码表示为“SL5”、“SL6”、“H11”和“H12”。数据特性区A14用1个数据字节存储有关图像文件特性的给定信息。该区按照构成8位中的每一位的特性存储二进制码“0”或“1”，这些位用于定义所要求的特性数据。文件大小区A15用4字节二进制码定义了整个图像文件的数据大小。如上所述，在SD525格式时图像文件大小为119232字节，16进制为“0001D1C0”。而且，在SD625格式时图像文件大小为143072字节，16进制为“00022EE0”。数据大小区A16用4字节(二进制)表示数据区A2的大小。如果传送格式是SD525，数据大小为119200字节(119232-32＝119200)，16进制就是“0001D1A0”。另一方面，如果传送格式是SD625，则数据大小为143040字节(143072-32＝143040)，16进制就是“00022EC0”。数据偏移区A17用4字节(二进制)定义了从标题区A1到数据区A2的偏移量(即，从图像文件开始到标题的结尾处)。这种情况下，数据偏移量为32字节(16进制为“00000020”)。例如，若有必要则在标题区A1中增加需多于32字节的项目数量(区域)，则数据偏移区A17可相应变更，因此可兼容未来格式的变化，等。
通过执行程序4a的指令，由控制器4按照当前的使用系统(NTSC或PAL制)生成基于捕获图像数据的图像文件。也就是，就图像捕获板3提供给控制器4的帧数据而言，针对提供的图像类型(NTSC标准，PAL标准，等)每个区(A11-A18)定义的内容被提供给附加在文件上的标题区A1上，并生成如图3A的结构的图像文件。于是给记录(保存)在记录介质6上的图像文件一适当的文件名。
4.用于基于图像文件数据显示图像的信号处理：
如上述，在控制器4控制下，图像捕获/显示程序4a生成一图像文件并将其存在记录介质6上。此后，从记录介质6上检索图像文件，根据用户要求在监视器9上显示图像文件数据。这些操作也是按照程序4a的指令执行的。
因为图像文件的图像数据(图3A的数据区A2)是按照预定数字视频格式来压缩的，所以要将其显示在监视器9前必须对图像文件数据解码。
图4是一功能框图用于按照图像捕获/显示程序4a的处理操作显示存储在图像文件中的一图像。如图4所示，从存在记录介质6上的图像文件中检索的数据被提供给解码单元21。图像文件数据按数字接口(DIF)块排列，在下文中有参照图6的详细描述。
解码单元21对图像文件数据解码而生成一亮度信号分量的采样数据(Y信号数据)、一R-Y色度信号分量的采样数据(CR信号数据)、及一B-Y色度信号分量的采样数据(CB信号数据)。这些Y、CR和CB信号数据(所指为信号分量数据)于是被送给象素计算转换器22。
如图4所示，解码单元21提供了用于确认是按NTSC制系统还是按PAL制系统显示图像文件数据的NTSC/PAL标识信号。而且还由解码单元21为象素计算转换器22提供了用于指示图像显示模式的正常/宽模式的标识信号：正常模式(4∶3纵横比)或宽模式(16∶9纵横比)。基于DIF块数据以区分NTSC/PAL制系统和正常/宽模式的识别将在下文描述。
象素计算转换器22功能等同一低通数字滤波器(LPDF)。尤其是象素计算转换器22按照基于NTSC/PAL标识信号和正常/宽模式标识信号的NTSC/PAL标准和正常/宽模式来处理一帧的信号分量数据。象素计算转换器22的一个代表性处理包括改变一帧中水平象素的数目，这点下文有详细说明。
就象前面提到的，如果没有上述象素计算转换器22产生的象素计算转换处理就将图像文件显示在一计算机系统的显示设备上，则得到的会是一不正确的纵横比。既使在监视器9的显示屏上一个象素所占部分的纵横比为1∶1，但信号分量数据的纵横比仍然不是1∶1(例如，NTSC制系统是8∶9而PAL制系统是16∶15)。
由于依据本发明象素计算转换器22完成了象素转换，因此图像文件数据以正确的纵横比显示在监视器9上而无任何图像畸变。
继续图4的描述，经象素计算转换后的信号分量数据被送给RGB转换器23用于产生RGB信号。生成的RGB信号于是被送往显示处理器24，该处理器将静止图像显示在监视器9的显示屏P上的捕获图像显示窗口W2处。显示处理器24按照图像捕获/显示程序4a的执行指令来控制显示驱动器7。值得注意的是为简洁起见本领域已知的各种显示模式及描述此处省略。
图5是图4的解码单元21的一详细框图。如图所示，图像文件数据(DIF块形式)被送往一数据多路分离器(demux)31。送给数据多路分离器31的图像文件数据(即，图3A所示数据区A2的数据)包括4字节DIF块：子码块、VAUX块、音频块、及视频块，其都将在下文中参照图6描述。
数据多路分离器31从视频块里选择显示图像所需的数据(从上述的4字节DIF块中提取)，并将所选数据提供给VLC解码器32。另外，数据多路分离器31将从上述4字节DIF块中提取的VAUX块数据送给模式确定单元36，这点将在下文中详细说明，VAUX块数据含有与图像文件数据有关的电视系统类型(NTSC或PAL)和显示模式(正常或宽)的信息。
值得注意的是在数据压缩编码操作期间，运动图像数据通过离散余弦变换(DCT)转换、量化、并进行了可变长度编码(VLC)。因此，VLC解码器32对VLC编码数据的输入视频块解码。于是，反向量化器33对VLC已解码数据进行反向量化，其中采用与压缩处理操作期间数据量化中使用的量化率相对应的反向量化率。
如图5所示，已扩展数据还要送给反向离散余弦变换(IDCT)/反向加权单元34。IDCT/反向加权单元34通过使用与压缩处理DCT操作期间的加权系数对应的反向加权系数来进行反向的DCT处理，包括反向加权操作，参照图5的上述操作结果是，可获得一与压缩前基本一样的图像数据。
进而，按照数字视频格式，一个采样帧的象素形成块(8象素×8象素)并对应于数据压缩期间每一Y、CR、和CB信号分量数据的DCT转换的基本处理单元。于是，4块Y信号分量数据和每一CR和CB信号分量数据(与显示屏上的同一位置和区域相关的)形成一宏块。
因此，从IDCT/反向加权单元34输出的数据根据上述的块(8象素×8象素)被排放成宏块。解块单元35将IDCT/反向加权单元34送来的数据重新编排而生成Y、CR和CB信号数据，如图5所示，并将其输出给图4的象素计算转换器22。
值得注意的是由用于解码压缩图像数据的上述装置(从VLC解码器32到解块单元35)完成的信号处理操作可由软件代替硬件来完成。无论如何，在解码图像数据被显示在显示屏之前，已被转换为模拟格式。
5.NTSC/PAL制系统和正常/宽模式检测：
由图4的象素计算转换器22完成的象素计算转换是一图像文件数据类别功能，即电视标准是NTSC还是PAL及对于每一个别系统显示模式是正常还是宽。
如上述，图5的模式确定单元36确认图像数据文件对应的是NTSC制系统还是PAL制系统及对应的是正常模式还是宽模式。然而，在详细描述模式确定单元36的处理操作前，要先参照图6说明解码单元21输入的图像文件数据的结构。
图6所示是记录在磁带上的按照数字视频格式压缩的一个磁道的图像数据的结构。用实线勾画的各个单元都是DIF块：一个DIF块有80字节。一个磁道的有效数据有149个DIF块，其被顺序编号为1到149，如图6所示。
编号0的DIF块9(所示为“H0”)是一标题，当按照预选传送标准(例如，IEEE1394标准)从VTR 1传送压缩图像数据时，该标题用于指示每个磁道的开始位置。如果无数据记录在磁带上或数据被转换成图像文件数据时则该标题块不存在。
一个磁道中的数据顺序(即，数据传送次序)由图6的虚线箭头指出。也就是说，磁道数据是按DIF编号的升序传送的。
两个子码块(SC0和SC1)、三个VAUX块(VA0-VA2)、九个音频块(A0-A8)、和135个视频块(V0-V134)是组成一个磁道的DIF块。
象时间代码等数据是记录在子码块中，而各种管理和与图像信号有关的信息数据可在VAUX块中发现。音频块包含音频信号数据和AAUX数据：AAUX数据含有各种控制和与音频信号数据有关的信息。视频块包含图像信号数据。
如上所述，两例格式(即，基于NTSC制系统的SD525和基于PAL制系统的SD625)可用作VTR 1的记录格式。在SD525格式中，磁带上的10个磁道数据形成一帧，而在SD625格式中，12个磁道形成一帧。因此，SD525格式中一个帧部分的数据大小变成：
80(字节/块)×149(块/磁道)×10(磁道)＝119200字节
SD625格式中一个帧部分的数据大小是：
80(字节/块)×149(块/磁道)×12(磁道)＝143040字节。
通过执行图像捕获程序4a的指令而生成的一静止图像的图像文件含有按照上述的数字视频格式压缩的一帧数据。尤其是在NTSC制系统中，图像文件含有(图3A中所示的数据区中)10个磁道的数据，每个磁道又有149个块，这点在前面已参照图6描述过。类似地在PAL制系统中，图像文件中存放的是12个磁道的数据。
图3A的数据区A2中的数据是依如图6所示块编号次序(即一个磁道的DIF块的传送次序)提供给解码单元21(图5中的数据多路分离器)的。就磁道而言，数据是按照形成一帧的那些磁道的编号来传送的。
图7和8所示是VAUX块的数据结构。如图7所示，VAUX块包含3字节的标题ID区和77字节后续数据区。图8详细示出由15个5字节(指一个包)的数据单元和一2字节的预留区组成的数据区结构。
参见图6，三个VAUX块(VA0-VA2)总是连续位于每一磁道相应的编号3到5的DIF块处。因此，每一磁道的VAUX块VA0到VA2包含的共45个包在图8中是从0到44连续编号的。
由图8还可看出，一个包有5个区：PC0-PC4，每个1字节。PC0是包标题，而4字节PC1-PC4是包数据区。
依据本发明，VAUX源(VAUX Source)是由包含用于指示图像文件数据是与NTSC还是与PAL标准一致的信息的VAUX数据来定义的。VAUX源控制(VAUX Source Control)是由包含用于指示图像文件数据是基于正常还是基于宽模式的信息的VAUX数据定义的。
VAUX源和VAUX源控制(如图8分别由VS和VSC表示)就奇数磁道而言，存储在VAUX块(VA0-VA2)中包0和1的位置处。就偶数磁道而言，包39和40分别存储VS和VSC。
图9所示是有关VAUX源信息的一个数据包的数据结构。图像数据文件是对应于NTSC还是PAL由PC3处标志为“50/60”的一位(从最高有效位(MSB)起第三位)和下面标志为“Stype”的5位来指示。
例如，图10说明，“Stype”的二进制值为“00000”和“50/60”的二进制值为“0”时表示是“525-60系统”(即NTSC制系统)，而“Stype”的二进制值为“00000”和“50/60”的二进制值为“1”时表示是“625-60系统”(即PAL制系统)。图10中的其他项可由自身来解释，为简洁而略去。
图11所示是有关VAUX源控制信息的一个数据包的数据结构。图像文件数据是对应于正常还是对应于宽模式由PC2中的低三位“DISP”区的数据和PC3中的低二位“BCSYS”区的数据一起来表示。
例如，按照图12，“BCSYS”和“DISP”共同定义了对应于正常和宽模式的纵横比和格式。在该实施例中，仅说明了BCSYS和DISP二进制组合的4种显示模式，分别是：
(00，000)--4∶3全格式
(00，010)--16∶9全格式(挤压的)
(01，000)--4∶3全格式
(01，111)--16∶9全格式(变形的)
4∶3全格式的(00，000)或(01，000)的BCSYS和DISP值的组合分配给正常模式，而16∶9全格式的(00，010)或(01，111)的BCSYS和DISP值的组合分配给宽模式。
VAUX块(VA0-VA2)由数据多路分离器31选择并送往模式确定单元36，如图5所示。
模式确定单元36根据上述数据结构提取表示VAUX源和VAUX源控制的那些位。基于所提取的数据，确定单元36参考上述定义VAUX源的“50/60”和“Stype”区中的数据，确定图像文件数据是对应于NTSC制系统还是PAL制系统。生成NTSC/PAL标识信号，该信号用于指示图像文件数据是有关NTSC制系统还是PAL制系统。
类似地，模式确定单元36参考定义VAUX源控制的“BCSYS”和“DISP”区中数据，确定要显示的图像文件数据是以正常模式还是以宽模式显示。根据确定结果，产生正常/宽标识信号，该信号用于指出是正常模式还是宽模式。这两个信号(NTSC/PAL标识信号和正常/宽模式标识信号)被送往象素计算转换器22。
6.NTSC制系统(正常模式)的象素转换：
下面，要描述图4的象素计算转换器22的象素计算转换。基于上述的模式确定单元36提供的NTSC/PAL标识信号和正常/宽标识信号，象素计算转换器22对用于正常或宽模式显示的NTSC或PAL制系统图像文件数据进行一具代表性的处理。
首先描述用于正常模式显示的NTSC制系统图像文件数据的象素计算转换。图13A-13C所示是从解码单元21输出并解码的一帧(NTSC制系统格式)的信号分量数据。尤其是图13A所示是一帧Y信号数据含有720(水平)乘480(垂直)个象素(即，采样数据)。图13B和13C所示是一帧CR和CB信号数据(即，色度信号数据)，每个含有180(水平)乘480(垂直)个象素。
为了做到与Y信号数据相同数量的象素，象素计算转换器22要转换CR和CB信号数据。也就是说，就CB和CR信号数据而言，水平方向上象素数量要从180变为720，(即，图13B和图13C的CR和CB信号数据要变为图14B和图14C的CR和CB信号数据)。如图14A所示的Y信号数据仍与图13A的Y信号数据一样。
图17A和17B是NTSC制系统中色度象素计算转换的框图。图17A所示是输入到象素计算转换器22的三个色度象素A、B、和C(按显示屏水平方向上的次序排列)。象素计算转换器22按如下来内插这三个象素：(A+B)/2、(3A+B)/4、及(A+3B)/4。只需进行色度象素计算转换的数字滤波操作就可获得作为有关A和B象素计算结果的其它象素。类似地，象素计算转换器22根据获得的B和C象素内插另外的如下三个象素：(B+C)/2、(3B+C)/4、及(B+3C)/4。
由于这种内插处理，水平方向上色度信号数据的象素数目变成4倍于原来象素数目。象素计算转换的结果是，图13B和13C所示的信号数据变成了图14B和14C的信号数据。
在由色度象素计算转换获得具有图14B和14C所示的象素数目的分量信号数据后，要进行另一象素计算转换以将图14A、14B和14C所示的分量信号数据变为图15A、15B和15C所示的分量信号数据。特别是水平方向上Y、CR和CB信号数据的象素数目分别要由720转换为640。因为640/720＝8/9，所以象素计算转换指的是8∶9象素计算转换。由于上述NTSC制系统的正常显示模式中一个象素所占区域的纵横比是8∶9，所以要进行8∶9象素计算转换。
图18A和18B是NTSC制系统中8∶9象素计算转换期间滤波操作框图。图18A所示是在水平方向上依次排列的组成如图14A-14C的分量信号数据的典型象素S9m+1到S9m+10。数字滤波器按照下面公式1进行操作而获得输出象素数据D8n到D8n+7。
                           公式1
      D8n＝a7S9m+1+a15S9m+a23S9m+1+a31S9m+2
      D8n+1＝a6S9m+a14S9m+1+a22S9m+2+a30S9m+3
      D8n+2＝a5S9m+1+a13S9m+2+a21S9m+3+a29S9m+4
      D8n+3＝a4S9m+2+a12S9m+3+a20S9m+4+a28S9m+5
      D8n+4＝a3S9m+3+a11S9m+4+a19S9m+5+a27S9m+6
      D8n+5＝a2S9m+4+a10S9m+5+a18S9m+6+a26S9m+7
      D8n+6＝a1S9m+5+a9S9m+6+a17S9m+7+a25S9m+8
      D8n+7＝a0S9m+6+a8S9m+7+a16S9m+8+a24S9m+9
按照下面公式2计算的值作为系数a0到a31。
                         公式2
            a0＝-0.04613    a16＝0.84207
            a1＝-0.06877    a17＝0.81549
            a2＝-0.06008    a18＝0.73417
            a3＝-0.08928    a19＝0.64198
            a4＝-0.07083    a20＝0.51813
            a5＝-0.05932    a21＝0.38523
            a6＝-0.00696    a22＝0.26025
            a7＝0.05414     a23＝0.14992
            a8＝0.14992     a24＝0.05414
            a9＝0.26025     a25＝-0.00696
            a10＝0.38523    a26＝-0.05932
            a11＝0.51813    a27＝-0.07083
            a12＝0.64198    a28＝-0.08928
            a13＝0.73417    a29＝-0.06008
            a14＝0.81549    a30＝-0.06877
            a15＝-0.84207   a31＝-0.04613
上面的信号处理是独立地对Y信号数据、CR信号数据、和CB信号数据进行的。就是说，8∶9象素计算转换是对图14A、14B和14C所示Y、CR、和CB信号数据进行的，以将水平方向上的象素数目由720变为640，如图15A、15B和15C所示。如果在NTSC制系统的正常模式下显示图像文件数据，则从象素计算转换器22输出如图15A-15C所示的分量信号数据，这样适当的显示处理使得图像文件的静止图像相继显示在监视器9上。
如果利用具有如图14A-14C所示的象素数目的分量信号数据来显示图像文件数据(无此发明的象素计算转换)，则会显示一具有不正确的纵横比的图像。也就是说，由于纵横比的差别使得显示在水平方向上图像被拉长变形：在NTSC制系统中数字视频格式的一个象素所占区域的纵横比是8∶9，而上述的计算机显示屏的一个象素所占区域的纵横比是1∶1。
与上面相反，经过8∶9象素计算转换的含有640乘480个象素的分量信号数据(如图15A-15C所示)能提供正确的图像显示，因为纵横比的差别已按本发明被消除。
7.PAL制系统(正常模式)的象素转换：
下面，将描述在正常模式下显示PAL制系统的图像文件数据的象素计算转换。
图19A-19C所示是从解码单元21输出的解码的一帧(PAL制系统)的信号分量数据。在PAL制系统中，一帧Y信号数据有720(水平)乘576(垂直)个象素，如图19A所示，而一帧CR和CB信号数据含有360乘288个象素，如图19B和19C所示。
类似于针对NTSC标准的上述的处理操作，为了使色度信号与Y信号数据为相同的象素数量，象素计算转换器22要转换CR和CB信号数据。因此，图19B和图19C的CR和CB信号数据中的象素数量在水平方向上要从360变为720，而CR和CB信号数据中的象素数量在垂直方向上要从288变为576。结果，图19A-19C的信号分量数据变为具有图20A-20C所示的象素数目的信号分量数据。而Y信号数据还保持不变(如图19A和20A所示)。
图23A和23B是在PAL制系统中色度象素计算转换期间的滤波操作框图。图23A所示是四个典型的色度信号象素A、B、C、和D，在屏幕的水平/垂直方向呈栅格状排列。这四个象素代表了象素计算转换器22输入的数据。通过利用一数字滤波器转换PAL制系统中色度象素计算，象素计算转换器22如图23B所示内插象素。也就是说，在A和B象素、A和C象素、C和D象素及B和D象素的中点处分别获得象素(A+B)/2、(A+C)/2、(C+D)/2、及(B+D)/2。另一象素通过下面的操作被内插：(A+B+C+D)/4，即图形表示的象素A和D间及象素B和C间的对角线交叉点。
该内插处理使得屏幕水平方向和垂直方向上色度信号的象素数目翻倍。因此，象素数目从图19B和19C的CR和CB信号数据分别转换到图20B和20C中所示的CR和CB信号数据。
在分量信号数据进行了如上述和如图20A-20C所示的色度象素计算转换后，象素数目再一次转换：图20A、20B、和20C的分量信号数据的象素数目分别转换为图21A、21B、21C所示的象素数目。就是说，Y、CR和CB信号数据在水平方向上的象素数目都独立地从720转换为768。因为768/720＝16/15，所以象素计算转换指的就是16∶15象素计算转换。因为前面说过在PAL制系统的正常显示模式下一个象素所占区域的纵横比是16∶15，所以要进行16∶15象素计算转换。
图24A和24B是在PAL制系统中象素计算转换器22进行16∶15象素计算转换时的滤波操作框图。图24A所示是呈水平排列的典型象素S15n+1到S15n+14，这些象素组成了如图20A-20C所示的分量信号数据。数字滤波器按照下面公式3进行操作以获得图24B所示的输出象素数据D16n到D16n+15。
公式3
D16n＝a0S15n+2+a16S15n+1+a32S15n+a48S15n+1
D16n+1＝a1S15n+1+a17S15n+a33S15n+1+a49S15n+2
D16n+2＝a2S15n+a18S15n+1+a34S15n+2+a50S15n+3
D16n+3＝a3S15n+1+a19S15n+2+a35S15n+3+a51S15n+4
D16n+4＝a4S15n+2+a20S15n+3+a36S15n+4+a52S15n+5
D16n+5＝a5S15n+3+a21S15n+4+a37S15n+5+a53S15n+6
D16n+6＝a6S15n+4+a22S15n+5+a38S15n+6+a54S15n+7
D16n+7＝a7S15n+5+a23S15n+6+a39S15n+7+a55S15n+8
D16n+8＝a8S15n+6+a24S15n+7+a40S15n+8+a56S15n+9
D16n+9＝a9S15n+7+a25S15n+8+a41S15n+9+a57S15n+10
D16n+10＝a10S15n+8+a26S15n+9+a42S15n+10+a58S15n+11
D16n+11＝a11S15n+9+a27S15n+10+a43S15n+11+a59S15n+12
D16n+12＝a12S15n+10+a28S15n+11+a44S15n+12+a60S15n+13
D16n+13＝a13S15n+11+a29S15n+12+a45S15n+13+a61S15n+14
D16n+14＝a14S15n+12+a30S15n+13+a46S15n+14+a62S15n+15
D16n+15＝a15S15n+13+a31S15n+14+a47S15n+15+a63S15n+16按照下面的公式4计算得值作为上面的系数a0到a63
                         公式4
 a0＝0.02860      a32＝0.44609
 a1＝-0.02780     a33＝0.46468
 a2＝-0.02528     a34＝0.44984
 a3＝-0.02702     a35＝0.43080
 a4＝-0.03087     a36＝0.40738
 a5＝-0.03557     a37＝0.38013
 a6＝-0.04033     a38＝0.35008
 a7＝-0.05414     a39＝0.29839
 a8＝-0.04410     a40＝0.26346
 a9＝-0.04708     a41＝0.24016
 a10＝-0.04492    a42＝0.20101
 a11＝-0.04002    a43＝0.16359
 a12＝-0.03194    a44＝0.12810
 a13＝-0.02032    a45＝0.09512
 a14＝-0.00483    a46＝0.06513
 a15＝0.01389     a47＝0.03602
 a16＝0.03602     a48＝0.01389
 a17＝0.06513     a49＝-0.00483
 a18＝0.09512     a50＝-0.02032
 a19＝0.12810     a51＝-0.03194
a20＝0.16359    a52＝-0.04002
a21＝0.20101    a53＝-0.04492
a22＝0.24016    a54＝-0.04708
a23＝0.26346    a55＝-0.04410
a24＝0.29839    a56＝-0.04180
a25＝0.35008    a57＝-0.04033
a26＝0.38013    a58＝-0.03557
a27＝0.40738    a59＝-0.03087
a28＝0.43080    a60＝-0.02702
a29＝0.44984    a61＝-0.02528
a30＝0.46468    a62＝-0.02780
a31＝0.44609    a63＝-0.02806
上面的信号处理是单独对Y信号数据、CR信号数据、和CB信号数据进行的。就是说，对图20A、20B、及20C所示的Y、CR、CB信号数据进行16∶15象素计算转换，以将水平方向象素数目从720变为768，如图21A、21B、和21C所示。如果在PAL制系统的正常模式下显示图像文件数据，则象素计算转换器22输出如图21A-21C的分量信号数据，这样适当的显示处理使得图像文件的静止图像相继显示在监视器9上。
如果利用具有如图20A-20C所示的象素数目的分量信号数据来显示图像文件数据(无此发明中象素计算转换)，则会显示一具有不正确的纵横比的图像。也就是说，由于纵横比的差别使得显示图像在垂直方向上被扭曲：在PAL制系统中数字视频格式的一个象素所占区域的纵横比是16∶15，而上述的计算机显示屏的一个象素所占区域的纵横比是1∶1。
与上相反，，经过16∶15象素计算转换的含有768乘576个象素的分量信号数据(如图21A-21C所示)能提供正确的图像显示，因为纵横比的差别已按本发明被消除。
8.宽模式中的象素转换：
如果基于正常/宽模式标识信号确定以宽模式显示图像文件数据，则象素计算转换器22则将NTSC制系统中图15A-15C的分量信号数据转换成图16A-16C的分量信号数据。该转换生成一适于宽模式显示的图像。
如图15A-15C所示，水平方向上Y、CR、和CB信号数据象素数目是640。如图16A-16C所示，转换后，水平方向上Y、CR、和CB信号数据象素数目变为852。接着，象素计算转换器22输出转换数据，这样适当的处理使得基于图像文件的静止图像相继显示在监视器9上。
类似地在图21A-21C所示PAL制系统中，水平方向上Y、CR、和CB信号数据的象素数目是768。如图22A-22C所示，转换后，水平方向上Y、CR、和CB信号数据象素数目变为1024。转换数据于是被输出以用于相继的显示。
宽模式的象素计算转换率是852/640(对于NTSC制系统)和1024/768(对于PAL制系统)。因为852/640＝1024/768＝4/3，所以对应于宽模式的象素计算转换处理指的是4∶3象素计算转换。换句话说，在两例(NTSC或PAL)中都是进行宽模式显示的4∶3象素计算转换。
图25A和25B是在宽模式下象素计算转换器进行4∶3象素计算转换时的滤波操作框图。4∶3的象素计算转换所用数字滤波器可应用于NTSC和PAL制系统。
图25A所示是在水平方向排列的典型的象素S3n+2到S3n+4，这些象素组成了如图15A-15C或21A-21C所示的分量信号数据。数字滤波器按照下面的公式5进行操作而获得输出象素数据D4n+1到D4n+4。
公式5
D4n＝a0S3n+2+a4S3n+1+a8S3n+a12S3n+1
D4n+1＝a1S3n+1+a5S3n+a9S3n+1+a13S3n+2
D4n+2＝a2S3n+a6S3n+1+a10S3n+2+a14S3n+3
D4n+3＝a3S3n+1+a7S3n+2+a11S3n+3+a15S3n+4
按照下面的公式6计算的值作为上面的系数a0到a15。
公式6
a0＝-0.00943
a1＝-0.07718
a2＝-0.10817
a3＝-0.06594
a4＝0.11165
a5＝0.42344
a6＝0.76191
a7＝0.96372
a8＝0.96372
a9＝0.76191
a10＝0.42344
a11＝0.11165
a12＝-0.06594
a13＝-0.10817
a14＝-0.07718
a15＝-0.00943
对如图15A-15C或图20A-20C所示的Y、CR、和CB信号数据进行以上象素计算转换，以将NTSC制系统中水平方向的象素数目由640变为852(如图16A-16C所示)，或将PAL制系统中水平方向的象素数目由768变为1024(如图21A-21C所示)。因此图像文件数据能在宽模式下正确显示。
9，象素转换顺序流程图：
图26是执行图像捕获/显示程序4a指令而完成的象素计算转换的一顺序流程图，这样使得基于图像文件数据的一图像能正确地显示在监视器9上。流程图绘出了图4的象素计算转换器所进行的处理操作。注意图5的模式确定单元36确定采用的是NTSC还是PAL制系统以及图像是要在正常还是宽模式下显示。
如图26所示，第一步F101通过访问VAUX块中的VAUX源信息，首先确定“Stype”是否是00000(二进制)。如果“Stype”不是00000，则要执行例外处理步骤F108。例如，典型的例外处理可包括将指示图像文件不能处理或该文件不是图像文件的错误信息显示在监视器9上。
另一方面，如果第一步F101确定“Stype”是00000(由模式确定单元36确定)，则操作进入步骤F102。在这步，基于VAUX源的“50/60”区的数据确定图像文件数据对应的是NTSC制系统还是PAL制系统。如果图像文件数据是按NTSC制系统创建的(如在步骤F102所确定)，则对应NTSC制系统象素计算转换处理在步骤F103执行。也就是说，解码单元21提供的数据要经过色度象素计算转换及8∶9象素计算转换，如图13A-13C、14A-14C、和15A-15C所示。
如果步骤F102基于PAL制系统确定图像文件数据，则对应于PAL制系统的象素计算转换处理在步骤F104执行。尤其是如图19A-19C、20A-20C和21A-21C中所示，执行色度象素计算转换和16∶15象素计算转换。
在上述操作(步骤F103或步骤F104)后，在步骤F105中参照VAUX源控制中的“BCSYS”和“DISP”数据区确定(BCSYS，DISP)值。如果(BCSYS，DISP)二进制值分别为(00，000)或(01，000)，则图像文件数据在步骤F107按正常模式输出。也就是说，转换的象素数据提供给图4的RGB转换器。最终基于图像文件数据的静止图像以正常模式显示在监视器9上。
如果(BCSYS，DISP)在步骤F105中检测为(00，010)或(01，111)，则图象文件数据要在宽模式下显示。在步骤F106中，曾在步骤F103或F104中转换的图像文件数据要进行的对应宽模式4∶3的象素计算转换，这点曾参照图25A和25B有描述，接着进入步骤F107的处理操作。因此图像文件数据(如图16A-16C或22A-22C所示)在监视器9上再现为一具有正确的纵横比的宽模式的静止图像。如果(BCSYS，DISP)不对应于以上任一种二进制组合(即，(00，000)、(01，000)、(00，010)、或(01，111))，则要在步骤F108执行例外处理操作，因为图像捕获/显示程序4a不能处理这样的图像文件数据。
依据本实施例，在为计算机监视器上显示具有正确纵横比的图像而执行象素计算转换(8∶9、16∶15和/或4∶3)期间，转换处理操作不影响垂直方向象素数目同时水平象素数目要更改。当然，也可理解，本发明同样可以用类似方法处理相反的情况：转换可以不改变水平方向的象素数目而只改变垂直方向的象素数目。
另外在本实施例中，计算机2包括图像捕获/显示程序4a，其指令的执行是为了捕获到数字图像信号、生成图像文件数据并显示对应于图像文件数据的图像。另外，依据本实施例，程序4a完成象素计算转换是为了显示有正确纵横比的图像。再者，本发明能应用于，例如，计算机系统，其中“浏览器”(browser)软件用作基于数字视频格式来解码和显示一图像，而无需图像捕获功能。
依据本发明，图像文件数据的生成是基于从运动图像的数字图像信号中提取的每个帧单元的图像数据。基于图像文件数据的图像能以正确的纵横比显示在计算机系统的屏幕上，而无需考虑一个象素(采样)所占区域纵横比和象素显示在计算机屏幕上时的纵横比之间的偏差。因为象素计算转换率能有选择性地改变，所以图像文件数据能与预选电视系统和显示模式一致，就可根据多个电视系统和显示模式使图像以正确的纵横比显示。
参照附图描述完本发明的有关优选实施例后，需明白本发明不止限于这些准确的实施例，并且对本领域的技术人员来说未脱离本发明所附权利要求书中定义的范围和精髓的各种可能的更改和修正都是有效的。

Claims (9)

1.一种在计算机显示器上以正确的纵横比显示基于编码的数字运动图像数据的图像的方法，包含以下步骤：
从所述的编码的数字运动图像数据中提取图像数据以产生一图像数据文件，所述的提取的图像数据由所述的编码的数字运动图像数据的帧数据表示；
对提取的由一预定的象素数目表示的图像数据解码；以及
通过执行数字滤波操作，有选择性地改变所述图像的水平或垂直方向的象素的预定数目来转换所述的图像数据文件中的解码的图像数据，从而使得由转换的图像数据表示的所述图像以所述的正确纵横比显示。
2.按照权利要求1所述的方法，还包括确定对应所述的图像数据的一电视系统格式，其中所述的象素预定数目根据所述的电视系统格式来变化。
3.按照权利要求1所述的方法，还包括确定对应所述的图像数据的一显示模式，其中所述的象素预定数目根据所述的显示模式来变化。
4.按照权利要求3所述的方法，其中所述的显示模式有选择性地被确定为一正常模式或一宽模式。
5.一种在计算机显示器上以正确的纵横比显示基于编码的数字运动图像数据的图像的装置，包括：
用于从所述的编码数字运动图像数据中提取图像数据以产生一图像数据文件的装置，所述的提取的图像数据由所述的编码数字运动图像数据的帧数据表示；
用于对提取的由一预定的象素数目表示的图像数据解码的装置；以及
用于利用一低通数字滤波器，有选择性地改变所述图像的水平方向或垂直方向的象素的预定数目来转换所述的图像数据文件中的解码的图像数据，从而使得由转换的图像数据表示的所述图像以所述的正确纵横比显示的装置。
6.按照权利要求5所述的装置，还包括对应所述的图像数据确定一电视系统格式的装置，其中所述的象素预定数目根据所述的电视系统格式来变化。
7.按照权利要求5所述的装置，还包括对应所述的图像数据确定一显示模式的装置，其中所述的象素预定数目根据所述的显示模式来变化。
8.按照权利要求7所述的装置，其中所述的显示模式有选择性地被确定为一正常模式或一宽模式。
9.按照权利要求5所述的装置，还包括一外部源，用于提供所述编码的数字运动图像数据。
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