[发明专利]用于HDTV下变换系统的上升抽样滤波器与半象素发生器

说明书

本专利申请要求1997年3月12日提交的美国临时申请No.60/040,517的利益。

将美国临时申请No.60/040,517的整个公开内容明确包含在此作为参考。

本发明领域

本发明涉及用于接收、解码例如MPEG-2编码的视频信号等频域编码信号并将其转换成标准输出视频信号的解码器，更具体地涉及将编码的高分辨率视频信号转换成解码的低分辨率输出视频信号的解码器的上升抽样与半象素发生器。

本发明背景

在美国，高级电视系统协会(ATSC)标准定义高清晰度电视(HDTV)信号的数字编码。这一标准的一部分基本上与国际标准化组织(ISO)的运动图象专家组(MPEG)提出的MPEG-2标准相同。这一标准在名为“信息技术-运动图象与相关声频的通用编码，推荐H.626”,ISO/IEC13818-2,IS,11/94的国际标准(IS)出版物中加以描述，这一出版物可从ISO获得并通过引用将其关于MPEG-2数字视频编码标准的主旨包含在此。

MPEG-2标准实际上是若干不同标准。在MPEG-2中定义了若干不同轮廓，各对应于编码图象的不同复杂度级。为各轮廓定义了不同的级，各级对应于不同的图象分辨率。称作主轮廓的MPEG-2标准之一，主级是旨在编码符合现有电视标准(即NTSC与PAL)的视频信号。称作主轮廓的另一标准，高级是旨在编码高清晰度电视图象的。按照主轮廓编码的图象，高级标准可具有每图象帧多达1,152有效线及每线1,920个象素。

另一方面，主轮廓主级标准定义每线720个象素及每帧567线的最大画面规模。在每秒30帧的帧频上，按照这一标准编码的信号具有每秒720^*567^*30即12,247,200个象素的数据速率。反之，按照主轮廓高级标准编码的图象具有每秒1,152^*1,920^*30即66,355,200个象素的最大数据速率。这一数据速率大于五倍按照主轮廓主级标准编码的图象数据的数据速率。在美国，HDTV编码标准为这一标准的子集，具有多达每帧1,080线，每线1,920个象素及对于这一帧规模每秒30帧的最大帧速率。这一标准的最大数据速率仍远大于主轮廓主级标准的最大数据速率。

MPEG-2标准定义包含数据与控制信息的混合体的复杂语法。这种控制信息中的一些用于启动具有要由该标准覆盖的若干不同格式的信号。这些格式定义具有每线不同数目的画面元素(象素)，每帧或场不同数目的线及每秒不同数目的帧或场的图象。此外，MPEG-2主轮廓的基本语法定义表示五层中的一序列图象的压缩的MPEG-2位流，这五层为序列层、画面组层、画面层、片层与宏块层。各层是用控制信息引导的。最后在整个编码位流中分布有称作附加信息的其它控制信息(如帧类型、宏块模式、图象运动矢量、系数锯齿形模式及去量化信息)。

为了a)提供单个解码器供在多种现有视频格式中使用，b)提供在主轮廓高级信号与个人计算机监视器或现有消费者电视接收机之间的接口，及c)降低HDTV的实现成本，从编码高分辨率主轮廓高级画面到较低分辨率主轮廓高级画面；主轮廓主级画面或其它较低分辨率画面格式的格式转换变得越来越重要。例如，转换允许用具有较低画面分辨率的低价的现有监视器取代主轮廓高级编码画面所使用的昂贵的高清晰度监视器来支持诸如NTSC或525逐行监视器等主轮廓主级编码画面。一方面，下变换将高清晰度输入画面转换成较低分辨率画面供在较低分辨率监视器上显示。

为了高效地接收数字图象，解码器应快速地处理视频信号信息。为了最佳效果，解码系统应相对地便宜并仍具有足够能力来实时解码这些数字信号。因此，支持转换成多种低分辨率格式的解码器必须使用最少的处理器存储器。

MPEG-2主轮廓标准定义五级的一序列图象：序列级、画面组级、画面级、片级及宏块级。这些级中的每一个可认为是数据流中的一记录，后面列出的级作为嵌套的次级出现在前面列出的级中。各级的记录包含首标部分，它包含用来解码其次级记录的数据。

编码HDTV信号的各宏块包含6块，各块包含表示HDTV图象中的64个画面元素(象素)的离散余弦变换(DCT)表述的64个相应系数值的数据。

在编码过程中，在离散余弦变换之前象素数据可经过运动补偿差分编码，并通过应用行程长度与可变长度编码技术进一步编码变换系数块。从数据流中恢复图象序列的解码器颠倒这一编码过程。这一解码器采用熵解码器(如可变长度解码器)、逆离散余弦变换处理器、运动补偿处理器及内插滤波器。