專利名稱：視頻信號處理方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種視頻信號處理方法，特別是涉及一種可加強(qiáng)視頻顯示黑暗部分的識辨程度的方法，同時(shí)可減少視頻信號處理中的大量計(jì)算過程，降低有關(guān)信號編碼芯片的制造成本。
為了適應(yīng)電視等模擬式視頻輸出裝置，數(shù)字視頻信號需要經(jīng)由電視編碼器轉(zhuǎn)換成模擬電視信號。當(dāng)電視信號播放時(shí)，常因拍攝內(nèi)容太暗，或因觀看電視時(shí)環(huán)境光線太亮等因素，電視畫面經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)黑暗不明區(qū)域。此類黑暗不明區(qū)域的視頻信號可能是因亮度對比不足而造成。在現(xiàn)有技術(shù)中，例如“Vidio Demystified by Keith Jack-High Text publications1995”一書中第3章的“Gamma Correction”章節(jié)中已揭露了利用對R、G、B彩色信號的校正。一般地說，改善方法大都利用對視頻信號進(jìn)行所謂伽馬校正(gamma correction)，來對呈現(xiàn)于熒光屏上的亮度進(jìn)行調(diào)整。
在含陰極射線管(CRT)的顯示器中發(fā)現(xiàn)，亮度(brightness)與視頻輸入電壓(input voltage)并非呈現(xiàn)正比例。事實(shí)上，陰極射線管所產(chǎn)生的強(qiáng)度與電壓呈現(xiàn)一種伽馬指數(shù)的關(guān)系。伽馬指數(shù)隨不同陰極射線管而有所變化，但是通常接近2.5，這是由于電子槍(electronic gun)的靜電效應(yīng)會(huì)造成輸出電壓發(fā)生非線性增加的緣故。如

圖1所示，就是亮度與輸入電壓經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化(normalize)后的關(guān)系圖。此類因陰極射線管而造成的伽馬效應(yīng)會(huì)降低畫面中不論在暗區(qū)中還是亮區(qū)中的亮度。由圖中可以看出，由于亮度與輸入電壓呈現(xiàn)指數(shù)的關(guān)系，而非線性的關(guān)系，當(dāng)輸入電壓為50％時(shí)，就只表現(xiàn)出約18％的亮度。因此會(huì)造成在暗區(qū)中亮度被減弱而影響該區(qū)域的觀賞質(zhì)量。
因此，在圖象信號輸出至熒光屏前需加以校正，亦即所謂伽馬校正。若要將圖1所示的非線性關(guān)系校正為線性關(guān)系，視頻信號可依來源不同而加以校正以達(dá)到理想的亮度，例如，一般電腦系統(tǒng)中視頻信號可由應(yīng)用軟件進(jìn)行校正，再經(jīng)由電腦熒光屏顯示；或者是一般視頻播放系統(tǒng)如電視機(jī)中內(nèi)設(shè)的轉(zhuǎn)換校正裝置對輸入視頻信號加以校正。
圖2所示為數(shù)字視頻信號經(jīng)由電視編碼器轉(zhuǎn)換至電視機(jī)熒光屏顯象的信號流程圖。如圖2所示，數(shù)字視頻源5如在個(gè)人電腦中由光盤機(jī)讀取的圖象信息，其中包括原始的數(shù)字信號SIG5，經(jīng)由視頻信號處理電路10如MPEG解壓縮后輸出信號。一般而言，此類輸出信號包括處理后的數(shù)字亮度信號SIGl0與數(shù)字色差信號SIG20。在其它利用方面，如數(shù)字?jǐn)z象機(jī)等可為數(shù)字視頻源5與視頻信號處理電路10的結(jié)合，且輸出數(shù)字亮度信號SIGl0與數(shù)字色差信號SIG20。亮度信號SIGl0與數(shù)字色差信號SIG20為常用于電視編碼器的輸入視頻信號的模式。由于視頻本身(常見于電影轉(zhuǎn)換至電影視頻的信號)、或者電視熒光屏播放周圍環(huán)境亮度過亮?xí)r，常會(huì)造成部分畫面發(fā)生黑暗不明的區(qū)域，視頻的分辨率相對地降低。
一般來說，為了解決上述問題，通常利用所謂三原色(紅Red、綠Green、蘭Blue)伽馬校正(RGB Gamma Correction)的方法加以解決。利用圖2所示的視頻信號處理電路，在電視編碼器之前進(jìn)行信號校正處理后，再由電視編碼器轉(zhuǎn)換成模擬電視信號。最后輸出校正后的電視信號SIG30到電視顯示熒光屏30播放。
圖3所示為三原色伽馬校正的流程圖。一般由如圖2所示的數(shù)字視頻源輸出的數(shù)字視頻信號，其常為亮度/色差模式，包括一個(gè)亮度信號SIG10與色差信號SIG20(內(nèi)含兩組色差信息)(S30)。在輸出至電視編碼器轉(zhuǎn)換成模擬電視信號前，先將原先亮度SIG10與色差SIG20經(jīng)矩陣運(yùn)算轉(zhuǎn)換為三原色RGB三種信號成分(S32)。接著進(jìn)行伽馬校正處理(S34)。所謂伽馬校正處理即是對三原色RGB進(jìn)行指數(shù)運(yùn)算。例如，若以Rin、Gin、Bin表示輸入經(jīng)過轉(zhuǎn)換后的三原色成分，Rout、Gout、Bout表示經(jīng)伽馬校正后的三原色成分，則兩組三原色的伽馬校正關(guān)系可以表示為Rout＝(Rin)1/r；Gout＝(Gin)1/r；以及Bout＝(Bin)1/r；其中，r值的大小可以按欲校正的幅度加以調(diào)整，一般都取大于1的值，以加大低強(qiáng)度信號的對比度，而壓縮高強(qiáng)度信號的變化，避免發(fā)生飽和。
在上述伽馬校正值得注意的是，需對每一個(gè)象素(Pixel)的三原色成分個(gè)別進(jìn)行三原色RGB的校正計(jì)算，因此需消耗大量的時(shí)間與系統(tǒng)資源加以運(yùn)算，現(xiàn)有技術(shù)常以查表對應(yīng)方式完成上述指數(shù)運(yùn)算。最后，仍然將經(jīng)校正的三原色RGB信號經(jīng)矩陣運(yùn)算轉(zhuǎn)換成為電視編碼器所接受的亮度/色差信號(S36)，由電視編碼器轉(zhuǎn)換成模擬電視信號，再經(jīng)由視頻輸出裝置如電視機(jī)輸出(S38)。
但是上述現(xiàn)有技術(shù)中對視頻輸出信號進(jìn)行伽馬校正的方法仍有缺點(diǎn)。第一，因需對每一個(gè)象素的三原色成分分別進(jìn)行伽馬校正，為完成所有流程所需要的計(jì)算量相當(dāng)龐大；第二，視頻信號需經(jīng)過兩次模式轉(zhuǎn)換，亦即亮度/色差與三原色RGB的輸入模式轉(zhuǎn)換，以及經(jīng)伽馬校正后三原色RGB與亮度/色差的輸出模式轉(zhuǎn)換，這種轉(zhuǎn)換需要依靠硬件設(shè)計(jì)，如電路等加以完成，增加了制造成本。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的，在于提供一種視頻信號的處理方法，在視頻輸出裝置顯圖象時(shí)，可改善上述因暗區(qū)亮度降低而造成識辨不明的現(xiàn)象，同時(shí)不需要現(xiàn)有技術(shù)所需的視頻模式轉(zhuǎn)換所衍生的大量計(jì)算即可增加暗區(qū)的分辨率，節(jié)省視頻處理時(shí)間并降低圖象顯示裝置的制造成本。
本發(fā)明的視頻信號處理方法包括下列步驟首先，接收由信號源提供的視頻輸入信號，包括第一亮度信號與色差信號；接著，對第一亮度信號施加校正產(chǎn)生第二亮度信號。上述校正乃以預(yù)定全亮度值標(biāo)準(zhǔn)化亮度信號。若經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的亮度信號大于第一預(yù)定百分比，則第二亮度信號等于第一亮度信號。若經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的亮度信號小于第一預(yù)定百分比，且大于第二預(yù)定百分比，則第一亮度信號經(jīng)過非線性校正產(chǎn)生第二亮度信號；若經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化的亮度信號小于第二預(yù)定百分比后，則第一亮度信號經(jīng)過線性校正產(chǎn)生第二亮度信號。最后，輸出第二亮度信號與原輸入色差信號到后續(xù)的視頻處理裝置如電視編碼器等。利用對亮度的非線性校正而保持色差信號不變，可加強(qiáng)視頻暗區(qū)的分辨率。
為讓本發(fā)明的上述和其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能更明顯易懂，下面將特別舉出一最佳實(shí)施例，并結(jié)合附圖，進(jìn)行詳細(xì)說明。
圖1是顯示顯示裝置顯象時(shí)視頻輸出信號與輸入電壓間的關(guān)系圖；圖2是表示一般由數(shù)字視頻源輸出視頻信號經(jīng)視頻處理顯象于顯示裝置的結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是顯示現(xiàn)有技術(shù)以伽馬校正方法用于亮度/色差模式視頻信號校正視頻信號的流程圖；圖4是顯示利用一種提高視頻整體亮度方法的原始亮度與校正亮度之關(guān)系圖；以及圖5是顯示根據(jù)本發(fā)明所揭示的非線性校正方法其原始亮度與校正后亮度的關(guān)系圖。
為了避免在伽馬校正中因視頻模式轉(zhuǎn)換與因校正而產(chǎn)生的大量運(yùn)算，增加視頻處理時(shí)間與制造成本。本發(fā)明的實(shí)施例中，采用另一種方法改善顯示圖象中暗區(qū)分辨率的問題，就是利用對原始視頻輸出信號中的亮度信號作校正調(diào)整以便達(dá)到本發(fā)明的目的。
一般，在比較昏暗的顯示畫面中，人類眼睛對彩色的敏感度較低，這時(shí)對此類圖象的主要識辨依據(jù)都由亮度信號所供應(yīng)。因此，若增加這種昏暗視頻或一般視頻中暗區(qū)的亮度將有助于提高圖象的分辨率。另外，由于原始的視頻輸出信號包含有已經(jīng)分離的亮度信號，對亮度信號作處理即可達(dá)到本發(fā)明的一個(gè)目的，不需要像現(xiàn)有技術(shù)中經(jīng)由兩次視頻模式轉(zhuǎn)換與大量查表計(jì)算的伽馬校正。
圖4所示為對原始視頻輸出信號中亮度作線性與非線性調(diào)整時(shí)的對照圖。X為代表原始亮度信號經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的相對百分比值，Y則是代表利用本發(fā)明所揭示的方法加以非線性校正后的亮度輸出，與X同樣地以標(biāo)準(zhǔn)化加以表示。在未進(jìn)行非線性校正前，X與Y的關(guān)系應(yīng)為Y＝X即為圖示中線40所示的關(guān)系。若為了加強(qiáng)視頻信號亮度而作線性校正，而使X與Y的關(guān)系為Y＝t1×X，t1＞1即為圖4中線44所示的關(guān)系，輸入視頻信號的亮度就會(huì)以一定的倍率加以放大?；蚴抢萌缇€42所示的指數(shù)關(guān)系Y＝Xt2，t2＞1將原始視頻信號中的亮度加以放大。
值得注意的是，圖4中線42與線44的亮度放大方式會(huì)全面地提高整個(gè)視頻畫面的亮度。換句話說，視頻畫面中不論是亮區(qū)還是暗區(qū)的視頻信號中的亮度都會(huì)被提高。這種辦法雖然可提高暗區(qū)視頻的分辨率，但因彩色成分未做相對的提高，顏色會(huì)有變淡的現(xiàn)象，且整個(gè)畫面會(huì)因此而過亮，產(chǎn)生白蒙效應(yīng)。因此，選擇性地提高低亮度的視頻信號的亮度，而保持高亮度的視頻信號的亮度，才不致影響視頻畫面的整體表現(xiàn)。
因此，在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例中，視頻信號亮度超過全亮度的50％的亮度時(shí)，將保留原始的亮度特性，只對全亮度的50％以下的亮度進(jìn)行非線性校正，如圖5所示，X1即代表50％。X1的值可依照視頻信號源或者視頻顯示裝置的實(shí)際需要作合理的調(diào)整。圖示中的A區(qū)即代表原始視頻信號中的高亮度部分，將維持原來亮度不作出校正。因此X與Y的關(guān)系照樣為Y＝XB區(qū)則為亮度的非線性校正區(qū)域，其介于預(yù)先設(shè)定的亮度百分比值X1與X2之間，在本實(shí)施例中，X2的值為13.5％。與X1同樣，X2的值可依照視頻信號源或者視頻顯示裝置的實(shí)際需要作出合理的調(diào)整。實(shí)際上，在B區(qū)中，亮度可經(jīng)由任意非線性運(yùn)算加以校正，例如指數(shù)關(guān)系、拋物線關(guān)系、階躍(Step)關(guān)系等，目的就是增加視頻畫面中暗區(qū)的視頻信號的分辨率。在本實(shí)施例中B區(qū)則是采用指數(shù)關(guān)系加以校正。X與Y的關(guān)系為Y＝Xt3，t3＞1在本實(shí)施例中，t3的值為0.6。t3的值可依照視頻信號源或者視頻顯示裝置的實(shí)際需要作出合理的調(diào)整。其中，該區(qū)原始亮度經(jīng)指數(shù)運(yùn)算后，可提高較小亮度的對比度，并抑制較高亮度的變化。由圖示中可以看出，在B區(qū)中，接近X2的X單位百分比所增加的Y值，大于接近X1的X單位百分比所增加的Y值。利用這種方法可提高亮度落入B區(qū)的視頻信號的分辨率，同時(shí)又不影響落入A區(qū)中更高亮度的視頻信號的顯象。
C區(qū)則恢復(fù)為線性關(guān)系，但與A區(qū)不同的是，X與Y之間的關(guān)系，不再是X＝Y(jié)，而是Y＝t4×X，t4＞1在本實(shí)施例中，t4的值為1.7。t4的值可依照視頻信號源或者視頻顯示裝置的實(shí)際需要作出合理的調(diào)整。該區(qū)選擇X與Y為線性關(guān)系有兩個(gè)目的第一，低亮度區(qū)域如C區(qū)仍須加強(qiáng)其亮度以增加視頻畫面中暗區(qū)的分辨率；第二，若C區(qū)仍采取與B區(qū)相同的指數(shù)運(yùn)算校正，會(huì)使極小亮度信號因指數(shù)性提高而同時(shí)放大噪音(Noise)，這種辦法反而會(huì)干擾暗區(qū)的圖象分辨率。
根據(jù)本發(fā)明所揭示的視頻信號處理方法，實(shí)際需要加以非線性運(yùn)算部分已縮小至如圖5所示B區(qū)的亮度視頻信號，與現(xiàn)有的伽馬校正方法相比較，不需要對所有視頻信號進(jìn)行三原色RGB的各成分的運(yùn)算而較為簡便，節(jié)省大量運(yùn)算時(shí)間并可簡化實(shí)現(xiàn)的電路設(shè)計(jì)，同時(shí)也增加了圖像中暗區(qū)的分辨率，從而提高了圖象的質(zhì)量。
雖然本發(fā)明已以最佳實(shí)施例揭示如上，但是它并非用以限定本發(fā)明，任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可作出變更和修改，因此本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)以后面所附的權(quán)利要求書限定的為準(zhǔn)。
權(quán)利要求
1.一種增加圖象暗區(qū)分辨率的視頻信號處理方法，包括下列步驟接收一視頻輸入信號，該視頻輸入信號包括一第一亮度信號與兩個(gè)色差信號；對該第一亮度信號加以校正，產(chǎn)生一第二亮度信號，而該第二亮度信號可增加圖象暗區(qū)的分辨率；輸出該第二亮度信號與原輸入的色差信號，至后續(xù)的信號處理裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，校正步驟為非線性校正，并包括下列步驟以一預(yù)定全亮度值標(biāo)準(zhǔn)化該亮度信號；若該經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的亮度信號大于一第一預(yù)定百分比，則該第二亮度信號等于該第一亮度信號；若該經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的亮度信號小于該第一預(yù)定百分比，且大于一第二預(yù)定百分比，則該第一亮度信號經(jīng)過非線性校正產(chǎn)生該第二亮度信號；以及若該經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的亮度信號小于該第二預(yù)定百分比，則該第一亮度信號經(jīng)過線性校正產(chǎn)生該第二亮度信號。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，在該第二亮度信號等于該第一亮度信號步驟中該第一預(yù)定百分比為50％。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，在該第一亮度信號經(jīng)過非線性校正產(chǎn)生該第二亮度信號的步驟中該第二預(yù)定百分比為13.5％。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，在該第一亮度信號經(jīng)過非線性校正產(chǎn)生該第二亮度信號的步驟中，非線性校正是該第一亮度信號與該第二亮度信號之間與一指數(shù)具有下述關(guān)系該第二亮度信號＝(該第一亮度信號)該指數(shù)其中，該指數(shù)為介于0與1之間。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征是，該指數(shù)為0.6。
7.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征是，在該第一亮度信號經(jīng)過線性校正產(chǎn)生該第二亮度信號的步驟中，線性校正是該第一亮度信號與該第二亮度信號之間與一系數(shù)呈下述關(guān)系該第二亮度信號＝該系數(shù)×(該第一亮度信號)其中，該系數(shù)大于1。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其特征是，該系數(shù)為1.7。
9.一種增加圖象暗區(qū)分辨率的視頻信號處理方法，包括下列步驟接受由信號源提供的視頻輸入信號，包括一個(gè)第一亮度信號與兩個(gè)色差信號；以及對該第一亮度信號施加以非線性校正，產(chǎn)生一第二亮度信號，上述校正還包括下列步驟以一預(yù)定全亮度值標(biāo)準(zhǔn)化該亮度信號；若該經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的亮度信號大于一第一預(yù)定百分比，則該第二亮度信號等于該第一亮度信號；若該經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的亮度信號小于該第一預(yù)定百分比，且大于一第二預(yù)定百分比，則該第一亮度信號經(jīng)非線性校正產(chǎn)生該第二亮度信號；以及若該經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化的亮度信號小于該第二預(yù)定百分比，則該第一亮度信號經(jīng)過線性校正產(chǎn)生該第二亮度信號；輸出該第二亮度信號與該色差信號到一后續(xù)視頻處理裝置，例如電視編碼器中。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是，在該第二亮度信號等于該第一亮度信號的步驟中，該第一預(yù)定百分比為50％。
11.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是，在該第一亮度信號經(jīng)過非線性校正產(chǎn)生該第二亮度信號的步驟中，該第二預(yù)定百分比為13.5％。
12.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是，在該第一亮度信號經(jīng)過非線性校正而產(chǎn)生該第二亮度信號的步驟中，非線性校正是指該第一亮度信號與該第二亮度信號之間與一指數(shù)呈下述關(guān)系該第二亮度信號＝(該第一亮度信號)該指數(shù)其中，該指數(shù)為介于0與1之間。
13.如權(quán)利要求12所述的方法，其特征是，該指數(shù)為0.6。
14.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征是，在該第一亮度信號經(jīng)過線性校正產(chǎn)生該第二亮度信號的步驟中，線性校正是指該第一亮度信號與該第二亮度信號之間與一系數(shù)具有下述關(guān)系該第二亮度信號＝該系數(shù)×(該第一亮度信號)其中，該系數(shù)大于1。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征是，該系數(shù)為1.7。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種視頻信號的處理方法,其步驟包括:接收一視頻輸入信號,該視頻輸入信號包括一第一亮度信號與兩個(gè)色差信號;對該第一亮度信號加以校正,產(chǎn)生一第二亮度信號,而該第二亮度信號可增加圖像暗區(qū)的分辨率;輸出第二亮度信號與原輸入的色差信號,至后續(xù)的信號處理裝置。本發(fā)明可減少視頻信號處理中的大量計(jì)算過程,降低有關(guān)信號編碼芯片的制造成本,同時(shí)也增加了圖像中暗區(qū)的分辨率,從而提高了圖像的質(zhì)量。
文檔編號H04N5/14GK1272026SQ9910587
公開日2000年11月1日 申請日期1999年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月22日
發(fā)明者陳安東 申請人:華邦電子股份有限公司