對視頻圖像的對比度進行動態改進所用的方法及設備的製作方法
2023-05-26 03:23:41
專利名稱：對視頻圖像的對比度進行動態改進所用的方法及設備的製作方法
技術領域：
本發明所涉及的是對視頻圖像的對比度進行動態改進所用的方法及設備。
背景技術：
在視頻顯示器的設計領域對圖像的對比度有強烈的需求，然而每個視頻顯示器的動態範圍是有限的。尤其是平面顯示屏如LCD(液晶顯示器)及等離子體顯示器，與CRT(陰極射線管)顯示器相比動態範圍較低。圖像的對比度是不能簡單地通過增加視頻信號幅值的方式來提高的，因為超過了顯示器的動態範圍就會產生有害的幹擾作用。
發明內容
本發明的一個目的就是提供一種有效地利用顯示器的動態範圍來提高圖像的對比度及質量的方法及設備。
該目的是通過在權利要求1及8中提出的措施實現的。根據權利要求1中所提出的方法，通過執行自適應信號分離步驟來最優化圖像的質量，在上述步驟中，產生噪聲被減少的亮度信號，然後對其施加變換函數。
為便於對本發明的設備進行敘述而附加的具體實施例見於其各自相關的權利要求。
根據權利要求9，自適應信號分離器包括一個濾波器，對亮度信號進行濾波，而亮度信號的低通成份被送往圖像分析器。經過低通濾波的信號要經過圖像分析以降低幹擾的影響。
根據權利要求10，在本發明的改進設備的一個更為具體的實施例中，自適應信號分離器包括一個自適應採樣器，通過對亮度信號的信噪比進行估算，並對亮度信號的高通分量施加一個相應的採樣電平的方式將亮度信號的高通分量同幹擾信號和微弱的清晰度信號分離。使信號分量降低的該幹擾信號是附加的低通分量信號，這樣，就提供了在權利要求18中命名的降低亮度信號的幹擾信號。
利用權利要求11中給出的方法，還能夠實現進一步的改進。將幹擾信號和已被自適應採樣器抑制的含有信號分量的微弱的清晰度信號加到經過二元段式轉換的結果輸出信號上有利於在不損失微弱的清晰度信號的情況下降低幹擾的擴大。而用其他方法，由於採樣功能不對幹擾信號和圖像信號進行鑑別，則因為高頻低幅信號分量的損失，就會引起清晰度的損失。
為了便於對彩色飽和度亮度分量的處理效果進行補償，設置了一個彩色飽和度補償器，對色度信號進行處理，進而實現了對這一效果的補償。
本發明的典型實施例示於各附圖中，並將在下面的說明中加以更為詳細的解釋。在這些附圖中圖1示出了用於對比度改進的一個二元段式變換函數的圖像；圖2示出了動態對比度改進設備的頂層方框圖；圖3示出了一個自適應信號分離器的方框圖；圖4示出了在自適應信號分離器中使用的一個低通濾波器的方框圖；圖5示出了在自適應信號分離器中使用的一個自適應取樣器的方框圖；圖6示出了一個圖像分析器的方框圖；圖7示出了包含於圖像分析器中的平均亮度分析器的方框圖；圖8示出了包含於圖像分析器中的暗採樣分布分析器的方框圖；圖9示出了包含於圖像分析器中的幀峰值分析器的方框圖；圖10示出了包含於圖像分析器中的一個IIR濾波器和一個參數計算器的方框圖；
圖11示出了一個轉換函數適配器的方框圖；圖12示出了一個彩色飽和度補償器的方框圖。
具體實施例方式
本發明的動態對比度改進方法DCI的基本功能就是對圖像逐幀進行實時分析並根據分析結果對一個轉換函數的參數進行調整，以便獲得最佳的圖像質量。由於視頻信號的亮度信號分量是決定圖像對比度的主要因素，因此新的動態對比度改進方法只將亮度信號輸往轉換函數適配器，轉換函數適配器為每個亮度信號點(視頻圖像的像素)分配一個輸出值，進而產生經過改進的圖像的對比度和質量。
該過程示於圖1，圖中示出了轉換函數的效果。在所示圖像的X方向描述的是輸入的亮度值Y_IN。在所示圖像的Y方向描述的是輸出亮度值。在兩種情況下亮度值均是以在視頻信號處理領域中常用的單位IRE(無線電工程師協會)給出的。亮度值為100 IRE的亮度信號表示標準視頻信號的白電平，而亮度值為0 IRE的亮度信號表示標準視頻信號的黑電平。
對於不同種類的顯示器要進行專門的調整，以便於對於標準的視頻信號測試模型而言能夠再生最佳的黑色與白色。例如，在電視影片中出現暗色場面時，不論是否進行專門調整，所顯示的視頻圖像的黑白對比的值都低，圖像看起來不清晰，或者模糊等。因此，對動態對比度的改進有著強烈的需求。當未進行對比度改進時，轉換函數的圖像為一條直線，其斜率為1，如圖1中參考標號10所示。
在本發明中使用了一個具有一個自適應中心點的二元段式轉換函數，見參考標號11。圖像的兩段的斜率可以不同，而自適應中心點12即是兩段的交點。二元段式轉換函數的參數是兩條線段的斜率值(以下稱為段增益值)和中心點12的位置。下段表示暗採樣，而上段表示亮採樣。
下段的增益自適應於暗採樣分布。較高的增益來自於較少量的暗採樣，而較低的增益來自於數量較大的暗採樣。該增益限制於下面給出的範圍之內1.0≤段1增益≤最大增益1
在本發明的一個優選實施例中，最大增益1的值為1.5。
上段的增益自適應於幀峰值。其計算方法為當測得的峰值低於額定峰值時，則增益向額定峰值方向靠攏。如果測得的峰值等於或大於額定峰值時，則增益為1.0(不變)。此外，計算出的理論增益被限制在一個最大值的範圍之內，以免出現反常效果。
1.0≤段2增益≤最大增益2在本發明的一個優選實施例中，最大增益2的值為1.7。
轉換函數的第三個參數就是中心點。該點自適應於圖像平均亮度，能被發暗的圖像反差變強並變亮。低平均亮度使該中心點向低位移動。而高平均亮度使該中心點向高位移動。在圖1中示出，為便於實現，該中心點總是位於直線10上，而且它的可能的最低位置是點(X＝7 IRE，Y＝7 IRE)，可能的最高位置是點(X＝40 IRE，Y＝40 IRE)，見參考標號13和14。
下面，對本發明的動態對比度改進設備進行詳細描述。圖2示出了這一設備的頂層方框圖。它由五個主框自適應信號分離器20、轉換函數適配器30、圖像分析器40、彩色飽和度補償器50和幹擾估算器60組成。該設備有4個輸入信號，即視頻信號的亮度信號Y_IN、來自前一個半幀的亮度信號Y_INPF、以及色度信號U_IN和V_IN。在這四個輸入信號的基礎上生成三個輸出信號，即經過校正的亮度信號Y_OUT，和經過校正的色度信號U_OUT和V_OUT。這些輸出信號可用於進一步的處理或者顯示。
下面對自適應信號分離器的功能進行說明。自適應信號分離器由主要部件低通濾波器210和自適應採樣器220組成。該部件對亮度信號進行處理使之與亮度信號的信噪比相適應，並輸出進一步處理所需要的三個不同信號SMALL_DTL、Y_CORED和Y_LP。如圖3所示，亮度信號Y_IN由低通濾波器210進行濾波。經過低通濾波的信號Y_LP供圖像分析器40使用，如圖2所示。亮度信號的高通分量是在加法器201中簡單地通過從輸入信號Y_IN中減去經過低通濾波的信號Y_LP而生成的。高通分量信號Y_HP被送往自適應採樣器220，在這裡，低於採樣電平的幹擾及清晰度信號被分離。採樣電平是通過對由圖2中的方框60給出的信噪比SNR進行估算的方式確定的。自適應採樣器220輸出信號Y_HP_C在加法器203中與低通信號Y_LP相加。其結果是弱化的幹擾信號Y_CORED。該信號被送往轉換函數適配器30進行進一步處理。
由於採樣功能並不在幹擾信號與圖像信號之間作出識別，因為對高頻低幅圖像信號的忽略，將會造成清晰度的損失。因此，受到採樣器220削減的信號量SMALL_DTL在整個DCI-處理(動態對比度改進處理)之後被再次與經過處理的信號Y_PWL相加，見圖2。這一過程可以在不損失微弱的清晰度信號的情況下降低幹擾的增長。
低通濾波器的結構示於圖4。這是一個常見的低通濾波器結構。其中，參考標號2110表示延時器，參考標號2120表示求和級，而參考標號2130表示分離級。該低通濾波器在700KHz左右有一個-3dB的頻率限制。
自適應採樣器220的結構示於圖5。其中，參考標號2210表示一個最大值選擇器，參考標號2220表示一個最小值選擇器。參考標號2230表示一個反相器，執行與因子-1相乘的功能，而參考標號2240為一個加法器。自適應採樣器220的功能以一目了然的形式示於圖5中。
接著，對圖像分析器40進行更為詳細的解釋。動態對比度改進處理過程DCI的基本功能是逐幀地對圖像進行實時分析並根據分析結果對一個二元段式轉換函數的參數進行調整以便獲得最佳的圖像質量。對於每幀圖像要從其三個不同特性上，即圖像平均高度、暗採樣分布和幀峰值上對其進行分析。圖像分析器40的方框圖示於圖6。參考標號410、420、430分別表示平均亮度分析器、暗採樣分布分析器和幀峰值分析器。這些裝置的輸出結果在一個IIR濾波及參數計算器450中進行處理。經該裝置的處理之後，二元段式轉換函數的參數已經生成並被送往下一幀而非當前幀，因為無論如何濾波總是必要的，而對微小的時間變化的即時反饋卻是不需要的。
在電視機中，圖像的格式在使用中是可以改變的，如在圖像放大或是接收到不同格式的如信箱格式的圖像的時候。當接收到信箱格式的圖像時，並非所有的顯示區都包括激活的視頻部分。在圖像放大的應用場合，也並非是所有被激活的視頻行均要被顯示。因此必須謹慎。圖像分析功能不能被未被激活的部分及不被顯示的部分所誤用。為此，在分析窗口部件440中定義了一個分析窗口。該分析窗口在顯示圖像尺寸的範圍內定義一個區域供分析使用。DCI功能的分析在該窗口之內被激活而在窗口之外則被無效。通過這種方法，也可以用小標題或登錄的方式使分析功能無效。該分析窗口可以由用戶通過置入W_US信號的方式，或者由檢測圖像格式及尺寸的裝置W_PES來定義。
下面對平均亮度分析器410進行詳細描述。二元段式轉換函數的中心點是與圖像平均亮度的值相匹配的。對於暗圖像(具有低平均亮度值)而言，該點向低值運動，而對於亮圖像(具有高平均亮度值)而言，該點向高值運動。分析是如圖7中所示的那樣進行的。低於常量存儲器4173中所存的暗級閾值(＝114)的所有採樣均被認為是暗採樣。寄存器4150的值就是對這種採樣中的每一個採樣的累加結果。當寄存器的值等於變量存儲器4170中所存的參數值SENS時，則該寄存器被清零，而一個進位1被加入到平均寄存器4160中。
高於常量存儲器4172中所存的亮級閾值(＝106)的所有採樣均被認為是亮採樣，但他們並不象暗採樣那樣被簡單地計數。它們採樣值也要加以考慮，以便進行分析。寄存器4140對由下面的式子給出的值進行累加值＝limit((Y_LP-閾值)，0，127)只要寄存器的值要低於常數值SENS×32。當寄存器4140中的值大於等於32×SENS時，則該值被由下面的式子給出的值替代寄存器A＝limit((Y_LP-閾值)，0，127)+(寄存器_A-32×SENS)而且根據下面的公式從平均寄存器4160的內容中減去進位K寄存器C＝寄存器C-K
使用兩個不同的閾值在暗採樣與亮採樣之間作出決斷的原因在於所需的軟過渡。在一個稱為過濾範圍的小範圍內，閾值114與106並行使用。在該過渡範圍內的所有採樣都要經過由寄存器4150及4140表示的暗採樣及亮採樣計數器的估算。平均亮度分析函數可通過下面給出的方程來描述 其中各變量的含義如下tsn分析窗口內的總的採樣數量P暗與tsn相關的暗採樣數量Pi與tsn相關的具有i值的亮採樣數量，i＝limit((採樣-閾值)，0，127)SENS參數，用於確定靈敏度K參數，加權因子分析是只針對分析窗口內的採樣的，而且是逐幀進行的。分析結束時寄存器4160即包含了有關圖像平均亮度的信息。該結果根據給定的範圍經限幅器4120限幅，並在除法器4182中被除以2。最終的平均亮度信息決定轉換函數中心點的位置。在對下一幀圖像進行的分析開始之前，所有的寄存器均由幀清零脈衝進行清零。
現在參照圖8對暗採樣分布分析器420的功能進行說明。幅值範圍從0IRE到18IRE，分5步進行量化，以便對暗採樣分布進行分析。幅值在18IRE以下的採樣被認為是暗採樣。其量化值被計入寄存器4210，只要該寄存器的值低於常量存儲器4270中的參數值SENS即可。如果該寄存器的值大於等於參數值SENS，則其值被根據下面給出的公式計算出來的值替換
而且，值為D的進位被從分布寄存器4220中減掉。寄存器4230對總的採樣數量進行計數。它的值是通過對分析窗口內的每個採樣的值進行累加而生成的。如果計入的採樣數量等於參數值SENS，則該寄存器被清零，而進位1被加到寄存器4220。
分析是逐幀進行的，而且是只對分析窗口中的採樣進行的。在分析結束時，寄存器4220中包含了有關暗採樣分布的信息並決定了二元段式轉換函數的下段的段增益。而且這裡，在開始對下一幀進行分析之前，所有的寄存器均被清零。
下面參照圖9對幀峰值分析器430的功能進行說明。最大幀峰值是由圖9中給出的電路測定的。每次檢測，最大值被存於寄存器4310中。測出的幀峰值被限制在一個特定的範圍之內，以便使在另一個框圖中計算出來的段增益永不低於值1.0並永不超出一個預定的最大值。象下面所要解譯的那樣。幀峰值決定二元段式轉換函數的上段的增益。
圖像分析器為每幀圖像提供有關平均亮度、暗採樣分布及幀峰值的信號。這些信息的值決定供下一幀圖像使用的轉換函數的性能。這三個值都要經IIR濾波器(無限衝擊響應濾波器)濾波並被逐幀存儲。該濾波器在圖10中用參考標號4520表示，由乘法器4521、位移器4522與4523、加法器4524和常量存儲器4543構成，其中位移器4522和4523分別使用因數22＝4和24＝16將輸入的採樣分開。該濾波器的時間常數是通過用戶分別在變量存儲器4540、4541和4542中置入平均亮度值對應的AB_FC、與暗採樣分布值對應的DS_FC和與峰值對應的PK_FC而確定的。這三個圖像分值的濾波是用在圖10中所示的同一個硬體以時分多路復用的方式完成的。多路復用控制信號MUX_CTRL對相應的多路復用器4510進行控制。在濾波過程中以及在參數計數器450中的所有計算都是在垂直消隱時間內進行的。
經過濾波的值用於對二元段式轉換函數的參數進行計算。經過濾波的平均亮度信息除以4後用所得的商去減常量106，所得的結果即為中心點的值(TF_DPP)。經過濾波的暗採樣分布值在位移器4570中被4除，所得的商即為二元段式轉換函數的第一段(下段)的增益。為得到第二段(上段)的增益，要進行附加處理，從經過濾波的峰值導出。對增益進行計算的目的是使經過濾波的低於100IRE的峰值轉換為100IRE。如上所述，測出的峰值在幀峰值分析器430中被限制在一個特定範圍內，以便使段增益不低於1.0，也不超過預定的最大值，如1.7。最大增益是為了保持逼真的圖像質量而定義的，這些條件以下面的數學形式表示peak＝limit(peak，MINPEAK，100IRE)1.0≤GAIN_SEG2≤max-gain2如在下面的方程式中給出的，該增益是通過經過濾波的峰值和中心點的位置來確定的。
GAIN_SEG2=Y100IRE-TF_DPPFR_PEAK_FILE-TF_DPP]]>其中的變量表示GAIN_SEG2二元段式轉換函數的第二段的增益Y100IRE亮度信號值100IRETF_DPP轉換函數中心點的值FR_PEAK_FILT經過濾波的亮度峰值根據該方程對段增益進行計算要作一個除法。這可以利用乘法器4581並查找表格4550來完成。該查找表格包含著下式的結果。
1FR_PEAK_FILE-TF_DPP]]>其精度為n個二進位位，下面表中給出X＝FR_PEAK_FILT-TF_DPPXmin＝FR_PEAK_FILTmin-TF_DPPmaxXmax＝FR_PEAK_FILTmax-TF_DPPminROM_Address＝X-Xmin
ROM_Value＝2n/X n小數點後的位數當FR_PEAK_FILTmin＝185 FR_PEAK_FILTmax＝240TF_DPPmin＝32 TF_DPPmax＝106
亮度信號的高於中心點的轉換函數段由下面的方程給出Yout＝gain_seg2*(Ym-TF_DPP)+TF_DPP Ym＞TF_DPP其中Yout輸出亮度信號Yin輸入亮度信號當段增益被分為整數和小數兩部分時，其中整數部分恆為1，下面二式生效GAIN_SEG2＝GAIN_SEG2_INT+GAIN_SEG2_FRC＝1+GAIN+SEG2_FRCYout＝GAIN_SEG2_FRC*(Ym-TF_DPP)+YmYm＞TF_DPP只用小數部分可以節省一位。因此，整數部分被從算出的增益中減去。結果被寫入寄存器4533。算出的參數TF_DPP，GAIN_SEG1_FRC和GAIN_SEG2_FRC分別定義了轉換函數動態中心點、一段增益的小數部分和二段增益的小數部分。它們均被輸往二元段式轉換函數部件。計算最遲必須在下一幀的第一個被激活的數據之前完成。這些參數在該幀的被激活的數據流通過期間被凍結。
下面參照圖11對轉換函數器30進行詳細解釋。
動態對比度改進的視頻處理過程主要是在二元段式轉換函數的基礎上進行的。參數是由共用IIR濾波器和參數計算器提供的。二元段式轉換函數的應用可以用下面的數字表達式順利地表達出來當Y_CORED≤TF_DPP時Y_DSTF＝(Y_CORED-TF_DPP)*GAIN_SEG1_FRC+Y_CORED當Y_CORED＞TF_DPP時Y_DSTF＝(Y_CORED-TF_DPP)*GAIN_SEG2_FRC+Y_CORED其中Y_CORED輸入信號Y_DSTF 輸出信號TF_DPP 轉換函數動態中心點GAIN_SEG1_FRC 一段(下段)增益的小數部分GAIN_SEG2_FRC 二段(上段)增益的小數部分DCI處理過程可以通過用戶置入參數DCI_ON來啟動及關閉。在水平和垂直消隱期間，該過程由複合消隱信號COMP_BLANK來關閉。這些計算的硬體執行過程以一目了然的方式在圖11中示出。
由於在轉換函數中進行的非線性亮度處理，彩色飽和度發生變化。這種後果要由具有補償增益的色度採樣放大來補償。這一步驟是在圖12中詳細展出的彩色飽和度補償器50中進行的。該部件的基本功能用下面的公式表示GAIN_CSC=Y_DSTF-YblY_CORED-Ybl]]>其中Y_CORED二元段式轉換函數的輸入亮度值Y_DSTF 二元段式轉換函數的輸出亮度值
Ybl黑表達式1/(Y_CORED-Ybl)由查找表格520近似得出。增益值即為(Y_DSTF-Ybl)*(1/Y_CORED-Ybl)的乘積。
彩色飽和度補償只施於欠飽和的色彩。不飽和出現於中心點到100IRE的第二段。在從0IRE到中心點的第一段，彩色飽和度只能增加。在該區域進行補償將使色彩減弱。
查找表格的內容可用下面的表達式給出X＝Y_CORED-Ybl當Y_CORED＞TF_DPPmin時Y_COREDmin＝TF_DPPmin+1Xmin＝Y_COREDmin-YblROM_Value＝2n/XROM_Address＝X-Xmin當X≥Xmin時n是小數的位數，決定近似的精度。
對於Xmin＝17，Xmax＝238
在很少有的情況下經過補償的彩色分量值能夠超過用給定的位數表示的最大範圍。因此，該最大值允許用分量絕對值計算器561、最大值選擇器530、限幅器512、加法器570、常量存儲器553，查找表格521和位移器541來為每個彩色採樣計算彩色補償增益。如果彩色飽和度補償增益大於允許值則用查找表格521對其進行限制，以免出現顯然的色度誤差。
現在對用於確定彩色飽和度補償增益的用於替換的具體實施例進行描述。根據該替換實施例，彩色飽和度補償增益由下式確定CSC_GAIN＝Y_PWL/Y_CORED其中Y_PWL是對亮度分量應用二元段式轉換函數之後亮度輸出信號，而Y_CORED是接受轉換函數作用的輸入亮度信號分量(見圖2)。
對於每個色度數據對U和V，一個允許的最大值彩色飽和度補償增益CSC_GAINmax可以用下式進行計算CSC_GAINmax＝max_value/max(abs(U)，abs(V))其中，max_value對於一個給定的色度值表達式而言是恆定的，例如，對於一個帶符號(指正、負號)的8位表達式而言max_value等於+127。Max(abs(U)，abs(V))代表一個色度數據對的最大絕對值。如果根據上式計算出的彩色飽和度補償增益CSC_GAIN大於允許的最大增益CSC_GAINmax，則使用允許的最大增益CSC_GAINmax，，以避免由於U或V值的限制而起的色度誤差。
下面，對有關幹擾估算器60的一些細節進行解釋。在自適應信號分離器中使用的採樣閾值SNR決定著在經過處理的亮度信號中高頻小信號的幅值受到抑制的程度。最理想的是，對於低噪聲的視頻設備設置小採樣閾值，而對於有噪聲的視頻設備設置大採樣閾值。系統的性能可以根據視頻設備的噪聲幅度通過調整採樣閾值的方式進行優化。而該噪聲就是通過幹擾(即噪聲)估算器60測得的。
幹擾估算器60對視頻信號的激活分量中的噪聲的幅度進行估算。通常，在每幅畫面中存在著視頻內容變化最小的區域。這些區域適用於噪聲測量。幾乎是代表同一空間位置的連續場(即隔行掃描的半幀)的像素通常是緊密相關的，而絕對的差別就提供了噪聲的信息。由於噪聲統計上的偏差，就有必要求出噪聲幅度的平均值。每個場被細分成由像素組成的64個區域。在每個區域上對相鄰場之間的像素的絕對差別進行平均。在空間及/或時間上產生變化的區域並不能提供準確的噪聲幅度。對它們的估算可能會導致遠高於實際存在的噪聲幅度的估算噪聲。因此，選取噪聲幅度最小的區域進行噪聲估算。這用下面提供的公式來表示Noise_level-min(Noise_level,j=063abs(Xj-Xpfj))]]>其中Xpixel 當前場的像jXpf 前一場的像j新的動態對比度改進方法及設備將主要用於視頻顯示設備如直視型電視機或者投影電視機。在等離子體及LCD顯示設備中，它的應用會帶來更大的好處。
新的動態對比度改進方法已經利用硬體設備方框圖進行了詳細解釋。自不待言。可以用相應的軟體方框圖來取代給出的方框圖進行說明。本發明並不僅限於已給出的具體實施例。作出各種修改是可能的，並被認為屬於權利要求的範圍之內。例如，總的來看與二元段式轉換函數相比稍有不同的轉換函數是可以使用的。更準確地說，對給定的關於中心點的位置的限制是可以修改的。整個的動態對比度改進方法及設備是與逐幀處理的系統相匹配的。而對於逐場處理的系統而言，就要作出修改。
權利要求
1.一種用於視頻圖像的動態對比度改進的方法，該方法包括以下步驟根據視頻圖像的內容逐幀或者逐場地對視頻圖像進行實時分析，以及對轉換函數(11)的參數(TF_DPP，GAIN_SEG1_FRC，GAIN_SEG2_FRC)進行調整，這些參數決定了用於對比度改進的視頻圖像的亮度和/或色度信號的改變量，其特徵在於，一個自適應信號分離步驟被執行，在該步驟中產生一個噪聲減少了的亮度信號(Y_CORED)，該亮度信號(Y_CORED)通過所述轉換函數(11)被轉換。
2.根據權利要求1所述的方法，其中自適應信號分離步驟進一步包括一個低通濾波步驟，在該低通濾波步驟中視頻圖像的亮度信號(Y_IN)被濾波，該亮度信號的低通分量(Y_LP)用於圖像分析。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中自適應信號分離步驟進一步包括一個自適應採樣步驟，其中利用亮度信號的信噪比的估值從亮度信號(Y_IN)的高通分量(Y_HP)中減小噪聲和小的詳細信號分量，且相應的採樣電平被施加於亮度信號的高通分量(Y_HP)。
4.根據權利要求3所述的方法，其中把在自適應採樣步驟中被抑制的信號分量加到利用所述的轉換函數(11)轉換的轉換後亮度信號上。
5.根據權利要求3所述的方法，其中一個彩色飽和度補償步驟被執行，用於補償由於當利用適合的轉換函數執行轉換步驟時對亮度分量進行非線性處理而產生的彩色飽和度的影響。
6.根據權利要求5所述的方法，其中由下面公式確定彩色飽和度補償增益CSC_GAINCSC_GAIN＝Y_PWL/Y_CORED其中，Y_PWL是在對亮度分量應用二元段式轉換函數之後的亮度輸出信號，而Y_CORED是轉換函數(11)所應用的輸入亮度信號分量。
7.根據權利要求5所述的方法，其中對於每個色度數據對U和V，由下面的公式計算所允許的最大彩色飽和度補償增益CSC_GAINmaxCSC_GAINmax＝max_value/max(abs(U)，ab s(V))其中，max_value對於一個給定的色度值位數表達式是固定的，而max(abs(U)，abs(V))表示一個色度數據對的最大絕對值。
8.一種用於視頻圖像的動態對比度改進的設備，包括圖像分析器(40)，用於根據視頻圖像的內容對視頻圖像逐幀或逐場地進行分析；以及轉換函數適配器(30)，其中用於視頻圖像的亮度和/或色度信號的轉換函數(11)隨圖像分析器(40)的結果自適應變化，其特徵在於該設備進一步包括一個自適應信號分離器(20)，在該自適應信號分離器(20)中產生一個在轉換函數適配器中被處理的、噪聲減少了的亮度信號。
9.根據權利要求8所述的設備，其中自適應信號分離器(20)進一步包括一個低通濾波器(210)，在該低通濾波器(210)中視頻圖像的亮度信號(Y_IN)被濾波，該亮度信號的低通分量被饋給圖像分析器(40)。
10.根據權利要求8或9所述的設備，進一步包括一個自適應採樣器(220)，其中利用亮度信號的信噪比的估值從亮度信號(Y_IN)的高通分量(Y_HP)中減小噪聲和小的詳細信號分量，且相應的採樣電平被施加於亮度信號的高通分量(Y_HP)。
11.根據權利要求10所述的設備，其中受到自適應採樣器(220)的信號分量被提供於自適應信號分離器(20)的另一個輸出端(SMALL_DTL)，並被饋給加法器(70)與轉換函數適配器(30)的輸出信號相加。
12.根據權利要求8所述的設備，其中該設備進一步包括一個彩色飽和度補償器(450)，用於對在轉換函數適配器(30)對亮度分量進行非線性處理而產生的彩色飽和度的影響進行補償。
13.根據權利要求12所述的設備，其中其中由下面公式確定彩色飽和度補償增益CSC_GAINCSC_GAIN＝Y_PWL/Y_CORED其中，Y_PWL是在對亮度分量應用二元段式轉換函數之後的亮度輸出信號，而Y_CORED是轉換函數(11)所應用的輸入亮度信號分量。
14.根據權利要求12所述的設備，其中其中對於每個色度數據對U和V，由下面的公式計算所允許的最大彩色飽和度補償增益CSC_GAINmaxCSC_GAINmax＝max_value/max(abs(U)，abs(V))其中，max_value對於一個給定的色度值位數表達式是固定的，而max(abs(U)，abs(V))表示一個色度數據對的最大絕對值。
15.根據權利要求8所述的設備，其中圖像分析器(40)包括下列部件中的一個或幾個部件_平均亮度分析器(410)，_暗採樣分布分析器(420)，_峰值分析器(430)。
16.根據權利要求15所述的設備，其中，峰值分析器(430)包括多個對高於相應閾值(thr_00-thr_15)的像素值進行計數的計數器(4380)，以及計數結果被求和用於確定峰值。
全文摘要
在此提出一種對視頻圖像的對比度進行動態改進所用的方法及設備。對於要求圖像的對比度較高而每個視頻顯示器的動態範圍有限的情況，不能簡單地通過增大視頻信號幅值的方式來增強圖像的對比度，因為在某些視頻畫面中超過了顯示器的動態範圍會產生有害的幹擾後果。根據本發明的基本方案，對視頻圖像逐幀進行實時分析，並根據分析結果對用於對比度改進的轉換函數(11)的參數進行調整，以獲得最佳的目標圖像質量。利用這種基本方案，執行一個自適應信號分離步驟，在該步驟中，產生噪聲被減小的亮度信號(Y_CORED)，然後通過轉換函數對其進行轉換，這樣可以通過減小噪聲的影響來提高圖像的質量。
文檔編號H04N5/205GK1529516SQ200410001208
公開日2004年9月15日 申請日期1999年5月28日 優先權日1998年6月2日
發明者扎姆沙·阿克巴伊爾, 扎姆沙 阿克巴伊爾 申請人:德國湯姆森-布蘭特有限公司