旨在補償顯示設備的缺陷的處理視頻信號的方法和設備的製作方法

2023-05-27 02:29:26 1

專利名稱：旨在補償顯示設備的缺陷的處理視頻信號的方法和設備的製作方法
技術領域：
本說明涉及一種用於處理視頻圖像的方法和設備，其旨在補償某些顯示設備的缺陷，尤其是非線性顯示設備(例如陰極射線管)。
背景技術：
可以在由轉移函數相互聯繫起來的各種空間內表示視頻信號。這樣，色彩電平(colour level)的表示空間包括一組例如在0到255之間變化的整數。可視空間(visualization space)部分地說，是產生和察覺光信號的空間。
在多數視頻圖像顯示設備中，色彩電平的表示空間和可視空間是通過稱為電光轉移函數或者更通常稱為伽馬定律(gamma law)的非線性定律來關聯的。因此，在屏幕上再現的發光強度是顯示設備的輸入處的色彩電平的非線性函數。
關於這兩個表示空間的轉移函數是顯示設備類型的特徵。在陰極射線管的情況下，所述管的伽馬定律具有下列形式nout=Nout(ninNin)]]>nin是輸入電平，nout是輸出電平，Nin是關於nin的最大電平，Nout是關於nout的最大電平，γ是關於轉移函數的係數。
根據本領域的狀況，為了估計顯示設備的伽馬定律，公知的方法是在顯示設備上顯示其電平從1到255變化的一系列均勻圖像。然後我們測量對每個輸入電平n由屏幕發射的光亮級L(n)，然後我們通過這些輸入電平的最大值來標準化該曲線γ＝255*L(n)/L(255)。
圖1和圖2圖解了根據現有技術的狀況、處理通過(圖1)或不通過(圖2)逆伽馬定律(inverse gamma law)預校正的視頻信號的方法，該方法旨在減少由於顯示設備而導致的視覺缺陷。
之前描述的轉移函數(在下面的文檔中又稱為後面(posterior)定律)(圖1中的附圖標記15)具有衰減較暗像素的特徵。眾所周知，通過逆伽馬定律11(在下面的文檔中又稱為籤名定律)預校正從相機中產生的初始視頻信號，以便在將經校正的該信號發送給顯示設備之前補償該衰減。這種通常在相機方執行的處理不是強制的。用於預校正初始視頻信號的伽馬值是公知的，並且規定在各種文檔中，尤其是ITU對電視的建議(例如，ITU-R BT.709-5，BasicParameters Values for HDTV，ITU-R BT.470-6，Conventional Television System)。
此外，在屏幕上顯示發送的視頻信號之前，可能需要對經預校正或未經預校正的視頻信號應用視頻處理13，以便例如改善將要顯示的信號的質量。視頻處理可以是例如視頻圖像的重新內插，其旨在校正圖像中的畸變。所述畸變是由於顯示設備而產生的。
當應用這種視頻處理時，需要在對於可視空間是線性的空間中工作。具體地說，在不是這樣的情況下，我們將在顯示的圖像上看到出現與處理相關的缺陷。例如，在重新內插的情況下，圖像的點的亮度可能取決於它是在一個還是n個像素上被重新內插而發生變化。具體地說，在這種情況下，如果處理空間不是對於視覺空間線性的空間，則n個像素的強度的視覺之和與單個像素的不同。
為此，如圖1所示，眾所周知，如果初始信號經過了預校正，則在處理方框13的兩側，分別在方框12和14反轉前面定律11和後面定律15。顯示設備根據顯示設備的伽馬定律特性修改經這樣校正的視頻信號。
然而，如之前所述，相機可能沒有通過逆伽馬定律11預校正而產生並生成視頻信號。在這種情況下，如圖2所示，眾所周知，直接對初始視頻信號21應用視頻處理。這樣得到的信號通過逆伽馬定律22校正，以便補償由所述管的轉移函數引入的暗點的衰減。顯示設備23根據顯示設備的伽馬定律特性修改經這樣校正的視頻信號。
根據本領域的狀況的方法，儘管可能校正某些缺陷(例如暗點的衰減)，但沒有考慮某些顯示設備的某些依賴於可視化方向的特性(例如像素內重疊、點的形狀)。
因此，在連續應用到圖像的水平分量(X)和垂直分量(Y)的視頻處理的情況下，應用全局伽馬定律將導致視覺缺陷。術語全局伽馬定律指的是不管我們處理視頻信號的垂直還是水平分量都以相同方式應用的定律。在我們應用色彩圖像的重新內插處理的情況下，產生色彩缺陷的紅色、綠色和藍色信號的局部衰減的缺陷是可見的。
因而，為了處理視頻信號，最好考慮處理的方向(水平或垂直)。

發明內容
為此，本發明提出一種方法，其目的是通過在每個處理方向上(水平或垂直)應用不同的伽馬定律來減少某些視覺缺陷。根據本發明，我們提出在顯示設備顯示包含水平分量和垂直分量的信號之前處理該信號的方法，按照下列步驟通過與所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關聯的特定伽馬定律，來校正所述視頻信號；對校正後的視頻信號的所述第一分量進行第一視頻處理；將中間定律應用到經處理的視頻信號，中間定律實現從對於第一分量為線性的空間到對於第二分量為線性的空間的轉換，其中所述水平和垂直分量中的另一個被稱為第二分量；對從前一步驟發出的視頻信號的第二分量進行第二視頻處理；以及通過與視頻信號的第二分量相關聯的特定逆伽馬定律來校正經處理的視頻信號。
處理信號分量的順序無關緊要。
根據優選實施例，中間伽馬定律是與第二分量相關聯的定律和與第一分量相關聯的逆伽馬定律的合成。具體地說，在根據這些分量之一處理了信號之後，最好採用依照另一分量為線性的空間的立場。這樣，如果首先處理了Y分量，則隨後最好採用X中線性的空間的立場。
根據優選實施例，使用對應表通過各種伽馬定律進行校正和應用中間定律，對應表將根據適當的定律計算出的輸出電平與視頻信號的每個輸入電平相關聯。
最好，第一和第二視頻處理是分別根據所述信號的第一分量和根據第二分量對視頻信號的重新內插的處理。
根據優選實施例，視頻信號的重新內插包括對所述信號的濾波，使用的濾波器是多相濾波器。
根據優選實施例，在通過與視頻信號的第一分量相關聯的特定伽馬定律校正的步驟期間，增加了根據視頻信號比特數(或者動態範圍)的解析度，以及在通過與視頻信號的第二分量相關聯的特定逆伽馬定律校正的步驟期間，我們返回初始解析度。根據比特數的解析度的這種增加可能能夠消除剩餘量化偽差(quantization artefact)。
本發明最好應用於非矩陣顯示設備。
本發明還涉及用於實現該方法的設備。根據本發明，該設備包括用於通過與所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關聯的特定伽馬定律來校正所述視頻信號的器件；用於對校正後的視頻信號的所述第一分量應用第一視頻處理的器件；用於將中間定律應用到經處理的視頻信號的器件，中間定律實現從對於第一分量為線性的空間到對於第二分量為線性的空間的轉換，其中所述水平和垂直分量中的另一個被稱為第二分量，所述器件生成中間信號；用於對中間視頻信號的所述第二分量應用第二視頻處理的器件；和用於通過與視頻信號的第二分量相關聯的特定逆伽馬定律來校正經處理的視頻信號的器件。


通過參照附圖利用完全非限制性的最佳示範性模式的實施例和實現，本發明將更好理解和說明，其中圖1圖解根據現有技術、在通過逆伽馬定律預校正初始視頻信號的情況下的視頻信號的處理方法，其旨在減少由於顯示設備而產生的視覺缺陷；圖2圖解根據現有技術、在未通過逆伽馬定律預校正初始視頻信號的情況下的視頻信號的處理方法，其旨在減少由於顯示設備而產生的視覺缺陷；圖3圖解根據發明、在通過逆伽馬定律預校正初始視頻信號的情況下的視頻信號的處理方法，其旨在減少由於顯示設備而產生的視覺缺陷；圖4圖解根據發明、在未通過逆伽馬定律預校正初始視頻信號的情況下的視頻信號的處理方法，其旨在減少由於顯示設備而產生的視覺缺陷；和圖5圖解根據發明的用於處理視頻信號的設備，其旨在減少由於顯示設備而產生的視覺缺陷。
具體實施例方式
圖3和圖4圖解了根據本發明的方法。該方法在圖3中被標為3，在圖4中被標為4。該方法包括5個步驟，在圖3中標為32到36，而在圖4中標為41到45。
根據本發明的方法3的第一步驟32(方法4中的步驟41)包括採用Y上的線性空間的立場(standpoint)。為此，通過全局逆伽馬定律將垂直方向的定律γY特性應用到經預校正31(或未經預校正)的初始視頻信號。為了應用該定律，眾所周知使用對應表，對應表將根據適當的逆伽馬定律計算出的輸出電平與每個輸入電平相關聯。
在該操作期間，可以增加根據比特數的解析度。這將使得特別是消除某些量化偽差成為可能。因而將根據比特數以更大的動態範圍執行隨後的步驟，並且在應用最後的伽馬定律時將實現返回初始動態範圍。
在初始視頻信號已被逆伽馬定律預校正的情況下，定律γY32是定律ψY和全局伽馬定律的合成，即γY＝ψYoγ，其中，o是函數的合成的定律，而ψY對應於全局伽馬定律和沿著Y測量的定律γY之間的偏差(deviation)。根據下文中描述的過程直接估計γY。伽馬定律是已知的，我們從那裡推導定律ψY。
在初始視頻信號未通過逆全局伽馬定律預校正的情況下，定律γY41等於定律ψY∶γY＝ψY。
為了補償由顯示設備引入的畸變，將能夠校正這些畸變的視頻處理應用到視頻信號。這種處理可以是例如視頻序列的圖像的濾波。更準確地說，可以應用圖像的重新內插處理。也可以應用另一圖像處理來解決顯示設備的特殊技術需要。
為此，根據發明33、42的第二步驟從而包括通過將取決於要實現的Y位移的濾波器應用到像素，來在Y上重新內插視頻圖像。例如，將可能應用多相濾波器，其相位將根據要計算的點的位置偏移來計算。這樣，如果點位於初始格(grid)上，則相位為0。如果點相對於初始格偏移了像素的1/2，則相位為+0.5。也可以應用任何可以重新內插圖像的其他類型的濾波器(例如雙三次(bicubic)、雙線性濾波器)。
根據本發明，在處理了視頻信號的垂直分量後，處理視頻信號的水平分量。於是需要採用在X上的線性空間的立場。為此，在第三步驟34、43，將下面的中間函數γintermediate＝γxoγY-1應用到之前步驟產生的視頻信號。對於該步驟，也可以使用對應表，對應表將根據定律γintermediate計算出的輸出電平與每個輸入電平相關聯。將使用稍後描述的過程來估計函數γx。
根據本發明，第四步驟35、44從而包括通過將取決於要實現的X位移的濾波器應用到像素，來在X上重新內插視頻圖像。
最後，第五步驟36、45包括通過將水平方向的定律γ-1X特性應用到信號上來校正經處理的信號。對於該步驟，也可以使用對應表，如果初始動態範圍被修改，則該對應表將恢復初始動態範圍。
在前面所述的五個步驟期間，還可以這樣開始通過沿著水平分量(X)處理信號然後沿著垂直分量(Y)處理信號。
經過這樣處理的視頻信號然後由顯示設備37、46顯示。
根據本發明，將採用之前所述的根據現有技術的狀態估計伽馬定律的過程，來估計定律γX和γY。為此，為了估計γX，我們僅顯示被足夠數量的黑線隔開的、1像素高的水平線，以便消除可以從像素到像素幹預的Y影響(例如4條黑線)。然後我們測量對每個輸入電平n由屏幕發出的光亮級L(n)，然後我們通過這些輸入電平的最大值來標準化該曲線γX＝255*L(n)/L(255)。我們以同樣的方式，使用被足夠數量的黑列隔開的、1像素寬的垂直線，繼續估計γY。
本發明方法也可以應用到除了用來校正視頻信號的伽馬定律之外的定律。
本發明還涉及連接到顯示設備54的設備5，其旨在實現前面所述的方法。圖5中只示出了該設備的必要元件。根據本發明的設備尤其包括存儲器52，其中存儲了各個伽馬定律32、34、36、41、43和45處理所使用的對應表。該設備還包括諸如微處理器等的處理單元53，其包含有處理程序，特別是重新內插程序。處理單元還包含允許各個伽馬定律32、34、36、41、43和45處理的轉換函數。這些函數使用存儲在存儲器中的對應表。此外，該設備還包括輸入/輸出接口51，用於接收經過(或未經過)伽馬定律預校正的輸入視頻信號，並且將根據本發明的方法3、4處理的視頻信號發送給顯示設備。
權利要求
1.一種在包含垂直分量和水平分量的視頻信號被顯示設備顯示之前對所述視頻信號進行處理的方法，特徵在於該方法包括下列步驟通過與所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關聯的特定伽馬定律，來校正(32、41)所述視頻信號；對校正後的視頻信號的所述第一分量進行第一視頻處理(33、42)；將中間定律應用(34、43)到經處理的視頻信號，中間定律實現從對於第一分量為線性的空間到對於第二分量為線性的空間的轉換，其中所述水平和垂直分量中的另一個被稱為第二分量；對從前一步驟發出的視頻信號的所述第二分量進行第二視頻處理(35、44)；以及通過與視頻信號的第二分量相關聯的特定逆伽馬定律來校正(36、45)經處理的視頻信號。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於中間伽馬定律(34、43)是與第二分量相關聯的定律和與第一分量相關聯的逆伽馬定律的合成。
3.如權利要求1或2所述的方法，其特徵在於由各種伽馬定律進行的校正和中間定律的應用是在對應表的幫助下執行的，對應表將根據適當的定律計算出的輸出電平與視頻信號的每個輸入電平相關聯。
4.如權利要求1到3之一所述的方法，其特徵在於第一和第二視頻處理是分別根據所述信號的第一分量和根據第二分量對視頻信號的重新內插的處理，
5.如權利要求4所述的方法，其特徵在於視頻信號的重新內插包括對所述信號的濾波，以及使用的濾波器是多相濾波器。
6.如權利要求1所述的方法，其特徵在於在通過與視頻信號的第一分量相關聯的特定伽馬定律(32、41)校正的步驟期間，增加了根據視頻信號比特數的解析度；以及在通過與視頻信號的第二分量相關聯的特定逆伽馬定律(36、45)校正的步驟期間，返回根據比特數的初始解析度。
7.如權利要求5所述的方法，其特徵在於，其應用於非矩陣顯示設備。
8.一種在包含垂直分量和水平分量的視頻信號被顯示設備顯示之前對所述信號進行處理的設備，特徵在於該設備包括用於通過與所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關聯的特定伽馬定律來校正(52、53)所述視頻信號的器件；用於對校正後的視頻信號的所述第一分量應用第一視頻處理(52、53)的器件；用於將中間定律應用(52、53)到經處理的視頻信號的器件，中間定律實現從對於第一分量為線性的空間到對於第二分量為線性的空間的轉換，其中所述水平和垂直分量中的另一個被稱為第二分量，所述器件生成中間信號；用於對中間視頻信號的所述第二分量應用第二視頻處理(52、53)的器件；和用於通過與視頻信號的第二分量相關聯的特定逆伽馬定律來校正(52、53)經處理的視頻信號的器件。
全文摘要
本發明涉及一種用於處理視頻圖像的方法和設備，其旨在補償顯示設備的缺陷。根據本發明，該方法特徵在於其包括下列步驟通過與從所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關聯的特定伽馬定律，來校正(32)視頻信號；對校正後的視頻信號的所述第一分量進行第一視頻處理(33)；將中間定律應用(34)到經處理的視頻信號，中間定律實現從對於第一分量為線性的空間到對於稱為第二分量的另一個所述分量為線性的空間的轉換；對從前一步驟發出的視頻信號的第二分量進行第二視頻處理(35)；以及通過與第二分量相關聯的特定逆伽馬定律來校正(36)經處理的視頻信號。
文檔編號H04N5/202GK1753456SQ20051010961
公開日2006年3月29日 申請日期2005年9月14日 優先權日2004年9月21日
發明者勞倫特·布朗德, 迪迪爾·多延, 喬納森·克維克 申請人:湯姆森特許公司