專利名稱：視頻信號的對比度增強(qiáng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻信號的對比度增強(qiáng)裝置，具體涉及一種實時地執(zhí)行視頻信號的對比度處理的視頻信號的對比度增強(qiáng)裝置。


圖1是一個方框圖，顯示常規(guī)的使用同態(tài)濾波器的視頻信號對比度增強(qiáng)裝置。如圖所示，視頻信號對比度增強(qiáng)裝置包括對數(shù)轉(zhuǎn)換單元101，用于把視頻信號轉(zhuǎn)換為對數(shù)；濾波器102，用于把由對數(shù)轉(zhuǎn)換單元101進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換的視頻信號分離為低頻分量和高頻分量；第一乘法器103A，用于把低頻分量衰減到一個衰減系數(shù)；第二乘法器103B，用于把高頻分量放大到一個放大系數(shù)；加法器104，用于把由第一乘法器103A衰減的低頻分量和由第二乘法器103B放大的高頻分量相加；指數(shù)轉(zhuǎn)換單元105，用于恢復(fù)由加法器104相加的信號。
圖2顯示根據(jù)視頻信號的像素數(shù)和亮度級別的累計概率分配函數(shù)。如圖所示，在用圖2中的參考標(biāo)號A表示視頻信號的黑暗部分的情況下，像素數(shù)和亮度級別之間的累計概率分配函數(shù)的曲線高于一個基礎(chǔ)虛線。在用圖2中的參考標(biāo)號B表示視頻信號的明亮部分的情況下，像素數(shù)和亮度級別之間的累計概率分配函數(shù)的曲線低于該基礎(chǔ)虛線。在用圖2的參考標(biāo)號C表示視頻信號的中間部分的情況下，像素數(shù)和亮度級別之間的累計概率分配函數(shù)的曲線近似于該基礎(chǔ)虛線。在用圖2的參考標(biāo)號D表示視頻信號的明暗部分的情況下，像素數(shù)和亮度級別之間的累計概率分配函數(shù)的曲線低于或高于該基礎(chǔ)虛線。
下面參考圖1和2對現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行說明。
視頻信號被輸入到對數(shù)轉(zhuǎn)換單元101進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換，并把經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的視頻信號輸入到濾波器102，以便分離為低頻分量和高頻分量。
此時，第一乘法器103A把一個衰減系數(shù)與低頻分量相乘并把被衰減了A倍的低頻分量輸出，以改善低頻分量的對比度。第二乘法器103B把高頻分量與放大系數(shù)相乘，以輸出被放大了B倍的高頻分量。
在加法器104中把衰減的低頻分量和放大的高頻分量相加，并且由于該信號是一個經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號，因此通過指數(shù)轉(zhuǎn)換單元105把相加信號轉(zhuǎn)換為一個指數(shù)，以便輸出一個恢復(fù)的原始視頻信號。
系數(shù)A和B根據(jù)圖像的明暗是正或負(fù)值，數(shù)的大小表示程度。
即，同態(tài)濾波器通過使用固定的放大或衰減系數(shù)來衰減一個低頻分量和放大一個高頻分量來改善視頻信號的對比度。
但是，常規(guī)的同態(tài)濾波器的一個缺點是，由于使用一個固定系數(shù)來衰減低頻分量和放大高頻分量，不能自適應(yīng)地處理視頻信號。
而且，僅根據(jù)視頻信號來不同地選擇系數(shù)的方法不能執(zhí)行實時處理，因此不能同等地改善視頻信號的對比度。
而且，由于在衰減低頻分量的情況下會發(fā)生DC電平的轉(zhuǎn)換現(xiàn)象，必須對最終輸出的視頻信號進(jìn)行定標(biāo)，因此必須獲得信號分量的最大和最小值，造成實時處理中的一個缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種視頻信號的對比度增強(qiáng)裝置，其可以通過根據(jù)視頻信號的內(nèi)在性質(zhì)以適當(dāng)值產(chǎn)生低頻和高頻映射系數(shù)，把系數(shù)提供給同態(tài)濾波器，并通過由用戶確定的第一到第五基準(zhǔn)信號自適應(yīng)地控制視頻信號的對比度，從而實時地提供改善的對比度。
為了實現(xiàn)這些和其它優(yōu)點，根據(jù)本發(fā)明的目的，如此處所具體實施和廣義描述的，提供一種視頻信號的對比度增強(qiáng)裝置，包括系數(shù)產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生一個增加或衰減視頻信號的低頻分量的低頻映射系數(shù)；邊沿檢測單元，用于檢測垂直和水平方向的快速亮度變化；對數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于對接收的輸入視頻信號進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換；低通濾波器，用于使經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的低頻分量通過；高通濾波器，用于使經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的高頻分量通過；第一乘法器，用于把低頻映射系數(shù)和經(jīng)過低通濾波器的信號相乘；增益校正單元，用于接收從系數(shù)產(chǎn)生單元輸出的低頻映射系數(shù)，把由第一乘法器增加或衰減的視頻信號的最大值調(diào)整到一定水平；第二乘法器，用于把經(jīng)過高通濾波器的信號與從邊沿檢測單元輸出的信號相乘；第一加法器，用于把從第一乘法器和增益校正單元輸出的信號相加；第二加法器，用于把從第二乘法器和第一加法器輸出的信號相加；和指數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于轉(zhuǎn)換從第一加法器輸出的信號的指數(shù)。
在結(jié)合附圖閱讀了本發(fā)明下面的詳細(xì)描述后，可以對本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點有更清楚的理解。
圖3是顯示根據(jù)本發(fā)明的視頻信號對比度增強(qiáng)裝置的第一實施例。如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的視頻信號對比度增強(qiáng)裝置包括系數(shù)產(chǎn)生單元300，用于接收視頻信號Y_in，垂直同步信號V_sync和第一基準(zhǔn)信號Ref1，產(chǎn)生一個衰減視頻信號Y_in的低頻分量的低頻映射系數(shù)；邊沿檢測單元350，用于接收視頻信號Y_in，檢測亮度變化；對數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于接收輸入的視頻信號Y_in進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換；低通濾波器330，用于使經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的低頻分量通過；高通濾波器340，用于使經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的高頻分量通過；第一乘法器410，用于把低頻映射系數(shù)與經(jīng)過高通濾波器的信號相乘；第二乘法器420，用于把經(jīng)過高通濾波器的信號與從邊沿檢測單元輸出的信號相乘；增益校正單元380，用于校正視頻信號的最大值的變化；第一加法器440，用于把從第一乘法器410和增益校正單元380輸出的信號相加；第二加法器430，用于把從第二乘法器420和第一加法器440輸出的信號相加；指數(shù)轉(zhuǎn)換單元360，用于轉(zhuǎn)換從加法器430輸出的信號的指數(shù)。
在系數(shù)產(chǎn)生單元300中產(chǎn)生低頻映射系數(shù)，以加重視頻信號Y_in的低頻分量。此時，由用戶將第一基準(zhǔn)信號Ref 1與視頻信號Y_in一起輸入。用戶可以加重視頻信號Y_in的黑暗部分。
在第一乘法器410中把低頻映射系數(shù)與經(jīng)過低通濾波器330的信號相乘。如果低頻映射系數(shù)是0.5，由于在第一乘法器410中把經(jīng)過低通濾波器330的信號與低頻映射系數(shù)相乘，使經(jīng)過低通濾波器的視頻信號的低頻分量被衰減或放大。
最小值處理單元310接收視頻信號Y_in和垂直同步信號V_sync，以幀為單位(in frames)檢測視頻信號V_in的最小值，然后以幀或多個幀為單位(in frames or multiples of the frames)平均該最小值，輸出該平均值作為一個最小值O2，并從視頻信號Y_in中減去該最小值。減得的信號O1被輸入到對數(shù)轉(zhuǎn)換單元320和邊沿檢測單元350。此時，視頻信號Y_in的最小值表示視頻信號Y_in的最黑部分。因此，如果把視頻信號Y_in減去該最小值，從最小值處理單元310輸出的視頻信號的最低水平被保持為零值。
邊沿檢測部分350檢測視頻信號在垂直和水平方向的快速亮度變化。此時，顯示出快速亮度變化的視頻信號是視頻信號的低頻分量。
對數(shù)轉(zhuǎn)換單元320接收從最小值處理單元310輸出的信號，進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換。經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號經(jīng)過低通濾波器330和高通濾波器340被分離為低頻和高頻分量的視頻信號。
由于把低頻分量的視頻信號乘以從系數(shù)產(chǎn)生單元300輸出的低頻映射系數(shù)，視頻信號的低頻被加重或衰減。
增益校正單元380把由第一乘法器410增加或減小的視頻信號的最大值t保持在一定水平。即，通過利用如公式1的運算形式獲得使用增益校正單元380的輸出值。
增益校正單元輸出值＝(log Ymax)(1-MDC)公式1其中，Ymax是視頻信號的最大值，MDC是低頻映射系數(shù)。
而且，由于在第二乘法器中把高頻分量的視頻信號乘以從邊沿檢測單元350輸出的信號，視頻信號的高頻分量被加重或衰減。
在加法器430把分別被加重或衰減的高頻分量和低頻分量相加，并在指數(shù)轉(zhuǎn)換單元360對相加的視頻信號進(jìn)行指數(shù)轉(zhuǎn)換。在最小值恢復(fù)單元370恢復(fù)經(jīng)過指數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的最小值，并輸出具有改善的對比度的恢復(fù)視頻信號Y_out。
圖4是顯示根據(jù)本發(fā)明的視頻信號對比度增強(qiáng)裝置的第二實施例。如圖所示，該裝置包括比較單元301，用于對視頻信號電平和第二基準(zhǔn)信號的大小進(jìn)行比較；計數(shù)器單元302，用于接收視頻信號Y_in和第二基準(zhǔn)信號Ref2，使用垂直同步信號V_sync對小于或大于第二基準(zhǔn)信號Ref 2的像素數(shù)目進(jìn)行計數(shù)；減法器303，用于把從計數(shù)器單元302輸出的值和第三基準(zhǔn)信號Ref 3相減；低頻映射系數(shù)產(chǎn)生單元304，用于輸出與垂直同步信號V_sync同步的低頻映射系數(shù)；最小值檢測單元311，用于接收視頻信號Y_in和垂直同步信號V_sync，檢測視頻信號Y_in的最小值；減法器312，用于獲得從最小值檢測器311輸出的信號和視頻信號Y_in之間的差；邊沿檢測單元350，用于接收從減法器312輸出的信號，檢測亮度變化；加法器450，用于把從邊沿檢測單元350輸出的信號與由用戶預(yù)定的第五基準(zhǔn)信號Ref 5相加；對數(shù)轉(zhuǎn)換單元320，用于接收從減法器312輸出的信號，進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換；低通濾波器330，用于使經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的低頻分量通過；高通濾波器340，用于使經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的高頻分量通過；第一乘法器410，用于把從加法器450輸出的信號與經(jīng)過高通濾波器的視頻信號相乘；增益校正單元380，用于校正視頻信號的最大值的變化；指數(shù)轉(zhuǎn)換單元360，用于對視頻信號Y_in進(jìn)行指數(shù)轉(zhuǎn)換；最小值恢復(fù)單元370，用于把從最小值檢測單元311輸出的視頻信號的最小值與從指數(shù)轉(zhuǎn)換單元360輸出的視頻信號相加，以恢復(fù)在最小值檢測單元311處理的量和第一基準(zhǔn)信號Ref 1，第四基準(zhǔn)信號Ref 4和第五基準(zhǔn)信號Ref 5，從而實時地控制視頻信號Y_in的對比度。此處，未解釋的參考標(biāo)號代表最小值檢測單元310，和加法器305，430和440。
比較單元301對視頻信號Y_in的每個像素的大小與第二基準(zhǔn)信號Ref 2的電平進(jìn)行比較。在比較單元301對第二基準(zhǔn)信號Ref 2的電平和與垂直同步信號Ref 2同步的視頻信號Y_in的每個像素的大小進(jìn)行比較后，計數(shù)器單元302對具有大于第二基準(zhǔn)信號Ref 2的電平的像素的數(shù)目進(jìn)行計數(shù)。
減法器303把第三基準(zhǔn)信號Ref 3減去從計數(shù)器單元302輸出的值。此時，從計數(shù)器302輸出的值是第三基準(zhǔn)信號Ref 3的大小和在第三基準(zhǔn)信號Ref 3基礎(chǔ)上計數(shù)的視頻信號的像素數(shù)目之間的差，如果用戶控制第三基準(zhǔn)信號Ref 3的大小，可以調(diào)整黑暗部分或明亮部分的敏感度。
根據(jù)輸出結(jié)果，從低頻映射系數(shù)產(chǎn)生單元304輸出的低頻映射系數(shù)值在第一基準(zhǔn)信號的基礎(chǔ)上波動。
最小值檢測單元311接收視頻信號Y_in和垂直同步信號V_sync，以幀為單位檢測視頻信號Y_in的最小值，然后以幀或多個幀為單位對最小值平均，輸出該平均值作為最小值O2，并在減法器312從視頻信號Y_in減去該最小值。減得的信號O1被輸入到對數(shù)轉(zhuǎn)換單元320和邊沿檢測單元350。此時，視頻信號Y_in的最小值表示視頻信號Y_in的最黑暗部分。因此，如果從視頻信號Y_in中減去最小值，從減法器312輸出的視頻信號的最低電平被保持為0值。
邊沿檢測單元350檢測視頻信號在垂直和水平方向的快速亮度變化。此時，顯示出快速亮度變化的視頻信號是視頻信號的高頻分量。
對數(shù)轉(zhuǎn)換單元320接收從減法器312輸出的信號，進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換。經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號經(jīng)過低通濾波器330和高通濾波器340被分離為低頻和高頻分量的視頻信號。
由于在第一乘法器410把低頻分量的視頻信號Y_in乘以從系數(shù)產(chǎn)生單元300輸出的低頻映射系數(shù)，視頻信號的低頻被加重或衰減。
而且，由于在第二乘法器420把高頻分量的視頻信號Y_in乘以從邊沿檢測單元350輸出的信號，視頻信號Y_in的高頻分量被加重或衰減。
把第四基準(zhǔn)信號Ref 4與從第一乘法器410輸出的低頻信號和從增益校正單元380輸出的低頻映射系數(shù)相加。即，用戶可以利用第四基準(zhǔn)信號Ref 4控制最終計算的視頻信號的低頻分量的最大值。
把第五基準(zhǔn)信號Ref 5與從邊沿檢測單元350輸出的值相加，因此，用戶可以直接控制視頻信號Y_in的高頻分量。
在加法器430把被加重或衰減的高頻和低頻信號的視頻信號相加。在指數(shù)轉(zhuǎn)換單元360對相加的視頻信號進(jìn)行指數(shù)轉(zhuǎn)換。在最小值恢復(fù)單元370恢復(fù)經(jīng)過指數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的最小值，并作為具有改善的對比度的視頻信號Y_out輸出。
如前所述，根據(jù)本發(fā)明的視頻信號對比度增強(qiáng)裝置通過根據(jù)內(nèi)在性質(zhì)以適當(dāng)形式產(chǎn)生低頻和高頻映射系數(shù)，把系數(shù)提供給同態(tài)濾波器，并通過由用戶確定的第一到第五基礎(chǔ)信號自適應(yīng)地控制視頻信號的對比度，從而實時地提供改善的對比度。
在不偏離本發(fā)明精神或本質(zhì)特征的條件下可以以多種形式實施本發(fā)明，還應(yīng)該理解，除非特別指明，上述實施例不受前述說明書中任何細(xì)節(jié)的限制，而應(yīng)該在所附權(quán)利要求中定義的精神和范圍內(nèi)被廣義地理解，因此，所有落入權(quán)利要求的范圍和界限及其等同物內(nèi)的變化和改進(jìn)都應(yīng)被所附權(quán)利要求涵蓋。
權(quán)利要求
1.一種視頻信號的對比度增強(qiáng)裝置，包括系數(shù)產(chǎn)生單元，用于產(chǎn)生一個增加或衰減視頻信號的低頻分量的低頻映射系數(shù)；邊沿檢測單元，用于檢測垂直和水平方向的快速亮度變化；對數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于對接收的輸入視頻信號進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換；低通濾波器，用于使經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的低頻分量通過；高通濾波器，用于使經(jīng)過對數(shù)轉(zhuǎn)換的信號的高頻分量通過；第一乘法器，用于把低頻映射系數(shù)和經(jīng)過低通濾波器的信號相乘；增益校正單元，用于接收從系數(shù)產(chǎn)生單元輸出的低頻映射系數(shù)，把由第一乘法器增加或衰減的視頻信號的最大值調(diào)整到一定水平；第二乘法器，用于把經(jīng)過高通濾波器的信號與從邊沿檢測單元輸出的信號相乘；第一加法器，用于把從第一乘法器和增益校正單元輸出的信號相加；第二加法器，用于把從第二乘法器和第一加法器輸出的信號相加；和指數(shù)轉(zhuǎn)換單元，用于轉(zhuǎn)換從第一加法器輸出的信號的指數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，進(jìn)一步包括最小值處理單元，用于檢測視頻信號的最小值；最小值恢復(fù)單元，用于把從最小值處理單元輸出的視頻信號的最小值與從指數(shù)轉(zhuǎn)換單元輸出的視頻信號相加。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其中最小值處理單元進(jìn)一步包括最小值檢測單元，用于接收視頻信號和垂直同步信號，檢測視頻信號的最小值；減法器，用于把從最小值檢測單元輸出的最小值與視頻信號相減。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中系數(shù)產(chǎn)生單元包括比較單元，用于對視頻信號電平和第二基準(zhǔn)信號的大小進(jìn)行比較；計數(shù)器單元，用于使用垂直同步信號對小于或大于第二基準(zhǔn)信號的像素的數(shù)目進(jìn)行計數(shù)；低頻映射系數(shù)產(chǎn)生單元，用于與垂直同步信號同步地輸出低頻映射系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，其中系數(shù)產(chǎn)生單元進(jìn)一步包括減法器，用于把從計數(shù)器單元輸出的值與第三基準(zhǔn)信號相減。
6.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，進(jìn)一步包括第一基準(zhǔn)信號，用于由用戶控制低頻映射系數(shù)；加法器，用于把第一基準(zhǔn)信號和從低頻映射系數(shù)產(chǎn)生單元輸出的低頻映射系數(shù)相加。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中增益校正單元的輸出值是(logYmax)(1-MDC)，其中Ymax是視頻信號的最大值，MDC是低通映射系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中從第一乘法器輸出的信號和從增益控制單元輸出的值由第四基準(zhǔn)信號控制。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中從邊沿檢測單元輸出的值由第五基準(zhǔn)信號控制。
全文摘要
一種視頻信號的對比度增強(qiáng)裝置,包括:系數(shù)產(chǎn)生單元,產(chǎn)生低頻映射系數(shù);邊沿檢測單元,檢測垂直和水平方向的快速亮度變化;對數(shù)轉(zhuǎn)換單元,對視頻信號進(jìn)行對數(shù)轉(zhuǎn)換;低通濾波器,使信號的低頻分量通過;高通濾波器,使信號的高頻分量通過;第一乘法器,把低頻映射系數(shù)和經(jīng)過低通濾波器的信號相乘;增益校正單元,接收低頻映射系數(shù),把由第一乘法器增加或衰減的視頻信號的最大值調(diào)整到一定水平;第二乘法器,把經(jīng)過高通濾波器的信號與從邊沿檢測單元輸出的信號相乘;第一加法器,把從第一乘法器和增益校正單元輸出的信號相加;第二加法器,把從第二乘法器和第一加法器輸出的信號相加;指數(shù)轉(zhuǎn)換單元,轉(zhuǎn)換從第一加法器輸出的信號的指數(shù)。
文檔編號H04N5/57GK1347246SQ01141518
公開日2002年5月1日 申請日期2001年9月28日 優(yōu)先權(quán)日2000年9月30日
發(fā)明者崔相 申請人:Lg電子株式會社