專利名稱：一種重建等離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種等離子顯示器存儲控制模塊，特別涉及一種重建等離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器，該處理器利用FPGA實現(xiàn)對等離子顯示器暗區(qū)進行圖象銳化和誤差擴散，可以改善反伽馬校正造成的暗區(qū)灰度級減少，減輕假輪廓現(xiàn)象，提高畫質(zhì)。
背景技術(shù)：
和CRT顯示器相比，輕薄的液晶和等離子顯示器被越來越廣泛的采用。但是，液晶有可視角度小、尺寸有限等主要缺點。相比之下，等離子顯示器有很多優(yōu)點，像更大的尺寸、快速的響應(yīng)和很寬的視角。因此，隨著等離子占據(jù)越來越大的市場份額，對它的畫質(zhì)就提出了越來越高的要求。
為了適應(yīng)人眼的視覺特性，CRT對輸入的亮度的響應(yīng)是非線性的。但是，等離子在正常的工作范圍內(nèi)的亮度響應(yīng)特性是線性的。因此，為了在等離子顯示器上產(chǎn)生和CRT一樣的圖像，必須對輸入的數(shù)字信號進行校正，這個過程被稱為反伽馬校正(參見附圖1)。采用反伽馬校正之后，在暗區(qū)的灰度級會明顯的減少，由此在暗區(qū)產(chǎn)生的假輪廓會被人眼明顯的察覺到。因為藍色熒光粉的亮度特性比紅色和綠色差，所以紅色和綠色在可用范圍內(nèi)的灰度級減少得更多(參見附圖2)。所以，設(shè)定白平衡點和反伽馬校正會使等離子顯示器灰度級減少以致在暗區(qū)出現(xiàn)假輪廓。
已經(jīng)有像素排列方法、變子場方法等可以改進等離子顯示器的畫質(zhì)，但對于反伽馬校正造成的暗區(qū)灰度級減少改善不明顯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于，提供一種離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器，該處理器可以改進等離子暗區(qū)灰度級以改善畫質(zhì)。
為了實現(xiàn)上述任務(wù)，本發(fā)明采取的技術(shù)解決方案是，一種重建等離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器，其特征在于，該實時圖像處理器由圖象銳化模塊和誤差擴散模塊組成，圖象銳化模塊在前，誤差擴散模塊設(shè)置在圖象銳化模塊之后。
本發(fā)明的離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器，能夠改變等離子暗區(qū)灰度級來改善畫質(zhì)，經(jīng)實驗結(jié)果表明，經(jīng)過誤差擴散處理的輸出和按照理想反伽馬校正曲線計算得出的輸出非常一致，如果硬件可以處理小數(shù)的話，它們之間的誤差可以忽略不計。
實現(xiàn)本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度很小，而對等離子顯示器的圖像質(zhì)量有明顯的改善。


圖1是CRT和PDP的伽馬曲線；其中(a)為CRT(1.8)伽馬曲線，(b)為PDP(1.8)伽馬曲線；圖2是RGB三色白平衡點曲線；其中1表示綠色平衡點2表示紅色平衡點表示藍色平衡點；圖3是總體流程圖；圖4是誤差擴散流程圖；圖5是圖象銳化模塊結(jié)構(gòu)圖；圖6是誤差擴散模塊結(jié)構(gòu)圖。
以下結(jié)合附圖和原理及其流程對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
具體實施例方式
本發(fā)明的重建等離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器，由圖象銳化模塊和誤差擴散模塊組成，圖象銳化模塊在前，誤差擴散模塊設(shè)置在圖象銳化模塊之后。輸入的灰度級按照設(shè)定的伽馬值轉(zhuǎn)化為浮點數(shù)，然后分成整數(shù)部分和小數(shù)部分。小數(shù)部分會舍入為0或1。舍入產(chǎn)生的誤差可以用后面的誤差擴散處理補償。因此，整個顯示區(qū)域的平均灰度級會更接近理想的反伽馬校正。由于誤差擴散法近似于低通濾波器，圖像的邊界會變得模糊，因此需要一個額外的圖像銳化處理。兩個算法都在FPGA中實現(xiàn)。
在采用誤差擴散和不采用誤差擴散兩種方式來顯示一幅灰度級漸變的圖像時，后者明顯灰度級不平滑，有假輪廓，前者則減輕了這種現(xiàn)象。
1.圖象銳化圖象銳化的目的是削減低頻部分，加重其他部分。它的數(shù)學(xué)模型可以用下面的公式表示Rout＝s*Rin-(s-1)**avgneighbor(R)Gout＝s*Gin-(s-1)**avgneighbor(G)Bout＝s*Bin-(s-1)**avgneighbor(B) (1)式中，S是亮度系數(shù)，Rin、Gin、Bin是8bit輸入。恰當(dāng)?shù)脑O(shè)置S，就可以銳化圖像。avgneighbor(R)、avgneighbor(G)、avgneighbor(B)是對相鄰像素求均值的3*3窗口。
3*3窗口如表1所示表1

2.總體流程參見圖3所示，8bit的RGB三種顏色的信號、行使能、場使能、全局時鐘輸入圖象銳化模塊，對圖像邊緣處的模糊進行銳化后，輸出到誤差擴散模塊，減少等離子顯示器暗區(qū)的假輪廓。最終的輸出(Rout，Gout，Bout)就是顯示在等離子顯示器上的數(shù)據(jù)。必須把圖象銳化模塊放在誤差擴散模塊前面，如果反過來的話，經(jīng)過誤差擴散處理后，伽馬校正系數(shù)就會有變化，圖象銳化模塊就無法正確處理了。
3.誤差擴散誤差擴散的流程參見圖4所示，這是一個反饋的過程，每一個像素需要接收來自上一行3個相鄰像素和同一行前一個像素擴散過來的數(shù)據(jù)，同時也要把本身的誤差擴散出去。不斷累積的小數(shù)誤差每遞增到一個整數(shù)值就停留在相應(yīng)的像素，小數(shù)部分則繼續(xù)擴散下去。如果不采用誤差擴散就需要增加數(shù)據(jù)位數(shù)來提高精度，代價太大；采用誤差擴散后，由于人眼的視覺特性，達到了相似的效果。
各輸入輸出值關(guān)系如下式所示u(x，y)＝反伽馬校正查找表[輸入(x，y)]+e(x，y)o(x，y)＝取整[u(x，y)]a(x，y)＝u(x，y)-o(x，y)e(x+1,y)=a(x,y)*12]]>e(x-1,y+1)=a(x,y)*18]]>e(x,y+1)=a(x,y)*14]]>e(x+1,y+1)=a(x,y)*18...(2)]]>誤差e(x+1，y)擴散到下一像素，而e(x-1，y+1)，e(x，y+1)e(x+1，y+1)擴散到下一行；前一行的信息儲存在行緩存。權(quán)重系數(shù)1/2，1/8，1/4和1/8是修正的弗洛伊德和斯坦伯格誤差擴散系數(shù)。
4.硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)如圖5、圖6所示。圖象銳化模塊主要由三塊組成。第一塊包括一個內(nèi)存控制器，兩個先進先出行緩存，和一個像素移位寄存器，以實現(xiàn)實時的3*3圖象銳化操作。數(shù)據(jù)不斷輸入，儲存在兩個行緩存。為了處理三行輸入的數(shù)據(jù)，前兩行儲存在行緩存，第三行儲存在兩個行緩存之一和移位寄存器。第二塊用延時單元對九個像素的數(shù)據(jù)進行處理。均值計算器求出9個像素數(shù)據(jù)的均值。第三塊由浮點數(shù)乘法器和減法器組成，求出最后結(jié)果。數(shù)據(jù)移位寄存器鎖存Rin，同步部分生成Venable、Henable、clk以和輸出數(shù)據(jù)同步。內(nèi)存控制器基于有限狀態(tài)機，控制兩個行緩存和移位寄存器。當(dāng)Henable從0變?yōu)?時，處理開始。第一塊和第二塊分別處理原始數(shù)據(jù)和相鄰像素的平均值，兩個模塊的輸出送給第三塊分別乘以量度系數(shù)s和s-1，再相減得銳化后的數(shù)據(jù)。
誤差擴散模塊由五塊組成。在第一塊，圖象銳化模塊的輸出為8位整數(shù)和8位浮點數(shù)，分別經(jīng)過兩個查找表進行反伽瑪校正；在第二塊，對整個一行里每個像素需要接收的來自上一行的誤差(即第五行輸出的誤差)進行行緩存；在第三塊，計算出本行需要擴散到下一行的誤差；在第四塊，整數(shù)部分移位寄存，小數(shù)和誤差部分完成擴散求和；在第五塊，整數(shù)和小數(shù)部分相加之和舍入到最近的整數(shù)，誤差作為本行的輸出送到第二塊。這是一個反饋循環(huán)的過程，數(shù)據(jù)流向為第一條線路輸入-------第一塊(整數(shù)部分)---------第四塊---------第五塊------輸出。
第二條線路第五塊------第二塊-------第三塊(第一塊的小數(shù)部分在此一起并入第四塊)-------第四塊-------第五塊(循環(huán))。
權(quán)利要求
1.一種重建等離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器，其特征在于，該實時圖像處理器由圖象銳化模塊和誤差擴散模塊組成，圖象銳化模塊在前，誤差擴散模塊設(shè)置在圖象銳化模塊之后。
2.如權(quán)利要求1所述的重建等離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器，其特征在于，圖象銳化模塊由內(nèi)存控制器、兩個行緩存、像素移位寄存器、均值計算器、浮點數(shù)乘法器和減法器組成；內(nèi)存控制器、兩個行緩存和像素移位寄存器一起用于實時的3*3圖象銳化操作；延時單元和均值計算器用于對九個像素的數(shù)據(jù)進行處理并求出9個像素數(shù)據(jù)的均值；浮點數(shù)乘法器和減法器用于求出最后結(jié)果；整體數(shù)據(jù)流向是順序的過程，原始數(shù)據(jù)和求得的平均數(shù)據(jù)并行移動，然后分別乘以系數(shù)后相減求出最終銳化后的數(shù)據(jù)。
3.如權(quán)利要求1所述的重建等離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器，其特征在于，誤差擴散模塊由兩個伽馬校正查找表、整數(shù)數(shù)據(jù)移位寄存器、內(nèi)存控制器和行緩存、延時單元、浮點加法器、乘法器和求和并取整模塊組成；其中的兩個伽馬校正查找表分為8bit的整數(shù)和小數(shù)部分；整數(shù)數(shù)據(jù)移位寄存器用于緩存查表得到的整數(shù)部分輸出；內(nèi)存控制器和行緩存用于保存來自上一行的誤差；延時單元和乘法器用于計算出本行產(chǎn)生的誤差；加法器和乘法器用于求出本行的誤差和來自前一行的累積誤差的和；求和并取整模塊用于計算出最終的數(shù)據(jù)和誤差。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種重建等離子顯示器暗區(qū)灰度級的實時圖像處理器，由圖象銳化模塊和誤差擴散模塊組成，圖象銳化模塊在前，誤差擴散模塊設(shè)置在圖象銳化模塊之后。能夠改變等離子暗區(qū)灰度級來改善畫質(zhì)，實時圖像處理器輸入的灰度級按照設(shè)定的伽馬值轉(zhuǎn)化為浮點數(shù)，然后分成整數(shù)部分和小數(shù)部分。舍入產(chǎn)生的誤差可以用后面的誤差擴散處理補償。因此，整個顯示區(qū)域的平均灰度級會更接近理想的反伽馬校正。經(jīng)實驗結(jié)果表明，經(jīng)過誤差擴散處理的輸出和按照理想反伽馬校正曲線計算得出的輸出非常一致，實現(xiàn)本發(fā)明的硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜度很小，而對等離子顯示器的圖像質(zhì)量有明顯的改善。
文檔編號H04N5/202GK1750591SQ200510096179
公開日2006年3月22日 申請日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者黃陸陽, 喬建明 申請人:彩虹集團電子股份有限公司