專利名稱：增強視頻信號局部對比度的方法及設備的制作方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明涉及一種用于在視頻信號處理系統(tǒng)中增強局部對比度的方法及設備。尤其涉及一種自適應地進行局部對比度增強的方法及設備，它根據(jù)視頻信號的局部對比度的大小給視頻信號以不同的加權(quán)并把加權(quán)后的信號加到原始信號上。本申請以韓國申請NO.49345/1995為基礎，這里結(jié)合它以供參考。
通常，視頻信號會由于多種因素而降低其圖像質(zhì)量。具體地說，例如，低對比度就是上述對降低圖像質(zhì)量有影響的代表性因素之一。圖像灰度校正(γ校正)法或直方圖均衡法是修正低對比度的典型方法。利用上述方法，可以相應地增強對比度。但是這些方法對增強視頻信號的整體對比度有作用，而不能在視覺方面增強其局部單元的局部對比度。
已有技術(shù)的增強局部對比度的方法是對輸入視頻信號作低通濾波并把低通濾波后的值加到增強后的對比度值上。上述方法已經(jīng)由授權(quán)給Fuchsberger的美國專利NO.4,825,297具體公布。

圖1是表示利用低通濾波器來獲得增強已有技術(shù)視頻信號的局部對比度的電路結(jié)構(gòu)的圖。圖1中的最后輸出g從下述的表達式(1)獲得g＝K1(m)+K2(f-m)…(1)其中，K1、K2稱為特征曲線，m是低通濾波器的輸出，f為低通濾波器的輸入，g為低通濾波器的最后輸出。
從上述表達式(1)可以看出，K2(f-m)具有圖2所示的特性。圖2是說明已有技術(shù)高通通道的非線性放大特性曲線K2的示意圖。
在上述的美國專利中，局部對比度(f-m)被自適應地加權(quán)并且將低通濾波后的信號(m)以K1的大小加到加權(quán)后的局部對比度上，由此輸出一個輸出信號。這里，之所以自適應地為局部對比度加權(quán)，是為了防止由于噪聲的增加而降低圖像質(zhì)量以及防止對局部對比度進行過度的增強。換句話說，當局部對比度小于某一任意值時，即A2＜f-m＜A1(這里A1、A2是已知的常數(shù))時，就檢測到該對比度有噪聲存在的可能性。于是，為防止對噪聲進行增強，就不做對比度增強，即K2(f-m)＝0。當局部對比度區(qū)域被分開后，若局部對比度大于某一任意值，為了減小噪聲的增加，應對該對比度進行過度增強。
由于局部對比度值對應于低通濾波后的信號的量和自適應加權(quán)后的局部對比度的和，在應用這項技術(shù)時就會存在限制情況。例如，不能執(zhí)行下述的功能。
(a)當局部對比度值較小時，對比度可以是由噪聲產(chǎn)生的。這樣，輸入的視頻信號不經(jīng)過對比度增強而完整無損地輸出。即g＝f。
(b)當局部對比度值很大時，輸入信號的對比度足夠大。于是輸入的視頻信號不經(jīng)過對比度增強而完整無損地輸出。即g＝f。
在前述的專利中，不能執(zhí)行上述功能是因為低通濾波后的信號構(gòu)成輸出信號。在情況(a)中，輸出信號g＝m，在情況(b)中，g≈m。因此，既然在上述的情況(a)、(b)中都有模糊現(xiàn)象，最好不要有上述的現(xiàn)象。
由此本發(fā)明的目的在于提供一種通過根據(jù)視頻信號的局部對比度的大小對視頻信號進行不同加權(quán)并把加權(quán)后的信號加到原始信號來自適應地進行局部對比度增強的方法和設備，由此能夠不論局部對比度是大還是小而完整無損地輸出原始信號。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的可以由一個在視頻信號處理器內(nèi)增強局部對比度的設備來實現(xiàn)。它包括M×N窗口處理器，用于當向視頻信號輸入端輸入一個視頻信號時，通過計算而產(chǎn)生一個M×N窗口信號，如下述的表達式(1)；M×N低通濾波器，用于對M×N窗口處理器所產(chǎn)生的M×N窗口信號進行低通濾波；第一加法器，用于求M×N低通濾波器的輸出與M×N窗口處理器的中心輸出的差值，并將上述差值定義為人們在光學上可以感覺到的對比度；取絕對值電路，用于將第一加法器的輸出值轉(zhuǎn)化成絕對值，并據(jù)此設定出高對比度區(qū)域和低對比度區(qū)域；加權(quán)器，用于根據(jù)絕對值電路的輸出值輸出一個權(quán)值；乘法器，用于對第一加法器的輸出與加權(quán)器的輸出作相乘運算；以及第二加法器，用于將M×N窗口處理器的中心輸出加到乘法器的輸出上。
其中W=W11,W12,······W1NW21,W22,······W2N······WM1,WM2,···WMN------(1)]]>另外，本發(fā)明可以用在視頻信號處理器中增強局部對比度的方法來實現(xiàn)，其中視頻信號的局部對比度根據(jù)當前樣本與周邊樣本的均值之間的差值來檢測，并且根據(jù)檢測到的局部對比度的值來自適應地增強對比度，這樣做的目的是為了防止因視頻信號局部對比度低而降低該視頻信號的圖像質(zhì)量。
參考附圖及下述的詳細說明會對本發(fā)明及其許多的優(yōu)越之處有更全面的理解。附圖中相同的標記符號表示相同或相近的部件，其中圖1是表示利用低通濾波器來獲得已有技術(shù)視頻信號的增強的局部對比度的電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是表示已有技術(shù)高通通道中非線性放大特性曲線K2的圖；圖3是表示根據(jù)本發(fā)明的一個實施例用于增強視頻信號的局部對比度的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖3中的M×N窗口處理器300的詳細電路圖；以及圖5是表示根據(jù)本發(fā)明的加權(quán)函數(shù)的圖。
在所有附圖中，可以注意到用相同的字母標號來表示相似或相同的具有同樣功能的部件。另外，在下面的說明中，還陳述了諸如構(gòu)成電路及頻率的具體部件的數(shù)字具體細節(jié)，以提供對本發(fā)明的更透徹的理解。然而對于本技術(shù)領域的技術(shù)人員來說，顯然，沒有這些具體細節(jié)，本發(fā)明也可以實施出來。關于公知的功能和構(gòu)造的詳細說明會使本發(fā)明的主題失色，所以在本發(fā)明中將不做這樣的說明。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的用于增強視頻信號局部對比度的電路結(jié)構(gòu)圖。
作為如本發(fā)明中所說明的增強局部對比度的方法和設備，當通過視頻信號輸入端Vin輸入視頻信號時，M×N窗口處理器300產(chǎn)生如下述表達式(2)表示的M×N窗口信號W，并把所產(chǎn)生的M×N窗口信號W輸入到M×N低通濾波器302。
其中W=W11,W12,······W1NW21,W22,······W2N······WM1,WM2,···WMN-------(2)]]>在本文中，雖然對W的格式?jīng)]有限制，但是為解釋方便起見，目前將W的M×N矩形窗口格式作為W的示范窗口格式。
再有，M×N窗口W的中心樣本X被輸入到兩個加法器304和312。這里，上述的中心樣本x代表用于增強對比度的一個輸入樣本。M＝N＝3時的M×N窗口處理器的詳細電路表示在圖4中。圖4中分別用D表示樣本延遲單元，H表示水平延遲線。圖3中M×N低通濾波器302的輸出信號m定義為
。這里，aij表示預定的系數(shù)。此時，M×N窗口處理器300的中心樣本x與M×N低通濾波器302的輸出信號m之間的差x-m起到人們能夠在視覺上感受到的對比度的作用，它在加法器304中產(chǎn)生。也就是說，將該差值x-m定義為局部對比度。為了檢測出局部對比度的高區(qū)域或低區(qū)域，x-m值的大小從取絕對值單元306中以絕對值輸出。|x-m|大的區(qū)域作為高區(qū)域，|x-m|小的區(qū)域作為低區(qū)域。在本發(fā)明中，根據(jù)上述定義的局部對比度，利用下述方法可以在加權(quán)器308中對局部對比度進行增強。從圖3中可見，|x-m|在加權(quán)器308中被放大到f(|x-m|)，放大后的值f(|x-m|)被乘以值|x-m|，相乘后的值{(x-m)f(|x-m|)}被加到原始信號x上，最后，輸出視頻信號y由下式(3)給出y＝x+f(|x-m|)(x-m)——(3)其中，因為函數(shù)f(o)是加權(quán)函數(shù)，所以它是|x-m|的函數(shù)。本發(fā)明通過適當?shù)剡x擇加權(quán)函數(shù)能夠得到多種局部對比度增強特性。例如，當f(|x-m|)＝0時，y＝x。換句話說，沒有對比度增強效果。若|x-m|＜T，則f(|x-m|)＝K。還有，與上述相同的條件下，若|x-m|＞T，則f(|x-m|)＝0。這里T和K是常量。在如上述表示式(3)中表示的對比度增強方法中，雖然局部對比度低的區(qū)域的局部對比度被放大，在局部對比度高的區(qū)域卻進行自適應對比度增強以使輸入樣本旁通。
f(|x-m|)＝非零，當T1＜|x-m|＜T2時，(其中T1，T2是閾值)f(|x-m|)＝0，其它情況。
根據(jù)本發(fā)明的用于增強局部對比度的設備中，若局部對比度小于一任意值T1，那么它是作為由噪聲產(chǎn)生的局部對比度來檢測的，因此完整無損地旁通輸入樣本。若局部對比度大于一任意值(T2)，則局部對比度如上所述是足夠大的，因此輸入樣本也可以完整無損地旁通過去。
加權(quán)函數(shù)的上述例子示于圖5中。更普遍地說，應該注意到利用更多種形式加權(quán)函數(shù)可以得到各種各樣的對比度增強特性。
根據(jù)以上說明本發(fā)明顯然具有這樣的優(yōu)點，即視頻信號的局部對比度定義為當前樣本與周邊樣本均值之差，并且對比度作為局部對比度值來自適應增強。這樣做的目的是為了防止因視頻信號局部對比度低而降低圖像的質(zhì)量。
在說明和描述了被認為是本發(fā)明最優(yōu)實施例之后，本領域的技術(shù)人員能夠理解，在不脫離本發(fā)明的真正范圍的條件下可以進行各種變化和修改，并可用等效元件來代替其中的元件。另外，還可以根據(jù)本發(fā)明的指導思想，在不脫離其中心范疇的情況下進行多種修改以適應特殊的情形。所以，本發(fā)明意在不局限于作為實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式的某些特殊的實施例，而是包括落在附屬的權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實施例。
權(quán)利要求
1.一種用于在視頻信號處理器中增強局部對比度的方法，包括以下步驟檢測作為低通濾波信號和輸入信號的差值的所述視頻信號的所述局部對比度；以及根據(jù)所述檢測到的局部對比度的大小自適應地放大所述對比度，由此將所述經(jīng)過放大的對比度加到原始信號上。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述的局部對比度是從所述的給定尺寸的窗口的中心樣本中減去窗口的輸出值而設定的。
3.一種用于在視頻信號處理器中增強局部對比度的設備，包括一個M×N窗口處理器，用于產(chǎn)生一個M×N窗口信號，當向視頻信號輸入端輸入一個視頻信號時就計算所述窗口信號，如下述的表達式(1)；一個M×N低通濾波器，用于對所述的M×N窗口處理器中產(chǎn)生的M×N窗口信號進行低通濾波；第一加法器，用于計算所述的M×N低通濾波器的輸出與所述的M×N窗口處理器的中心輸出的差值，并將所述的差值定義為人們能在視覺上感覺到的對比度；取絕對值電路，用于將所述第一加法器的所述輸出值轉(zhuǎn)化成絕對值，由此設定高對比度區(qū)域和低對比度區(qū)域；加權(quán)器，用于根據(jù)所述取絕對值電路的所述輸出值來輸出一個權(quán)值；乘法器，用于對所述第一加法器的所述輸出值與所述加權(quán)器的所述輸出權(quán)值作乘法運算；以及第二加法器，用于將所述M×N窗口處理器的中心輸出值加到所述乘法器的所述輸出值；其中W=W11,W12,······W1NW21,W22,······W2N······WM1,WM2,···WMN-------(1)]]>
4.如權(quán)利要求3所述的設備，其特征在于所述的M×N窗口處理器包括第一及第二水平行延遲單元，用于通過逐行延遲將所述視頻信號輸入端來的行分離開來；以及第一到第六樣本延遲單元，用于對由所述第一、第二水平行延遲單元分離開的每一行的象素進行延遲。
全文摘要
一種自適應地進行局部對比度增強的方法和設備。根據(jù)視頻信號的局部對比度的大小對該視頻信號賦予不同的權(quán)值并將加權(quán)后的信號加到原始信號上，由此可以不考慮局部對比度的大小而完整地輸出原始信號。本發(fā)明的上述目的可以用一個在視頻信號處理器中增強局部對比度的設備來實現(xiàn)，該設備包括M×N窗口處理器，M×N低通濾波器，第一加法器，取絕對值電路，加權(quán)器，乘法器以及第二加法器。
文檔編號H04N5/20GK1155807SQ96121900
公開日1997年7月30日 申請日期1996年12月10日 優(yōu)先權(quán)日1995年12月13日
發(fā)明者金永鐸 申請人:三星電子株式會社