CN100397475C - 用于显示设备的多分辨率色彩映射的装置和方法 - Google Patents

Abstract

公开用于允许显示设备中色彩调整的装置和方法。所述装置包括：用于提供色彩调整的多分辨率结构(3)；以及用于内插多分辨率结构的至少一个偏移的内插器(5)。根据本发明的装置和方法使用不同分辨率等级的色彩查找表(202，204)的组合，然后内插，从而提供具有高分辨率、但利用最少存储空间的显示过程。这样做时，只在需要的高分辨率区域使用存储器。在需要它的区域中，多分辨率结构是对理论映射表的非常好的逼近。同时，因为高分辨率区域是局部的，所以有可能明显减少存储器存储量。

Description

用于显示设备的多分辨率色彩映射的装置和方法

发明领域

本发明一般来讲涉及数字显示设备，特别涉及用于显示设备的多分辨率色彩映射的装置和方法。

发明背景

视频显示器通常具有对于色调和饱和度的色彩调整控制。色调控制调整色度，而饱和度控制调整显示的色彩丰满度。这些控制在它们影响所有显示像素的意义上讲是全局性的。

对于诸如肤色调整的应用，无法应用全局色彩控制。这些应用要求局部修改色彩空间的色彩小子集而不影响其它色彩。

显示设备中的局部色彩修改可通过为每个输入色彩指定输出色彩的映射表来实现。如果所有可能的色彩的集合相当小，这是可行的。但是，标准24位RGB显示设备需要映射大约1600万种不同色彩。这种映射表也称为查找表(LUT)，需要48M字节的存储器存储空间。考虑到在硬件或软件中实现的48M字节查找表的成本，这种解决方案是不合实际的。利用诸如YUV、YPrPb之类的亮度-色度色彩空间是较佳的解决方案，因为色彩则由分量的子集来表示。用于U和V的标准8位分辨率需要128K字节用于色彩映射。对于硬件实现，这仍是非常大的存储空间。

一个更实用的解决方案通过利用规则网格对色彩空间采样来逼近理论映射。

图1是4×4采样网格10的示例。在网格10交叉点的输出值存储在表中。具体色彩映射为网格内的唯一坐标。一般来讲，坐标不会与网格顶点重合。因而以最近输出值的内插来计算与坐标相关的输出值，即存储于最近网格顶点的值。

利用较细密的网格对空间采样由于较高分辨率而允许较好地控制映射，但以较多存储空间使用量为代价。较粗大的网格以色彩分辨率为代价来节省存储空间。

因此，需要一种尽可能接近地逼近理论映射表而不需要不合实际的存储空间量的解决方案。实际应用(例如，肤色调整)关注完全色彩空间中的小区域。因此，仅在色彩空间的小子集中需要高分辨率映射。本发明满足了这种需要。

发明概述

公开用于允许显示设备中色彩调整的装置和方法。所述装置包括：用于提供色彩调整的多分辨率结构；以及用于内插多分辨率结构的至少一个偏移的内插器。

根据本发明的装置和方法使用具有不同分辨率等级的色彩查找表的组合，接着是内插，从而提供具有高分辨率、但利用最少存储空间的显示过程。

这样做时，只在需要的高分辨率区域使用存储器。在需要它的区域中，多分辨率结构是对理论映射表的非常好的逼近。同时，因为高分辨率区域是局部的，所以有可能明显减少存储器存储。

附图简介

图1是4×4采样网格10的示例。

图2说明根据本发明的多分辨率UV色彩结构。

图3说明利用2级8位UV色彩空间的多分辨率映射系统。

图4是流程图，说明在利用两个分辨率等级的8位UV空间中的多分辨率色度映射。

图5是用于二维查找表的双线性内插器的示范硬件实现的示例。

详细说明

本发明一般涉及数字显示设备，特别涉及用于显示设备的多分辨率色彩映射的装置和方法。以下说明是为了使本领域的普通技术人员能够制造和使用本发明而提供的，并且是在专利申请及其要求的上下文中提供的。本领域的技术人员容易想到对所述优选实施例以及通用原则和特征的各种修改。因此，本发明并非要局限于所示实施例，而是要符合与所述原则和特征一致的最宽范围。

定义

数字显示设备：一种使用数字化(抽样和量化)图像数据的电子图像显示设备。输入数据本身可能实际上是模拟的，而在诸如LCD、OLED或等离子体显示板之类的数字显示器上用于最终显示的设备内进行数字化。或者，输入数据本身可能实际上是数字的，而最终显示在诸如CRT的模拟显示器上。

像素：数字显示设备上可寻址以供显示的最小离散区域。

亮度：输入图像数据值中与所显示数据值的感受亮度相关的分量。

色度：输入图像数据值中与所显示数据值的感受色彩相关的分量。在YUV色彩空间中，由U和V数据值来定义色度分量。

根据本发明的装置和方法使用具有不同分辨率等级的色彩查找表的组合，接着是内插，从而提供具有高分辨率、但利用最少存储空间的显示过程。

这样做时，只在需要的高分辨率区域使用存储器。在需要它的区域中，多分辨率结构是对理论映射表的非常好的逼近。同时，因为高分辨率区域是局部的，所以有可能明显减少存储器存储。

根据本发明利用的装置可能是硬件实现、硬件与软件的组合或者软件实现。硬件解决方案的示例可以是FPGA或ASIC设计。硬件与软件实现的示例包括DSP实现和嵌入式固件实现。

请参考后面关于本发明特征的更详细说明。

装置

图2说明根据本发明的多分辨率UV色彩表100。从这个实施例中看到，网格200上的多个正方形是一个分辨率的，如正方形A、B、C和D所示，而至少一个其它正方形是另一个分辨率的，如图4所示。用于本发明的装置是可在硬件中实现为存储器和寄存器或者在软件中实现为阵列的数据结构的集合。利用初级数据结构来存储不同分辨率的色彩LUT。利用次级数据结构来索引要应用的最终LUT。

数据输入是以两个分量指定的色度值-对于本说明，这些可定义为YUV表示中的UV分量，但一般是色度的任何正交表示。这些分量是以固定精度(例如8位或10位)指定的数字值。

为了后面的说明，假定如下：

1.8位UV色彩空间

2.两级分辨率

3.一个将二维UV色彩空间分割为16个正方形(各轴上为4个子划区)的低分辨率表。

4.多个高分辨率表还将各低分辨率正方形分割为16个子正方形。

5.各LUT条目为包含所有4个正方形顶点的U和V色彩偏移的数据字。

假定U、V偏移用No位表示，则一个顶点色度偏移需要2No位用于存储。存储正方形的所有4个顶点偏移将需要4×2No＝8No位。需要一个低分辨率表。如果指定Nh个高分辨率表，则多分辨率表结构需要(Nh+1)×8No的存储器结构用于硬件实现。

容易看出对于相同效率分辨率的存储空间节省-将UV色彩空间分割为16×16网格需要16×16×8No＝2048No位。具有4×4低分辨率表和4个4×4高分辨率表的多分辨率混合表需要(4+1)×8No＝40No位。

图3说明利用2级8位UV色彩空间的多分辨率映射系统200。如图所示，图中有低分辨率表202和两个高分辨率表204。对于两级分辨率实现，一个次级数据结构206是具有16个条目的一维标签表。该表的索引标识低分辨率表中的唯一正方形。在该索引的非零标签条目指定要覆盖在低分辨率表中的这个正方形上的唯一高分辨率表204。如果它为零，则利用低分辨率表202正方形来进行色彩偏移查找和内插。如果它非零，则利用相应高分辨率表204来进行色彩偏移查找和内插。对于以上示例，需要额外的16×3＝48位的寄存器存储。

低分辨率和高分辨率UV网格只是概念表示。需要的数据结构仅是色度偏移LUT 208和标签查找表206。

在UV空间中的输入像素色度值的位置表示为在低分辨率表中的正方形9中的黑点。有两个分别带有标识号(id)1和2的高分辨率表。通过在标签查找表中指定它的标识号，带有标识号2的高分辨率表已覆盖在低分辨率表的正方形9上。

方法

图4是流程图，说明在利用两个分辨率等级的8位UV空间中的多分辨率色度映射。该方法的以下说明应用于上述利用4网格分区的两级分辨率的示例，但是，它可容易扩展到较高等级的分辨率层次和网格分区因子。

考虑到输入像素需要通过多分辨率色彩映射过程来处理。通过8位值的U和V分量定义色度值。

1.索引：U和V的两个最高有效位相连以产生唯一识别该像素色度值所在的高分辨率正方形的4位索引(步骤402)。

2.标签查找：使用索引从标签查找表中读取标签。标签值确定高分辨率表是否已经覆盖在该具体粗分辨率正方形上，如果是这样，则确定是哪个表。如果标签为零，则应当使用低分辨率表。如果标签非零，则该值标识已经覆盖哪个高分辨率表(步骤404)。

3.低分辨率表内插：如果标签为零，则U和V的其余最低有效位定义关于周围低分辨率正方形的四个顶点的输入色度值的位置。利用作为内插权重的U和V最低有效位，通过存储在四个顶点的编程色度偏移的内插来确定要应用的实际色度偏移。所内插的色度偏移与输入值相加以产生输出色度值(步骤408和412)。

4.高分辨率表索引：如果标签非零，则它唯一标识必须覆盖哪个高分辨率表。U和V的次高两位现在相连，形成唯一标识包围输入色度值的高分辨率表中正方形的4位索引(步骤414和416)。

5.高分辨率表内插：现在U和V的剩余低4位定义关于周围高分辨率正方形顶点的输入色度值的位置。利用作为内插权重的U和V的最低有效位，通过存储在四个顶点的编程色度偏移的内插来确定要应用的实际色度偏移。所内插的色度偏移与输入值相加以产生输出色度值(步骤418和412)。图5是用于二维查找表的双线性内插器的示范硬件实现的例子。

以上过程可容易扩展到较高级的分辨率层次。对于三级结构，除色彩LUT以外，还需要两个标签表。使用最高有效位逐级地索引标签表，直至标签条目为零，或已经到达最高分辨率等级。接着使用其余最低有效位从周围4个顶点内插色度偏移。然后把该偏移与原始值相加以产生输出色度值。

最终表索引过程是非常高效的，因为它只要求相连色度数据的最高有效位，接着是表查找。

对于硬件实现，在一个存储字中存储所有4个顶点偏移，与在分离的数据结构中存储标签条目结合，允许单个循环访问存储器来进行内插，而不考虑分辨率等级。这也允许所有分辨率等级的色彩LUT存储在单个物理存储器中。

对于具体应用、如肤色调整，高分辨率表只覆盖在包含肤色色度值的低分辨率正方形中。在映射中该用户可定义的高分辨率区域的局部化提供了在关键区域的理论完全分辨率色彩映射的非常好的逼近，而保持全部存储器要求可管理。

存储偏移而非绝对色度分量的目的是减少所需存储器存储量。这是可能的，因为所应用的偏移量与色度动态范围相比较小，因此可用较少位来表示。

尽管已经根据所示实施例说明了本发明，但本领域的普通技术人员容易认识到存在所述实施例的变化，并且这些变化在本发明的实质和范围内。因此，只要不背离所附权利要求的实质和范围，本领域的普通技术人员可以作出许多修改。

Claims (12)

1.一种通过调整输入像素色彩值来产生输出像素色彩值的存储器高效的多分辨率色彩映射系统，所述系统包括：

多分辨率色彩查找表，其包含：

由多个低分辨率色彩空间区域形成的低分辨率查找表，每个低分辨率色彩空间区域由一组低分辨率色彩空间区域顶点映射；

由多个高分辨率色彩空间区域形成的高分辨率查找表，每个高分辨率色彩空间区域由一组高分辨率色彩空间区域顶点映射；

具有至少一个第一标签条目和至少一个第二标签条目的标签查找表，所述第一标签条目具有标识所述低分辨率色彩空间区域中的唯一低分辨率色彩空间区域的第一标签条目值，所述第二标签条目对应于所述至少一个第一标签条目且具有第二标签条目值，使得非零第二标签条目值标识所述高分辨率色彩空间区域中的唯一高分辨率色彩空间区域，其中当所述第二标签条目值为非零时，则由非零第二标签条目值唯一标识的高分辨率色彩空间区域覆盖在对应的第一标签条目值标识的低分辨率色彩空间区域上；

色彩偏移值的色彩偏移值查找表LUT，其中覆盖的高分辨率色彩空间区域中的一组高分辨率色彩空间区域顶点用于查找一组色彩偏移值；以及

用于通过将所述一组色彩偏移值加到所述输入像素色彩值来产生所述输出像素色彩值的装置。

2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，如果第二标签条目值为零，则对应的第一标签条目值标识的低分辨率色彩空间区域用于从所述色彩偏移值查找表中查找所述色彩偏移值。

3.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述色彩值是像素色度值。

4.如权利要求3所述的系统，其特征在于，所述多分辨率查找表是多分辨率色度值查找表，其中所述低分辨率查找表是低分辨率色度值查找表，并且所述高分辨率查找表是高分辨率色度查找表。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于，所述像素偏移值是像素色度偏移值。

6.如权利要求5所述的系统，其特征在于，所述像素色彩值是由第一分量和第二分量定义的。

7.如权利要求6所述的系统，其特征在于，所述第一分量和第二分量分别是YUV色彩空间中的U分量和V分量。

8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一分量和第二分量均为具有固定位数的固定精度的数值。

9.一种产生输出像素色度值的多分辨率方法，所述方法包括：

提供多分辨率色彩空间表，其包括：

由多个低分辨率色彩空间区域形成的低分辨率表，每个低分辨率色彩空间区域由一组低分辨率色彩空间区域顶点映射；

由多个高分辨率色彩空间区域形成的高分辨率查找表，每个高分辨率色彩空间区域由一组高分辨率色彩空间区域顶点映射；

提供具有至少一个第一标签条目和至少一个第二标签条目的标签查找表，所述第一标签条目具有标识所述低分辨率色彩空间区域中的唯一低分辨率色彩空间区域的第一标签条目值，所述第二标签条目对应于所述至少一个第一标签条目且具有第二标签条目值，使得非零第二标签条目值标识所述高分辨率色彩空间区域中的唯一高分辨率色彩空间区域，其中当所述第二标签条目值为非零时，则由非零第二标签条目值唯一标识的高分辨率色彩空间区域覆盖在对应的第一标签条目值标识的低分辨率色彩空间区域上；

提供色度偏移值的色度偏移值查找表LUT；

使用覆盖的高分辨率色彩空间区域的一组高分辨率色彩空间区域顶点来从所述色度偏移值查找表LUT中查找一组像素色度偏移值；以及

通过将所述色度偏移值加到所述输入像素色度值来产生所述输出像素色度值。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述色度值是由第一色彩空间分量和第二色彩空间分量定义的。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述第一色彩空间分量和第二色彩空间分量分别是YUV色彩空间中的U分量和V分量。

12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述第一色彩空间分量和第二色彩空间分量均为具有固定位数的固定精度的数值。

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