CN100505830C - 旨在补偿显示设备的缺陷的处理视频信号的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于处理视频图像的方法和设备，其旨在补偿显示设备的缺陷。根据本发明，该方法特征在于其包括下列步骤：通过与从所述视频信号的所述水平和垂直分量中的第一分量相关联的特定伽马定律，来校正(32)视频信号；对校正后的视频信号的所述第一分量进行第一视频处理(33)；将中间定律应用(34)到经处理的视频信号，中间定律实现从对于第一分量为线性的空间到对于称为第二分量的另一个所述分量为线性的空间的转换；对从前一步骤发出的视频信号的第二分量进行第二视频处理(35)；以及通过与第二分量相关联的特定逆伽马定律来校正(36)经处理的视频信号。

Description

旨在补偿显示设备的缺陷的处理视频信号的方法和设备

技术领域

本说明涉及一种用于处理视频图像的方法和设备，其旨在补偿某些显示设备的缺陷，尤其是非线性显示设备(例如阴极射线管)。

背景技术

可以在由转移函数相互联系起来的各种空间内表示视频信号。这样，色彩电平(colour level)的表示空间包括一组例如在0到255之间变化的整数。可视空间(visualization space)部分地说，是产生和察觉光信号的空间。

在多数视频图像显示设备中，色彩电平的表示空间和可视空间是通过称为电光转移函数或者更通常称为伽马定律(gamma law)的非线性定律来关联的。因此，在屏幕上再现的发光强度是显示设备的输入处的色彩电平的非线性函数。

关于这两个表示空间的转移函数是显示设备类型的特征。在阴极射线管的情况下，所述管的伽马定律具有下列形式：

$n_{\mathrm{out}}=N_{\mathrm{out}}\·{\left(\frac{n_{\mathrm{in}}}{N_{\mathrm{in}}}\right)}^{\mathrm{\γ}}$

n_in是输入电平，

n_out是输出电平，

N_in是关于n_in的最大电平，

N_out是关于n_out的最大电平，

γ是关于转移函数的系数。

根据本领域的状况，为了估计显示设备的伽马定律，公知的方法是在显示设备上显示其电平从1到255变化的一系列均匀图像。然后我们测量对每个输入电平n由屏幕发射的光亮级L(n)，然后我们通过这些输入电平的最大值来标准化该曲线：γ＝255*L(n)/L(255)。

图1和图2图解了根据现有技术的状况、处理通过(图1)或不通过(图2)逆伽马定律(inverse gamma law)预校正的视频信号的方法，该方法旨在减少由于显示设备而导致的视觉缺陷。

之前描述的转移函数(在下面的文档中又称为后面(posterior)定律)(图1中的附图标记15)具有衰减较暗像素的特征。众所周知，通过逆伽马定律11(在下面的文档中又称为前面定律)预校正从相机中产生的初始视频信号，以便在将经校正的该信号发送给显示设备之前补偿该衰减。这种通常在相机方执行的处理不是强制的。用于预校正初始视频信号的伽马值是公知的，并且规定在各种文档中，尤其是ITU对电视的建议(例如，ITU-R BT.709-5，BasicParametersValues for HDTV，ITU-R BT.470-6，Conventional Television System)。

此外，在屏幕上显示发送的视频信号之前，可能需要对经预校正或未经预校正的视频信号应用视频处理13，以便例如改善将要显示的信号的质量。视频处理可以是例如视频图像的重新内插，其旨在校正图像中的畸变。所述畸变是由于显示设备而产生的。

当应用这种视频处理时，需要在对于可视空间是线性的空间中工作。具体地说，在不是这样的情况下，我们将在显示的图像上看到出现与处理相关的缺陷。例如，在重新内插的情况下，图像的点的亮度可能取决于它是在一个还是n个像素上被重新内插而发生变化。具体地说，在这种情况下，如果处理空间不是对于视觉空间线性的空间，则n个像素的强度的视觉之和与单个像素的不同。

为此，如图1所示，众所周知，如果初始信号经过了预校正，则在处理方框13的两侧，分别在方框12和14反转前面定律11和后面定律15。显示设备根据显示设备的伽马定律特性修改经这样校正的视频信号。

然而，如之前所述，相机可能没有通过逆伽马定律11预校正而产生并生成视频信号。在这种情况下，如图2所示，众所周知，直接对初始视频信号21应用视频处理。这样得到的信号通过逆伽马定律22校正，以便补偿由所述管的转移函数引入的暗点的衰减。显示设备23根据显示设备的伽马定律特性修改经这样校正的视频信号。

根据本领域的状况的方法，尽管可能校正某些缺陷(例如暗点的衰减)，但没有考虑某些显示设备的某些依赖于可视化方向的特性(例如像素内重叠、点的形状)。

因此，在连续应用到图像的水平分量(X)和垂直分量(Y)的视频处理的情况下，应用全局伽马定律将导致视觉缺陷。术语全局伽马定律指的是不管我们处理视频信号的垂直还是水平分量都以相同方式应用的定律。在我们应用色彩图像的重新内插处理的情况下，产生色彩缺陷的红色、绿色和蓝色信号的局部衰减的缺陷是可见的。

因而，为了处理视频信号，最好考虑处理的方向(水平或垂直)。

发明内容

为此，本发明提出一种方法，其目的是通过在每个处理方向上(水平或垂直)应用不同的伽马定律来减少某些视觉缺陷。根据本发明，我们提出在显示设备显示包含水平分量和垂直分量的信号之前处理该信号的方法，按照下列步骤：

通过与所述视频信号的所述水平和垂直分量中的第一分量相关联的特定伽马定律，来校正所述视频信号；

对校正后的视频信号的所述第一分量进行第一视频处理；

将中间定律应用到经处理的视频信号，中间定律实现从对于第一分量为线性的空间到对于第二分量为线性的空间的转换，其中所述水平和垂直分量中的另一个被称为第二分量；

对从前一步骤发出的视频信号的第二分量进行第二视频处理；以及

通过与视频信号的第二分量相关联的特定逆伽马定律来校正经处理的视频信号。

处理信号分量的顺序无关紧要。

根据优选实施例，中间伽马定律是与第二分量相关联的定律和与第一分量相关联的逆伽马定律的合成。具体地说，在根据这些分量之一处理了信号之后，最好采用依照另一分量为线性的空间的立场。这样，如果首先处理了Y分量，则随后最好采用X中线性的空间的立场。

根据优选实施例，使用对应表通过各种伽马定律进行校正和应用中间定律，对应表将根据适当的定律计算出的输出电平与视频信号的每个输入电平相关联。

最好，第一和第二视频处理是分别根据所述信号的第一分量和根据第二分量对视频信号的重新内插的处理。

根据优选实施例，视频信号的重新内插包括对所述信号的滤波，使用的滤波器是多相滤波器。

根据优选实施例，在通过与视频信号的第一分量相关联的特定伽马定律校正的步骤期间，增加了根据视频信号比特数(或者动态范围)的分辨率，以及在通过与视频信号的第二分量相关联的特定逆伽马定律校正的步骤期间，我们返回初始分辨率。根据比特数的分辨率的这种增加可能能够消除剩余量化伪差(quantization artefact)。

本发明最好应用于非矩阵显示设备。

本发明还涉及用于实现该方法的设备。根据本发明，该设备包括：

用于通过与所述视频信号的所述水平和垂直分量中的第一分量相关联的特定伽马定律来校正所述视频信号的器件；

用于对校正后的视频信号的所述第一分量应用第一视频处理的器件；

用于将中间定律应用到经处理的视频信号的器件，中间定律实现从对于第一分量为线性的空间到对于第二分量为线性的空间的转换，其中所述水平和垂直分量中的另一个被称为第二分量，所述器件生成中间信号；

用于对中间视频信号的所述第二分量应用第二视频处理的器件；和

用于通过与视频信号的第二分量相关联的特定逆伽马定律来校正经处理的视频信号的器件。

附图说明

通过参照附图利用完全非限制性的最佳示范性模式的实施例和实现，本发明将更好理解和说明，其中：

图1图解根据现有技术、在通过逆伽马定律预校正初始视频信号的情况下的视频信号的处理方法，其旨在减少由于显示设备而产生的视觉缺陷；

图2图解根据现有技术、在未通过逆伽马定律预校正初始视频信号的情况下的视频信号的处理方法，其旨在减少由于显示设备而产生的视觉缺陷；

图3图解根据发明、在通过逆伽马定律预校正初始视频信号的情况下的视频信号的处理方法，其旨在减少由于显示设备而产生的视觉缺陷；

图4图解根据发明、在未通过逆伽马定律预校正初始视频信号的情况下的视频信号的处理方法，其旨在减少由于显示设备而产生的视觉缺陷；和

图5图解根据发明的用于处理视频信号的设备，其旨在减少由于显示设备而产生的视觉缺陷。

具体实施方式

图3和图4图解了根据本发明的方法。该方法在图3中被标为3，在图4中被标为4。该方法包括5个步骤，在图3中标为32到36，而在图4中标为41到45。

根据本发明的方法3的第一步骤32(方法4中的步骤41)包括采用Y上的线性空间的立场(standpoint)。为此，通过全局逆伽马定律将垂直方向的定律γ_Y特性应用到经预校正31(或未经预校正)的初始视频信号。为了应用该定律，众所周知使用对应表，对应表将根据适当的逆伽马定律计算出的输出电平与每个输入电平相关联。

在该操作期间，可以增加根据比特数的分辨率。这将使得特别是消除某些量化伪差成为可能。因而将根据比特数以更大的动态范围执行随后的步骤，并且在应用最后的伽马定律时将实现返回初始动态范围。

在初始视频信号已被逆伽马定律预校正的情况下，定律γ_Y32是定律ψ_Y和全局伽马定律的合成，即：γ_Y＝ψ_Yoγ，

其中，o是函数的合成的定律，而ψ_Y对应于全局伽马定律和沿着Y测量的定律γ_Y之间的偏差(deviation)。根据下文中描述的过程直接估计γ_Y。伽马定律是已知的，我们从那里推导定律ψ_Y。

在初始视频信号未通过逆全局伽马定律预校正的情况下，定律γ_Y41等于定律ψ_Y：γ_Y＝ψ_Y。

为了补偿由显示设备引入的畸变，将能够校正这些畸变的视频处理应用到视频信号。这种处理可以是例如视频序列的图像的滤波。更准确地说，可以应用图像的重新内插处理。也可以应用另一图像处理来解决显示设备的特殊技术需要。

为此，根据发明33、42的第二步骤从而包括：通过将取决于要实现的Y位移的滤波器应用到像素，来在Y上重新内插视频图像。例如，将可能应用多相滤波器，其相位将根据要计算的点的位置偏移来计算。这样，如果点位于初始格(grid)上，则相位为0。如果点相对于初始格偏移了像素的1/2，则相位为+0.5。也可以应用任何可以重新内插图像的其他类型的滤波器(例如双三次(bicubic)、双线性滤波器)。

根据本发明，在处理了视频信号的垂直分量后，处理视频信号的水平分量。于是需要采用在X上的线性空间的立场。为此，在第三步骤34、43，将下面的中间函数 ${\mathrm{\γ}}_{\mathrm{intermediate}}={\mathrm{\γ}}_{x}o{\mathrm{\γ}}_Y^{-1}$ 应用到之前步骤产生的视频信号。对于该步骤，也可以使用对应表，对应表将根据定律γ_intermediate计算出的输出电平与每个输入电平相关联。将使用稍后描述的过程来估计函数γ_X。

根据本发明，第四步骤35、44从而包括：通过将取决于要实现的X位移的滤波器应用到像素，来在X上重新内插视频图像。

最后，第五步骤36、45包括通过将水平方向的定律γ^-1 _X特性应用到信号上来校正经处理的信号。对于该步骤，也可以使用对应表，如果初始动态范围被修改，则该对应表将恢复初始动态范围。

在前面所述的五个步骤期间，还可以这样开始：通过沿着水平分量(X)处理信号然后沿着垂直分量(Y)处理信号。

经过这样处理的视频信号然后由显示设备37、46显示。

根据本发明，将采用之前所述的根据现有技术的状态估计伽马定律的过程，来估计定律γ_X和γ_Y。为此，为了估计γ_X，我们仅显示被足够数量的黑线隔开的、1像素高的水平线，以便消除可以从像素到像素干预的Y影响(例如4条黑线)。然后我们测量对每个输入电平n由屏幕发出的光亮级L(n)，然后我们通过这些输入电平的最大值来标准化该曲线：γ_X＝255*L(n)/L(255)。我们以同样的方式，使用被足够数量的黑列隔开的、1像素宽的垂直线，继续估计γ_Y。

本发明方法也可以应用到除了用来校正视频信号的伽马定律之外的定律。

本发明还涉及连接到显示设备54的设备5，其旨在实现前面所述的方法。图5中只示出了该设备的必要元件。根据本发明的设备尤其包括存储器52，其中存储了各个伽马定律32、34、36、41、43和45处理所使用的对应表。该设备还包括诸如微处理器等的处理单元53，其包含有处理程序，特别是重新内插程序。处理单元还包含允许各个伽马定律32、34、36、41、43和45处理的转换函数。这些函数使用存储在存储器中的对应表。此外，该设备还包括输入/输出接口51，用于接收经过(或未经过)伽马定律预校正的输入视频信号，并且将根据本发明的方法3、4处理的视频信号发送给显示设备。

Claims (7)

1.一种在包含垂直分量和水平分量的视频信号被显示设备显示之前对所述视频信号进行处理的方法，特征在于该方法包括下列步骤：

通过与所述视频信号的所述水平和垂直分量中的第一分量相关联的特定伽马定律，来校正(32、41)所述视频信号；

对校正后的视频信号的所述第一分量进行第一视频处理(33、42)；

将中间伽马定律应用(34、43)到经第一视频处理的视频信号，中间伽马定律是与第二分量相关联的特定伽马定律和与第一分量相关联的特定逆伽马定律的合成，其中所述水平和垂直分量中的另一个被称为第二分量；

对从前一步骤发出的视频信号的所述第二分量进行第二视频处理(35、44)；以及

通过与视频信号的第二分量相关联的特定逆伽马定律来校正(36、45)经第二视频处理的视频信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：由各种伽马定律进行的校正和中间伽马定律的应用是在对应表的帮助下执行的，对应表将根据适当的定律计算出的输出电平与视频信号的每个输入电平相关联。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：第一和第二视频处理是分别根据所述视频信号的第一分量和根据第二分量对视频信号的重新内插的处理。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：视频信号的重新内插包括对所述视频信号的滤波，以及使用的滤波器是多相滤波器。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：在通过与视频信号的第一分量相关联的特定伽马定律(32、41)校正的步骤期间，增加了根据视频信号比特数的分辨率；以及在通过与视频信号的第二分量相关联的特定逆伽马定律(36、45)校正的步骤期间，返回根据比特数的初始分辨率。

6.如权利要求4所述的方法，其特征在于，其应用于非矩阵显示设备。

7.一种在包含垂直分量和水平分量的视频信号被显示设备显示之前对所述视频信号进行处理的设备，特征在于该设备包括：

用于通过与所述视频信号的所述水平和垂直分量中的第一分量相关联的特定伽马定律来校正(52、53)所述视频信号的器件；

用于对校正后的视频信号的所述第一分量应用第一视频处理(52、53)的器件；

用于将中间伽马定律应用(52、53)到经第一视频处理的视频信号的器件，中间伽马定律是与第二分量相关联的特定伽马定律和与第一分量相关联的特定逆伽马定律的合成，其中所述水平和垂直分量中的另一个被称为第二分量，所述器件生成中间视频信号；

用于对中间视频信号的所述第二分量应用第二视频处理(52、53)的器件；和

用于通过与视频信号的第二分量相关联的特定逆伽马定律来校正(52、53)经第二视频处理的视频信号的器件。

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