CN100539708C

CN100539708C - 转换影像色彩空间的方法

Info

Publication number: CN100539708C
Application number: CNB2007100910596A
Authority: CN
Inventors: 周明德
Original assignee: Arcadyan Technology Corp
Current assignee: Arcadyan Technology Corp
Priority date: 2006-04-12
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2009-09-09
Anticipated expiration: 2027-04-06
Also published as: US20070242087A1; TW200740250A; CN101056416A; US7372469B2; TWI321959B

Abstract

本发明提供了一种转换影像色彩空间的方法，该方法用于旋转YUV4:2:0影像于数字显示元件上的方法，例如电视影像系统。从YUV4:2:0影像分离出Y分量矩阵与U及V分量矩阵。然后进行转换Y分量矩阵的旋转矩阵计算。且进行转换U及V分量矩阵的逆旋转矩阵计算。通过组合旋转转换后的Y分量矩阵与旋转转换后U及V分量矩阵，获得旋转后的YUV4:2:0影像。

Description

转换影像色彩空间的方法

技术领域

本发明关于影像转换方法，特别关于一种在影像显示系统上用于转换YUV4:2:0色彩空间的方法，具体的讲是一种转换影像色彩空间的方法。

背景技术

人眼、电脑及电视通常会利用到三原色，即：红、绿及蓝。起初为显现色彩，显示器会使一些覆盖于显示器内部的萤光材质发光。上述用于产生具有红、绿、蓝色彩的方法称为红绿蓝(RGB)色彩空间。

现今的彩电系统使用YUV色彩编码系统。上述YUV方式依据亮度及两个色度成分定义色彩空间。Y用于亮度分量(明亮度)及U与V为色度(色彩)分量。YUV被使用于逐行倒相(PAL)及全国电视规格委员会(NTSC)的电视播放系统，上述系统为世界上大部分地区的规格。YUV塑造出比用于电脑图像硬件的RGB规格方式的更为接近人类对于色彩的感知能力，但并未如色调、厚度、亮度(HSV)色彩空间般地接近。

YUV信号从原始的RGB(红、绿及蓝)源头所产生。累加红、绿及蓝色的加权值以产生独特的Y信号，呈现整体的亮度或某点色度。上述U信号通过扣除来自原始RGB蓝色信号的Y而接续产生，然后缩放比例；及V信号通过扣除来自红色信号的Y而接续产生，然后通过不同的系数缩放比例。上述能以模拟电路图轻易地达成。

YUV与RGB的转换公式如下：

Y＝0.299R+0.587G+0.114B

U＝0.492(B-Y)

＝—0.147R—0.289G+0.436B

V＝0.877(R-Y)

＝0.615R-0.515G-0.100B

YUV与RGB的转换公式如下：

R＝Y+1.14V

G＝Y-0.39U-0.58V

B＝Y+2.03U

利用缩减取样(Downsampling)技术在YUV色彩空间进行有效率地压缩影像。色度取样(Chroma subsampling)指使用比亮度信号低的色彩(或色度)信号解析度来表示影像。人眼对于色彩并不像对于亮度般敏感。上述的影像色彩值并不要求与亮度般具有相同的解析度。然而，许多视频系统在色彩通道相对于亮度通道上使用较低的取样解析度，对于不明显降低影像品质的同时也降低视频信号的总频宽。上述于YCbCr或YPbPr色彩空间上的第一个值是指亮度分量(Y)，及后两个值是指色彩分量样本的数量，其中U/Cb分量在前，V/Cr分量在后。当比较影像品质时，在此三个值之间的比值比三个值更为重要，及亮度样本的数量值通常为4。

图1显示四个YUV4:4:4像素(pixel)，及数据串为：Y0U0V0Y1U1V1Y2U2V2Y3U3V3，其被映射为下述四个像素：[Y0U0V0][Y1U1V1][Y2U2V2][Y3U3V3]。图2显示四个YUV4:2:2像素，其中数据传串为：Y0U0Y1V1Y2U2Y3V3，及被映射为下述四个像素：[Y0U0V1][Y1U0V1][Y2U2V3][Y3U2V3]。多数高阶视频元件格式使用YUV4:2:2，例如：digital betacam，DVCPRO50，D-9，CCIR601/serial digitalinterface/D1。

图3说明四个YUV4:1:1像素，其中数据串为：Y0U0Y1Y2V2Y3及被映射为下述四个像素：[Y0U0V2][Y1U0V2][Y2U0V2][Y3U0V2]。一些应用使用YUV4:1:1，例如DVCPRO，NTSC，DV，DVCAM，D-7。

图4显示YUV4:2:0格式像素，其中数据串为：Yo0 Uo0 Yo1 Yo2 Uo2 Yo3/Ye0 Ve0 Ye1 Ye2 Ve2 Ye3，及被映射为下述四个像素：[Yo0 Uo0 Ve0][Yo1 Uo0Ve0][Yo2 Uo2 Ve2][Yo3 Uo2 Ve2]/[Ye0 Uo0 Ve0][Ye1 Uo0 Ve0][Ye2 Uo2Ve2][Ye3 Uo2 Ve2]。上述YUV4:2:0为逐行倒相(PAL)及顺序传送色彩与记忆制彩电系统(SECAM)标准色彩系统，此外通过视频编码器(encoder)/解码器(decoder)使用标准的输入/输出格式。上述YUV4:2:0通常应用于DVD及另一应用于MPEG-2，PAL DV及DVCAM，JPEG，MJPEG格式的主要概况。

在大多数影像编码技术的应用上，上述YUV格式，特别是YUV4:2:0被广泛地使用于节省存储空间。YUV4:2:0意指对于每行扫描线而言，只有一种色彩分量以2:1取样频率取样及存贮。相邻的扫描线存贮不同的色彩分量。也就是说，若有一行为4:2:0比例时，下一行为4:0:2比例，及再下一相邻行为4:2:0比例，以此类推。对于每一色彩分量而言，水平及垂直方向的取样频率都为2:1，因此对于每一色彩分量的取样频率为4:1。上述YUV4:2:0特别适用于逐行倒相(PAL)标准色彩系统及顺序传送色彩与记忆制彩电系统(SECAM)标准色彩系统。及大多数视频编码器/解码器使用YUV4:2:0格式作为标准的输入格式。

图5所示为典型的6×4RGB影像501，其通常使用于电脑影像应用上。无论是RGB1、RGB4、RGB8、RGB565、RGB555、RGB24或RGB32，每一像素具有其独立值，及每一像素顺序映射于存贮器上的连续位置。上述影像501顺时针旋转90度后成为直接旋转后的影像502。

上述YUV格式，除YUV4:4:4外，每一像素具有其Y值，而U、V值相依于彼此邻近的像素间，因此造成影像直接旋转困难。以往对于YUV格式影像的旋转，影像必须先转换成YUV4:4:4格式。然后影像的色彩空间通过上述所提的方程式转换成RGB格式。在旋转之后，上述影像转回YUV格式。因此，转换YUV格式影像比RGB格式影像需花费较长的时间。

发明内容

为解决上述现有数字视频装置，需要提供一种旋转YUV4:2:0色彩空间的改善方法。为达到本发明上述发明目的，本发明的目的在于，提供一种用于旋转影像及旋转影像系统的方法。

本发明提供了一种用于转换YUV色彩空间的方法，方法包含步骤有：从YUV色彩空间中分离出Y分量矩阵(matrix)，余留U、V分量矩阵于色彩空间内。其后分离的Y分量矩阵被转换以达到转换后的Y分量矩阵，及U、V分量矩阵被转换以达到转换后的U、V分量矩阵。而下述的步骤为组合转换后的Y分量矩阵与转换后的U、V分量矩阵。上述Y指影像的明亮度因子，U、V分别代表蓝与红色彩因子其已分别移除Y因子。

另一方面，本发明还揭露了一种用于转换YUV色彩空间的方法，方法包含步骤有：从YUV色彩空间中分离Y分量矩阵，余留U、V分量矩阵于色彩空间内；对Y分量矩阵进行矩阵旋转计算；对U、V分量矩阵进行逆旋转矩阵计算；及组合旋转转换的Y分量矩阵与旋转转换的U、V分量矩阵以完成转换后的YUV色彩空间。

附图说明

上述本发明的目的与的特色及优点，在阅读下列详细的说明与附加图式后将变得较为显而易见，其中：

图1为YUV4:4:4像素的概要图式。

图2为YUV4:2:2像素的概要图式。

图3为YUV4:1:1像素的概要图式。

图4为YUV4:2:0像素的概要图式。

图5为转换RGB格式影像的概要图式。

图6为本发明的影像显示系统概要图式。

图7A至图7F为根据本发明YUV4:2:0影像顺时针旋转的概要图式。

图8A至图8E为根据本发明YUV4:2:0影像逆时针旋转的概要图式。

图9A至图9B为根据本发明YUV4:2:0影像水平镜射的概要图式。

图10A至图10B为根据本发明YUV4:2:0影像垂直镜射的概要图式。

图11为根据本发明的影像转换方法的流程图。

图式符号对照表：

影像显示系统1 中央处理器2

显示模组3 运算模组4

记忆模组5 计算模组6

输入/输出模组7 6×4RGB影像501

4×6RGB影像502 6×4YUV4:2:0色彩空间701

旋转后的Y分量矩阵702 最初的U及V分量矩阵703

旋转后的U及V分量矩阵704、804

旋转后的4×6YUV4:2:0色彩空间705

最初的6×4YUV影像801 Y分量矩阵802

U及V分量矩阵803、901 水平镜射YUV4:2:0影像902、1002

U及V分量矩阵1001

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明转换影像的方法及结构实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。

图6为本发明影像旋转系统1概要图式，例如无线数字机顶盒(TV-setbox)。影像旋转系统1包含：显示模组(module)3，运算模组4，记忆模组5，中央处理器2，计算(computing)模组6，及输入/输出模组7。运算模组4于显示器上运算出影像，及记忆模组5用于存贮影像数据。中央处理器2控制计算模组6根据输入/输出模组7输入的程序进行计算。计算模组6应具有执行矩阵转换的能力。

在最初的电视系统中，YUV色彩系统除了使用RGB色彩系统外，还有用于亮度的Y分量、用于色彩的U及V分量。上述旋转的Y矩阵与RGB矩阵相同，因此能被分离。因为人眼对于色彩并不像对亮度般敏感，因此可接受些许的色差。

置于YUV4:2:0色彩系统中的影像数据通常为压缩格式，如图4所示。本发明特别揭露于YUV4:2:0色彩空间上用于直接旋转影像的快速旋转YUV演算法(algorithm)。最初的影像数据必须被转换成YUV4:4:4格式。每一像素具有独立的Y值而U、V值与相邻的像素相依，因此它们不能直接被旋转。上述旋转YUV4:2:0影像的另一方法为转换色彩空间。计算每一像素的RGB值，然后于旋转后转换成YUV。对于旋转的JPEG影像格式，DCT(Discrete CosineTransform，离散余弦转换)表需要先行旋转，然后将影像解压缩。上述解压缩结果为YUV影像。

图7A所示的一组6×4YUV4:2:0色彩空间701通常于编码影像解压缩后获得，例如JPEG。首先，如图7B所示，将Y分量矩阵702从图7A所示的色彩空间的最初数据中离析。于数据串中每一像素具有一独立Y值其与RGB数据串相似。因此，Y分量矩阵702可被转换，例如所要求的旋转方向或方式。例如，通过使用顺时针旋转演算法，Y分量矩阵702能被顺时针旋转。用于顺时针旋转演算法的C程序语言范例如下所示：

for(x＝0；x<original_pic_width；x++)

{

for(y＝original_pic_height-1；y>＝0；y--)

{

*pTarget_pic＝*(pOriginal_pic+(y*original_pic_width+x)+i)；

pTarget_pic++；

}

}.

然后最初的U及V分量矩阵703如图7C所示逆时针旋转至直接对应的位置上如图7D所示。旋转后的U及V分量矩阵结果显示于图7E。藉由组合图7B中的旋转后的Y分量矩阵702与图7D中的旋转后的U及V分量矩阵704，最后获得旋转后的4×6YUV4:2:0色彩空间(影像)705于图7F中。上述所提及的顺时针旋转演算法如下所示：

for(x＝0；x<original_pic_width；x++)

{

for(y＝original_pic_height-1；y>＝0；y--)

{

*pLumaTarget＝*(pLumaSrc+(y*original_pic_width+x))；

pLumaTarget++；

}

for(x＝0；x<original_pic_width；x+＝2)

{

for(y＝original_pic_height/2-1；y>＝0；y--){

*pChromaTarget＝*(pChromaSrc+original_pic_width*y+x)；

pChromaTarget++；

*pChromaTarget＝*(pChromaSrc+original_pic_width*y+x+1)；

pChromaTarget++；

}

}.

用相同方式，图8A至图8E显示本发明的逆时针旋转YUV4:2:0影像。上述最初的6×4YUV影像801分隔成Y分量矩阵802与U及V分量矩阵803。Y分量矩阵802能直接进行逆时针旋转。然后U及V分量矩阵803顺时针旋转至对应的位置上如图8D所示。通过组合旋转后的Y分量矩阵与旋转后的U及V分量矩阵804获得逆时针旋转4×6YUV4:2:0色彩空间或影像。上述逆时针旋转演算法如下所示：

for(x＝original_pic_width-1；x>＝0；x++)

{

for(y＝0；y<original_pic_height；y--)

{

*pLumaTarget＝*(pLumaSrc+(y*original_pic_width+x))；

pLumaTarget++；

}

for(x＝original_pic_width-2；x>＝0；x-＝2)

{

for(y＝0；y<original_pic_height/2；y++){

*pChromaTarget＝*(pChromaSrc+original_pic_width*y+x)；

pChromaTarget++；

*pChromaTarget＝*(pChromaSrc+original_pic_width*y+x+1)；

pChromaTarget++；

}

}.

图9A及图9B显示本发明的YUV4:2:0水平镜射(reflection)实施例。上述U及V分量矩阵901中的分量从左/右至右/左调换位置。通过组合旋转后的U及V分量矩阵901与旋转后的Y分量矩阵如图9B所示，然后获得水平镜射YUV4:2:0影像902。上述水平镜射(horizontal reflection)演算法如下所示：

for(y＝0；y<pic_height；y++)

{

for(x＝pic_width-1；x>＝0；x--)

{

*pLumaTarget＝*(pLumaSrc+(y*pic_width+x))；

pLumaTarget++；

}

for(y＝0；y<pic_height/2；y++)

{

for(x＝pic_width-2；x>＝0；x-＝2)

{

*pChromaTarget＝*(pChromaSrc+pic_width*y+x)；

pChromaTarget++；

*pChromaTarget＝*(pChromaSrc+pic_width*y+x+1)；

pChromaTarget++；

}

图10A及图10B显示本发明的YUV4:2:0垂直镜射实施例。上述U及V分量矩阵1001中的上层分量与下层分量调换位置。藉由组合旋转后的U及V分量矩阵1001与旋转后的Y分量矩阵如图10B所示，然后获得水平镜射YUV4:2:0影像1002。上述垂直镜射演算法如下所示：

for(y＝pic_height-1；y>＝0；y++)

{

for(x＝0；x<pic_width；x++)

{

*pLumaTarget＝*(pLumaSrc+(y*pic_width+x))；

pLumaTarget++；

}

for(y＝pic_height/2-1；y>＝0；y++)

{

for(x＝0；x<pic_width；x++)

{

*pChromaTarget＝*(pChromaSrc+pic_width*y+x)；

pChromaTarget++；

}

特别是上述旋转的细部程序码及镜射演算法提供对于本发明的充分了解但并非用以限定本发明的范围。本发明的旋转方法能被执行于任何角度下。而本发明的镜射光轴并非限定于水平或垂直方向。

图11为根据本发明的转换影像色彩空间的方法的流程图。本发明的转换影像色彩空间的方法为一种用于转换YUV色彩空间的方法，包含下列步骤：从YUV色彩空间中分离出Y分量矩阵，余留U及V分量矩阵于色彩空间内，步骤21；转换分离后的Y分量矩阵，进行Y分量矩阵的第一矩阵旋转计算，步骤22；完成转换后的Y分量矩阵，步骤23；转换分离后的U及V分量矩阵，进行U及V分量矩阵的第二矩阵旋转计算，步骤24；完成转换后的U及V分量矩阵，步骤25；组合处理过后的Y分量矩阵与处理过后的U及V分量矩阵，步骤26；完成转换后的YUV色彩空间，步骤27。

最后，本发明提供快速旋转YUV影像方法，特别是用于YUV影像系统。上述方法包含顺时针旋转演算法、逆时针旋转演算法、水平镜射演算法、垂直镜射演算法。根据本发明的系统能被应用于逐行倒相(PAL)标准色彩系统及顺序传送色彩与记忆制彩电系统(SECAM)标准色彩系统。本发明的优点为直接旋转YUV4∶2∶0影像格式，诚如于RGB色彩空间中的旋转方法。因此，本发明的方法提供一种在视频系统中旋转影像的有效方法。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，该用于转换YUV色彩空间的方法包含：

从该YUV色彩空间中分离出Y分量矩阵，余留U及V分量矩阵于该色彩空间内；

旋转转换该分离后的Y分量矩阵以完成旋转转换后的Y分量矩阵及旋转该U及V分量矩阵以完成旋转转换后的U及V分量矩阵；及

组合该旋转转换后的Y分量矩阵与该旋转转换后的U及V分量矩阵以获得旋转转换后的YUV色彩空间。

2.根据权利请求1所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该Y分量矩阵使用顺时针旋转演算法旋转转换，该U及V分量矩阵使用逆时针旋转演算法旋转转换。

3.根据权利请求1所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该Y分量矩阵通过使用逆时针旋转演算法旋转转换，该U及V分量矩阵使用顺时针旋转演算法旋转转换。

4.根据权利请求1所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该Y分量矩阵、U及V分量矩阵使用镜射演算法转换。

5.根据权利请求4所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该Y分量矩阵、U及V分量矩阵使用水平镜射演算法转换。

6.根据权利请求4所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该Y分量矩阵、U及V分量矩阵使用垂直镜射演算法转换。

7.一种用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，该用于转换YUV色彩空间的方法包含：

进行该Y分量矩阵的第一矩阵旋转计算；

进行该U及V分量矩阵的第二矩阵旋转计算；及

组合该旋转转换后的Y分量矩阵与该旋转转换后的U及V分量矩阵以完成该旋转转换后的YUV色彩空间。

8.根据权利请求7所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该第一矩阵旋转计算为90度顺时针旋转计算，该第二旋转矩阵计算为90度逆时针旋转计算。

9.根据权利请求7所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该第一矩阵旋转计算为90度逆时针旋转计算，该第二旋转矩阵计算为90度顺时针旋转计算。

10.根据权利请求7所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该第一矩阵旋转计算与该第二旋转矩阵计算为镜射计算。

11.根据权利请求10所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该第二矩阵旋转计算为垂直镜射计算。

12.根据权利请求10所述的用于转换YUV色彩空间的方法，其特征在于，其中该第二矩阵旋转计算为水平镜射计算。