CN100592806C - 自适性影像处理装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种自适性影像处理装置与方法。其评估一视频复合信号的动态变化程度。对经亮度彩度分离与解调变后所得的彩度信号进行窄频与宽频低通滤波，以产生窄频/宽频滤波后信号。根据所评估出的动态变化程度而加权窄频/宽频滤波后信号以决定要保留多少该彩度信号的高频成份。当处理静态影像时，能保留较多的高频成份，以减少渡色的问题，而且影像颜色也能保持鲜丽。当处理动态影像时，则滤掉较多高频成份，以减少串色的问题。

Description

自适性影像处理装置与方法

技术领域

本发明是有关于一种自适性影像处理装置与方法，特别是有关于一种能根据影像的动态程度而决定要保留多少影像的高频部份的自适性影像处理装置与方法。

背景技术

观赏电视已成为现代人休闲方式之一。一般来说，电视机所接收的视频复合信号(composite signal)(也称为视讯复合信号)会因为色彩空间(color space)定义的不同而有所不同。比如，当处于YUV色彩空间时，视频复合信号会包括亮度成份(Y)，以及色度(color information)成份(U与V)(也称为色讯成份)；视频复合信号可表示为Y+Usin(ωt)+Vcos(ωt)。当处于YCbCr色彩空间时，视频复合信号会包括亮度成份(Y)，以及色差(chrominance)成份(Cb与Cr)；视频复合信号可表示为Y+Cbsin(ωt)+Crcos(ωt)。当处于YIQ(I：in-phase，Q：quadrature)色彩空间时，视频复合信号会包括亮度成份(Y)，以及颜色成份(I与Q)；视频复合信号可表示为Y+Qsin(ωt+33°)+Icos(ωt+33°)。一般说来，Y视频成分为亮度信号(luminance)，而U、V、Cb、Cr、I以及Q等非亮度信号的视频成分则统称为彩度信号(chrominance)。

当电视机接收到视频复合信号时，其必需分离出亮度成份Y与色度成份U/V(或者色差成份Cb/Cr，颜色成份I/Q)。不过，所分离出的色度成份U/V(或者色差成份Cb/Cr，颜色成份I/Q)会再经一解调变处理，解调变后的色度成份会包括基频成份与高频成份。

比如，以YUV色彩空间为例，经解调变后的色度成份U/V的基频成份与高频成份可表示如下：

((Usin(wt)+Vcos(wt))*(2sin(wt))＝U-Ucos(2wt)+Vsin(2wt)     (1)

((Usin(wt)+Vcos(wt))*(2cos(wt))＝V+Vcos(2wt)+Usin(2wt)     (2)

在等式(1)中，U代表U成份的基频部份，而(-Ucos(2wt)+Vsin(2wt))则代表U成份的高频部份。同样地，在等式(2)中，V代表V成份的基频部份，而Vcos(2wt)+Usin(2wt)则代表V成份的高频部份。

目前可利用低通滤波器来移除高频成份。如果利用窄频(narrowbandwidth)低通滤波器的话，其适合处理动态影像；但当处理静态影像时，会有渡色(color transition)的问题，而且颜色会不够鲜丽(sharp)，因为颜色的大部份高频部份都被滤掉。另一方面，如果利用宽频(wide bandwidth)低通滤波器的话，其适合处理静态影像，但当处理动态影像时，会有串色(cross color)的问题。

故而，较好能有一种自适性(self-adaptive)动态调整色彩频宽的显示装置与方法，当处理静态影像时，能减少渡色的问题，而且颜色也能保持鲜丽；当处理动态影像时，也能减少串色的问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种自适性影像处理装置与方法，以适当处理静态影像与动态影像。当处理静态影像时，保留较多的影像的高频成份。当处理动态影像时，则滤掉较多影像的高频成份。

此外，本发明提供一种自适性影像处理装置与方法，当处理静态影像时，能减少渡色的问题，而且影像颜色也能保持鲜丽；当处理动态影像时，也能减少串色的问题。

为达本发明的目的，本发明提供一种影像处理装置，包括：一动态评估单元，评估一视频复合信号的动态变化程度以输出一动态因子；第一与第二低通滤波器，接收一彩度信号并进行低通滤波以产生第一与第二滤波后信号，该彩度信号代表该视频复合信号经亮度彩度分离与解调变后所得的一彩度成份；以及一加权单元，根据该动态因子而加权该第一滤波后信号与该第二滤波后信号，以决定要保留多少该彩度信号的高频成份。

此外，本发明亦提供一种影像处理方法，用于滤波一视频复合信号的一彩度成份，该彩度成份由该视讯复合信号经亮度彩度分离与解调变后所得。该方法包括下列步骤：评估该视频复合信号的一动态特征；对该视频复合信号的该彩度成份进行窄频低通滤波与宽频低通滤波；根据该动态特征，对该窄频低通滤波与该宽频低通滤波的结果进行加权，以决定要滤掉多少该视频复合信号的该彩度成份的高频成份。

为让本发明的上述与其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1绘示为根据本发明一较佳实施例的自适性(self-adaptive)影像处理装置的电路方块图。

图2显示图1的动态评估单元的电路方块图。

图3显示图2的图框差评估单元的电路方块图。

图4显示图1及图2的查表(look-up table)。

图5a显示窄频低通滤波器的示意图。

图5b显示宽频低通滤波器的示意图。

图6显示图1的加权单元的示意图。

10：影像处理装置              100：动态评估单元

200：窄频低通滤波器           300：宽频低通滤波器

400：加权单元                 110：图框差评估单元

120：查表单元                 210、310：再取样单元

220～240、280、320～340、380、430：加法器

250～270、350～370、410、420：乘法器

210a～210j、310a～310j：暂存器

具体实施方式

为能适当地处理静态影像与动态影像，本发明实施例揭露一种自适性的影像处理装置，其至少包括两种频宽不同的低通滤波器。当处理静态影像时，由宽频低通滤波器所处理过的信号会占较大的加权值。另一方面，当处理动态影像时，由窄频低通滤波器所处理过的信号会占较大的加权值。如此一来，当处理静态影像时，能减少渡色的问题，而且颜色也能保持鲜丽；当处理动态影像时，也能减少串色的问题。

图1绘示为根据本发明一较佳实施例的自适性(self-adaptive)影像处理装置10的电路方块图。请注意，图1乃是使用于YUV色彩空间中。在图1中，输入信号CS代表视频复合信号，而色度信号UV代表具有高频成份与基频成份的色度信号。在此，视频复合信号CS包括亮度成份与彩度成份。比如，当应用于YUV色彩空间时，Y成份代表亮度成份，而U成份与V成份代表彩度成份。也就是说，色度信号UV可视为视频复合信号CS的彩度成份。更详细地说，色度信号UV乃是将视频复合信号CS经过亮度成份/彩度成份分离处理后与解调变处理所得的彩度成份。

如图1所示，此影像处理装置10包括动态评估单元100，窄频低通滤波器200，宽频低通滤波器300与加权单元400。

动态评估单元100接收视频复合信号CS，评估此视频复合信号CS的动态变化程度，并输出一动态因子MF(motion factor)。动态因子MF可用于代表视频复合信号CS的动态变化程度。比如说，当动态因子MF的值愈大时，代表视频复合信号CS动态变化程度愈大，亦即，此视频复合信号CS可视为动态影像。相反地，当动态因子MF的值愈小时，代表视频复合信号CS动态变化程度愈小，亦即，此视频复合信号CS可视为静态影像。

窄频低通滤波器200接收色度信号UV，并对之进行窄频低通滤波，以得到窄频滤波后信号UV_NB。

宽频低通滤波器300接收色度信号UV，并对之进行宽频低通滤波，以得到宽频滤波后信号UV_WB。

加权单元400接收动态评估单元100所输出的动态因子MF，窄频低通滤波器200所输出的窄频滤波后信号UV_NB，以及宽频低通滤波器300所输出的宽频滤波后信号UV_WB。加权单元400会根据动态因子MF，决定窄频滤波后信号UV_NB以及宽频滤波后信号UV_WB的权重，以输出色度信号UV’。

基本上，色度信号UV’等同于色度信号UV的基频部份加上一部份的高频部份。或者说，色度信号UV’等于将色度信号UV去掉一部份高频成份后所留下的信号。至于有多少色度信号UV的高频成份要被滤掉，则取决于视频复合信号CS的动态变化程度。比如，当视频复合信号CS的动态变化程度愈大时，会有愈多的高频成份被滤掉；反之，当视频复合信号CS的动态变化程度愈小时，会有愈少的高频成份被滤掉。

图2显示图1的动态评估单元100的电路方块图。动态评估单元100包括图框差评估单元110与查表单元120(look-up table)。图2的参考符号p2，p1，c1，n1与n2的代表意思可参考图3了解。图框差评估单元110根据p2，p1，c1，n1与n2而输出一图框差值D，此图框差值D输入至查表单元120，以对应出动态因子MF。

请参考图3，图3所显示出的五个图框分别代表，在时间上依序显示出的连续五个图框，也就是，显示顺序为，前二图框→前一图框→目前图框→下一图框→下二图框。所以，从图3可了解到，参考符号p2，p1，c1，n1与n2代表，在此五个图框的同一显示位置(亦即同一像素)的视频复合信号CS。

当本实施例应用NTSC(National Television Standards Committee，美国国家电视规格委员会)规格时，图框差值D的定义可如下。

D1＝abs(p1-c1)  (3)

D2＝abs(c1-n1)  (4)

D＝abs(D1-D2)   (5)

等式(3)所代表的意思是，将p1与c1的差值的绝对值定义为D1。相似地，等式(4)所代表的意思是，将c1与n1的差值的绝对值定义为D2。当影像为静止时，D1与D2的值应该是十分接近的。相反地，当影像为动态时，D1与D2的值则相差甚大。等式(5)所代表的意思是，图框差值D定义为D1与D2的差值的绝对值。

当本实施例应用PAL(Phase Alternating Line逐行倒相)规格时，图框差值D的定义可如下。

D1＝abs(p2-c1)   (6)

D2＝abs(c1-n2)   (7)

D＝abs(D1-D2)    (8)

等式(6)～(8)的代表相似于等式(3)～(5)，在此不再重述。

习知此技者当可知，图框差值D的定义并不受限于上述等式。习知此技者可在其技术领域内得到不同定义方式，本实施例的实施方式并不受限于此。

当决定出图框差值D后，查表单元120根据内部的关系曲线图对应出动态因子MF。图框差值D与动态因子MF的关系曲线图可如图4所示。为方便起见，动态因子MF可正规化成介于0～1之间。当D值小U1时，MF值为V1(其值可为0)；当D值介于U1与U2间时，MF值为V2；其余可依此类推。V7为MF值的最大值，其值可为1。

接着，将描述窄频低通滤波器200与宽频低通滤波器300如何对色度信号UV进行低通滤波。

图5a显示窄频低通滤波器200的示意图。图5b显示宽频低通滤波器300的示意图。在本实施例中，窄频低通滤波器200与宽频低通滤波器300的结构与操作十分相近。当然，窄频低通滤波器200与宽频低通滤波器300的结构与操作亦可各自不同，只要能分别对色度信号UV进行窄频低通滤波与宽频低通滤波即可。

如图5a所示，窄频低通滤波器200包括再取样单元(resampler)210，加法器220～240，乘法器250～270与加法器280。

再取样单元210包括串联的复数个(比如10个)暂存器210a～210j。每个暂存器210a～210j会将色度信号UV暂存后输出成d20～d29。

加法器220相加色度信号UV与暂存器输出d29，并将加法结果输出至乘法器250。加法器230相加暂存器输出d21与暂存器输出d27，并将加法结果输出至乘法器260。加法器240相加暂存器输出d23与暂存器输出d25，并将加法结果输出至乘法器270。

跳着取出暂存器输出d20～d29的原因是，如此才能取出色度信号UV的相同子成份。更详细的说，当某一次所取出的6个暂存器输出都属于V成份时，对之进行后续处理，加权单元400会输出经处理后的V成份。接着，在下个时间点，所取出的6个暂存器输出都属于U成份，对之进行后续处理，加权单元400输出经处理后的U成份。此外，如果有必要的话，取样数量亦可变动。

乘法器250将加法器220的加法结果乘上参数p21，并将乘法结果输出至加法器280。乘法器260将加法器230的加法结果乘上参数p22，并将乘法结果输出至加法器280。乘法器270将加法器240的加法结果乘上参数p23，并将乘法结果输出至加法器280。加法器280将乘法器250～270的乘法结果相加后，即可得到窄频滤波后信号UV_NB。参数p21～p23可依据所设计的频宽不同而有所改变。

如图5b所示，宽频低通滤波器300包括再取样单元310，加法器320～340，乘法器350～370与加法器380。再取样单元310包括串联的复数个(比如10个)暂存器310a～310j。参数p31～p33可依据所设计的频宽不同而有所改变。

由于窄频低通滤波器200与宽频低通滤波器300的结构与操作十分相近，习知此技者从上述描述当可推知宽频低通滤波器300如何对色度信号UV进行宽频滤波，以得到宽频滤波后信号UV_WB。

图6显示图1的加权单元400的示意图。如图6所示，加权单元400包括乘法器410、420，以及加法器430。

乘法器410将窄频滤波后信号UV_NB乘上动态因子MF，并将乘法结果输出至加法器430。乘法器420将宽频滤波后信号UV_WB乘上参数(1-MF)，并将乘法结果输出至加法器430。加法器430将乘法器410与420的乘法结果相加后，得到色度信号UV’。

从图6的架构可看出，在本实施例中，当影像的动态变化程度愈大(亦即，动态因子MF愈大)时，窄频滤波后信号UV_NB在色度信号UV’中所占的比重也愈高。相反地，当影像的动态变化程度愈小(亦即，动态因子MF愈小)时，宽频滤波后信号UV_WB在色度信号UV’中所占的比重也愈高。

虽然在此实施例中，加权单元400利用线性加权来得到色度信号UV’，但习知此技者当可知其他种的加权方式亦可应用于本实施例中。

虽然本实施例是以YUV色彩空间为例做说明，但只要是具有亮度成份与彩度成份的其他色彩空间仍可应用至本实施例。比如，当应用于YCbCr色彩空间时，Y成份仍代表亮度成份，而色差信号CbCr则代表彩度成份。或者，当应用于YIQ色彩空间时，Y成份仍代表亮度成份，而I成份与Q成份则代表彩度成份。彩度成份当成低通滤波器200/300的输入信号。

虽然上述实施例中，影像处理装置只包括两个不同频宽的低通滤波器，但习知此技者当可将之变化成有多数个不同频宽的低通滤波器，以更加强本实施例的功效。

综上所述可知，在本实施例中，当处理静态影像时，不但能减少渡色的问题，而且颜色也能保持鲜丽；当处理动态影像时，也能减少串色的问题。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视所附的申请专利范围所界定者为准。

Claims (13)

1、一种影像处理装置，其特征在于其包括：

一动态评估单元，评估一视频复合信号的动态变化程度以输出一动态因子；

一第一低通滤波器，接收一彩度信号并进行低通滤波以产生一第一滤波后信号，该彩度信号代表该视频复合信号经亮度彩度分离与解调变后所得的一彩度成份；

一第二低通滤波器，接收该彩度信号并进行低通滤波以产生一第二滤波后信号，该第一低通滤波器与该第二低通滤波器的频宽不同；以及

一加权单元，根据该动态因子而加权该第一滤波后信号与该第二滤波后信号以决定要保留多少该彩度信号的高频成份。

2、根据权利要求1所述的影像处理装置，其特征在于其中该动态评估单元包括：

一图框差评估单元，评估连续复数图框间的差异；以及

一查表单元，根据该图框差评估单元所评估出的该差异，以决定该动态因子。

3、根据权利要求1所述的影像处理装置，其特征在于其中该第一低通滤波器包括：

一第一再取样单元，对该彩度信号进行再取样，以得到复数取样结果；

复数第一加法单元，分别加总由该第一再取样单元所取样出的复数取样结果的一部份；

复数第一乘法单元，接收该些第一加法单元的该些加法结果以产生复数乘法结果；以及

一第二加法单元，加总该些第一乘法单元的乘法结果以产生该第一滤波后信号。

4、根据权利要求3所述的影像处理装置，其特征在于其中该第一再取样单元包括复数个串联的第一暂存器。

5、根据权利要求1所述的影像处理装置，其特征在于其中该第二低通滤波器包括：

一第二再取样单元，对该彩度信号进行再取样，以得到复数取样结果；

复数第三加法单元，分别加总由该第二再取样单元所取样出的复数取样结果的一部份；

复数第二乘法单元，接收该些第三加法单元的该些加法结果以产生复数乘法结果；以及

一第四加法单元，加总该些第二乘法单元的乘法结果以产生该第二滤波后信号。

6、根据权利要求5所述的影像处理装置，其特征在于其中该第二再取样单元包括复数个串联的第二暂存器。

7、根据权利要求1所述的影像处理装置，其特征在于其中该加权单元包括：

一第三乘法单元，根据该动态因子与该第一滤波后信号以产生一乘法结果；

一第四乘法单元，根据该动态因子与该第二滤波后信号以产生一乘法结果；以及

一第五加法单元，加总该第三与第四乘法单元的该乘法结果，以预估出该彩度信号的基频成份与部份高频成份。

8、根据权利要求1所述的影像处理装置，其特征在于其中该第一低通滤波器为一窄频低通滤波器。

9、根据权利要求1所述的影像处理装置，其特征在于其中该第二低通滤波器为一宽频低通滤波器。

10、一种影像处理方法，用于滤波一视频复合信号的一彩度成份，该彩度成份由该视讯复合信号经亮度彩度分离与解调变后所得，其特征在于该方法包括下列步骤：

评估该视频复合信号的一动态特征；

对该视频复合信号的该彩度成份进行一窄频低通滤波；

对该视频复合信号的该彩度成份进行一宽频低通滤波；

根据该动态特征，对该窄频低通滤波与该宽频低通滤波的结果进行加权，以决定要滤掉多少该视频复合信号的该彩度成份的高频成份。

11、根据权利要求10所述的影像处理方法，其特征在于其中评估该动态特征的该步骤包括：

评估连续复数图框间的差异；以及

根据该差异，以决定该动态特征。

12、根据权利要求10所述的影像处理方法，其特征在于其中该窄频低通滤波步骤是使用一窄频低通滤波器。

13、根据权利要求10所述的影像处理方法，其特征在于其中该宽频低通滤波步骤是使用一宽频低通滤波器。

Images