CN101043634A

CN101043634A - 视频信号处理

Info

Publication number: CN101043634A
Application number: CNA2007100894786A
Authority: CN
Inventors: 小山文夫; 八木康雄
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2006-03-24
Filing date: 2007-03-23
Publication date: 2007-09-26
Also published as: US20070222728A1; JP2007259242A

Abstract

提供一种视频信号处理装置，能够进行没有颜色变化的黑白伸展，实现装置的小型化。通过黑白伸展电路(50)对视频信号中包含的亮度信号(Y信号)实施黑白伸展处理。对视频信号中包含的第1色差信号(U信号)和第2色差信号(V信号)分别乘算亮度比n(＝Y’/Y)。

Description

视频信号处理

技术领域

本发明涉及一种处理视频信号的技术，特别涉及进行黑白伸展(扩展)处理的技术。

背景技术

以往，在使用液晶投影仪等显示图像时，在输入视频信号的最黑部分超过规定电平的情况下，进行在黑方向伸展输入视频信号的处理，以使该最黑部分达到规定电平。并且，在输入视频信号的最白部分低于规定电平时，进行在白方向伸展输入视频信号的处理，以使该最白部分达到规定电平。

这种黑白伸展的处理一般针对亮度信号实施，但在该情况下，存在颜色自身伴随亮度信号的变更而变化的问题。具体地讲，在变明亮时产生颜色变浅(彩度减弱)的问题，在变暗淡时产生颜色变深(彩度增强)的问题。因此，提出如下方案(例如专利文献1)：根据亮度信号确定伸展系数，对各个R、G、B信号实施基于所述伸展系数的伸展处理。根据这种结构，可以避免颜色的变化。

专利文献1 日本专利特开2003-110878号公报

但是，在前述以往的结构中，分别需要R、G、B信号用的3个伸展电路，所以产生电路规模变大的问题。

发明内容

本发明想要解决的问题是可以实现没有颜色变化的黑白伸展，并且实现装置的小规模化。

作为解决前述问题的至少一部分的手段采取以下所示的结构。

本发明提供一种视频信号处理装置，用于处理视频信号，其特征在于，具备：

3信号获取单元，从所述视频信号获取亮度信号、第1色差信号和第2色差信号；

黑白伸展处理单元，通过对所述亮度信号实施黑白伸展处理，获得已伸展的亮度信号；

亮度比计算单元，作为亮度比计算所述已伸展的亮度信号相对于所述亮度信号的比例；

第1色差信号伸展单元，根据所述亮度比，伸展所述第1色差信号获得已伸展的第1色差信号；和

第2色差信号伸展单元，根据所述亮度比，伸展所述第2色差信号获得已伸展的第2色差信号。

在所述结构的视频信号处理装置中，所述第1色差信号伸展单元构成为向所述第1色差信号乘算所述亮度比，所述第2色差信号伸展单元构成为向所述第2色差信号乘算所述亮度比。

根据所述结构的视频信号处理装置，可以利用3信号获取单元从视频信号获得亮度信号Y、第1色差信号C1和第2色差信号C2。并且，通过利用黑白伸展处理单元对亮度信号Y实施黑白伸展处理，可以获得已伸展的亮度信号Y’。在把通过黑白伸展处理的亮度比设为n时，下述算式(1)的关系成立。

Y’＝n·Y ……(1)

通过改变算式(1)，可以按照算式(2)求出亮度比n。这是亮度比计算单元进行的处理。

n＝Y’/Y ……(2)

并且，利用第1色差信号伸展单元进行基于算式(3)的处理，利用第2色差信号伸展单元进行基于算式(4)的处理。

C1’＝n·C1 ……(3)

C2’＝n·C2 ……(4)

算式(3)、算式(4)可以使用算式(2)变形如下。

C1’＝Y’/Y·C1

C2’＝Y’/Y·C2

因此，对用于确定颜色的3个参数即亮度信号、第1色差信号、第2色差信号全部实施基于亮度比n(＝Y’/Y)的处理。所以即使进行黑白伸展，颜色也不会变化。而且，根据这种视频信号处理装置，进行黑白伸展处理的单元采用一个即可，对于第1色差信号、第2色差信号采用简单的电路(例如乘法电路)即可，所以电路规模能够变小。即，本发明的视频信号处理装置发挥能够进行没有颜色变化的黑白伸展，而且实现装置的小规模化的效果。

在所述视频信号处理装置中，可以构成为具备延迟处理单元，对所述已伸展的亮度信号和通过所述3信号获取单元获得的第1色差信号和第2色差信号分别实施延迟处理，以使所述已伸展的亮度信号、已伸展的第1色差信号和已伸展的第2色差信号以相同的定时输出到外部。

根据这种结构，可以将已伸展的亮度信号、已伸展的第1色差信号和已伸展的第2色差信号以相同的定时输出到外部，所以能够防止图像偏差。

另外，本发明也可以利用具备上述视频信号处理装置的图像显示装置的方式实现。

本发明提供一种视频信号处理方法，其特征在于，

从视频信号获取亮度信号、第1色差信号和第2色差信号，

通过对所述亮度信号实施黑白伸展处理，获得已伸展的亮度信号，

计算所述已伸展的亮度信号相对于所述亮度信号的比例作为亮度比，

根据所述亮度比，伸展所述第1色差信号获得已伸展的第1色差信号，

根据所述亮度比，伸展所述第2色差信号获得已伸展的第2色差信号。

根据本发明的视频信号处理方法，与本发明的视频信号处理装置相同，即使进行黑白伸展，颜色也不会变化。而且，根据这种视频信号处理方法，进行黑白伸展处理的步骤可以为一个，对于U信号、V信号可以采用简单的计算，所以也有能够简化处理的效果。

附图说明

图1是表示适用了作为本发明的第1实施例的视频信号处理装置的液晶投影仪的整体结构的方框图。

图2是具体表示图1所示视频信号处理电路110的方框图。

图3是表示通过亮度转换特性确定电路40确定的亮度转换特性的曲线图。

图4是表示适用了作为本发明的第2实施例的视频信号处理装置的液晶投影仪的整体结构的方框图。

图5是表示基于计算机程序Pr的视频信号处理的流程图。

符号说明

100液晶投影仪；110视频信号处理电路；130液晶显示器驱动电路；140液晶显示器面板；150光源部；151灯；152透镜；160投影透镜；200屏幕；10RGB-YUV转换电路；20平均值计算电路；30峰值检测电路；40亮度转换特性确定电路；50黑白伸展电路；60亮度比计算电路；70第1乘法电路；80第2乘法电路；90 YUV-RGB转换电路；91、92、93、94、95、96、97延迟电路；300液晶投影仪；310CPU；320ROM；330RAM；340视频信号输入电路；350系统总线；Pr计算机程序；n亮度比；Y亮度信号；U第1色差信号；V第2色差信号；Y’已伸展的亮度信号；U’已伸展的第1色差信号；V’已伸展的第2色差信号。

具体实施方式

以下，根据实施例按照以下顺序说明本发明的实施方式。

A.第1实施例

A1.液晶投影仪的简要结构

A2.视频信号处理电路

A3.作用·效果

B.第2实施例

C.其他实施方式

A.第1实施例

A1.液晶投影仪的简要结构

图1是表示适用了作为本发明的第1实施例的视频信号处理装置的液晶投影仪的整体结构的方框图。该液晶投影仪100主要具有视频信号处理电路110、液晶显示器驱动电路130、液晶显示器面板140、光源部150、投影透镜160，并使输入视频信号处理电路110的视频信号显示于屏幕200上。另外，视频信号也可以通过未图示的照相机、扫描仪、计算机等输入装置实时地输入视频信号处理电路110，还可以从未图示的计算机可读的存储介质读入视频信号处理电路110。其中，计算机可读的存储介质可以是ROM、RAM、CD-ROM、FD、MD等任一方。

视频信号处理电路110是对作为数字信号的视频信号进行黑白伸展处理的电路，是实现本发明的视频信号处理装置。另外，在视频信号是模拟信号时，虽然没有图示，但是采取通过在该视频信号处理电路110前面设置模拟/数字转换电路，在把作为模拟信号的视频信号转换为作为数字信号的视频信号后进行黑白伸展的结构。

液晶显示器驱动电路130是驱动液晶显示器面板140的电路。液晶显示器面板140是将通过液晶显示器驱动电路130生成的信号图像化的面板，将从光源部150射出的光调制，并朝向屏幕200侧射出投影所需要的光。

光源部150是投影图像用的光源，主要具有发出光的灯151、和聚光从该灯151发出的光的透镜152。投影透镜160是将从光源部150投影的光放大显示于屏幕的透镜。

屏幕200具有显示从液晶投影仪100的投影透镜160投影的投影像的投影面。该屏幕200可以是与液晶投影仪100组装为一体的背投式，还可以是分体设置的前投式。

上述结构的液晶投影100如下进行动作。视频信号处理电路110对输入的视频信号进行黑白伸展，向液晶显示器驱动电路130输出视频信号。液晶显示器驱动电路130使液晶显示器面板140反映已进行黑白伸展的视频信号。液晶显示器面板140通过液晶显示器驱动电路130的控制，根据视频信号调制来自光源部150的光并使其透过。已被调制的光通过投影透镜160投影于屏幕200上，在屏幕200上显示图像。

A2.视频信号处理电路

以下，以视频信号处理电路110的具体结构和动作为中心说明黑白伸展处理。图2是具体表示图1所示视频信号处理电路110的方框图。该视频信号处理电路110如图所示包括RGB-YUV转换电路10、平均值计算电路20、峰值检测电路30、亮度转换特性确定电路40、黑白伸展电路50、亮度比计算电路60、第1乘法电路70、第2乘法电路80、YUV-RGB转换电路90、延迟电路91、92、93、94、95、96、97。

RGB-YUV转换电路10设在最输入端，利用普通的矩阵电路构成，用于把R、G、B信号转换为表示亮度(Y)的亮度信号(Y信号)、表示从B信号减去Y信号后的色差(U)的第1色差信号(U信号)、表示从R信号减去Y信号后的色差(V)的第2色差信号(V信号)。作为视频信号输入的R、G、B信号通过该RGB-YUV转换电路10被转换为Y信号、U信号、V信号后输出。

从上述RGB-YUV转换电路10输出的亮度信号Y满足关系0.30×R信号+0.59×G信号+0.11×B信号。这样加权不同是因为人的眼睛的敏感度不同。另外，在进行黑白伸展时，在使用上述算式求出亮度时，G的亮度成分高的部分被更加明显地伸展。因此，在本实施例中，也可以采取把亮度信号Y作为(R信号+G信号+B信号)/3求出的结构。

从RGB-YUV转换电路10输出的Y信号被输入平均值计算电路20、峰值检测电路30和黑白伸展电路50。平均值计算电路20是计算每一帧的亮度Y的平均值的电路。峰值检测电路30是检测每一帧的亮度Y的峰值(最大值和最小值)的电路。另外，用于确定每一帧的帧切换的定时可以根据垂直同步信号判断。关于垂直同步信号此处不进行具体说明，但可以通过从视频信号分离得到。

亮度转换特性确定电路40是输入从平均值计算电路20输出的平均值、和从峰值检测电路30输出的最大值和最小值，根据这些值确定亮度的转换特性的电路。

图3是表示通过亮度转换特性确定电路40确定的亮度转换特性的曲线图。如图所示，亮度转换特性是表示输出亮度相对输入亮度的变化的特性，图中实线是通过亮度转换特性确定电路40确定的。图中的虚线表示不进行黑白伸展时的亮度转换特性，其输入亮度和输出亮度相等。利用实线表示的亮度转换特性与不进行黑白伸展时即虚线时相比，亮度在白侧(高亮度侧)或黑侧(低亮度侧)被伸展，可以显示强调对比度的图像。即，可以看出进行了黑白伸展。另外，从平均值计算电路20输出的平均值、和从峰值检测电路30输出的最大值和最小值，成为因视频信号的每一帧而不同的值，所以在每当帧切换时，通过亮度转换特性确定电路40确定的亮度转换特性也变化。

黑白伸展电路50被输入通过亮度转换特性确定电路40确定的亮度转换特性、和如前面所述从RGB-YUV转换电路10输出的亮度信号Y。黑白伸展电路50根据亮度转换特性求出对应该亮度信号Y的亮度转换系数，向亮度信号Y乘以该亮度转换系数，由此生成已进行黑白伸展的亮度信号(以下称为“已伸展的亮度信号”)Y’。已伸展的亮度信号Y’通过后述的延迟电路91、92发送给YUV-RGB转换电路90。

所述平均值计算电路20、峰值检测电路30、亮度转换特性确定电路40和黑白伸展电路50是公知的对亮度信号Y进行黑白伸展处理时可以获取的结构，只要能够对亮度信号Y进行黑白伸展处理，也可以替换为其他结构。例如，可以采取对视频信号的每一帧计算亮度信号Y的分布信息(例如直方图)，根据该分布信息确定亮度转换特性的结构等各种结构。

从黑白伸展电路50生成的已伸展的亮度信号Y’也发送给亮度比计算电路60。亮度比计算电路60是输入上述已伸展的亮度信号Y’和伸展前的亮度信号(即从RGB-YUV转换电路10输出的亮度信号)Y，计算已伸展的亮度信号Y’相对亮度信号Y的比例(以下称为“亮度比”)n的电路。即，是进行n＝Y’/Y的计算的电路。另外，采取在到达亮度比计算电路60的亮度信号Y的路径中，设有延迟黑白伸展电路50所需要的时间的延迟电路93，亮度信号Y和已伸展的亮度信号Y’可以在相同定时输入亮度比计算电路60的结构。根据这种结构，能够总是求出准确的亮度比n。

在该实施例中，亮度比计算电路60利用计算电路构成，但也可以将其替换为具备输入亮度信号Y和已伸展的亮度信号Y’并输出Y’/Y的值的二维查找表的结构。

另一方面，从RGB-YUV转换电路10输出的U信号通过延迟电路94、95发送给第1乘法电路70，从RGB-YUV转换电路10输出的V信号通过延迟电路96、97发送给第2乘法电路80。上游侧的延迟电路94、96是延迟时间与延迟电路93相同的电路，下游侧的延迟电路95、97是延迟亮度比计算电路60所需要的时间的电路。另外，延迟电路94和延迟电路95作为变形例，也可以替换为利用一个延迟电路实现的结构。并且，作为变形例延迟电路96和延迟电路97也可以替换为利用一个延迟电路实现的结构。

第1乘法电路70如前面所述输入U信号，并且输入通过亮度比计算电路60求出的亮度比n，进行乘算利用U信号表示的第1色差(U)和亮度比n的处理，把该乘算结果作为已进行黑白伸展的第1色差信号(以下称为“已伸展的第1色差信号”)U’输出。

第2乘法电路80如前面所述输入V信号，并且输入通过亮度比计算电路60求出的亮度比n，进行乘算利用V信号表示的第2色差(V)和亮度比n的处理，把该乘算结果作为已进行黑白伸展的第2色差信号(以下称为“已伸展的第2色差信号”)V’输出。

从第1乘法电路70输出的已伸展的第1色差信号U’和从第2乘法电路80输出的已伸展的第2色差信号V’都发送给YUV-RGB转换电路90。另外，已伸展的亮度信号Y’如前面所述也发送给YUV-RGB转换电路90，设于该发送路径中的延迟电路91是延迟时间与前述延迟电路95、97相同的电路，延迟电路92是使延迟第1乘法电路70(或第2乘法电路80)所需要的时间的电路。作为变形例延迟电路91和延迟电路92也可以替换为利用一个延迟电路实现的结构。

YUV-RGB转换电路90利用普通的矩阵电路构成，用于把Y、U、V信号转换为R、G、B信号。并且，YUV-RGB转换电路90将所输入的已伸展的亮度信号Y’、已伸展的第1色差信号U’和已伸展的第2色差信号V’还原为R、G、B信号。该R、G、B信号作为已处理的视频信号，从视频信号处理电路110输出并发送给液晶显示器驱动电路130(图1)。

A3.作用·效果

根据如上所述构成的本实施例的视频信号处理电路110，对于视频信号中包含的亮度信号(Y信号)，通过黑白伸展电路50实施黑白伸展处理，对于视频信号中包含的第1色差信号(U信号)和第2色差信号(V信号)，分别乘算亮度比n＝(Y’/Y)。因此，对于用于确定颜色的3个参数即Y信号、U信号和V信号，全部实施基于亮度比n＝(y’/Y)处理。所以即使进行黑白伸展，颜色也不会变化。即，可以抑制以往存在的伴随黑白伸展的颜色变化，具体地讲，抑制在变明亮时颜色变浅(彩度减弱)、在变暗淡时颜色变深(彩度增强)的现象，可以提供更自然的画质。而且，根据该视频信号处理电路110，黑白伸展电路50一个即可，对U信号、V信号可以采用简单的乘法电路70、80，所以有着使电路规模变小的效果。

并且，根据本实施例，通过利用延迟电路90～97将各个信号延迟，已伸展的亮度信号Y’、已伸展的第1色差信号U’和已伸展的第2色差信号V’在相同定时输入YUV-RGB转换电路90，进而在相同定时输出到视频信号处理电路110的外部。因此，可以防止图像显示偏差。

B.第2实施例

图4是表示适用了作为本发明的第2实施例的视频信号处理装置的液晶投影仪的整体结构的方框图。该液晶投影仪300与第1实施例的液晶投影仪100相比，液晶显示器驱动电路130、液晶显示器面板140、光源部150和投影透镜160为相同结构，对它们赋予相同的符号。不同之处是取代视频信号处理电路110，安装了作为视频信号处理装置的计算机装置。该计算机装置具有CPU310、ROM320、RAM330、视频信号输入电路340、和将它们之间相连接的系统总线350。并且，在该系统总线350连接着液晶显示器驱动电路130。

CPU130是中央计算处理装置。ROM320是存储内置的各种计算机程序等的只读存储器。RAM330是存储各种数据等的可以读写的存储器。视频信号输入电路340用于获取从外部输入的视频信号。另外，也可以取代视频信号输入电路340，而替换为与第1实施例相同的计算机可读的存储介质。CPU310读出存储在ROM320中的规定的计算机程序Pr，执行基于该计算机程序Pr的处理，由此对从视频信号输入电路340输入的视频信号实施黑白伸展处理。

图5是表示基于上述规定的计算机程序Pr的视频信号处理的流程图。如图所示，CPU310在开始处理后，首先进行从视频信号输入1像素部分的R、G、B信号的处理(步骤S1)。然后，CPU310进行把R、G、B信号转换为Y、U、V信号的处理(步骤S2)。该处理与第1实施例中的RGB-YUV转换电路10实现的处理相同。

然后，CPU310根据此前在步骤S1输入并存储的R、G、B信号，计算前面的一帧画面内的平均值，并且进行检测该前面的一帧画面内的峰值(最大值和最小值)的处理(步骤S3、S4)。该处理与第1实施例中的平均值计算电路20和峰值检测电路30实现的处理相同。

然后，CPU310根据在步骤S3求出的平均值和在步骤S4检测的峰值，进行确定亮度转换特性的处理(步骤S5)。该处理与第1实施例中的亮度特性转换电路40实现的处理相同。然后，根据在步骤S5确定的亮度转换特性，进行对在步骤S2获得的Y、U、V信号中的Y信号执行黑白伸展的处理(步骤S6)。该处理与第1实施例中的黑白伸展电路50实现的处理相同。通过该处理生成已伸展的亮度信号Y’。

然后，CPU310进行利用将在步骤S6获得的已伸展的亮度信号Y’除以在步骤S2获得的亮度信号Y得到的比例，求出亮度比n的处理(步骤S7)。该处理与第1实施例中的亮度比计算电路60实现的处理相同。然后，分别对在步骤S2获得的Y、U、V信号中的U信号和V信号乘以在步骤S7获得的亮度比n，进行求出已伸展的第1色差信号U’和已伸展的第2色差信号V’的处理(步骤S8、S9)。这些处理与第1实施例中的第1乘法电路70和第2乘法电路80实现的处理相同。

然后，CPU310进行把在步骤S6、S8、S9获得的已伸展的亮度信号Y’、已伸展的第1色差信号U’和已伸展的第2色差信号V’转换为R、G、B信号的处理(步骤S10)。该处理与第1实施例中的YUV-RGB转换电路90实现的处理相同。然后，CPU310进行输出在步骤S10获得的R、G、B信号作为视频信号的处理(步骤S11)。另外，该输出是在相同定时将R、G、B信号输出给液晶显示器驱动电路130。然后，CPU310判定是否已对全部视频信号实施处理、即所输入的视频信号是否是最后信号(步骤S12)，在判定不是最后时，使处理返回步骤S1，重复执行步骤S1～S12的处理。另一方面，在判定视频信号是最后时，结束该视频信号处理程序。

根据如上所述构成的第2实施例的视频信号处理装置，与第1实施例的视频信号处理电路110相同，即使进行黑白伸展，颜色也不会变化。而且，根据这种视频信号处理装置，进行黑白伸展处理的步骤可以为一个，对U信号、V信号可以采用简单的乘算，所以也有能够减小将要安装的计算机的能力规模的效果。

C.其他实施方式

另外，本发明不限于上述实施例、实施方式等，可以在不脱离其宗旨的范围内利用各种方式实施。

(1)变形例1

另外，在上述第1、第2实施例中，视频信号是R、G、B信号，但也可以将其替换为Y、U、V信号。该情况时，可以不需要RGB-YUV转换电路10。并且，只要R、G、B用的液晶显示器面板140是能够输入Y、U、V信号的结构，则未必一定需要YUV-RGB转换电路90。

(2)变形例2

在上述第1实施例中，设置第1乘法电路70作为相当于本发明的“第1色差信号伸展单元”的结构，设置第2乘法电路80作为相当于本发明的“第2色差信号伸展单元”的结构，但未必一定需要设计乘法电路，也可以将其替换为计算近似于乘算值的值的计算电路。并且，未必一定局限于计算乘算值或与其近似的值，只要能够根据亮度比n伸展第1或第2色差信号U、V，则可以是任何结构。根据这种结构，有能够进行控制使得抑制仅将亮度信号Y伸展时产生的颜色变化的效果。另外，关于第2实施例中的S8和S9，与第1实施例的该变形例相同，不限于乘算，也可以替换为计算近似于乘算值的值的结构、或者根据亮度比n进行伸展的结构等。

(3)变形例3

在上述第2实施例中，采取把用于规定视频信号处理的计算机程序Pr存储在ROM中的结构，但也可以采取将其替换为存储在作为记录介质的CD-ROM中，并从该CD-ROM安装到RAM上的结构。另外，计算机程序Pr也可以不使用CD-ROM，而存储在软盘、光磁盘、IC卡等其他便携式记录介质(移动式记录介质)中，并从这些介质中提供。并且，该计算机程序Pr还可以从连接外部网络的特定服务器通过网络提供。

(4)变形例4

在上述第1、第2实施例中，说明了适用本发明的视频信号处理装置的液晶投影仪，但不限于此，也可以适用于使用了DMD(DigitalMieromirror Device：数字微镜设备)的投影仪、CRT(Cathode Ray Tube：阴极射线管)、PDP(Plasma Display Panel：等离子体显示面板)、FED(Field Emission Display：场致发光显示)、EL(Electro Luminescence：电致发光)、直视型液晶显示装置等各种图像显示装置。另外，DMD是美国德州仪器公司的商标。

Claims

1.一种视频信号处理装置，用于处理视频信号，其特征在于，具备：

2.根据权利要求1所述的视频信号处理装置，其特征在于，所述第1色差信号伸展单元构成为向所述第1色差信号乘算所述亮度比，

所述第2色差信号伸展单元构成为向所述第2色差信号乘算所述亮度比。

3.根据权利要求1或2所述的视频信号处理装置，其特征在于，具备延迟处理单元，其对所述已伸展的亮度信号和通过所述3信号获取单元获得的第1色差信号和第2色差信号分别实施延迟处理，以使所述已伸展的亮度信号、已伸展的第1色差信号和已伸展的第2色差信号以相同的定时输出到外部。

4.一种图像显示装置，其特征在于，具备权利要求1～3中任一项所述的视频信号处理装置。

5.一种视频信号处理方法，其特征在于：

从视频信号获取亮度信号、第1色差信号和第2色差信号，

6.根据权利要求5所述的视频信号处理方法，其特征在于，在获得所述已伸展的第1色差信号的步骤向所述第1色差信号乘算所述亮度比，

在获得所述已伸展的第2色差信号的步骤向所述第2色差信号乘算所述亮度比。

7.根据权利要求5或6所述的视频信号处理方法，其特征在于，以相同的定时将所述已伸展的亮度信号、已伸展的第1色差信号和已伸展的第2色差信号输出到外部。