CN101374194A - 视频信号处理装置、视频信号处理方法以及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及视频信号处理装置、视频信号处理方法以及显示装置。一种视频信号处理装置，包括样本数据寄存器，用于将每一个样本点处校正后的视频信号的信号电平保持为校正电平；系数运算电路，用于输出第一系数；系数选择电路，用于输出第二系数；以及插值运算单元，用于通过利用保持在样本数据寄存器中的校正电平、第一系数或第二系数以及执行三次插值运算或线性插值运算，计算与输入视频信号的信号电平相对应的校正后的视频信号的信号电平。当通过线性插值运算从输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第一系数。当通过三次插值运算从输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第二系数。

Description

视频信号处理装置、视频信号处理方法以及显示装置

技术领域

本发明涉及一种视频信号处理装置和对视频信号进行伽玛校正或反伽玛校正的视频信号处理方法，以及根据当所用的显示器的伽玛特性不同于对所输入的视频信号进行的伽玛校正的特性时，执行伽玛校正的显示装置取决于所用的显示器。特别地，本发明涉及诸如阴极射线管显示器、液晶显示装置以及等离子体显示面板的显示装置，以及在其中实现显示图像的良好层次或对比度的视频信号处理装置和视频信号处理方法。

背景技术

诸如液晶显示器或者等离子体或阴极射线管(CRT)的每一种显示装置具有不同的伽马特性。但是，由于电视广播信号具有对应于CRT的伽马特性，在广播信号显示在液晶显示器或等离子体显示器上的情况下，需要执行与所使用的显示装置对应的伽马校正，同时取消在发送侧对视频信号进行的伽马校正。因此，在输出与几种显示器对应的视频信号的情况下，在接收侧需要进行与每一种显示器对应的伽马校正。

此外，也用与伽马校正相似的校正来处理对比度设置、图像质量、亮度和黑白电平调整等。目前，软件处理量正逐步增加。因此，为了在实现较小的电路尺寸和软件处理量的同时，实现更清晰和更自然的图像，对实现更平坦和更平滑的曲线的电路设计存在日益增长的需求，这需要相当高的技术。

在现有的视频信号处理系统中，为了处理诸如液晶显示器、等离子体和CRT的显示视频信号的显示装置，提供了能够一次响应多个显示装置的伽马校正装置。但是，存在该装置不能精确地逼近伽马特性曲线和该装置需要较大尺寸电路以精确逼近伽马特性曲线的问题。为了解决这些问题，在日本未审查专利申请公开No.2004-140702(Matsubara)中描述了现有技术。

图10示出了Matsubara中描述的现有反伽马校正装置的框图。如图10所示，反伽马校正装置311包括样本数据寄存器321，样本数据选择器322，Kernel系数存储器323、系数选择电路324和插值运算单元325。

样本数据寄存器321通过划分所输入的视频信号的信号电平来设置多个样本点，该输入视频信号的信号电平以偶数间隔从最低信号电平至最高信号电平，且保持与每一个样本点对应的校正之后的视频信号的信号电平(校正电平)。插值运算单元325通过使用在样本数据寄存器321中保持的校正电平执行三次插值运算，计算与所输入视频信号的信号电平对应的校正后的视频信号的信号电平。

现有技术的反伽马校正装置311以偶数间隔设置多个样本点，如图11中所示。样本数据是对应于样本点的输出值，可根据需要对其进行设置并且根据所需伽马曲线通过平滑连接样本数据来进行反伽马校正处理。在该现有技术中，为了降低电路尺寸和平滑连接样本数据，使用三次插值运算。

接下来，将描述现有技术中伽马校正处理的运算。图11A示出了在现有技术反伽马校正装置中设置的样本数据的说明图，图11B示出了图11A的区域R的放大图。图12示出了现有技术的反伽马校正装置的Kernel系数存储器323中存储的系数的视图。反伽马校正装置311在校正前划分信号电平，并将多个样本点设置到样本数据选择器322和样本数据寄存器321中，所述信号电平从自视频数据终端331输入的视频信号的最低信号电平到最高信号电平。样本点表示与通过以偶数间隔划分输入到样本数据选择器322中的视频信号电平获得的输入值相比较的数据和根据该输入数据校正的数据。如图11所示，当样本点表示输入视频信号的信号电平的x轴，样本数据表示输出视频信号的信号电平的y轴时，样本点和样本数据的关系如下。

(x，y)＝(样本点，样本数据)…(1)

样本数据是对应于样本点的输出值，可根据需要对其进行设置。现有技术的反伽马校正装置根据所需伽马曲线通过平滑连接样本数据进行反伽马校正处理。为了降低电路尺寸和平滑地连接样本数据，现有技术使用三次插值运算。接下来，将详细描述三次插值运算。

三次插值运算是利用三次多项式的插值算法，在以下的表达式(2)中描述Kemel函数h(x)。图12示出了在表达式(2)中a＝-0.5的情况下的图形。a是控制插值方程特性的参数，且a通常从-0.5至-2。

$h\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}(a+2){\left|x\right|}^3-(a+3){\left|x\right|}^2+1& 0\&le;\left|x\right|<1\\ a{\left|x\right|}^3-5a{\left|x\right|}^2+8a\left|x\right|-4a& 1\&le;\left|x\right|<2\\ 0& 2\&le;\left|x\right|\end{array}\right.\&CenterDot;\&CenterDot;\&CenterDot;\left(2\right)$

现在，将说明通过使用三次插值运算在与输入视频信号的信号电平对应的反伽马校正之后计算输出视频信号的信号电平的处理。图11示出了当用输入视频信号的信号电平A插值输出视频信号的信号电平(通过反伽马校正曲线上·表示的点)时设置到反伽马校正装置311中的样本数据。水平轴是输入视频信号的信号电平，以相等间隔划分该水平轴，且对每一个所划分的信号电平设置样本点。在此，取与所插值的点A相邻的四个样本点(由图11中的点线环绕的o示出的四个点C_-2、C_-1、C₁、C₂)作为样本数据。表达式(2)中X值(以下称作距离x)的相邻样本点的电位差对应于距离“1”。即，如果用相邻样本点的电位差去除输入视频信号的信号电平和以上列举的四个样本点的电平的电平差，则获得距离x。

将在此计算的该距离x赋值给表达式(2)，并计算与四个样本数据对应的权重因子(图12中示出的h_-2，h_-1，h₁，h₂)。权重因子例如是插值运算中使用的通用术语，且为通过用总权去除加权平均值所获得的值。如表达式(3)所示，用四个样本数据乘以权重因子，并获得相乘结果的总数y。

y＝h_-2*C_-2+h_-1*C_-1+h₁*C₁+h₂*C₂   (3)

通过表达式(3)获得的总数y是经过反伽马较正的点A的视频信号电平。该校正处理中所需的四个样本点选自四个范围：—2≤x<1，—1≤x<0，0≤x<1，1≤x<2，且系数值是与所选择样本数据对应的如图12中示出的(h_-2，h_-1，h₁，h₂)的Kernel系数(系数值(h))。

因此，在图10中示出的现有技术的反伽马校正装置311中，在校正前，将从视频数据输入端331输入的视频信号输入到系数选择电路324和样本数据选择器322。随后，通过使用由系数选择电路324获得的Kernel系数和由样本数据选择器322选择的样本数据，在插值运算单元325中进行上述表达式(3)中描述的三次插值运算。随后，从输出端333输出校正后的视频数据。

此外，在日本专利No.3899994(Ueki等人)中，公开了一种视频信号处理装置，其目的在于确定视频信号类型和根据确定结果利用一个插值电路通过转换与视频信号类型对应的几种插值方法来进行像素转换处理。该视频信号处理装置包括：视频确定装置，用于确定视频信号是自然视频的视频信号还是通过计算机产生的计算视频信号；和插值处理装置，用于选择与视频确定装置的确定结果相对应的预定插值处理，并利用所选择的插值处理对视频信号进行处理，和转换像素的数目。视频确定装置利用与所输入视频信号相邻的第一、第二、第三和第四像素数据的四个像素数据。随后，视频确定装置计算第一和第二像素数据之差的绝对值和第三和第四像素数据之差的绝对值之和与第二和第三像素数据之差的绝对值的比率，并基于所计算比率和预定阈值电平的比较结果来确定所输入视频信号是自然视频信号还是计算视频信号。

然而，在Matsubara中描述的现有技术中，通过以偶数间隔从最小电平到最大电平划分输入视频信号的信号电平来设置取样点。随后，视频信号处理装置通过利用样本数据进行三次插值运算，该样本数据是与所设置的样本点相对应的校正值。由于这个原因，如果输入视频信号的最大值是M和取样间隔是N，则需要1+(M+1)/N个样本点和log₂(M+1)个样本数据。即，在Matsubara中的现有技术中，由于样本数据的位宽度较大，因此存在寄存器和计算单元数目较大的问题。而且，由于存在大量样本点，因此设置寄存器的次数和软件处理量也增加了。

此外，Ueki等人的现有技术包括线性插值电路和三次插值电路，并对其进行转换。但是，该技术通过确定输入视频信号是自然视频还是计算视频，在线性插值电路和三次插值电路之间进行转换。因此，其不能减少样本点，并且存在如上所述的样本数据寄存器的尺寸增加的问题。

发明内容

在一个实施方式中，本发明提供了一种视频信号处理装置，对输入视频信号进行伽马校正或反伽马校正。该视频信号处理装置包括校正电平保持器，用于将每一个样本点处校正后的视频信号的信号电平保持为校正电平；第一系数输出部分，用于输出第一系数，当通过线性插值从输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第一系数；第二系数输出部分，用于输出第二系数，当通过三次插值运算从输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第二系数；以及插值运算单元，通过使用保持在校正电平保持器中的校正电平、第一系数或第二系数，并执行三次插值运算或线性插值运算，来计算与输入视频信号的信号电平相对应的校正后的视频信号的信号电平，该插值运算单元基于输入视频信号的电平执行三次插值运算或线性插值运算。

在另一实施方式中，本发明提供一种视频信号的处理方法，对输入视频信号进行伽马校正或反伽马校正。该视频信号处理方法包括：从校正电平保持器读出样本点，该校正电平保持器用于将每一个样本点处校正后的视频信号的信号电平保持为校正电平；从第一系数输出部分输出第一系数，当通过线性插值运算由输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第一系数；从第二系数输出部分输出第二系数，当通过三次插值运算由输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第二系数；以及基于视频信号的电平，通过使用保持在校正电平保持器中的校正电平以及第一系数或第二系数，执行三次插值运算或线性插值运算。

在另一实施例方式，显示输入视频信号的显示装置包括用于对输入视频信号进行伽马校正或反伽马校正的伽马校正单元。该伽马校正单元包括：校正电平保持器，将每一个样本点处校正后的视频信号的信号电平保持为校正电平；第一系数输出部分，用于输出第一系数，当通过线性插值运算从输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第一系数；第二系数输出部分，用于输出第二系数，当通过三次插值运算从输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第二系数；以及插值运算单元，其通过使用保持在校正电平保持器中的校正电平、第一系数或第二系数并执行三次插值运算或线性插值运算，计算与输入视频信号的信号电平对应的校正后的视频信号的信号电平，该插值运算单元基于输入视频信号的电平执行三次插值运算或线性插值运算。

根据本发明，由于基于输入视频信号电平执行线性插值或三次插值。因此，不需要保持多余样本数据且可通过在视频信号电平周期中执行线性插值来降低电路尺寸，所述视频信号电平周期的电平变化量例如基本是线性的。

即，本发明提供了能够降低电路尺寸的视频信号处理装置、视频信号处理方法和显示装置。

附图说明

从以下结合附图的对特定优选实施例的描述，本发明的上述和其他目的、优点和特征将变得更加明显，附图中：

图1示出了根据本发明第一实施方式的反伽马校正装置的视图；

图2示出了反伽马校正曲线图；

图3是示出根据本发明第一实施方式的反伽马校正装置的样本数据选择器的视图；

图4示出了根据本发明第一实施方式的反伽马校正装置的样本数据选择器的操作的流程图；

图5示出了根据本发明第一实施方式，在反伽马校正曲线和线性插值中使用的样本数据的视图；

图6示出了根据本发明第一实施方式的改进示例的反伽马校正曲线的视图；

图7示出了根据本发明第一实施方式的改进示例的另一反伽马校正曲线的视图；

图8示出了根据本发明第二实施方式的反伽马校正装置的视图；

图9示出根据本发明第二实施方式的反伽马校正装置的样本数据选择器的操作的流程图；

图10示出了根据Matsubara中现有技术的反伽马校正装置的框图；

图11A示出了现有技术的反伽马校正装置中设置的样本数据的说明图；

图11B示出了图11A中区域R的放大图；以及

图12示出了根据现有技术反伽马校正装置的Kernel系数存储器中保存的系数的视图。

具体实施方式

现在将参考示意性实施方式描述本发明。本领域技术人员应该理解，利用本发明的启示可实现很多可替换的实施方式，且本发明不限于为说明目的示出的实施方式。

现在将参考附图详细描述应用本发明的具体实施方式。采用视频信号处理装置的本发明的这些实施方式，通过使用用于三次插值的样本数据在一部分校正曲线上执行线性插值，以降低电路尺寸和软件处理量。

该实施方式关注于亮度信号超出白电平(100 IRE)的区域的反伽马特性显示接近直线的曲线的特性。随后，视频信号处理装置通过使用在三次插值运算中使用的样本数据对该区域执行线性插值。即，通过直线近似实现了降低软件处理量(寄存器设置量)和电路尺寸。

第一实施方式

图1示出了根据本发明第一实施方式的反伽马校正装置。图2示出了反伽马校正曲线。该实施方式向图9中示出的上述Matsubara反伽马校正装置新加入了系数运算电路26和选择器27，简化了样本数据寄存器21并优化了样本数据选择器22。即，反伽马校正装置11包括样本数据寄存器21、样本数据选择器22、Kernel系数存储器23、系数选择电路24、插值运算单元25、系数运算电路26和选择器27。

样本数据寄存器21用作校正电平保持器，以将每一个样本点处校正后的视频信号的信号电平保持为校正电平，和将写入到样本数据寄存器21中的样本数据值的样本数据寄存器写入信号从伽马特性选择端32输入。外部CPU或者其他设备等能在样本数据寄存器21中写入该样本数据。

在此，在该实施方式中，如图2中所示，样本数据不需要具有最大输入电平的幅值，而只需要具有黑电平(0 IRE)和白电平(100 IRE)之间的幅值。因此，该实施方式的样本数据的位宽度是log₂(L+1)位且样本点的数目是1+(L+1)/N。M表示输入视频信号的最大电平，和N表示取样间隔。

样本数据选择器22从样本数据寄存器21中选择样本数据并将所选择的样本数据输出到插值运算单元25。根据本实施方式的反伽马校正装置11基于输入视频信号电平进行三次插值运算或线性插值运算。三次插值运算需要四个样本数据，如上所述，该四个样本数据在输入视频信号的邻域。线性插值运算需要两个样本点。即，所选样本数据根据插值方法而不同。因此，将图像数据的高位log₂(M+1)—log₂N(位)输入到样本数据选择器22，且样本数据选择器22确定输入视频信号电平并确定进行三次插值运算还是进行线性插值运算。在该实施方式中，如果输入视频信号电平等于或大于第一个值th1，则进行线性插值运算。如果输入图像信号电平小于第一个值th1，则进行三次插值运算。该实施方式中，该第一个值th1是白电平(100 IRE)。注意，第一个值th1可大于白电平或者小于白电平。此外，除了大于白电平的电平之外，在为黑电平的邻域的0至第二个值th2(0<th2<th1)的情况下也可进行线性插值运算。

具体地，样本数据选择器22输入样本数据选择信号以选择四个或两个样本数据作为输入到样本数据寄存器21的输入视频信号。据此，包括所选样本数据的样本数据信号从样本数据寄存器21输出到样本数据选择器22。如果样本数据选择器22确定进行三次插值运算，则样本数据选择器选择两个样本点和另两个样本点且与所选四个样本点对应的每一个样本数据都通过样本数据信号从样本数据寄存器21获得。该两个取样点与输入视频信号的信号电平相邻，并具有高于输入视频信号电平的电平，另两个样本点与输入视频信号的信号电平接近，并具有低于输入视频信号电平的电平。如果样本数据选择器22确定进行线性插值运算，则该实施方式中，样本数据选择器22通过样本数据信号从所有样本数据中获得两个较大的样本数据。

随后，样本数据选择器22将样本数据(E_-2、E_-1、E₁、E₂)输出到插值运算单元25，且将选择用于三次插值运算的系数或用于线性插值运算的系数的系数选择信号输出到选择器27。

Kernel系数存储器23是存储对应于Kernel函数的系数组的存储器。将Kernel系数存储器23设置为能够从外部装置写入系数组。在该实施方式中，从系数组的端34输入用于将系数值写入到存储器中的系数存储器写入信号。将系数值写入到存储器的装置是外部CPU或其它装置。

系数选择电路24用作第二系数输出部分，以输出当通过三次插值运算由输入视频信号获得校正后的视频信号时使用的第二系数。即，将表示距离x的系数选择信号输入到Kernel系数存储器23，以及将与距离x对应的系数值信号(h_-2，h_-1，h₁，h₂)从Kernel系数存储器23输出到系数选择电路24。系数选择电路24基于Kernel函数通过系数值信号获得用于三次插值运算的系数，该Kernel函数的变量通过使用相邻两个样本点之间的距离来标准化。这种情况下，通过从将从输入视频信号电平到由系数选择电路24选择的每一个样本点的距离x输入到Kernel函数中的变量中，计算四个系数。

系数运算电路26用作第一系数输出部分，以输出当通过线性插值由输入视频信号获得校正之后的视频信号时使用的第一系数。系数运算电路26通过使用与Matsubara相同的三次插值运算电路进行线性插值运算。为了通过使用三次插值运算电路进行线性插值运算，即为了集成三次插值运算电路和线性插值运算电路，系数运算电路26计算线性运算的系数并将运算结果输出到选择器27。

具体地，系数运算电路26运算由以下表达式(4—1)、(4—2)示出的系数。注意，稍后将证明这些表达式。

i1＝(α 2-x)/(α 2-α 1)…(4—1)

i2＝(x-α 1)/(α 2-α 1)…(4—2)

在此，C1(α 1，β 1)、C2(α 2，β 2)表示两个样本点，其用于线性插值运算，x表示在系数运算电路26中输入的视频信号值，和i1、i2表示系数运算电路26的输出系数。注意，系数运算电路26以(0，i1，i2，0)形式输出输出系数。

选择器27根据来自样本数据选择器22的选择信号来选择系数运算电路26的输出或者系数选择电路24的输出，并将系数(k_-2，k_-1，k₁，k₂)输出到插值运算单元25。

插值运算单元25通过使用样本数据(E_-2，E_-1，E₁，E₂)和系数(k_-2，k_-1，k₁，k₂)计算表达式(5)。

y＝k_-2*E_-2+k_-1*E_-1+k₁*E₁+k₂*E₂  …(5)

插值运算单元25计算表达式(5)，而样本数据(C_-2，C_-1，C₁，C₂)的位宽度是log₂(L+1)位。即，由于在该实施方式中，白电平(100IRE)之上的数据进行线性插值运算，因此可以将样本数据的位宽度降低(log₂(M+1)—log₂(L+1))位。这使得四个乘法器k_-2*E_-2、k_-1*E_-1、k₁*E₁、k₂*E₂和三个加法器的电路尺寸降低了与所降低的位宽度相等的量。

接下来，将详细说明样本数据选择器22。图3示出了样本数据选择器22的图。样本数据选择器22包括：视频信号电平确定部分221，用于确定输入视频信号是否在白电平(100IRE)之上；样本数据采集部分222，用于根据确定结果从样本数据寄存器21获得样本数据；以及系数选择信号产生器224，用于基于输入视频信号的电平确定结果产生系数选择信号。

视频信号电平确定部分221接收最高(log₂(M+1)—log₂N)位的信号，并基于该信号确定输入图像信号是否等于或大于白电平(100IRE)。如果输入信号等于或大于白电平(100 IRE)，则在插值运算单元25中进行线性插值运算，如果输入信号小于白电平(100 IRE)，则在插值运算单元25中进行三次插值运算。由于每一次插值运算所使用的样本数据都不同，因此视频信号电平确定部分221确定输入图像信号的电平。

样本数据采集部分222基于确定结果，输入样本数据选择信号以选择三次插值运算的四个样本数据或者线性插值运算的两个样本数据到样本数据寄存器21。由此，由所选择的样本数据构成的样本数据信号(C_-2，C_-1，C₁，C₂)或(D₁，D₂)从样本数据寄存器21输出到样本数据选择器22。

输出数据发生器223将所获得的样本数据输出为(E_-2，E_-1，E₁，E₂)。这种情况下，直接输出三次插值运算的样本数据(C_-2，C_-1，C₁，C₂)。将线性插值运算的样本数据(D₁、D₂)输出为(0，D₁，D₂，0)。

系数选择信号发生器224将系数选择信号输出到选择器27。如果输入视频信号小于白电平(100 IRE)，则系数选择信号发生器224使得选择器27通过系数选择信号选择系数选择电路24的输出。如果输入视频信号等于或大于白电平(100 IRE)，则系数选择信号发生器224使得选择器27通过系数选择信号选择系数运算电路26的输出。

接下来，将描述样本数据选择器22的运算。图4示出了根据本发明第一实施方式的反伽马校正装置的样本数据选择器的运算的流程图。图5是根据本发明第一实施方式在反伽马校正曲线和线性插值中使用的样本数据的视图。如图4所示，样本数据选择器22接收校正前的12位视频数据的最高的(log₂(M+1)—log₂N)的信号。根据该输入信号，视频信号电平确定部分221基于校正前的视频信号的信号电平确定应当进行三次插值运算还是应当进行线性插值运算。在该实施方式中，在信号电平等于或大于白电平(100 IRE)的情况下，进行线性插值运算，在信号电平小于白电平(100 IRE)的情况下，进行三次插值运算。因此，样本数据选择器22确定信号电平是否等于或大于白电平(100 IRE)(电平确定步骤S1)。能够仅利用最高位确定信号电平是否等于或大于白电平(100 IRE)。

如果反伽马校正前的图像数据的信号电平小于白电平(100 IRE)，则样本数据采集部分222从样本数据寄存器21获得三次插值运算的样本数据(C_-2，C_-1，C₁，C₂)(步骤S2)。另一方面，如果视频信号电平等于或大于白电平(100 IRE)，则样本数据采集部分222获得线性插值运算的样本数据(D₁、D₂)(步骤S3)。在此，该实施方式的样本数据(D₁、D₂)是样本点的最大电平的两个样本数据。即，如图5中所示，两个点的样本数据包括小于白电平(100 IRE)的一个点和等于白电平(100 IRE)的一个点。在这种情况下，如图5所示，尽管校正误差稍微大些，但是利用了三次插值运算的样本点。因此，不必设置线性插值运算的样本点，从而进一步减少了样本点。

在样本数据采集部分222获得三次插值运算的样本数据或者线性插值运算的样本数据之后，输出数据发生器223产生以下将其输出的样本数据(E_-2，E_-1，E₁，E₂)(步骤S3)。

在三次插值运算的情况下：(E_-2，E_-1，E₁，E₂)＝(C_-2，C_-1，C₁，C₂)

在线性插值运算的情况下：(E_-2，E_-1，E₁，E₂)＝(0，D₁，D₂，0)

在输出数据发生器223产生输出样本数据之后，输出数据发生器223将样本数据(E_-2，E_-1，E₁，E₂)输出到插值运算单元25。系数选择信号发生器224将选择系数的系数选择信号输出到选择器27(步骤S5)。

接下来，将描述表达式(4—1)、(4—2)和表达式(5)之间的关系。首先，在使用两个样本数据实现线性插值运算的情况下，使用表达式(6)。

y＝(β 1-β 2)·x/(α 1-α 2)-(β 1·α 2-β 2·α 1)/(α 1-α 2)…(6)

可将表达式(6)转换成以下表达式(6—1)—(6—5)。

y＝(β 2-β 1)·x/(α 2-α 1)+(β 1·α 2-β 2·α 1)/(α 2-α 1)…(6—1)

y＝((β 2-β 1)·x+(β 1·α 2-β 2·α 1))/(α 2-α 1)…(6—2)

y＝(β 2·x-β 1·x+β 1·α 2-β 2·α 1)/(α 2-α 1)…(6—3)

y＝((α 2-x)·β 1+(x-α 1)·β 2)/(α 2-α 1)…(6—4)

y＝((α 2-x)/(α 2-α 1))·β 1+((x-α 1)/(α 2-α 1))·β 2…(6—5)

如果将表达式(4—1)、(4—2)赋值给表达式(6—5)，则能获得表达式(6—6)。如果样本数据(E_-2，E_-1，E₁，E₂)是(0，β 1，β 2，0)，和系数(k_-2，k_-1，k₁、k₂)是(0，i1，i2，0)，则插值运算单元25能通过表达式(5)进行线性插值运算。

y＝i1·β 1+i2·β 2…(6—6)

诸如显示视频信号的液晶显示器和等离子体显示器以及阴极射线管(CRT)的每一种显示装置都具有各自的伽马特性。但是，由于电视广播信号具有CRT伽马特性，因此在信号显示在液晶显示器或者等离子体显示器上的情况下，需要伽马校正或反伽马校正。在Matsubara中描述的现有技术能通过简单结构进行伽马校正和反伽马校正，该简单结构具有较小电路尺寸和计算量。但是，需要进一步降低电路尺寸，以及需要开发更小的装置。此外，需要有效进行来自外部装置如CPU的设置，并需要开发能够进一步降低处理量的装置。

如图2所示，如果将高于100 IRE的亮度数据作为输入和输出数据处理，则由于该变量是非线性的，因此0—100 IRE的数据的反伽马校正结果需要具有高的精确度。但是，由于该变量基本是线性的，因此高于100 IRE的数据的反伽马校正结果不需要具有高的精确度，不需要精确。因此，高于100 IRE的样本点是多余的，且在Matsubara中描述的现有技术中，软件处理效率变低并且样本数据寄存器21的电路尺寸变大。

而且，在0—100 IRE数据的反伽马校正或伽马校正中，校正后的输出信号值从不超出100 IRE。因此，不需要大于100 IRE的幅值，不需要其作为样本数据。因此，大于100 IRE数据的位宽度是多余的，且样本数据寄存器21和插值运算单元25的电路尺寸变大。

另一方面，在该实施方式中，在从黑电平(OIRE)到白电平(100IRE)的电平区域内通过三次插值运算以与现有技术相近的精确度进行反伽马校正、和在大于白电平(100 IRE)的电平区域中通过线性插值运算进行反伽马校正，软件处理量和电路尺寸都能够得到降低。而且，由于反伽马校正装置能通过样本数据选择器22进行三次插值运算，因此反伽马校正装置能进行与现有技术相似的反伽马校正。

接下来，将描述本发明实施方式的优点。如果我们将注意力集中在样本点的数量上，则：

Matsubara需要的样本点为：1+(M+1)/N个，而本实施方式需要的样本点为：1+(L+1)/N个。因此，样本点能降低(M—L)/N个。即，降低了设置样本数据的次数，该样本数据是样本点的校正值。由此，能够降低样本数据寄存器21和样本数据选择器22的软件处理量。

为此，如果输入最大值M和白电平(100 IRE)L之间的差值较大，或者样本点的距离N较小，则样本点的数量降低较大，因此益处变大。

在该实施方式中不需要具有在Matsubara所需的样本数据的位宽度为最大值log₂(M+1)。由此，反伽马校正装置仅具有log₂(L+1)的位宽度。这降低了log₂(M+1)—log₂(L+1)的样本数据的位宽度。在此，位宽度降低和样本点降低的总寄存数为log₂(M+1)×(M—L)/N+{log₂(M+1)—log₂(L+1)}×{1+(L+1)/N}。

此外，在插值运算单元25中进行的操作是Matsubara中的表达式(3)和该实施方式中的表达式(5)。如果反伽马校正装置以最小时间进行操作，则每一个表达式都需要四个计算单元和三个加法器。由于表达式(3)和(5)中的系数(h_-2，h_-1，h₁，h₂)、(k_-2，k_-1，k₁，k₂)的位宽度取决于运算结果的精确度，因此每一个位宽度都是相同的n位。由于Matsubara中描述的样本数据的位宽度是log₂(M+1)，因此插值运算单元需要具有n×log₂(M+1)位的四个计算单元和具有n+log₂(M+1)位的三个加法器。

另一方面，由于该实施方式的位宽度是log₂(L+1)，因此插值运算单元需要具有n×log₂(L+1)位的四个计算单元和具有n+log₂(L+1)位的三个加法器。因此，该实施方式能将降低以下位的电路。

n×{log₂(M+1)—log₂(L+1)}×4+{log₂(M+1)—log₂(L+1)}×3

相反，在系数运算电路26中的运算还需要具有n位的四个加法器和两个除法器，如表达式(4—1)、(4—2)中所示。但是，如果我们将注意力集中在均分的样本数据的特性上，则α 1-α 2是两位乘法器。由此，/(α 1—α 2)可通过位移运算来描述，且如表达式(4—3)、(4—4)中所示，仅需增加具有(n—1)位的多达两个的加法器。

i1＝α 2-x…(4—3)

i2＝x-α 1…(4—4)

如果比较插值运算单元25中的电路减少和系数运算电路26中的电路增加，则由于乘法器的减小效果较大，因此能在整体上降低电路尺寸。

接下来，将描述本实施方式的具体示例。

在M＝2047，L＝1023，N＝128和n＝12的情况下。

关于图1中示出的样本数据寄存器21和样本数据选择器22：

现有技术：

样本点个数：17(1+(1+2047)/128)

样本数据的位宽度：11位(＝log₂(2047+1))

该实施方式的具体示例：

样本点的个数：9(1+(1+1023)/128)

样本数据的位宽度：10位(＝log₂(1023+1))

寄存器减少的总量是97＝17*11-9*10。即电路将减少48％。这表示寄存器减少使得电路减少和约50％的软件处理量。

关于插值运算单元25和系数运算电路26：

现有技术：

样本数据的位宽度：11位(＝log₂(2047+1))

即需要以下计算单元。

11位*12位的四个乘法器

23(＝11+12)位的三个加法器

本实施例的具体示例：

样本数据的位宽度：10位(＝log₂(1023+1))

即需要以下计算单元。

10位*12位的四个乘法器

22(＝10+12)位的三个加法器

11(＝12-1)位的两个加法器

由此，在本发明的该实施方式中，如表达式(4—1)、(4—2)中所示，将11位的两个加法器增加到系数运算电路26中。但是，尽管存在该增加，由于插值运算单元25位宽度降低使得四个乘法器和三个加法器的电路减少的效果要更大。即，寄存器减少和运算电路减少的效果使得反伽马校正装置11整体电路减少的效果较大。

在该实施方式中，通过由于线性插值运算的取代而使得软件处理量的降低、样本数据位宽度的降低、以及线性插值运算和三次插值运算的计算单元(插值运算单元25)的集成来实现电路尺寸的减小。

接下来，将描述该实施方式的变形。图6示出了该实施方式变形的反伽马校正曲线图。在上述实施方式中，说明了将利用样本点中较大的两个点用于线性插值运算，但是不限于上述实施方式。在该变形中，如图6中所示，设置电平远远大于白电平(100 IRE)的样本点C3，且如果进行线性插值运算，则使用样本点C3和C1。这与上述实施方式相比，能够增加插值的精确度。

在这种情况下，样本数据选择器22和样本数据寄存器21需要高达log₂(M+1)位的位宽度代替log₂(L+1)位的位宽度。因此，样本数据C3能够存储在插值运算单元25中。在这种情况下，样本数据选择器22和样本数据寄存器21需要log₂(L+1)的位宽度。如果α3-α 1是两位乘法器，则可将系数运算电路26的系数计算电路尺寸制成最小。

接下来，将描述该实施方式的另一变形。在上述实施方式中，说明了如果输入图像信号等于或大于白电平(1000 IRE)，则进行线性插值运算。但是，进行线性插值运算的电平区域不限于此。例如，如图7中所示，在黑电平邻域，由于变化量近似于线状，因此可在该区域中进行线性插值运算。例如，在从0到th2的电平区域(0<th2<th1＝中能进行线性插值运算，且在大于th2的电平区域中能进行三次插值运算，或者在从0到th2的电平区域和等于或大于th1的电平区域中进行线性插值运算，和在从th2到th1的电平区域中进行三次插值运算。这种情况下，将用于包含在从0到th2的电平区域中的三次插值运算的样本数据C4(α 4，β 4)，C5(α 5，β 5)用作线性插值运算的样本数据。通过样本数据C4(α 4，β 4)，C5(α 5，β 5)将输入图像信号的电平插值到在线L3上的点中。这能进一步降低样本数据数目。

第二实施方式

图8示出了本发明第二实施方式的反伽马校正装置的视图。第二实施方式的反伽马校正装置41包括：增加到第一实施方式的反伽马校正装置11的样本点信息端37和线性插值范围信息端36，并且将样本点信息输入到系数运算电路46，以及将线性差值范围信息输入到样本数据选择器42。

在系数运算电路46中执行的表达式(4—1)、(4—2)的α 1、α 2从外部通过样本点信息端37输入到系数运算电路46。其中应当进行线性插值运算的图像信号电平和在线性插值运算中使用的样本数据的范围从线性插值范围信息端36输入到样本数据选择器42。

图9示出了本实施方式的样本数据选择器42的操作的流程图。如图9所示，样本数据选择器42确定输入视频信号是否在线性插值范围内，该范围通过线性插值范围信息示出(步骤S11)。如果输入视频信号在线性插值范围内，则从线性插值范围信息端36获得样本数据(步骤S13)。另一方面，如果输入视频信号不在线性插值范围内，则从样本数据寄存器21获得用于三次插值运算的样本数据，与第一实施方式相同。其余步骤与第一实施方式中的相同(步骤S12)。因此，以预定格式形成输出数据(步骤S14)，并将其输出到插值运算单元25，同时，将系数选择信号输出到选择器27。

在该实施方式中，除了第一实施方式的效果之外，其还可以在所有范围内进行线性插值运算，而不需将范围限制为大于白电平(100IRE)。

在本发明第一实施方式中，选自样本点的样本数据的最大两个点用于线性插值运算。因此，线性插值运算的范围限在大于白电平(100IRE)的电平。另一方面，在第二实施方式中，通过从外部输入两个样本点的信息、样本数据和其中进行线性插值运算的电平的信息，能够在不限于线性插值运算的范围的情况下进行反伽马校正。

此外，由于不需要用于三次插值运算的样本点，因此可以减少线性插值运算范围内的样本点并且能够降低软件的处理量。而且，由于提供选择器27，因此能够进行与现有技术相同的通过三次插值运算实现的反伽马校正。

本实施方式通过与第一实施方式中相同的三次插值运算进行伽马校正或反伽马校正。而且，本实施方式具有基于输入视频信号的电平转换线性插值运算和三次插值运算的功能。于是，通过选择系数和通过共用插值运算的计算单元，转换线性插值运算和三次插值运算，降低电路尺寸。此外，通过从外部输入线性插值运算的信息，能够在任意范围内进行线性插值运算。此外，通过使用用于三次插值运算的样本点进行线性插值运算，能够降低样本点的保留量。

显然，本发明不限于上述实施方式，可以在不超出本发明的范围和精神的范围内对其进行修改和改变。例如，将上述实施方式描述为硬件结构，但是本发明不限于此，可通过执行计算机程序的CPU(中央处理单元)执行任何处理。在这种情况下，可提供记录在记录媒介中的计算机程序，或者可提供经由以太网或其他传输介质传输的计算机程序。

Claims (22)

1.一种用于对输入视频信号进行伽马校正或反伽马校正的视频信号处理装置，包括：

校正电平保持器，用于将每一个样本点处校正后的视频信号的信号电平保持为校正电平；

第一系数输出部分，用于输出第一系数，当通过线性插值从所述输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第一系数；

第二系数输出部分，用于输出第二系数，当通过三次插值运算从所述输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第二系数；以及

插值运算单元，用于通过使用保持在所述校正电平保持器中的校正电平、所述第一系数或所述第二系数以及执行所述三次插值运算或所述线性插值运算，来计算与所述输入视频信号的信号电平相对应的校正后的视频信号的信号电平，所述插值运算单元基于所述输入视频信号的电平执行所述三次插值运算或所述线性插值运算。

2.根据权利要求1所述的视频信号处理装置，其中，当所述输入视频信号的电平等于或大于第一值th1时，所述插值运算单元执行所述线性插值运算。

3.根据权利要求1所述的视频信号处理装置，其中，当所述输入视频信号的电平小于第一值th1时，所述插值运算单元执行所述三次插值运算。

4.根据权利要求1所述的视频信号处理装置，其中，当所述输入视频信号的电平在零和第二值th2之间(0<th2<th1)时，所述插值运算单元执行所述线性插值运算，以及当所述输入视频信号的电平等于或大于所述第二值th2时执行所述三次插值运算。

5.根据权利要求1所述的视频信号处理装置，其中，当所述输入视频信号的电平在零和第二值th2之间以及大于第一值th1(0<th2<th1)时，所述插值运算单元执行所述线性插值运算，以及当所述输入视频信号的电平在所述第二值th2和所述第一值th1之间时执行所述三次插值运算。

6.根据权利要求2所述的视频信号处理装置，其中，所述第一值th1是白电平。

7.根据权利要求1所述的视频信号处理装置，其中，所述插值运算单元使用共同的样本点执行所述三次插值运算和所述线性插值运算，所述共同样本点能共用于所述三次插值运算或所述线性插值运算中。

8.根据权利要求2所述的视频信号处理装置，其中，所述插值运算单元使用两个样本点执行所述线性插值运算，所述两个样本点包括与所述第一值相对应的样本点。

9.根据权利要求1所述的视频信号处理装置，其中，所述插值运算单元使用与所述第一值对应的样本点和相邻样本点执行所述线性插值运算。

10.根据权利要求1所述的视频信号处理装置，其中，所述插值运算单元通过使用相同计算单元执行所述三次插值运算和所述线性插值运算。

11.根据权利要求1所述的视频信号处理装置，还包括：样本数据选择器，用于选择两个样本点和另外两个样本点并从所述校正电平保持器获得与四个样本点相对应的校正电平(E_-2，E_-1，E₁，E₂)，所述两个样本点与所述输入视频信号的信号电平接近，并具有高于所述输入视频信号电平的电平，所述另外两个样本点与所述输入视频信号的信号电平接近，并具有低于所述输入视频信号电平的电平，其中

所述第二系数输出部分取出四个系数(k_-2，k_-1，k₁，k₂)，基于Kernel函数执行所述三次插值运算，所述Kernel函数的变量通过利用相邻样本点之间的距离进行标准化，所述四个系数通过将距离输入到所述Kernel函数中的变量中来计算，所述距离是从所述输入视频信号的信号电平到通过所述样本数据选择器选择的每一个样本点的距离，

所述插值运算单元基于由所述样本数据选择器取出的四个校正电平和由所述第二系数输出部分取出的四个系数，利用

y＝k_-2*E_-2+k_-1*E_-1+k₁*E₁+k₂*E₂

执行所述三次插值运算。

12.根据权利要求11所述的视频信号处理装置，还包括系数存储器，存储与所述Kernel函数相对应的系数组，其中

所述第二系数输出部分从存储在所述系数存储器中的所述系数组中读出与所述距离对应的系数。

13.根据权利要求12所述的视频信号处理装置，其中，能够从外部装置将所述系数组写入到所述系数存储器中。

14.根据权利要求11所述的视频信号处理装置，其中，所述第一系数输出部分输出i1、i2作为第一系数，i1和i2通过

i1＝(α2-x)/(α2-α1)

i2＝(x-α1)/(α2-α1)

来计算，其中所述线性插值运算中使用的两个样本点是(α1，β1)、(α2，β2)，且所述输入视频信号的值是x。

15.根据权利要求11所述的视频信号处理装置，其中，所述样本数据选择器输出(E_-2，E_-1，E₁，E₂)＝(0，β1，β2，0)至所述插值运算单元，

所述第一系数输出部分输出(k_-2，k_-1，k₁，k₂)＝(0，i1，i2，0)至所述插值运算单元，以及

所述插值运算单元利用

y＝k_-2*E_-2+k_-1*E_-1+k₁*E₁+k₂*E₂

执行所述线性插值运算。

16.一种对输入视频信号进行伽马校正或反伽马校正的视频信号处理方法，该方法包括：

从校正电平保持器读出样本点，以在每一个样本点处将校正后的视频信号的信号电平保持为校正电平；

从第一系数输出部分输出第一系数，当通过线性插值运算从所述输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第一系数；

从第二系数输出部分输出第二系数，当通过三次插值运算从所述输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第二系数；以及

基于所述视频信号的电平，通过使用保持在所述校正电平保持器中的校正电平和所述第一系数或所述第二系数，执行所述三次插值运算或所述线性插值运算。

17.根据权利要求16所述的视频信号处理方法，其中，当所述输入视频信号的电平等于或大于第一值时执行所述线性插值运算。

18.根据权利要求16所述的视频信号处理方法，其中，使用相同的样本点执行所述三次插值运算和所述线性插值运算。

19.根据权利要求16所述的视频信号处理方法，其中，通过使用相同的计算单元执行所述三次插值运算和所述线性插值运算。

20.根据权利要求16所述的视频信号处理方法，包括：

选择两个样本点和另外两个样本点，并从所述校正电平保持器取出与四个样本点对应的校正电平(E_-2，E_-1，E₁，E₂)，所述两个样本点接近所述输入视频信号的信号电平并具有高于所述输入视频信号电平的电平，并且所述另外两个样本点接近所述输入视频信号的信号电平并具有低于所述输入视频信号电平的电平；

当输出所述第二系数时，基于通过使用相邻样本点之间的距离标准化其变量的Kernel函数，取出四个系数(k_-2，k_-1，k₁，k₂)以执行所述三次插值运算，所述四个系数通过将距离输入到所述Kernel函数的变量中来计算，所述距离是从所述输入视频信号的信号电平到通过所述样本数据选择器选择的每一个样本点的距离；以及

基于由所述样本数据选择器取出的四个校正电平和由所述第二系数输出部分取出的四个系数，利用y＝k_-2*E_-2+k_-1*E_-1+k₁*E₁+k₂*E₂执行所述三次插值运算。

21.根据权利要求20所述的信息处理方法，其中，当输出所述第一系数时，所述方法输出i1、i2作为第一系数，i1和i2通过

i1＝(α2-x)/(α2-α1)

i2＝(x-α1)/(α2-α1)

来计算，其中，用于所述线性插值运算中的所述两个样本点是(α1，β1)、(α2，β2)，且所述输入视频信号的值是x。

22.一种显示输入视频信号的显示装置，包括：

伽马校正单元，用于对所述输入视频信号进行伽马校正或反伽马校正，其中

所述伽马校正单元包括：

校正电平保持器，用于将每一个样本点处校正后的视频信号的信号电平保持为校正电平；

第一系数输出部分，用于输出第一系数，当通过线性插值运算从所述输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第一系数；

第二系数输出部分，用于输出第二系数，当通过三次插值运算从所述输入视频信号获得校正后的视频信号时使用所述第二系数；以及

插值运算单元，用于通过使用保持在所述校正电平保持器中的校正电平、所述第一系数或所述第二系数，以及执行所述三次插值运算或所述线性插值运算，来计算与所述输入视频信号的信号电平对应的校正后的视频信号的信号电平，所述插值运算单元基于所述输入视频信号的电平执行所述三次插值运算或所述线性插值运算。

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