CN101431687A - 动态对比度与彩色管理方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种动态对比度与彩色管理方法和装置，方法包括以下步骤：将色彩区域的亮度、色调、和饱和度分量分为调整区和非调整区；对调整区的中心的调整增量以调整中心为基准，施以对应分量的调整增益。本发明将对比度与彩色管理相融合，在同一硬件单元中，即可实现全局对比度的动态管理，同时可实现设定色彩区域的局部对比度和3D(亮度、色调、饱和度)彩色管理，克服了现有技术所需计算单元多而复杂，导致芯片成本较高的问题。
Description
技术领域
本发明涉及数字视频领域，具体而言，涉及一种动态对比度与彩色管理方法和装置。
背景技术
当前，动态对比度与彩色管理技术，已经成为提高平板显示观赏效果的重要手段。
图1示出了传统的动态对比度与彩色管理装置的方框图，其中，RGB to YUV单元实现RGB色彩空间到YUV色彩空间的转换；Histogram(灰度分布)统计单元对输入图像的亮度分量Y，进行灰度分布统计。传统技术的Histogram分析也采用硬件实现。
如图1所示，对比度管理与彩色管理是相互独立的两个部分，二者级联在一起。其中的对比度管理，不区分色彩，对各种色彩的亮度不加区分的加以处理，可称之为全局对比度调整。其中的彩色管理，调整的彩色区域仅限于线性且对称式的过渡方式，不能应对复杂的调整需求；同时，黑白图像由于饱和度为零，永远不在调整范围之内；且所谓的灰电平保护(Grey Guarding)，也限制了对低饱和度图像(包括黑白图像)的亮度和色彩的调整。
在实现本发明过程中，发明人发现现有技术的对比度与彩色管理，所需计算单元多而复杂，导致芯片成本较高。
发明内容
本发明旨在提供一种动态对比度与彩色管理方法和装置，能够解决等问题。
在本发明的实施例中，提供了一种动态对比度与彩色管理方法，包括以下步骤：将色彩区域的亮度、色调、和饱和度分量分为调整区和非调整区；对调整区的中心的调整增量以调整中心为基准，施以对应分量的调整增益。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，设置调整区包括非过渡区。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，对调整区的中心的调整增量以调整中心为基准，施以对应分量的调整增益具体包括：设置非过渡区的增益
component_Δ＝component_Gain×(component-component_center)其中，component_Gain为调整增益，component为非过渡区的分量值，component_center调整中心的分量值。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，设置调整区还包括过渡区，过渡区设置于调整区相邻非调整区的边缘。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，对调整区的中心的调整增量以调整中心为基准，施以对应分量的调整增益具体包括：设置过渡区的增益
component_Δ＝component_Gain×(component-component_center)×component_factor
其中，component_Gain为调整增益，component为过渡区的分量值，component_center调整中心的分量值，component_factor为权重因子。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，
component_factor＝(component-component_border)/component_wborder
其中，component_border是调整区的边界的分量值，component_wborder是靠近边界的过渡区的分量宽度。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，如果调整区处于多个独立色彩区域的重叠区，则分别在各个色彩区域求得各个色彩区域的调整增量后，进行叠加。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法，其特征在于：如果调整区达到分量取值范围的上边界，则上边界侧无过渡区；如果调整区达到分量取值范围的下边界，则下边界侧无过渡区。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，还包括：针对色彩区域的类型，设定调整中心位于亮度、色调和饱和度分量范围内的中心，或中心偏上，或中心偏下。
在本发明的实施例中，还提供了一种动态对比度与彩色管理装置，包括：第一色彩空间转换单元，用于对输入图像实现RGB色彩空间到YUV色彩空间的转换；灰度统计单元，用于对转换的亮度分量Y，进行灰度分布统计；灰度分布分析单元，用于统计的灰度分布进行灰度分布分析；对比度与彩色管理单元，用于对转换的色差分量U和V以及分析的灰度分布，执行上述的动态对比度与彩色管理方法。
第二色彩空间转换单元，用于将CCM-3D单元执行动态对比度与彩色管理方法得到的YUV色彩空间转换为RGB色彩空间输出为输出图像；脉宽调制器单元，用于采用分析的灰度分布控制显示器的背光亮度。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理装置中，灰度分布分析单元采用片上MCU实现。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理装置中，灰度分布统计部分产生的灰度分布信息，通过向片上MCU的中断，被片上MCU逐帧读取。
上述实施例的动态对比度与彩色管理方法和装置将对比度与彩色管理相融合，在同一硬件单元中，即可实现全局对比度的动态管理，同时可实现设定色彩区域的局部对比度和3D(亮度、色调、饱和度)彩色管理，克服了现有技术所需计算单元多而复杂，导致芯片成本较高的问题。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1示出了传统的动态对比度与彩色管理装置的方框图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的动态对比度与彩色管理方法的流程图；
图3示出了根据本发明的一个实施例的四类基本的histogram灰度分布类型示意图；
图4示出了根据本发明的一个实施例的对应图3中四类基本灰度分布类型的调整参数设置方式示意图；
图5示出了根据本发明的一个实施例的对应图3和图4的经调整后的图像histogram分布图；
图6示出了根据本发明的一个实施例的3D彩色管理示意图；
图7出了根据本发明的一个实施例的3D彩色管理示意图；
图8示出了根据本发明的一个实施例的动态对比度与彩色管理装置。
具体实施方式
下面将参考附图并结合实施例，来详细说明本发明。
图2示出了根据本发明的一个实施例的动态对比度与彩色管理方法的流程图，包括以下步骤：
S102，将色彩区域的亮度、色调、和饱和度分量分为调整区和非调整区；
S104，对调整区的中心的调整增量以调整中心为基准，施以对应分量的调整增益。
上述实施例将对比度与彩色管理相融合，在同一硬件单元中，即可实现全局对比度的动态管理，同时可实现设定色彩区域的局部对比度和3D(亮度、色调、饱和度)彩色管理，克服了现有技术所需计算单元多而复杂，导致芯片成本较高的问题。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，设置调整区包括非过渡区。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，步骤S104具体包括：设置非过渡区的增益
component_Δ＝component_Gain×(component-component_center)
其中，component_Gain为调整增益，component为非过渡区的分量值，component_center调整中心的分量值。
以亮度调节为例，非过渡区亮度增量lum_Δ＝lum_Gain×(lum-lum_center)。其中，lum是指component中的亮度分量。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，设置调整区还包括过渡区，过渡区设置于调整区相邻非调整区的边缘。例如，在调整区上下边缘可设定宽度分别为wbot(下过渡区宽度)和wtop(上过渡区宽度)的过渡带。3D色彩区域的亮度、色调和饱和度分量分为调整区和非调整区，设置过渡区可以避免对比度与彩色管理后，调整区与非调整区间的突变。
可选的，如果调整区达到分量取值范围的上边界，则上边界侧无过渡区；如果调整区达到分量取值范围的下边界，则下边界侧无过渡区。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，步骤S104具体包括：设置过渡区的增益
component_Δ＝component_Gain×(component-component_center)×component_factor
其中，component_Gain为调整增益，component为过渡区的分量值，component_center调整中心的分量值，component_factor为权重因子。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，component_factor＝(component-component_border)/component_wborder，其中，component_border是调整区的边界的分量值，component_wborder是调整区靠近边界的过渡区的分量宽度(即，该过渡区的两侧边界的分量差值)。
以亮度调节为例，过渡区域的增量，增加一个权重因子，如下过渡区的权重因子lum_factor＝(lum-lum_bot)/lum_wbot，其中，lum_bot为调整区下边界。即越靠近调整区边缘，权重越小，直至为0；越接近调整区中心，权重越大，直至为1。由此，过渡区的亮度增量为
lum_Δ＝lum_Gain×(lum-lum_center)×lum_factor
＝lum_Gain×(lum-lum_center)×(lum-lum_bot)/lum_wbot
因此，过渡区增量是调整中心和过渡区边界点的抛物线。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，如果调整区处于多个独立色彩区域的重叠区，则分别在各个色彩区域求得各个色彩区域的调整增量后，进行叠加。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理方法中，还包括：针对色彩区域的类型，设定调整中心位于亮度、色调和饱和度分量范围内的中心，或中心偏上，或中心偏下。下面以灰度分布举例说明。
图3示出了根据本发明的一个实施例的四类基本的histogram灰度分布类型示意图，图4示出了根据本发明的一个实施例的对应图3中四类基本灰度分布类型的调整参数设置方式示意图。
类型图3(a)图像的灰度主要集中于灰电平，亮/暗的像素较少，对比度差，这类图像适合图4(a)方式的调整参数设置，即Gain>0，center在灰度中心(居中)。
类型图3(b)图像过亮，高亮度像素居多，对比度差，这类图像适合图4(b)方式的调整参数设置，即Gain>0，center在灰度中心或亮度最大值(偏高)。
类型图3(c)图像偏暗，低亮度像素居多，对比度差，这类图像适合图4(c)方式的调整参数设置，即Gain>0，center在灰度中心或亮度零点(偏低)。
类型图3(d)图像低亮度像素和高亮度像素都较多，对比度较大，这类图像适合图4(d)方式的调整参数设置，即Gain<0，center在灰度中心(居中)。
图5示出了根据本发明的一个实施例的对应图3和图4的经调整后的图像histogram分布图，较调整前的histogram灰度分布(图3)更分散和平坦，即对比度更适中，达到了对比度增强的目的。
图6示出了根据本发明的一个实施例的3D彩色管理示意图，对某色彩区域的饱和度进行如图6中所示的方式调整参数设置，便可达到该色域更艳丽的色彩表现效果，如蓝电平扩展和绿电平扩展。
图7出了根据本发明的一个实施例的3D彩色管理示意图，对某色彩区域的亮度或饱和度进行如图7中所示的方式调整参数设置，便可达到该色域局部亮度对比度或饱和度对比度增强的效果。以图4(d)为例，如果对某色彩区域的色调进行如图7中所示方式调整参数设置，便可达到该色域色调压缩的目的，如肤色校正。
如图4和图6所示，上下过渡区的过渡带宽度可不等，且以抛物线方式实现平滑过渡。如下两种情况由于不可能发生调整区与非调整区间的突变，可无需设定调整过渡带：调整区的下界在零点或调整区的上界在分量最大值。
任一分量的调整区有：下边界bot，上边界top，下过渡区宽度wbot，上过渡区宽度wtop，四个范围参数，以及分量调整中心center和分量增益Gain，两个调整参数。调整中心center可以设定为零点到分量最大值之间的任意位置，甚至根据设计需要可超过这一限定，允许为负或高于分量最大值，即调整中心的位置与调整区的位置和范围无关。
图8示出了根据本发明的一个实施例的动态对比度与彩色管理装置，包括：
第一色彩空间转换(RGB TO YUV)单元，用于对输入图像实现RGB色彩空间到YUV色彩空间的转换；
灰度统计(Histogram)单元，用于对转换的亮度分量Y，进行灰度分布统计；
灰度分布分析单元(片上MCU)，用于统计的灰度分布进行灰度分布分析；
对比度与彩色管理(CCM-3D)单元，用于对转换的色差分量U和V以及分析的灰度分布，执行上述动态对比度与彩色管理方法；
第二色彩空间转换(YUV TO RGB)单元，用于将CCM-3D单元执行动态对比度与彩色管理方法得到的YUV色彩空间转换为RGB色彩空间输出为输出图像；
脉宽调制器(PWM)单元，用于采用分析的灰度分布控制显示器的背光亮度。
上述实施例将对比度与彩色管理相融合，在同一硬件单元中，即可实现全局对比度的动态管理，同时可实现设定色彩区域的局部对比度和3D(亮度、色调、饱和度)彩色管理，克服了现有技术所需计算单元多而复杂，导致芯片成本较高的问题。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理装置中，灰度分布分析单元采用片上MCU实现，MCU控制简单且成本较低，较适合本实施例。
可选的，在上述的动态对比度与彩色管理装置中，灰度分布统计部分产生的灰度分布信息，通过向片上MCU的中断，被片上MCU逐帧读取。
图8的实施例中，RGB to YUV单元实现RGB色彩空间到YUV色彩空间的转换；Histogram统计单元对输入图像的亮度分量Y，进行灰度分布统计，统计信息通过中断，传递给片上MCU(微控制器)。MCU分析Histogram信息，逐帧更新对比度与彩色管理单元(CCM-3D)的参数，同时控制PWM(脉宽调制器)的调制频率或占空比，由PWM控制平板显示器的背光亮度。对比度与彩色管理的核心功能由CCM-3D单元一体化实现，处理后的图像被转换回RGB色彩空间后输出。
为了实现动态对比度管理，灰度分布统计单元产生的histogram信息，可通过向MCU的中断，被MCU逐帧读取，并由软件进行分析，从而根据图像内容动态调整CCM-3D的各项参数。同时，histogram信息可用于平板显示器的动态背光控制。
从以上的描述中，可以看出，本发明上述的实施例实现了如下技术效果：
上述实施例将对比度与彩色管理相融合，在同一硬件单元中，即可实现全局对比度的动态管理，同时可实现设定色彩区域的局部对比度和3D(亮度、色调、饱和度)彩色管理。以片上MCU(微控制器)加CCM-3D单元的软硬件协同架构，实现“动态”对比度与彩色管理。较传统的对比度增强和彩色管理分立的方案，结构简单，延迟小，芯片设计面积小，功耗低，成本低。更具有软件可编程、可升级等优越性能。
显然，本领域的技术人员应该明白，上述的本发明的各模块或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个的计算装置上，或者分布在多个计算装置所组成的网络上，可选地，它们可以用计算装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件结合。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种动态对比度与彩色管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
将色彩区域的亮度、色调、和饱和度分量分为调整区和非调整区；
对所述调整区的中心的调整增量以调整中心为基准，施以对应分量的调整增益。
2.根据权利要求1所述的动态对比度与彩色管理方法，其特征在于，设置所述调整区包括非过渡区。
3.根据权利要求2所述的动态对比度与彩色管理方法，其特征在于，对所述调整区的中心的调整增量以调整中心为基准，施以对应分量的调整增益具体包括：
设置所述非过渡区的增益component_Δ＝component_Gain×(component-component_center)，
其中，component_Gain为所述调整增益，component为所述非过渡区的分量值，component_center所述调整中心的分量值。
4.根据权利要求2所述的动态对比度与彩色管理方法，其特征在于，设置所述调整区还包括过渡区，所述过渡区设置于所述调整区相邻所述非调整区的边缘。
5.根据权利要求4所述的动态对比度与彩色管理方法，其特征在于，对所述调整区的中心的调整增量以调整中心为基准，施以对应分量的调整增益具体包括：
设置所述过渡区的增益component_Δ＝component_Gain×(component-component_center)×component_factor，
其中，component_Gain为所述调整增益，component为所述过渡区的分量值，component_center所述调整中心的分量值，component_factor为权重因子。
6.根据权利要求5所述的动态对比度与彩色管理方法，其特征在于，
component_factor＝(component-component_border)/component_wborder，
其中，component_border是所述调整区的边界的分量值，component_wborder是靠近所述边界的所述过渡区的分量宽度。
7.根据权利要求1所述的动态对比度与彩色管理方法，其特征在于，如果所述调整区处于多个独立色彩区域的重叠区，则分别在各个所述色彩区域求得各个所述色彩区域的所述调整增量后，进行叠加。
8.根据权利要求2所述的动态对比度与彩色管理方法，其特征在于：
如果所述调整区达到分量取值范围的上边界，则所述上边界侧无所述过渡区；
如果所述调整区达到分量取值范围的下边界，则所述下边界侧无所述过渡区。
9.根据权利要求1所述的动态对比度与彩色管理方法，其特征在于，还包括：
针对所述色彩区域的类型，设定所述调整中心位于所述亮度、色调和饱和度分量范围内的中心，或中心偏上，或中心偏下。
10.一种动态对比度与彩色管理装置，其特征在于，包括：
第一色彩空间转换单元，用于对输入图像实现RGB色彩空间到YUV色彩空间的转换；
灰度统计单元，用于对转换的亮度分量Y，进行灰度分布统计；
灰度分布分析单元，用于统计的所述灰度分布进行灰度分布分析；
对比度与彩色管理单元，用于对转换的色差分量U和V以及分析的所述灰度分布，执行权利要求1至7任一项所述的动态对比度与彩色管理方法。
第二色彩空间转换单元，用于将所述CCM-3D单元执行所述动态对比度与彩色管理方法得到的YUV色彩空间转换为RGB色彩空间输出为输出图像；
脉宽调制器单元，用于采用分析的所述灰度分布控制显示器的背光亮度。
11.根据权利要求10所述的动态对比度与彩色管理装置，其特征在于，
灰度分布分析单元采用片上MCU实现。
12.根据权利要求11所述的动态对比度与彩色管理装置，其特征在于，所述灰度分布统计部分产生的所述灰度分布信息，通过向所述片上MCU的中断，被所述片上MCU逐帧读取。
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