CN101562753B - 影像处理电路和方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭示一种影像处理电路，包括输入单元、第一乘法器和矩阵产生单元。其中，输入单元是用来接收影像数据，并且获得组成此影像数据的多个色彩信号值。而第一乘法器则是用来将这些色彩信号值乘以转换矩阵，而获得多个转换色彩信号值，以组成显示影像。矩阵产生单元依據相异影像数据的色彩分布而动态产生不同的转换矩阵。由此，本发明可以将影像从广色域转换到符合国际色彩规格的预设色域中，使影像画面看起来要为自然，但是又不会牺牲影像的饱和度。

Description

影像处理电路和方法

技术领域

本发明是有关于一种影像处理技术，且特别是有关于一种将影像从广色域转换至预设色域的影像处理技术。

背景技术

液晶显示器(Liquid Crystal Display，LCD)近来已被广泛地使用，并取代阴极射线管显示器(CRT)成为下一代显示器的主流之一。随着半导体技术的改良，使得液晶显示器具有消耗功率低、薄型量轻、分辨率高、色彩饱和度高、寿命长等优点，因而广泛地应用在电脑的液晶屏幕及电视等与生活息息相关的电子产品上。

以目前来说，广色域(Wilde Gamut)的液晶显示器，由于其能表现高饱和的色彩，已经成为液晶显示器的主流产品。主要的原因是广色域的液晶显示器其三原色值，也就是红色值(R)、绿色值(G)和蓝色值(B)都位于色域图上较外围的位置。

所谓的色域，就是指一个彩色影像装置实际上能够表现出的色彩种类的多寡。一般来说，混色的原理就是利用三原色加上白色，就可以混出包含在色域中的所有颜色。然而，由于广色域的液晶显示器其三原色值都是在色域图较外围的位置，因此，若要以如此饱和的颜色来混合出在色域中较为中间的颜色，反而会使影像画面看起来不自然。

发明内容

因此，本发明提供一种影像处理电路及方法，可以将影像从广色域转换到符合国际色彩规格的预设色域中，使影像画面看起来要为自然，但是又不会牺牲影像的饱和度。

另外，本发明所提供的影像处理电路及方法，不需要复杂的演算法运算，就可以将影像进行色域转换。

本发明提供一种影像处理电路，包括一输入单元、一第一乘法器以及一矩阵产生单元。其中，输入单元是用来接收一影像数据，并且获得组成此影像数据的多个色彩信号值。而第一乘法器则是用来将这些色彩信号值乘以一转换矩阵，而获得多个转换色彩信号值，以组成一显示影像。矩阵产生单元用以产生该转换矩阵，其中该矩阵产生单元包括：一比较器，接收该些色彩信号值，并将该些色彩信号值中最大值输出；一加法器，用以计算该些色彩信号值的总和；一除法器，耦接该比较器和该加法器，用以将该些色彩信号值中最大值除以该些色彩信号值的总和，而获得一条件值；一运算单元，依据该条件值所介于的数值区间，而计算出一加权值；以及一第二乘法器，接收一运算矩阵，用以将该运算矩阵中至少部份的元素值乘以该加权值而获得该转换矩阵。

在本发明的实施例中，转换矩阵的形式可以由一使用者所自行设计。

从另一观点来看，本发明也提供了一种影像处理方法，包括获得组成一影像数据的多数色彩信号值，并且根据该些色彩信号值而获得一转换矩阵，以将这些色彩信号值乘以该转换矩阵，而获得多数转换色彩信号值，以组成一显示影像。其中获得该转换矩阵的步骤，包括：找出该些色彩信号值中的最大值；加总该些色彩信号值；将该些色彩信号中的最大值除以该些色彩信号的总和，而获得一条件值；依据该条件值所介于的数值区间而计算出一加权值；提供一多维运算矩阵；以及将该多维运算矩阵中除了主对角线外的其余元素值乘以该加权值，以获得该转换矩阵。

在本发明的实施例中，转换矩阵从左上到右下的主对角线上的元素值皆为1。

由于本发明是将色彩信号乘以转换矩阵而获得多个转换色彩信号来组成显示影像，因此本发明不需复杂的数学运算，就可以将影像从广色域转换至预设色域。

另外，由于本发明可以依据条件值所介于的数值区间而计算出加权值，并进而获得转换矩阵。因此，本发明在将影像转换至预设色域的同时并不会牺牲影像饱和度的表现。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种影像处理电路的方块图。

图2绘示为图1中影像数据的色彩信号值的分布的色域图。

图3绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种矩阵产生单元的电路方块图。

图4绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种产生转换矩阵的步骤流程图。

图5绘示为一种条件值与加权值的关系图。

主要元件符号说明：

100：影像处理电路

102：输入单元

104：第一乘法器

106：延迟单元

108：选择器

300：矩阵产生单元

302：比较器

304：加法器

306：除法器

308：运算单元

310：第二乘法器

C：条件值

L：加权值

M1：转换矩阵

M2：运算矩阵

R、G、B、R1、G1、B1：色彩信号值

R’、G’、B’：转换色彩信号值

Ro、Go、Bo：色彩输出

S402、S404、S406、S408、S410：产生转换矩阵的步骤流程

具体实施方式

图1绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种影像处理电路的方块图。请参照图1，本发明所提供的影像处理电路100，至少包括输入单元102和第一乘法器104。而在一些选择实施例中，影像处理电路100还可以包括延迟单元106和选择器108。以本实施例来说，输入单元102的输出耦接至第一乘法器104和延迟单元106，而第一乘法器104和延迟单元106的输出则分别耦接至选择器108的不同的输入端。

输入单元102用来接收一影像数据，并输出组成此影像数据的多数个色彩信号值，例如红色色彩信号值R、绿色色彩信号值G和蓝色色彩信号值B。在本实施例中，输入单元102所接收的影像数据，可以是一广色域的影像数据，因此其组成的色彩信号值R、G、B的分布，会如图2所绘示，分布在色域图较外围的部份。然而，为了要使影像数据符合国际的规格(例如NTSC、EBU、SRGB等)，因此需要将影像数据由原始的色域转换至某一设定的目标色域范围内，就如图2中，R1、G1、B1所围成的范围。

为了要将输入单元102所接收到的广色域的影像数据转换到预设的理想色域中，第一乘法器104会将影像数据的色彩信号值R、G、B分别乘上一转换矩阵M1，以产生多个转换影像信号R’、G’、B’，以组成在预设色域范围内的显示影像。在本实施例中，转换矩阵M1可以是一多维矩阵，例如以下所示的矩阵：

$\left[\begin{array}{ccc}1& 0.0694& -0.0103\\ 0.067& 1& -0.027\\ -0.018& 0.0854& 1\end{array}\right]---\left(1\right)$

在以上第(1)式所提供的矩阵中，从左上到右下的主对角线上的元素值都为1。虽然本实施例是利用在第(1)式中所提供的矩阵当作转换矩阵，然而仅是供作参考用。本领域具有通常知识者当知，转换矩阵的形式可以随使用者依据实际情况而自行设计，本发明并不加以限制。

为了能让使用者有更弹性的选择，在影像处理电路100中还配置了延迟单元106和选择器108。其中，延迟单元106是用来接收原始的色彩信号值R、G、B，并将其送至选择器108。而选择器108可以依据使用者的选择，而决定将转换色彩信号值R’、G’、B’，或是选择将原始的色彩信号值R、G、B当作输出Ro、Go、Bo来产生显示影像。借此，使用者就可以选择使用观看广色域的显示影像，或是符合预设色域中的显示影像。

虽然以上的实施例只需要利用简单的矩阵运算，就可以有效地将影像数据从广色域转换到预设色域。然而，以上的实施例可能会牺牲掉显示影像渐层的效果，或是使得显示影像的饱和度降低。因此，为了在影像数据从广色域转换至预设色域可能导致饱和度降低的情况，以下则提供一种矩阵产生单元，其可以依据每一影像数据的色彩分布，而动态产生不同的转换矩阵M1。

图3绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种矩阵产生单元的电路方块图。请参照图3，矩阵产生单元300包括比较器302、加法器304、除法器306、运算单元308和第二乘法器310。比较器302和加法器304都是接收色彩信号值R、G、B，并且二者的输出都耦接至除法器306。此外，除法器306的输出耦接至运算单元308，而运算单元308的输出则是耦接至第二乘法器310。

图4绘示为依照本发明的一较佳实施例的一种产生转换矩阵的步骤流程图。请合并参照图3和图4，当比较器302接收了色彩信号值R、G、B后，可以如步骤S402所述，计算出三者中的最大值，并且将其输出至除法器306。另外，加法器304则是加总色彩信号值R、G、B，而获得三者的总和(步骤S404)。当除法器306接收到比较器302和加法器304的输出后，会如步骤S406所述，将色彩信号值R、G、B中的最大值除以三者的总和，而得到一条件值C。

运算单元308会接收除法器306的输出。借此，运算单元308可以依据条件值C所介于的范围，而计算出一加权值L，就如步骤S408所述。在此，吾人利用色域的边界值，来分析条件值C的数据，请参照下表：

表1

从表1的分析可以很清楚的看出，条件值C是介于1到0之间。若是不考虑黑色的部份，则条件值C是介于1到1/3之间。当条件值C等于1/3时，代表显示画面呈现的颜色为白色。而当条件值C介于1到1/2时，则显示画面所显示的颜色为饱和度较高的色彩。

为了维持白色的色温以及色彩中的灰色平衡，因此不希望改变画面中白色以及灰度轴的部份，所以本实施例设计了以下的数学式，可以使运算单元308产生较佳的加权值L：

$L=\left\{\begin{array}{c}12C-4,\mathrm{if}\frac{1}{3}\≤C\≤\frac{5}{12}\\ -12C+6,\mathrm{if}\frac{5}{12}\≤C\≤\frac{1}{2}\\ 0,\mathrm{ifC}\≥\frac{1}{2}\end{array}\right.---\left(2\right)$

图5绘示为依照第(2)式所计算出来的条件值C与加权值L的关系图。请参照图5，当条件值C介于第一区间，也就是1/3到5/12之间时，代表显示画面从白色到中间色调，转换的幅度将从原本白色不转渐渐到转换幅度大的中间调，因此加权值L会是0到1的渐增线性函数。当条件值C介于第二区间，也就是5/12到1/2之间时，代表显示画面是从中间色调到高饱和的色彩，为了不损失高饱和的色彩，因此加权值L会对应此变化而呈现1到0的渐减线性函数。而当条件值介于第三区间，也就是介于1/2到1之间时，代表显示画面的颜色完全是属于高饱和度的色彩，不希望其因为转换而损失色纯。因此，在第三区间内，设定加权值L为0。

请继续参照图3和图4，当运算单元308如上所述计算出加权值L后，会将其送至第二乘法器310。其中，第二乘法器310还会接收一运算矩阵M2。借此，第二乘法器310就可以如步骤S410所述，将运算矩阵M2乘以运算单元308所输出的加权值L，而获得转换矩阵M1。

运算矩阵可以是使用者自行设定，而在本实施例中，则是将第(1)式提供的矩阵当作运算矩阵。因此，在本实施例中，第二乘法器310所输出的转换矩阵就可以例如下式所示：

$\left[\begin{array}{ccc}1& 0.0694\×L& -0.0103\×L\\ 0.067\×L& 1& -0.027\×L\\ -0.018\×L& 0.0854\×L& 1\end{array}\right]---\left(3\right)$

在第(3)式中，由于加权值会随着显示画面的饱和度的状况而变动。因此，转换矩阵M1就不会是固定的，而是可以依据显示画面的情况来自行调整。

虽然上述提供了第(2)和(3)式来说明加权值和转换矩阵的计算方式，然而并不是用来限定本发明。本领域具有通常知识者可以依照实际的状况，而将第(2)和(3)式自行修改，这并不影响本发明的精神。

综上所述，本发明至少有以下优点：

1.本发明可以依据实际的需要，而将影像从广色域转到任何的色域中，以符合不同的国际色彩规格。因此，本发明可以适用于任何的显示器。

2.本发明仅是利用多维矩阵运算，例如三维矩阵运算，就可以将影像从广色域转换到预设色域中，因此本发明不需要太过复杂的计算。

3.本发明所产生的转换矩阵，可以依据影像在不同时间的饱和度的要求而自行调整。因此，本发明在影像从广色域转换到预设色域时，并不会牺牲其饱和度的表现。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (13)

1.一种影像处理电路，适于将一影像数据从一广色域转换至一预设色域，而该影像处理电路包括：

一输入单元，用以接收该影像数据，并获得组成该影像数据的多数个色彩信号值；

一第一乘法器，用以将该些色彩信号值乘以一转换矩阵，而获得多数个转换色彩信号值，以组成一显示影像；以及

一矩阵产生单元，用以产生该转换矩阵，其中该矩阵产生单元包括：一比较器，接收该些色彩信号值，并将该些色彩信号值中最大值输出；一加法器，用以计算该些色彩信号值的总和；一除法器，耦接该比较器和该加法器，用以将该些色彩信号值中最大值除以该些色彩信号值的总和，而获得一条件值；一运算单元，依据该条件值所介于的数值区间，而计算出一加权值；以及一第二乘法器，接收一运算矩阵，用以将该运算矩阵中至少部份的元素值乘以该加权值而获得该转换矩阵。

2.如权利要求1所述的影像处理电路，其特征在于，该第一转换矩阵为一多维矩阵。

3.如权利要求1所述的影像处理电路，其特征在于，该转换矩阵从左上到右下的主对角线上的元素值皆为1。

4.如权利要求1所述的影像处理电路，其特征在于，该运算矩阵为一多维矩阵。

5.如权利要求1所述的影像处理电路，其特征在于，该运算矩阵从左上到右下的主对角线上的元素值皆为1。

6.如权利要求1所述的影像处理电路，其特征在于，该第二乘法器是将该运算矩阵中，除了该运算矩阵从左上到右下的主对角线上的元素值外的元素值乘以该加权值，以获得该转换矩阵。

7.如权利要求1所述的影像处理电路，其特征在于还包括：

一延迟单元，接收该些色彩信号；以及

一选择器，耦接该第一乘法器和该延迟单元的输出，用以选择该些色彩信号和该些转换色彩信号二者其中之一输出，以获得该显示影像。

8.一种影像处理方法，包括：

获得组成一影像数据的多数色彩信号值；

根据该些色彩信号值而获得一转换矩阵；以及

将该些色彩信号值乘以该转换矩阵，而获得多数转换色彩信号值，以组成一显示影像，

其中获得该转换矩阵的步骤，包括：找出该些色彩信号值中的最大值；加总该些色彩信号值；将该些色彩信号中的最大值除以该些色彩信号的总和，而获得一条件值；依据该条件值所介于的数值区间而计算出一加权值；提供一多维运算矩阵；以及将该多维运算矩阵中除了主对角线外的其余元素值乘以该加权值，以获得该转换矩阵。

9.如权利要求8所述的影像处理方法，其特征在于，该第一转换矩阵为一多维矩阵。

10.如权利要求8所述的影像处理方法，其特征在于，该转换矩阵从左上到右下的主对角线上的元素值皆为1。

11.如权利要求8所述的影像处理方法，其特征在于，该转换矩阵的形式是由一使用者自行设计。

12.如权利要求8所述的影像处理方法，其特征在于，该多维运算矩阵从左上角到右下角的主对角线上的元素值皆为1。

13.如权利要求8所述的影像处理方法，其特征在于，获得该加权值的步骤，包括：

当该条件值大于0而小于一第一预设值时，则定义该加权值为0到1之间的渐增线性函数，其变数为该条件值；

当该条件值大于该第一预设值而小于一第二预设值时，则定义该加权值为1到0之间的渐减线性函数，其变数为该条件值；以及

当该条件值大于该第二预设值而小于1时，则使该加权值为0。

Images