CN101621702A - 色度和饱和度的自动调整方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种色度和饱和度的自动调整方法和装置。所述方法包括下列步骤：基于视频信号的Y、C_B和C_R值，计算每个像素点的色度值和饱和度值；基于所述色度值查找包括不同色度权重函数的色度－饱和度变化对照表，得到饱和度变化值，并且将增益参数和饱和度变化值相乘，得到基于色度调整的权重值；将最后得到的色度调整的权重值与值C_B，C_R分别相乘，得到调整后的C_B，C_R值，以便输出给显示设备进行显示。本发明采用增益调整算法针对任意颜色的饱和度进行任意程度调节，实现方法有效且灵活，提高数字视频图像的质量，满足用户对于视频质量的不同要求。

Description

色度和饱和度的自动调整方法和装置

技术领域

本发明涉及图像处理，具体地说涉及数字图像和视频信号的调节处理。

背景技术

通常视频信号的颜色都可用基于笛卡尔坐标的RGB三维空间表示，红(R)，绿(G)，蓝色(B)三基色的组合可构成任意颜色。不透明物体的颜色依赖于它所反射光的波长；例如，红色物体显示红色是由于它只反射产生红光的波段；当不透明物体反射所有波段时，该物体是白色；相反当该物体吸收所有波段则表现为黑色。然而由于信号带宽的需求，现实中视频信号RGB表示法并不十分有效。在标清SD和高清HD电视系统里，视频信号通常表示为数字分量形式(YC_BC_R)。YC_BC_R分别代表亮度分量(Y)和两个色度分量(C_BC_R)。亮度分量包含视频的亮度信息，色度分量包含视频的颜色信息，数字分量值(Y，C_B，C_R)与(R，G，B)相互均可通过函数表示式进行转换以便于显示设备的显示。为了描述颜色的特征，通常使用色度，饱和度和强度特性，色度代表其颜色属性，饱和度给出了纯色被白光稀释的程度，强度代表该单色图像的亮度。

对于电视和图像显示，通常需要将来自源视频的信号进行色度和饱和度的调整，或对经过对比度调整的视频信号进行基于色度的饱和度的补偿。一种传统的调节方法需要将YC_BC_R的坐标空间进行固定角度的旋转后得到新的坐标系统YIQ，然后针对调整区域进行调整。该方法需要在新坐标中对需要调整区域进行扇形划分，极大增加硬件成本且实现较困难，不适合应用在电视芯片设计当中。

发明内容

本发明的目的在于提供能够克服以上问题的调整方法和装置。

根据本发明的第一方面，提供一种色度和饱和度的自动调整方法，包括下列步骤：基于视频信号的Y、C_B和C_R值，计算每个像素点的色度值和饱和度值；基于所述色度值查找包括不同色度权重函数的色度-饱和度变化对照表，得到饱和度变化值，并且将增益参数和饱和度变化值相乘，得到基于色度调整的权重值；将最后得到的色度调整的权重值与值C_B，C_R分别相乘，得到调整后的C_B，C_R值，以便输出给显示设备进行显示。

根据本发明的第二方面，提供一种自动色度和饱和度调整装置，它包括：色度和饱和度产生模块，基于视频信号的Y、C_B和C_R值，计算色度值和饱和度值；色度权重值产生模块，基于所述色度值查找包括不同色度权重函数的色度-饱和度变化对照表，得到饱和度变化值，并且将增益参数和饱和度变化值相乘，得到基于色度调整的权重值；色度饱和度调整模块，将得到的色度调整的权重值与色度分量C_B，C_R分别相乘，得到调整后的C_B，C_R值，以便输出给显示设备进行显示。

本发明还适用于RGB视频信号的色度和饱和度自动调整。

本发明采用增益调整算法针对任意颜色的饱和度进行任意程度调节，实现方法有效且灵活，提高数字视频图像的质量，满足用户对于视频质量的不同要求。

附图说明

下面将参照附图对本发明的具体实施方案进行更详细的说明，附图中：

图1为自动色度和饱和度调整装置的结构示意图；

图2为自动色度和饱和度调整的流程图；

图3为YC_BC_R色度空间；

图4为基于色度的饱和度变化规律图。

具体实施方式

图1为根据本发明的一个实施例的自动色度和饱和度调整装置。如图1所示，该装置包括亮度增益产生模块，色度和饱和度产生模块，色度权重值产生模块与色度饱和度调整模块。

亮度增益产生模块用于对经过对比度调节后的亮度调节。经过对比度调节后的视频信号，如果没有进行色彩饱和度补偿，就会导致图像看起来像被“漂白”或“过暗”。亮度增益产生模块通过对源视频信号与对比度增强后的视频信号进行比较，计算出其亮度增强因子，以便对图像进行亮度调节。然而对于无需对比度调整的模块，可以将亮度增益因子设置为1。由于受到亮度最大值的限制，若亮度增益值大于亮度增益最大值，则选用最大亮度增益值；若小于亮度增益最大值，则选用当前的增益值。

色度和饱和度产生模块用于视频信号从RGB空间转化为YC_BC_R空间后，将C_B，C_R分量的色度和饱和度计算出来，色度代表该视频的颜色范围，饱和度代表该视频的色度丰富程度。通过该模块，能确定需要调整的颜色范围以及饱和度调整后图像的饱和度变化值，饱和度变化值可以供后帧图像处理参考用。

在色度权重值产生模块中，通过不同颜色饱和度的变换规律，产生色度权重函数，进而产生色度权重值。预先选取0度，品红(61度)，红色(103度)，黄色(167度)，绿色(241度)，青绿色(283度)，蓝色(247度)，360度颜色和饱和度变化比例规律，根据基于色度的饱和度变化规律产生色度权重函数(即，色度-饱和度变化)的查找表。色度权重值产生模块基于之前确定的色度，可以查表得到对应的色度权重函数；然后通过增益参数、色度权重函数和亮度增益因子产生色度调整用的权重值；该其权重值的最大值由最大权重限制模块限制，如果大于最大权重值，则选用最大权重值，如果小于最大权重值，则使用当前权重值。

色度饱和度调整模块将最后得到的色度权重值与色度分量C_B，C_R分别相乘，得到调整后的C_B，C_R分量，以便由YC_BC_R分量转化为RGB分量，输出给显示设备进行显示。

图2为本发明的一个实施例的调整流程图。

首先，输入经过对比度调整后的源视频信号并且进行缓冲。然后，针对经过对比度调整后的视频信号，计算其亮度变化增益，亮度增益因子Y_gain＝整幅视频图像对比度调整后的平均亮度值(aver_y_aft)/调整前的平均亮度值(aver_y_before)。由于YC_BC_R中亮度分量Y的取值范围是例如16-235，所以最大亮度调整因子Y_max_gain＝107/max(abs(y-128))。当计算出的亮度增益因子大于最大亮度调整因子，则选用最大亮度调整因子Y_max_gain；当小于最大调整因子，则选用计算值Y_gain。

接下来，将视频信号利用RGB与YC_BC_R的转换公式，将视频信号从RGB空间转化为YC_BC_R分量形式，

Y＝0.299*R+0.587*G+0.114*B

C_B＝-0.172*R-0.339*G+0.511*B+128

C_R＝0.511*R-0.428*G-0.083*B+128。

基于Y、C_B和C_R值，按照公式Hue＝θ＝atan(cr/cb)

$\mathrm{Saturation}=\mathrm{\ρ}=\sqrt{{\mathrm{cb}}^2+{\mathrm{cr}}^2}$ 计算出色度值Hue和饱和度值Saturation，其中cr＝C_R-128，cb＝C_B-128。由于C_B，C_R分量的取值范围为例如16-240，值128代表C_B，C_R分量的零色度值。所以在进行计算时先将源视频色度分量值C_B，C_R减去128，色度最大值为112。按照cb，cr的符号确定色度所处的位置，若cb为正，cr为正，色度区域在第一象限；若cb为正，cr为负，色度区域在第二象限；若cb为负，cr为负，色度区域在第三象限；若cb为负，cr为正，色度区域在第四象限。并根据所处的象限位置大致确定图像所属色度范围的区域。图3为YC_BC_R色度空间。

基于源视频信号的色度查找色度-饱和度变化对照表，得到饱和度变化值。通过分析随着色度变化饱和度的变换规律，选取0度，品红(61度)，红色(103度)，黄色(167度)，绿色(241度)，青绿色(283度)，蓝色(247度)，360度，这8个点典型颜色的色度(可以取更多色度点，点越多越逼近)，分析随着色度变化饱和度的变换规律，根据相邻两个色度点(x1，y1)和(x2，y2)计算函数表达式Lut_weight_1～6，该表达式可作为不同色度权重函数的查找表。图4为基于色度的饱和度变化规律示意图。根据源视频信号的色度范围查找色度-饱和度变化对照表，基于和色度对应的色度权重函数，获得饱和度变化值。

定义用户可配置的增益参数weight_gain。该参数可以根据本幅图像饱和度调整前的平均饱和度和上一整幅图像饱和度调整后的平均饱和度之比ratio进行调节。若aver_satu_bef＞aver_satu_aft，则比值ratio＝abs(aver_satu_aft/aver_satu_bef)，若aver_satu_bef＜aver_satu_aft，则ratio＝abs(aver_satu_bef/aver_satu_aft)。weight_gain的可调范围在比值ratio值为中心的±0.5附近。若增加要调整像素的饱和度，则向正的方向调节weight_gain的大小；若减小要调整像素的饱和度，则向负的方向调节weight_gain的大小。

将增益参数与权重函数相乘，得到基于色度的权重值。在一个例子中，基于色度的权重值Weight_hue＝gain1+(weight_gain*(Lut_weight-gain1))。该权重值与亮度增强因子相乘，得到基于色度调整的权重值。在一个例子中，

cs_gain_fnal＝gain2+(Weight_hue*(Y_gain)-gain2))    (1)。

式中gain1参数由对应权重函数最大值确定。gain2参数由Y_gain值确定。

当无亮度变化的饱和度调节

cs_gain_fnal＝gain2+(Weight_hue*(Y_gain)-1)，   (2)

其中，Y_gain的值为1。

对得到的色度调整权重值进行限幅，由于色度的最大值为例如112，所以最大色度调整权重值cs_max_gain＝112/max(abs(cb-128)，abs(cr-128))。当计算得到的色度权重值cs_gain_fnal大于最大权重值，则选用cs_max_gain，当小于最大权重值，则仍选用cs_gain_fnal。

将最后得到的色度权重值与原始色度分量C_B，C_R分别相乘，得到调整后的C_B，C_R分量。通过调整后的C_B，C_R分量，可以计算出饱和度，得到饱和度的变化。

最后得到的C_B，C_R分量加上128，再经过最大值255和最小值0限幅后，按照转换式，

R＝Y+1.371*(C_R-128)

G＝-0.336(C_R-12)+Y-0.698(C_R-128)

B＝1.732*(C_B-128)+Y

将YC_BC_R转化为RGB分量，输出给显示设备进行显示。

显而易见，在此描述的本发明可以有许多变化，这种变化不能认为偏离本发明的精神和范围。因此，所有对本领域技术人员显而易见的改变，都包括在本权利要求书的涵盖范围之内。

Claims (10)

1.一种色度和饱和度的自动调整方法，包括下列步骤：

基于视频信号的Y、C_B和C_R值，计算每个像素点的色度值和饱和度值；

基于所述色度值查找包括不同色度权重函数的色度-饱和度变化对照表，得到饱和度变化值，并且将增益参数和饱和度变化值相乘，得到基于色度调整的权重值；

将最后得到的色度调整的权重值与值C_B，C_R分别相乘，得到调整后的C_B，C_R值；以便输出给显示设备进行显示。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述方法包括当计算出的亮度增益因子大于最大亮度调整因子时，选用最大亮度调整因子的步骤。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于色度-饱和度变化对照表是通过选取0度，品红61度，红色103度，黄色167度，绿色241度，青绿色283度，蓝色247度和360度这8个点典型颜色的色度，分析随着色度变化饱和度的变换规律而得到的。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括根据整幅图像调整前的平均饱和度和调整后的平均饱和度之比调节增益参数。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于包括对得到的色度调整的权重值进行限幅的步骤。

6.如权利要求1所述的方法，包括将视频信号从RGB空间转化为YC_BC_R值；还包括将调整后的YC_BC_R值转化为RGB值的步骤。

7.如权利要求1所述的方法，其中所述将增益参数和饱和度变化值相乘得到基于色度调整的权重值的步骤包括将增益参数、饱和度变化值与亮度增强因子相乘，得到基于色度调整的权重值。

8.一种自动色度和饱和度调整装置，包括：

色度和饱和度产生模块，基于视频信号的Y、C_B和C_R值，计算色度值和饱和度值；

色度权重值产生模块，基于所述色度值查找包括不同色度权重函数的色度-饱和度变化对照表，得到饱和度变化值，并且将增益参数和饱和度变化值相乘，得到基于色度调整的权重值；

色度饱和度调整模块，将得到的色度调整的权重值与色度分量C_B，C_R分别相乘，得到调整后的C_B，C_R值，以便输出给显示设备进行显示。

9.如权利要求8所述的装置，其中色度和饱和度产生模块将视频信号从RGB空间转化为YC_BC_R值；色度饱和度调整模块将调整后的YC_BC_R值转化为RGB值。

10.如权利要求8所述的装置，其中包括亮度增益产生模块，用于产生亮度增益因子；所述色度权重值产生模块包括将增益参数、饱和度变化值与亮度增强因子相乘，得到基于色度调整的权重值。

Images