CN101754030A - 一种激光电视的色域扩展映射系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种激光电视的色域扩展映射系统及其方法。它方法简便，可充分体现激光显示设备宽色域，其方法为：1)由RGB颜色立方体表面均匀取样，并按设定顺序存储；2)计算取样点在PAL制式彩电标准色域下和在激光显示色域下的CIELUV值，形成两个色域边界；3)将RGB空间均匀分成16x16x16个小立方体，计算各小立方体顶点的CIELUV值；在CIELUV空间中，求解输入颜色点与明度轴中点确定的直线与两色域边界的交点；4)由两交点的比值确定拉伸的比例；5)把拉伸过的LUV值转换成激光显示设备的RGB驱动值；6)将小立方体顶点的映射值，即求得的激光显示设备的RGB驱动值存入三维查找表中，构建起色域映射系统，并对任意输入的RGB值通过查表和插值的方式实现色域扩展映射。

Description

一种激光电视的色域扩展映射系统及其方法

技术领域

本发明属于视频显示领域，是一种激光电视的色域扩展映射系统及其方法。

背景技术

彩电、显示器等设备的彩色呈现都是基于红绿蓝三基色合成原理，一组给定的基色可以还原出的色彩在以三基色所在的点为顶点的三角形区域内。目前三基色的选择只有有限的几个国际标准。

激光电视以其色域宽、色彩表现能力强等优点，有着广阔的发展前景。但是激光显示采用的激光三基色与现有视频标准采用的三基色不同，二者差别比较大，激光显示系统的色域也比现有视频标准的色域大很多。直接用现有的视频信号驱动激光显示系统，不仅不能体现激光显示设备的宽色域优势，还会出现颜色偏差和混乱。

发明内容

为解决上述问题，使激光电视能够在兼容现有视频标准的基础上体现其色彩表现优势，本发明提供一种具有结构简单，使用方便，可充分体现激光显示设备宽色域等优点的激光电视的色域扩展映射系统及其方法。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种激光电视的色域扩展映射方法，用于激光电视的色域映射中，它的步骤为：

1)由RGB颜色立方体表面均匀取样，并按设定顺序存储；

2)计算取样点在PAL制式彩电标准色域色域标准下和在激光显示色域下的CIELUV值，形成两个色域边界；

3)将RGB空间均匀分成16x16x16个小立方体，计算各小立方体顶点的CIELUV值；在CIELUV空间中，求解输入颜色点(即各立方体顶点)与明度轴中点(LUV值为(50，0，0))确定的直线与两色域边界的交点；

4)由两交点的比值确定拉伸的比例；

5)把拉伸过的LUV值转换成激光显示设备的RGB驱动值；

6)将小立方体顶点的映射值，即求得的激光显示设备的RGB驱动值存入三维查找表中，构建起色域映射系统；对任意输入的RGB值通过查表和插值的方式实现色域扩展映射。

所述步骤1)，将R、G、B三个变量的其中之一设定为0或100％，然后按设定的步长均匀的改变另外两个变量的值；取样点在RGB空间中均匀分布在六个平面上，每个平面上的取样点可构成一系列三角形，把取样点按三角形的顺序每三个点一组进行存储。

所述步骤2)中，色域边界的形成过程是：按照色度学原理，分别求出PAL制式下的显示设备和激光显示设备从RGB空间到XYZ空间的转换矩阵；利用矩阵求出步骤1)中取样点的XYZ值，进而由CIE1976LUV颜色空间坐标参数的计算公式求得取样点的CIELUV值，按步骤1)中取样点存储的顺序进行存储，得到一系列三角形的顶点值，这些三角形构成的闭合面即形成色域边界。

所述步骤3)中，求解交点的过程为：将步骤2)中的每三个点为一组存储的LUV值与明度轴中点即LUV值为(50，0，0)形成一系列四面体的4个顶点；查找取样点所在的四面体，确定出取样点所在的直线与构成色域边界的哪一个三角形相交从而得出交点。

一种激光电视的色域扩展映射系统，包括RGB信号输入装置，RGB信号输入装置与数据轮转分发器连接，数据轮转分发器分别与查表模块I、三维查找表模块、查表模块II连接，查表模块I和查表模块II也与三维查找表模块连接；查表模块I与插值模块I连接，查表模块II与插值模块II连接，三维查找表模块、插值模块I和插值模块II均与数据轮转接收器连接；数据轮转分发器完成对输入数据的分流；各查表、插值模块进行色彩的映射；数据轮转接收器对映射后的值进行重组；三维查找表模块中存放扩展映射后的RGB值。

所述数据轮转分发器主要由D触发器和两个24bit锁存器组组成，D触发器的两个输出端分别接两个锁存器组的时钟输入端，使锁存器组按时钟信号对输入信号进行交替采样并保持，从而达到数据分流的目的。

所述数据轮转接收器由二选一数据选择器和锁存器组成。

所述RGB信号输入装置为DVI接收器SII1161。

所述三维查找表模块为双端口RAM。

本发明在使用时，首先在RGB空间均匀取样，并对取样点按前述色域扩展映射方法进行色域扩展映射，将得到的数据存入查找表中；然后利用生成的查找表构建色域映射系统，对任意输入的RGB数据通过查找和插值的方式实现整个色域的映射。

色彩映射系统包括RGB信号输入装置、数据轮转分发器、查找表、2个查找模块、2个插值模块和数据轮转接收器。数据轮转分发器对输入值进行分流，降低查找、插值模块的运算负荷，同时提高系统的稳定性。采用两套查表、插值模块，保证系统的运算速度和实时性。查找表为双端口RAM。数据轮转接收器以系统时钟为依据，将两路信号合并为一路。

本发明的有益效果是：运算量小，实时性好，显示效果好，能够实现现有标准色域到激光显示色域的扩展映射，可以使映射前后颜色色调基本保持不变，同时充分体现激光电视高饱和颜色、宽色域的特点。

附图说明

附图1为色域边界取样点三角形构造示意图。

附图2为本发明的基于CIELUV空间的色域扩展映射算法原理框图。

附图3为插值算法示意图。

附图4为本发明的激光电视色域扩展映射系统结构框图。

其中，1.RGB信号输入装置，2.数据轮转分发器，3.查表模块I，4.三维查找表模块，5.查表模块II，6.数据轮转接收器，7.插值模块I，8.插值模块II。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

一种激光电视的色域扩展映射方法，它的步骤为：

步骤1)对RGB颜色立方体表面进行取样。

将R、G、B三个变量的其中之一设定为0或最大值，然后按设定的步长(取最大值的1/16)均匀的改变另外两个变量的值；取样点在RGB空间中均匀分布在六个平面上，每个平面上的取样点可构成一系列三角形。

三角形的构造过程如下，以R＝0平面为例，R分量为0，G、B分量以16为步长、在0-255范围内均匀取样，得到的256个取样点。如图所示，点(0，0，0)、(0，0，16)、(0，16，0)、(0，16，16)构成两个三角形，依此类推，R＝0平面上的取样点可构成512个三角形。同理可构造出R＝255平面、G＝0平面、G＝255平面、B＝0平面和B＝255平面上的三角形。

按照三角形的先后顺序，三个顶点为一组对取样点进行存储；

步骤2)计算取样点的CIELUV值。首先，按照色度学原理，分别求出PAL制式下的显示设备和激光显示设备从RGB空间到CIEXYZ空间的转换方程；然后，对步骤1)中取样点的RGB值进行归一化，并利用转换方程求出XYZ值，进而由CIE1976LUV颜色空间坐标参数的计算公式求得其CIELUV值；最后，将求得的CIELUV值按步骤1)中取样点存储的顺序进行存储，得到一系列三角形的顶点值，这些三角形构成的闭合面即形成色域边界。

已知颜色系统三基色的色度坐标，利用色度学中颜色系统间的原色转换原理，即可求出一定标准下的RGB空间向CIEXYZ系统(空间)的转换关系，确定转换方程。

PAL制式下的显示设备从RGB空间到CIEXYZ空间的转换方程为：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}0.430& 0.342& 0.178\\ 0.222& 0.707& 0.071\\ 0.020& 0.130& 0.939\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)---\left(1\right)$

激光显示设备三基色的色度坐标可由激光原色的波长查表(CIE1931标准色度观察者色度坐标表)得到。例如，当红绿蓝三基色波长分别采用635nm、532、465nm时，激光显示设备RGB空间向CIEXYZ空间的转换方程为：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}0.6267& 0.1491& 0.1742\\ 0.2510& 0.6978& 0.0513\\ 0& 0.0291& 1.0599\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)---\left(2\right)$

CIE1976LUV颜色空间坐标参数的计算公式为：

L＝116(Y/Y₀)^1/3-16，Y/Y₀＞0.008856

L＝903.3(Y/Y₀)，Y/Y₀≤0.008856

U＝13L(u′-u′₀)    (3)

V＝13L(v′-v′₀)

其中， $u^{\′}=\frac{4X}{X+15Y+3Z},$ $v^{\′}=\frac{9Y}{X+15Y+3Z},$ $u_0^{\′}=\frac{4X_0}{X_0+{15Y}_0+{3Z}_0},$ $v_0^{\′}=\frac{9Y_0}{X_0+{15Y}_0+{3Z}_0}$ 式中X、Y、Z为某一颜色的CIEXYZ三刺激值，X₀、Y₀、Z₀为CIE标准照明体照射在完全漫反射体上，再经过完全漫反射体反射到观察者眼中的白色刺激的三刺激值，其中Y₀＝100。

步骤3)在CIELUV空间中进行激光电视的扩展。计算输入RGB值的CIELUV值；在CIELUV空间中，由输入点与明度轴中点(CIELUV值为(50，0，0))确定一条直线；求出该直线与标准色域(此处为PAL制式标准色域，如果是NTSC制式下的信号，则为NTSC标准色域)和激光显示色域色域边界的交点S(L_S，U_S，V_S)和D(L_D，U_D，V_D)，即先查找直线与色域边界中的哪一个三角形面片相交(对色域边界中的所有三角形面片逐个按式(4)进行计算，即可确定直线与哪个三角形面片相交)，然后通过求解由直线方程和三角形平面方程确定的方程组，得到色域边界交点。

判断直线与色域边界中的三角形面片是否相交的方法为：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}\\ \mathrm{\β}\\ \mathrm{\γ}\end{array}\right)={\left(\begin{array}{ccc}{L}_1-L_0& L_2-L_0& L_3-L_0\\ U_1-U_0& U_2-U_0& U_3-U_0\\ V_1-V_0& V_2-V_0& V_3-V_0\end{array}\right)}^{-1}\left(\begin{array}{c}{L}_{\mathrm{in}}-L_0\\ U_{\mathrm{in}}-U_0\\ V_{\mathrm{in}}-V_0\end{array}\right)---\left(4\right)$

当α＞0，β＞0，γ＞0，且α+β+γ≤1时，输入颜色点与明度轴中点确定的直线与点(L₁，U₁，V₁)、(L₂，U₂，V₂)、(L₃，U₃，V₃)构成的三角形面片相交。式中，(L₀，U₀，V₀)为明度轴中点(50，0，0)，(L_in，U_in，V_in)是输入RGB值的CIELUV值，(L₁，U₁，V₁)、(L₂，U₂，V₂)、(L₃，U₃，V₃)为色域边界中某一三角形面的三个顶点。

由交点D和交点S的比值确定扩展的比例，按式(5)进行扩展：

$L_{\mathrm{out}}=L_{\mathrm{in}}\×\frac{L_D}{L_S}$

$U_{\mathrm{out}}=U_{\mathrm{in}}\×\frac{U_D}{U_S}---\left(5\right)$

$V_{\mathrm{out}}=V_{\mathrm{in}}\×\frac{V_D}{V_S}$

式(5)中，L_in、U_in、V_in和L_out、U_out、V_out分别为扩展映射前后的CIELUV值。L_D、U_D、V_D和L_S、U_S、V_S分别为步骤2)中求出的交点D和S在CIELUV空间中的坐标。

步骤4)将扩展后的CIELUV值转换为激光显示设备的RGB刺激值。首先，由CIELUV值求出XYZ值。对CIE1976LUV颜色空间坐标参数的计算公式进行转化，得到CIELUV值向XYZ值的转换公式，代入CIELUV值即求得XYZ值。

由激光显示设备RGB空间向CIEXYZ空间的转换方程可得，CIEXYZ值向激光显示设备RGB值的转换方程为：

$\left(\begin{array}{c}R\\ G\\ B\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}1.7401& -0.3606& 0.2685\\ -0.6272& 1.5659& 0.0273\\ 0.0172& -0.0430& 0.9427\end{array}\right)\·\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)---\left(6\right)$

将求得的XYZ值代入式(6)即求得扩展映射后的激光显示设备RGB刺激值。

如图4所示，本发明的激光电视的色域扩展映射系统包括RGB信号输入装置1、数据轮转分发器2、查表模块I3、查表模块II5、三维查找表模块4、插值模块I7、插值模块II8和数据轮转接收器6。数据轮转分发器2完成对输入数据的分流；各查表、插值模块进行色彩的映射；数据轮转接收器6对映射后的值进行重组；查找表中存放扩展映射后的RGB值。

本发明采用查表和插值的方式实现色域映射，其原理为：首先将RGB空间均匀分成16×16×16个小立方体，对各小立方体的顶点进行色域映射，并将得到的映射值存入查找表；小立方体内的点可以通过对该立方体顶点线性插值的方式进行映射，从而实现整个RGB空间的映射。

对任意输入的RGB值，首先确定其所在的小立方体。R、G、B输入值的高四位可确定该点所在的小立方体，并且可直接确定立方体顶点在三维查找表中的索引值。点P(Rin，Gin，Bin)所在的八个立方体顶点在查找表中的索引值分别为：(R，G，B)，(R+1，G，B)，(R，G+1，B)，(R+1，G+1，B)，(R，G，B+1)，(R+1，G，B+1)，(R+1，G+1，B+1)，(R，G+1，B+1)，其中R＝Rin[7:4]，G＝Gin[7:4]，B＝Bin[7:4]。

由索引值查表可得到输入点所在立方体顶点的映射值，进而通过插值求得输入点的映射值。

附图3为RGB空间中的一个小立方体，查找表中存储有H、I、J、K、L、M、N、O八个顶点的映射值H’、I’、J’、K’、L’、M’、N’、O’。对于此立方体内部点P(R_in，G_in，B_in)的映射值P’，可由H’、I’、J’、K’、L’、M’、N’、O’和R_in[3:0]、G_in[3:0]、B_in[3:0]按式7求出。

R_HI＝(R_H′×(16-r)+R_I′×r)/16         (7-1)

R_KJ＝(R_K′×(16-r)+R_J′×r)/16         (7-2)

R_HIJK＝(R_HI×(16-r)+R_KJ×r)/16         (7-3)

式中，R_HI、R_KJ、R_HIJK为附图1中点HI、KJ、HIJK的R值；R_H′、R_I′、R_J′、R_K′分别为点H’、I’、J’、K’的R值；r为R_in的低四位，即R_in[3:0]。

同理可求得，R_LMNO，于是得到，P(R_in，G_in，B_in)的映射值P’的R分量为：

R_P′＝(R_HIIK×(16-r)+R_LMNO×r)/16            (7-4)

同理可得P’的G分量和B分量。

数据轮转分发器2主要由D触发器和两个24bit锁存器组组成。D触发器的两个输出端分别接两个锁存器组的时钟输入端，使锁存器组按时钟信号对输入信号进行交替采样并保持，从而达到数据分流的目的，使两套查表、插值模块并行工作，提高系统的运算速度和稳定性。

查表模块I3、查表模块II5提取输入RGB值的高四位，并计算出输入值所在立方体的顶点的索引值，并访问查找表获得立方体顶点的映射值。

插值模块I7、插值模块II8对输入值按照上述原理进行插值计算，获得输入值的映射值。

数据轮转接收器6由二选一数据选择器和锁存器组(24bit)组成，对处理后的两路数据进行重组，系统能够实时地进行现有视频标准色域向激光显示色域的映射。

三维查找表模块4为双端口RAM，其中三维查找表中的数据是对RGB颜色空间进行均匀采样并对采样点按前述的色域扩展映射方法进行映射得到的。

查表模块I3、查表模块II5、插值模块I7和插值模块II8可采用可编程逻辑器件Altera公司的Cyclone IIFPGA芯片来实现。

Claims (9)

1.一种激光电视的色域扩展映射方法，用于激光电视的色彩管理中，其特征是，它的步骤为：

1)由RGB颜色立方体表面均匀取样，并按设定顺序存储；

2)计算取样点在PAL制式彩电标准色域下和在激光显示色域下的CIELUV值，形成两个色域边界；

3)将RGB空间均匀分成16×16×16个小立方体，计算各小立方体顶点的CIELUV值；在CIELUV空间中，求解输入颜色点(即各立方体顶点)与明度轴中点(LUV值为(50，0，0))确定的直线与两色域边界的交点；

4)由两交点的比值确定拉伸的比例；

5)把拉伸过的LUV值转换成激光显示设备的RGB驱动值；

6)将小立方体顶点的映射值，即求得的激光显示设备的RGB驱动值存入三维查找表中，构建起色域映射系统；对任意输入的RGB值通过查表和插值的方式实现色域扩展映射。

2.如权利要求1所述的激光电视的色域扩展映射方法，其特征是，所述步骤1)，将R、G、B三个变量的其中之一设定为0或100％，然后按设定的步长均匀的改变另外两个变量的值；取样点在RGB空间中均匀分布在六个平面上，每个平面上的取样点可构成一系列三角形，把取样点按三角形的顺序每三个点一组进行存储。

3.如权利要求1所述的激光电视的色域扩展映射方法，其特征是，所述步骤2)中，色域边界的形成过程是：按照色度学原理，分别求出PAL制式下的显示设备和激光显示设备从RGB空间到XYZ空间的转换矩阵；利用矩阵求出步骤1)中取样点的XYZ值，进而由CIE1976LUV颜色空间坐标参数的计算公式求得取样点的CIELUV值，按步骤1)中取样点存储的顺序进行存储，得到一系列三角形的顶点值，这些三角形构成的闭合面即形成色域边界。

4.如权利要求1所述的激光电视的色域扩展映射方法，其特征是，所述步骤3)中，求解交点的过程为：将步骤2)中的每三个点为一组存储的LUV值与明度轴中点即LUV值为(50，0，0)形成一系列四面体的4个顶点；查找取样点所在的四面体，确定出取样点所在的直线与构成色域边界的哪一个三角形相交从而得出交点。

5.一种权利要求1所述激光电视的色域扩展映射方法用系统，其特征是，它包括RGB信号输入装置，RGB信号输入装置与数据轮转分发器连接，数据轮转分发器分别与查表模块I、三维查找表模块、查表模块II连接，查表模块I和查表模块II也与三维查找表模块连接；查表模块I与插值模块I连接，查表模块II与插值模块II连接，三维查找表模块、插值模块I和插值模块II均与数据轮转接收器连接；数据轮转分发器完成对输入数据的分流；各查表、插值模块进行色彩的映射；数据轮转接收器对映射后的值进行重组；三维查找表模块中存放扩展映射后的RGB值。

6.如权利要求5所述的激光电视的色域扩展映射方法用系统，其特征是，所述数据轮转分发器主要由D触发器和两个24bit锁存器组组成，D触发器的两个输出端分别接两个锁存器组的时钟输入端，使锁存器组按时钟信号对输入信号进行交替采样并保持，从而达到数据分流的目的。

7.如权利要求5所述的激光电视的色域扩展映射方法用系统，其特征是，所述数据轮转接收器由二选一数据选择器和锁存器组成。

8.如权利要求5所述的激光电视的色域扩展映射方法用系统，其特征是，所述RGB信号输入装置为DVI接收器SII1161。

9.如权利要求5所述的激光电视的色域扩展映射方法用系统，其特征是，所述三维查找表模块为双端口RAM。

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