CN1025275C - 视频信号灰度校正器 - Google Patents

Abstract

用于电视接收机的视频信号灰度校正器中，给常数——乘法电路加上检查表存储器的输出，由加法器将常数——乘法电路和检查表操作电路的输出信号相加，其结果置入检查表存储器。此外，在检查表操作电路的输出端和常数——乘法电路的系数控制端之间有一个视频景象变化检测电路，根据视频景象变化来改变常数——乘法电路的一个系数。

Description

本发明涉及一种用于校正电视接收机、录像机或类似产品中的视频信号灰度等级的灰度校正器。

近些年来，随着彩色电视接收机屏幕增大以及改善图像质量所需要的，特别是为了通过使视频信号经非线性放大器来校正该视频信号的灰度以便扩大在监示器上图像的动态范围，为了提供一幅更加清晰的图像，灰度校正器就显得非常重要。

图5为本发明之前提出的灰度校正器的方框图。在图5中，数字1表示用于将输入亮度信号转换成数字量的模/数转换器。数字2表示用于取得输入亮度信号的亮度分布的一个直方图存储器。通常，亮度电平进入存储器2的一个地址，频率则作为其数据进入。数字3表示一个直方图操作电路，它用来确定来自直方图存储器2数据的输入亮度信号的平均值、方式值、最小值、最大值、偏差系数、白色区域、黑色区域、等等，并根据已确定的值计算限制器电平、相加值、累加开始亮度电平、累加停止亮度电平、最大输出亮度电平等控制数据，将控制值输出至一个限幅器/加法器电路5、一个累加控制寄存器电路6和一个归一化控制器电路7。根据自直方图操作电路3传送来的数据，限幅器/加法器电路5对直方图数据加以限制，使它不会超过某个水准，并进行加法运算。通常，当地址被访问一次，即完成由限幅器/加法器电路5进行的数据处理。根据累加开始和停止亮度 电平开始和停止累加过程，以决定一个累加的直方图，累加开始和停止亮度电平的控制数据自直方图操作电路3传送至累加控制寄存器电路6，该电路又再控制一个直方图累加电路8。直方图累加电路8根据来自累加控制寄存器电路6的一个控制信号对来自直方图存储器2的经处理的数据进行累加。数字9表示用于将直方图累加电路8的累加结果存储在内的累加直方图存储器。通常，输入亮度电平进入存储器9的一个地址，一个经校正的输出亮度电平作为其数据进入。在将累加直方图数据规范化以产生一个检查表的过程中，在归一化后一个输出亮度信号的最大亮度电平自直方图操作电路3向归一化控制寄存器电路7提供，归一化控制寄存器电路7按照最大亮度电平值来控制一个归一化系数。数字10表示一个检查表操作电路，它根据归一化控制寄存器电路7的一个输出信号将累加直方图存储器9的数据归一化。数字11表示用于存储经检查表操作电路10归一化的数据的检查表存储器。通常输入亮度电平进入存储器11的一个地址，输出亮度电平作为其数据进入。数字12表示一个定时控制电路，它给各种操作和存储器控制排顺序。数字13表示一个数/模转换器，通过它将利用检查表校正的、以数字量表示的一个输出亮度信号被转换成一个模拟量。

下面解释具有上述结构的灰度校正器的工作过程。图6A至图6F展示了各个部分的工作波形。

首先，一个输入亮度信号a被输入至模/数转换器1，并由此转换成数字量，该数字量又再作为一个经转换的输入亮度信号b被输出。经转换的输入亮度信号b被视为直方图存储器2的一个地址，数据由限幅器/加法器电路5处理。通过在一次垂直扫描间隔期间进行 这一操作，是可能获得输入亮度信号a的一个直方图分布的。直方图分布见图6A。

接着，包括直方图分布在内的直方图存储器2的数据由直方图操作电路3读出，该电路又再计算输入亮度信号的平均值、方式值、最小值、最大值、偏差系数、白色区域、黑色区域，等等。根据上述计算的结果，直方图操作电路3进一步确定限幅器电平、相加值、累加开始亮度电平、累加停止亮度电平、在归一化后最大亮度电平等控制数据，并传送经确定的数据，以便去控制限幅器/加法器5、累加控制寄存器电路6和规范化控制寄存器电路7。

随后，限幅器/加法器电路5从直方图存储器2读出数据，根据由直方图操作电路3传送来的每个数据为一已读出的数据做一次限幅（见图6B）和加法运算或类似的工作，并将结果（或经校正的直方图数据c）输出到直方图累加电路8（见图6C）。在相加值是固定的情况下，当相加值较大些时，一个累加的曲线变得更近似于一条直线，而当相加值较小些时，则接近一个直方图的平坦部分（见图6C和图6D）。

根据累加控制寄存器电路6提供的累加开始亮度电平和累加停止亮度电平，直方图累加电路8用在累加开始和停止电平之间的一个范围内的经校正的直方图数据c计算出累加直方图数据f，并将计算结果存入累加直方图存储器9。

接着，检查表操作电路10从累加直方图存储器9读出累加直方图数据，以确定一个规范化系数，这样累加直方图数据g的最大值就成为由归一化控制寄存器电路7供给的最大输出亮度电平h。检查表操作电路10利用经确定的归一化系数对所有的累加数据g进行运算， 并使检查表存储器11存储结果i。如果最大输出亮度电平得到控制，就可能进行如自动对比度控制（ACL）或自动亮度控制（ABL）这样的操作，见图6E。

随后，用经转换的输入亮度信号b作为一个地址，读出在检查表存储器11的数据，并且被读出的数据作为一个经校正的输出亮度信号j被输出。图6F展示了经校正的输出亮度信号j的一个直方图。数/模转换器13在将经校正的输出亮度信号j转换成一个模拟信号k后再将它输出。

定时控制电路12控制各个电路的工作，以使各部分工作在上述时间内。（例如，参看本发明申请人申请的日本专利申请，申请号为（Hei）1-265393（JP-A-3-126，377），发明名称为“灰度校正器”）。

然而，在灰度校正器的上述结构中，由于由直方图操作电路确定的每一控制信号是在一个垂直扫描间隔由直方图分布确定的一个瞬时值，这就产生一个问题：由于包括在一个视频信号中的噪声或类似干扰，该控制信号值变化极大，结果经校正的输出亮度信号发生波动。

本发明的目的是要解决上述问题，它提供能进行平稳校正，而使经校正的输出亮度信号不发生波动的一个灰度校正器，以及提供能跟随视频景象变动而变动，无延时响应的一个灰度校正器。

为此，根据本发明第一方面的一个灰度校正器，包括一个直方图存储器、与直方图存储器的输出端连接的一个直方图操作电路、一个限幅器/加法器电路、都与直方图操作电路的输出端相连的一个累加控制寄存器电路和一个归一化控制寄存器电路、与直方图存储器的输出端及累加控制寄存器电路的输出端相连的一个直方图累加电路、与 直方图累加电路的输出端相连的一个累加直方图存储器、与累加直方图存储器的输出端和归一化控制寄存器电路的输出端相连的一个检查表操作电路、用于储存检查表操作电路运行结果的一个检查表存储器、与直方图存储器的输出端相连的一个缓冲器、与缓冲器的输出端相连的一个常数-乘法电路、接收直方图存储器的一个输出信号和常数-乘法电路的一个输出信号并有一个输出端与直方图存储器的一个输入端相连的一个加法器、一个定时控制电路。

根据本发明的第一方面的上述结构，可以消除由于包含在一个视频信号中的噪声或类似干扰所引起的直方图分布的变化，由此可以获得一个极佳的灰度校正器，用它校正的信号不会发生波动。

根据本发明的第二方面，一个灰度校正器包括一个直方图存储器、与直方图存储器的输出端连接的一个直方图操作电路、一个限幅器1加法器电路、都与直方图操作电路的输出端相连的一个累加控制寄存器电路和一个归一化控制寄存器电路、与直方图存储器的输出端及累加控制寄存器电路的输出端相连的一个直方图累加电路、与直方图累加电路的输出端相连的一个累加直方图存储器、与累加直方图存储器的输出端和归一化控制寄存器电路的输出端相连的一个检查表操作电路、用于储存检查表操作电路运行结果的一个检查表存储器、都与直方图存储器的输出端连接的一个缓冲器和一个视频景象变化检测电路、有一个输入端与缓冲器的输出端连接和一个系数控制端与视频景象变化检测电路的输出端连接的一个常数-乘法电路、用于接收直方图存储器的一个输出信号和常数-乘法电路的一个输出信号，将其相加，并将相加结果输出到直方图存储器的一个加法器、一个定时控制电路。

根据本发明的第二方面的上述结构，通过根据视频景象的变化来改变常数-乘法的系数可避免输出响应延时。结果，可以获得一个极佳的灰度校正器，它可以跟随视频景象的变化而做灰度校正，而且其中经校正的信号不会发生波动。

根据本发明的第三方面，一个灰度校正器包括一个直方图存储器、与直方图存储器的输出端连接的一个直方图操作电路、一个限幅器/加法器电路、都与直方图操作电路的输出端相连的一个累加控制寄存器电路和一个归一化控制寄存器电路、与直方图存储器的输出端及累加控制寄存器电路的输出端相连的一个直方图累加电路、与直方图累加电路的输出端相连的一个累加直方图存储器、与累加直方图存储器的输出端和归一化控制寄存储电路的输出端相连的一个检查表操作电路、用于接收检查表操作电路的一个输出信号和常数-乘法电路的一个输出信号并将其相加的一个加法器、与加法器的输出端连接的一个检查表存储器、有一个输出端与检查表存储器的输出端连接和一个输出端与加法器的输出端连接的常数-乘法电路、一个定时控制电路。

根据本发明第三方面的上述结构，即使由于每个控制信号错误检测而发生瞬时检查表数据来回变化，仍可消除写入存储器内的最终检查表数据的变化。结果，可以获得一个极佳的灰度校正器，它可进行平稳的灰度校正。

根据本发明的第四方面，一个灰度校正器包括一个直方图存储器、与直方图存储器的输出端连接的一个直方图操作电路、一个限幅器/加法器电路、都与直方图操作电路的输出端相连的一个累加控制寄存器电路和一个归一化控制寄存器电路、与直方图存储器的 输出端及累加控制寄存器电路的输出端相连的一个直方图累加电路、与直方图累加电路的输出端相连的一个累加存储器、与累加直方图存储器的输出端归一化控制寄存器电路的输出端相连的一个检查表操作电路、用于接收检查表操作电路的一个输出信号和常数-乘法电路的一个输出信号并将其相加的一个加法器、与加法器的输出端相连的一个检查表存储器、有一个输入端与检查表存储器的输出端连接器一个输出端与加法器的输入端连接的常数-乘法电路、有一个输入端与检查表操作电路的输出端连接和一个输出端与常数-乘法电路的一个系数控制端连接的一个视频景象变化检测电路、一个定时控制电路。

根据本发明第四方面的上述结构，可以获得一个极佳的灰度校正器，它能做无输出响应延时的灰度校正，这是通过根据视频景象的变化来改变常数-乘法的系数实现的。

在上述结构中，用于产生检查表数据的一个直方图数据通过一个递归滤波电路，以使将直方图分布的变化的时间常数增大。由此，可以消除由包括在一个视频信号中的噪声或类似的干扰引起的每个控制信号的变化。结果，可以防止一个经校正的输出亮度信号发生波动。

同样，通过使检查表数据经过递归滤波电路，即使由于噪声或类似干扰而在检测每个控制信号时出错，也可以根据反馈系统的一个时间常数而实现一个平稳的校正，不会使经校正输出亮度信号发生波动。

此外，通过检测视频景象变化并根据视频景象变化程度来改变循环滤波电路的常数-乘法电路系数，例如，当视频景象突然变化时，通过将系数变为零，是可能避免输出响应延时的。

图1是根据本发明的第一实施例的一种灰度校正器的方框图;

图2是根据本发明的第二实施例的一种灰度校正器的方框图;

图3是根据本发明的第三实施例的一种灰度校正器的方框图;

图4是根据本发明的第四实施例的一种灰度校正器的方框图;

图5是先有技术的一种灰度校正器的方框图;以及

图6A至6F表示说明先有技术的灰度校正器工作过程的波形。

第一实施例：

图1表示本发明第一实施例的灰度校正器，数字1、2和3分别表示模/数转换器、直方图存储器和直方图操作电路，它们与在图5所示的灰度校正器中采用的相应部件相同。数字21表示缓冲器，它储存在前面的垂直扫描间隔（或先于一个间隔的垂直扫描间隔）提取的直方图数据。数字22表示常数-乘法电路，它将从缓冲器21得到的输入信号乘以一个特定的常数。数字23表示加法器，它将常数-乘法电路22的输出信号与直方图存储器2的输出信号相加。相加的结果输出至直方图存储器2。其它电路结构与图5中所示的类似。

现在解释具有上述结构的灰度校正器的工作过程。首先，在一个垂直扫描间隔中开始一次新的取样之前，已经存储在直方图存储器2中的数据传输至缓冲器21，然后直方图存储器2德零。接着，进行新的取样。当在一个垂直扫描间隔中完成取样之后，顺序读出直方图存储器2的数据。加法器23将读出的数据r和数据s相加，数据s是将从缓冲器21中读出的对应于数据r的数据与常数-乘法电路22中的特定常数相乘得到的。相加的结果在写入直方图存储器2，更新直方图分布。随后，根据更新的直方图分布由直方图操作电路3 产生每个控制信号，以便确定累加直方图和检查表。

根据如上所述的实施例，由于包括在一个输入信号中的噪声或类似干扰所引起的直方图分布的变化，通过提供缓冲器21、常数-乘法电路22和加法器23，可以得到消除。

第二实施例：

图2表示本发明的第二实施例的灰度校正器，数字2、21、22和23分别表示直方图存储器、缓冲器、常数-乘法电路和加法器，它们与在图1所示的相应部件相同。与图1所示结构的不同之处在于有一个视频景象变化检测电路24，其输入端和输出端分别与直方图存储器2的输出端和常数-乘法电路22的系数控制端相连连。

现在解释具有上述结构的灰度校正器的工作过程。本实施例的工作过程基本上与第一实施例的类似，所不同之处如下：存储在缓冲器21中的前一个直方图的最小值和存储在直方图存储器2中的当前直方图的最小值由视频景象变化检测电路24进行相互比较，并且根据两个最小值之差的幅度改变常数-乘法电路22的系数。例如，当差大时，即当视频景象突然发生变化，上述系数变为零，因此根据存储在直方图存储器2中的暖时直方图分布进行工作。

由于有了上述结构，其中提供了缓冲器21、常数-乘法电路22加法器23和视频景象变化检测电路24，通过当视频景象突然发生变化时改变反馈系统的系数，就可以得到在最终的输出信号响应中无延时的校正。如前所述，视频景象变化检测电路24中对视频景象变化的检测是通过最小值进行的。另一方面，这也可以通过最大值、平均值等进行检测。

第三实施例：

图3表示本发明的第三实施例的灰度校正器，数字10和11分别表示检查表操作电路和检查表存储器，它们与在图5所示的灰度校正器中采用的相应部件类似。数字31表示常数-乘法电路，它将从检查表存储器11得到的输入信号乘以一个特定的常数。数字32表示加法器，它将检查表操作电路10的输出信号与常数-乘法电路31的输出信号相加。加法器32的输出信号送入检查表存储器11。其它结构与图5所示的类似。

现在解释具有上述结构的灰度校正器的工作过程。首先，输出检查表存储器11的数据，并将该数据与常数-乘法电路31中的特定常数相乘。接着，由加法器32对常数-乘法电路31的输出数据V和检查表操作电路10确定的数据u相加，相加的结果w写入检查表存储器11。

用这种结构，常数-乘法电路31和加法器32形成一个递归滤波电路，借助于递归滤波电路的时间常数，可以消除检查表数据的波动。

第四实施例：

图4表示本发明第四实施例的灰度校正器，数字10、11、31和32分别表示检查表操作电路、检查表存储器、常数-乘法电路和加法器，它们与在图3所示的相应部件类似。本实施例与图3所示实施例的结构不同之处在于有一个视频景象变化检测电路33，其输入端和输出端分别与检查表操作电路10的输出端和常数-乘法电路31的系数控制端相连。

现在解释具有上述结构的灰度校正器的工作过程。前一个直方图 确定的校正的最大值，即将检查表中亮度电平相减得到的差，和当前直方图确定的最大值由视频景象变化检测电路33进行相互比较，并且根据两个最大值之差的幅度改变常数-乘法电路31的系数。例如，当差大时，即当视频景象突然发生变大，上述系数变为零，这样，现在确定的检查表的暖时值u被写入检查表存储器11。

由于有了上述结构，其中提供了常数-乘法电路31、加法器32和视频景象变化检测电路33，通过当视频景象突然发生变化时改变循环滤波电路的系数，就可以得到在经校正的输出信号响应中无延时的校正。如前所述，视频景象变化检测电路33中对视频景象变化的检测是通过校正的最大值进行的。另一方面，这也可以通过改变经转换的曲线的点等等，从斜率进行检测。

Claims (2)

1、一种灰度校正器，包括：一个直方图存储器，用于储存一个视频亮度信号的直方图；一个直方图操作电路，用于接收直方图存储器的输出信号，从直方图存储器内存储的数据中取出直方图的一个特征；一个限幅器/加法器电路，与直方图操作电路的输出端连接，用于处理直方图存储器数据；一个累加控制寄存器电路和一个归一化控制寄存器电路，都与直方图操作电路的输出端连接；一个直方图累加电路，用于接收直方图存储器的输出信号和累加控制寄存器电路的输出信号，累加直方图存储器经处理的数据；一个累加直方图存储器，用于储存累加结果；一个检查表操作电路，用于接收累加直方图存储器的输出信号和归一化控制寄存器电路的输出信号，以便将累加直方图存储器的数据规范化；和一个定时电路；所述的灰度校正器其特征在于：一个加法器，用于将检查表操作电路的输出数据与常数乘法电路的输出数据相加；一个检查表存储器，用于存储加法器的输出数据；常数乘法电路，用于将检查表存储器的数据乘以一个常数并将相乘结果输送到加法器。

2、根据权利要求1所述的灰度校正器，其特征在于，一个视频场景变化检测电路，与上述的检查表操作电路的输出端相连接，用以检测视频场景的变化，所述的常数乘法电路自适应地将上述检查表存储器的数据乘以上述常数，该常数乘法电路的系数随着上述视频场景检测电路的输出信号的变化。

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