CN102710944A - 亮色同步瞬态提升的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种亮色同步瞬态提升的系统及方法，其至少包括如下相互配合的单元模块：水平方向统计信息单元；水平方向滤波法瞬态提升处理单元；水平方向亮色三通道同步提升单元；垂直方向统计信息单元；判断单元；垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元；滤波器瞬态提升单元；垂直方向亮色三通道同步提升单元；本发明的显著效果在于，公开了一种亮色同步提升的方法，同时在硬件实现时因受条件所限，针对垂直方向的细节边缘和大面积边缘无法同时得到很好的效果，提出在垂直方向结合两种技术，通过区分大面积边缘和细节边缘，采用了不同的处理方法：大面积边缘采用边沿置换法，细节边缘则采用滤波法；而水平方向硬件没什么限制，可以进行多点滤波，则采用多点滤波法，这样无论是大面积边缘还是细节边缘都可以取得不错的效果；而水平方向的多点滤波法，能够取得较好效果。

Description

亮色同步瞬态提升的系统和方法

技术领域

本发明属于电视信号的画质增强技术领域，尤其是涉及到亮度瞬态提升和色度的瞬态提升技术。

背景技术

目前，近年来，数字电视和平板电视成为家电消费的热点。随着高清数字电视概念的日益普及，人们对电视机画质的要求也越来越高，如果边缘不清晰，过渡带太宽会导致视觉效果变差。在数字视频处理芯片中会采取一系列的画质增强措施以改善图像质量，提高图像的清晰度。目前彩电系统分为亮度信号和色度信号，色度信号又包含U、V两个信号。亮度、色度瞬态增强就是一种使过渡带变窄、边缘变陡以提高图像清晰度的方法。理想情况下可使过渡带缩短成垂直边缘，如图1所示。这种画质增强技术通常称之为数字亮度瞬态增强技术DLTI(Digital Luminance Trans ient Improvement)和色度瞬态增强技术CTI(Color Transient Improvement)。其目的是增加亮度或色度过渡边缘的陡度，使图像的边缘轮廓更清晰。

目前常用的技术通常是亮度瞬态提升和色度瞬态提升分别进行的，如专利号为200910101114.4、名称为“基于亮度信号瞬态增强的画质改善方法及装置”的中国发明专利，其公开了一种基于亮度信号瞬态增强的画质改善方法及装置，具体地，计算输入图像中当前处理的像素的增益，与可调的增益系数相乘得到当前像素的校正值并与当前像素值相加得到瞬态增强后的值。从当前像素及其周围同一行上找出像素最大值和最小值，最大值减去最小值并与另一增益系数相乘，将得到的结果与最大值和最小值做加减运算得到像素值的上限和下限。若瞬态增强后的值大于上限或者小于下限则选择上限或下限进行输出；专利号为200310108511.7、名称为“一种视频图像的色彩瞬态增强系统与方法”的中国发明专利，其公开了一种对视频图像进行色彩瞬态增强，以消除不同颜色区域间色彩失真过渡带的系统和方法，具体地，首先利用色彩瞬态检测窗口计算一系列的色彩瞬态特征值，以确定是否存在色彩过渡，如存在，则由瞬态矫正单元计算出经改进的U色度值和V色度值输出。

但是上述的这种亮度瞬态提升和色度瞬态提升都是分别进行的，容易产生出原来视频没有的新色彩，严重影响视觉效果。基于此，本发明提出亮度、色度同步亮度提升。

目前，常用的亮色度瞬态增强方法有两种：边沿置换法和滤波器增强法。

边沿置换法的原理是找到如图1所示的原始亮度信号过渡带的3个特征点A、O、B，水平方向有两个亮度值，从A经O到达B，这一段称为过渡带，过渡带越宽，视觉越是模糊不清，层次不清，过渡带越窄越清晰。通常由于电视传输中高频分量的缺失，导致过渡带都很宽。如果将AO段像素点的亮度值用A点的亮度值代替，OB段像素点的亮度值用B点的亮度值代替，过渡带就变窄。

滤波器增强法的原理是在原始输入的亮度或色度信号进行多点滤波，滤波值决定了校正信号的符号，通过用与当前处理区域临近的像素中的最大最小值与当前像素做运算，再乘以可调的增益系数，得到新的提升后的值，从而使亮度或色度边缘变陡。最典型的滤波法就是专利号为200910101114.4里的二阶微分滤波法。

边沿置换法实现起来对于测试图像那样的大面积物体之间的边缘陡度提升效果很好，但是对于充满细节的某些自然图像，所占像素宽度极小的物体之间的边缘来说，该方法不适合使用。

滤波器增强法则对于充满细节的自然图像效果比较好，但是对大面积物体之间的边缘陡度提升效果一般。对于水平方向上过渡带比较宽的情况来说，二阶微分滤波因为只涉及到水平方向的三点，效果一般，可以考虑采用多点滤波器进行滤波。

对于垂直方向来说，采用多个点进行滤波在硬件上开销比较大，最多应用二阶微分滤波，对于细节图像比较好，但是对于大面积的过渡边缘来说效果一般。

基于此，综上所述，为了避免上述情形，提高电视画质，一种新的、边缘清晰、过渡带窄的亮度瞬态提升和色度瞬态提技术的发明是势在必行的。

发明内容

本发明的目的是解决如下技术问题：针对现有技术一般只考虑到亮度瞬态提升或者色度瞬态提升其中一种方法的缺点，或者分别进行亮度瞬态提升和色度瞬态提升，会产生出新的色彩的缺点，公开了一种亮色同步提升的方法；

本发明要解决的另一技术问题是：因为硬件实现的局限，缓存要求3-5行，对在垂直方向的大面积边缘来说，如应用滤波法需要滤波抽头比较多，较少的滤波抽头，只适合应用到细节边缘上，应用到大面积边缘上效果并不好。所以通过区分两种情况，采用不同的处理方法。

本发明的目的是通过实施下述技术方案来实现的：

针对分别进行亮度瞬态提升和色度瞬态提升会产生出原视频中没有的新颜色的问题，提出并公开了一种考虑亮色同步提升的处理方法，该方法具体表现为当有亮度或色度采用同样的瞬态提升方法，但是当任一个通道跳变后，其他2个通道都同时进行跳变，这样可使视频清晰利落；同时针对垂直方向上的大面积边缘用较少的滤波抽头滤波效果并不好的缺点，提出了通过区分大面积边缘和细节边缘，分别采用不同方法的发明方案。如果是大面积边缘采用边沿置换法，如果是细节边缘则采用滤波法。

即：一种亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于，其至少包括如下相互配合的单元模块：水平方向统计信息单元：统计水平方向相关信息；

水平方向滤波法瞬态提升处理单元：进行水平方向瞬态提升处理，输出瞬态提升值；

水平方向亮色三通道同步提升单元：判断是否其他通道要同步提升，并最终输出同步提升后的水平瞬态提升值；

垂直方向统计信息单元：统计垂直方向的相关信息；

判断单元，判断垂直方向的渐变模式以及水平方向图案的规则度；

垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元：进行垂直瞬态提升处理并输出结果；

滤波器瞬态提升单元：进行垂直瞬态提升处理并输出结果；。

垂直方向亮色三通道同步提升单元：进行最终的垂直瞬态提升处理并输出结果。

还包括平滑滤波单元，对输入的信息进行平滑，产生平滑滤波后的图像数据并输出。

所述水平方向统计信息单元实现统计水平方向相关信息包括如下处理步骤：

1)、统计水平方向渐变过渡模式，并根据模式选定进行瞬态的亮色提升：

2)、统计水平方向窗口最大、最小值；

3)、计算水平方向滤波值和提升方向标志：对平滑后的值进行滤波，得到水平方向滤波值；并根据提升方向标志进行提升处理；

4)、计算水平方向提升幅度。

所述水平方向亮色三通道同步提升单元：当某一通道在当前点瞬态提升了，并且，其他两个通道都是渐进的，则不必考虑本通道的运算结果，即时对另外两个通道进行同步提升处理。

所述垂直方向统计信息单元对水平方向瞬态提升好的数据进行各种信息的统计的实现步骤包括：

1)、垂直方向二阶微分渐变性及其提升方向标志：对水平瞬态提升后的值进行滤波，得到垂直方向二阶微分值。垂直方向二阶微分值如果大于0，需要向上提升，可使过渡阶段瞬态提高；垂直方向二阶微分值如果小于0，需要向下拉伸，可使过渡阶段瞬态下降。

2)、统计当前点水平方向渐变带标志；

3)计算垂直方向提升幅度；

4)统计垂直方向相应窗口最大、最小值；

5)计算当前点与左右点是否是相似值的标志并进行相应的处理；

6)计算当前点下一行的点与左右点是否是相似值的标志并进行相应的处理。

所述判断单元通过判断垂直方向的渐变模式以及水平方向图案的规则度，来判断进入垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元还是滤波器瞬态提升单元，所述对于大面积的边缘则进入垂直边沿跳变法瞬态提升处理单元，应用边缘置换法进行垂直方向的提升；否则进入滤波器瞬态提升单元。

所述垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元的垂直瞬态提升处理方法根据所在行的状态至少包括有如下几种：

一)、用原值，即水平瞬态提升后的值；

二)、用上一行同列水平瞬态提升后的值；

三)，用下一行同列水平瞬态提升后的值；

四)，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值。

所述上述方法主要是当阈值达到一定值时，用上一行同列水平瞬态提升后的值置换；然后符号变化前，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值置换；符号变化后，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换；二阶微分之和接近0，则大面积边缘过渡将结束，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换，状态清零，退出。

所述垂直方向亮色三通道同步提升单元的具体做法为：当任一通道在当前点瞬态提升后，并且，两个其他两个通道都是渐进的则其他两个通道不需要等自己通道的运算结果，直接依据前述已经提升的通道同步提升。

一种亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于，其至少包括如下处理步骤：

统计水平方向相关信息；

进行水平方向瞬态提升处理，输出瞬态提升值；

判断是否其他通道要同步提升，并最终输出同步提升后的水平瞬态提升值；

统计垂直方向的相关信息；

判断垂直方向的渐变模式以及水平方向图案的规则度；

根据前述步骤选择进行垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理或进行滤波器瞬态提升处理并输出结果；

进行最终的垂直瞬态提升处理并输出结果。

在统计水平方向相关信息步骤前还可选的包括对输入的信息进行平滑，产生平滑滤波后的图像数据并输出的步骤。

所述实现统计水平方向相关信息包括如下处理步骤：

1)、统计水平方向渐变过渡模式，并根据模式选定进行瞬态的亮色提升：

2)、统计水平方向窗口最大、最小值；

3)、计算水平方向滤波值和提升方向标志：对平滑后的值进行滤波，得到水平方向滤波值；并根据提升方向标志进行提升处理；

4)、计算水平方向提升幅度。

所述水平方向亮色三通道同步提升处理时：当某一通道在当前点瞬态提升了，并且，其他两个通道都是渐进的，则不必考虑本通道的运算结果，即时对另外两个通道进行同步提升处理。

所述对水平方向瞬态提升好的数据进行各种信息的统计的实现步骤包括：

1)、垂直方向二阶微分渐变性及其提升方向标志：对水平瞬态提升后的值进行滤波，得到垂直方向二阶微分值。垂直方向二阶微分值如果大于0，需要向上提升，可使过渡阶段瞬态提高；垂直方向二阶微分值如果小于0，需要向下拉伸，可使过渡阶段瞬态下降。

2)、统计当前点水平方向渐变带标志；

3)计算垂直方向提升幅度；

4)统计垂直方向相应窗口最大、最小值；

5)计算当前点与左右点是否是相似值并进行相应的处理；

6)计算当前点下一行的点与左右点是否是相似值并进行相应的处理。

所述通过判断垂直方向的渐变模式以及水平方向图案的规则度，来判断选择进行垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理或进行滤波器瞬态提升处理；所述对于大面积的边缘则进行垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理，应用边缘置换法进行垂直方向的提升；否则进行滤波器瞬态提升处理。

所述垂直瞬态提升处理方法根据所在行的状态至少包括有如下几种：

一)、用原值，即水平瞬态提升后的值；

二)、用上一行同列水平瞬态提升后的值；

三)，用下一行同列水平瞬态提升后的值；

四)，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值。

所述上述方法主要是当阈值达到一定值时，用上一行同列水平瞬态提升后的值置换；然后符号变化前，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值置换；符号变化后，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换；二阶微分之和接近0，则大面积边缘过渡将结束，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换，状态清零，退出。

所述垂直方向亮色三通道同步提升单元的具体做法为：当任一通道在当前点瞬态提升后，并且，两个其他两个通道都是渐进的则其他两个通道不需要等自己通道的运算结果，直接依据前述已经提升的通道同步提升。

本发明的显著效果在于，本发明提出在垂直方向结合这两个技术，通过区分大面积边缘和细节边缘来采用不同的处理方法：大面积边缘采用边沿置换法，细节边缘则采用二阶微分滤波法；水平方向则应用多点滤同时针对在硬件实现的条件限制下，垂直方向的细节边缘和大面积边缘无法同时得到很好的效果，通过区分大面积边缘和细节边缘，采用了不同的处理方法：大面积边缘采用边沿置换法，细节边缘则采用滤波法，这样无论是大面积边缘还是细节边缘都可以取得不错的效果；而水平方向则采用多点滤波法，能够取得较好效果。

即，针对现有技术一般只考虑到亮度瞬态提升或者色度瞬态提升其中一种方法的缺点，或者同时分别应用亮度瞬态提升和色度瞬态提升，会产生出原来视频没有的新色彩的缺点，公开了一种亮色同步提升的方法；同时在硬件实现时因受条件所限，针对垂直方向的细节边缘和大面积边缘无法同时得到很好的效果，提出在垂直方向结合两种技术，通过区分大面积边缘和细节边缘，采用了不同的处理方法：大面积边缘采用边沿置换法，细节边缘则采用滤波法；而水平方向硬件没什么限制，可以进行多点滤波，则采用多点滤波法。

附图说明：

通过以下对本发明的实施例结合其附图的描述，可以进一步理解其发明的目的、具体结构特征和优点。其中，附图为：

图1是：本发明瞬态增强算法示意图；

图2是：没进行亮色同步提升的示意图；

图3是：进行了亮色同步提升的示意图；

图4是：大面积边缘的图像理想瞬态提升示意图；

图5是：大面积边缘的图像滤波法处理瞬态提升示意图；

图6是：数据平滑后进行瞬态提升的示意图；

图7是：本发明算法装置模块示意图；

图8是：本发明算法流程图。

具体实施方式：

下面结合图中的实例对本发明作进一步的描述。

本发明的技术方案是针对分别进行亮度瞬态提升和色度瞬态提升会产生出原视频中没有的新颜色的问题，提出并公开了一种考虑亮色同步提升的处理方法，该方法具体表现为当有亮度或色度采用同样的瞬态提升方法，但是当任一个通道跳变后，其他2个通道都同时进行跳变，这样可使视频清晰利落；同时针对垂直方向上的大面积边缘用较少的滤波抽头滤波效果并不好的缺点，提出了通过区分大面积边缘和细节边缘，分别采用不同方法的发明方案。如果是大面积边缘采用边沿置换法，如果是细节边缘则采用滤波法。

本发明至少包括如下几个模块工作部分：

平滑滤波单元，水平方向统计信息单元，水平方向滤波法瞬态提升处理单元，水平方向亮色三通道同步提升单元，垂直方向统计信息单元，判断模式单元，垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元、垂直方向滤波法瞬态提升处理单元、垂直方向亮色三通道同步提升单元。具体如下：

(a)平滑滤波单元

对输入的场(帧)信息进行平滑，产生平滑滤波后的图像数据smooth，然后输出；该单元虽不属于必有单元，但是，该单元的存在可以优化后续的进一步的数据处理。

(b)水平方向统计信息单元

根据接收到的a单元输出的平滑滤波后的图像数据smooth、以及原始数据in0进行统计，计算水平方向滤波值filter_h、平缓渐变过渡模式标志Gredient、下拉还是上拉的方向标志SignU、提升幅度Gain、7*1窗口最大值Umax、最小值Umin，然后输出；

(c)水平方向滤波法瞬态提升处理单元

根据接收到的a单元输出的平滑滤波后的图像数据smooth以及原始数据in0、b单元输出的平缓渐变过渡模式标志Gredient、下拉还是上拉的方向标志SignU、提升幅度Gain、7*1窗口最大值Umax、最小值Umin以及原始数据in0进行水平方向瞬态提升处理，输出瞬态提升值out_h；

(d)水平方向亮色三通道同步提升单元

根据接收到的a单元输出的平滑滤波后的图像数据smooth、c单元输出的瞬态提升值out_h、b单元输出的平缓渐变过渡模式标志Gredient，判断是否其他通道要同步提升，并最终输出同步提升后的水平瞬态提升值out_h；

(e)垂直方向统计信息单元

根据接收到的d单元输出的将水平瞬态提升值out_h，统计垂直方向二阶微分filter_v、当前点水平方向是否处于渐变带标志Gredient_v、当前点与左右点是否可能是相似值的标志planar_v，当前点下一行的点与左右点是否是相似值的标志planar_nxt_v、计算垂直方向瞬态拉升的幅度Gain_v，3*1窗口最大值Umax_v、最小值Umin_v。

(f)判断模式单元

根据接收到的e单元输出的垂直方向二阶微分filter_v、当前点与左右点是否可能是相似值的标志planar_v，当前点下一行的点与左右点是否是相似值的标志planar_nxt_v。得到判断当前点是否属于进入垂直瞬态提升的标志Flag_LCTI_v，然后输出。

(g)、垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元

根据接收到的d单元输出的将水平瞬态提升值out_h和e单元输出的垂直方向二阶微分filter_v、f单元输出的当前点是否属于进入垂直瞬态提升的标志Flag_LCTI_v。得到垂直瞬态提升后的处理结果out输出。

(h)、垂直方向滤波法瞬态提升处理单元

根据接收到的f单元输出的当前点是否属于进入垂直瞬态提升的标志Flag_LCTI_v，d单元输出的水平瞬态提升后输出的图像数据out_h、和e单元输出的垂直方向二阶微分filter_v、垂直方向瞬态拉升的幅度Gain_v、3*1窗口最大值Umax_v、最小值Umin_v，得到垂直瞬态提升后的处理结果out输出。

(i)、垂直方向亮色三通道同步提升单元

根据接收到的d单元输出的水平瞬态提升值out_h、g单元或h单元输出的垂直瞬态提升后的处理结果out、e单元输出的平缓渐变过渡模式标志Gredient_v。得到最终的垂直瞬态提升后的处理结果out输出。

亮色同步瞬态提升

如果亮度瞬态提升和色度瞬态提升没有同步进行，会产生出新的色彩，如图2所示。一般情况下，亮度通道在A点跳变，色度通道U在B点跳跃，而色度通道V在C点跳跃，这样在CA这段，色度两个通道一个向上提升，一个向下提升，将产生新的颜色，而CA和AB这段尽管色度同步，但是亮度一个向上提升，一个向下提升，在视觉上也是不一样的，CA和AB的表现将不同于C以前的表现，也不同于B以后的表现，会产生显得瞬态提升的效果不够利落的后果。

因此要使三个通道同时跳变，如图3所示。这样A之前为一种色彩，A之后为另一种色彩，得到的提升效果会比较好。

具体做法为：

1)当亮度通道在当前点瞬态提升了，并且，两个色度通道都是渐进的，说明色度两个通道也需要同步提升，这样不至于产生其他的杂色。

2)当两个色度通道之一已经开始提升，另一个色度通道和亮度通道也是渐进模式，同步提升起来，这样不至于产生其他的杂色。

垂直方向的瞬态提升算法

无论是亮度还是色度，瞬态提升可以分为两种情况处理：针对大面积边缘和细节边缘。针对大面积边缘的采用边沿置换法，而针对细节边缘的采用滤波法。

边沿置换法和滤波法的处理特点如下：

含有大面积边缘的图像通常是非自然图像(没有自然图像纹理丰富)，特点是起始是大面积的同一个颜色的，然后渐进变换，最后进入大面积的另一个颜色。分析这种图像的一维的数据，如图4所示中间是一个缓慢渐变的过程，两边则是两条水平的直线，应用边沿置换法的处理结果是象直折线一样，比较利落地从一种颜色跳变到另一种颜色。至于什么时候开始跳变取决于多点滤波值的正负符号跳变的时候；而应用滤波法处理结果如图5所示(此处是以三点抽头的滤波为例)，o，1点处虽然也有提升，但是只是改善，垂直方向的提升效果远远没有图4的好。

当然对于大面积边缘的图像而言，我们希望处理结果如图4所示，但是该方法只是适用于跳变前和跳变后都是水平线，也就是说过渡带两边都是稳定的色彩的情况，才适合边沿置换法。而自然图像为了不显得细节太多突兀锐利，可以选取滤波法。

因为大面积边缘，从一种颜色过渡到另一个颜色，太窄的窗口无法检测出较宽过渡带的瞬态问题。考虑到硬件实现的问题，垂直方向一般只用三行的缓存，具体的边沿置换法，做法如下：垂直方向的二阶微分为当前点的2倍减上一行同列点和下一行同列点。采用边沿置换法，可以用比滤波法少的缓存，以6行渐变为例子，只需要三行缓存就可以处理。所谓边沿置换法，进入渐变阶段初期垂直二阶微分在拐点处比较大，刚开始二阶微分都是同一符号(负或是正)，到某点符号会变到另一侧符号(正或是负)，此时可准确地判断出正是瞬态提升处理应该跳变的点。对从进入渐变到离开的所有像素点的二阶微分求和，渐进变换结束时，二阶微分和应该为0附近的值。也就是说当二阶微分和接近0的时候渐变结束，就要退出渐变处理。

边沿置换法只适合于渐变前的线和渐变后的线都是水平的这种情况，因此不适合细节丰富的自然图像，因为自然图像不能保证渐变前的线和渐变后的线是水平的。

垂直方向滤波法处理方法如下：垂直方向因为缓存的关系，可以选择3点的滤波。3点滤波应用下式：

Three_filter＝-1*F(i-1，j)+2*F(i，j)-1*F(i+1，j+1)；

F(i-1，j)为当前点前一行的点，F(i，j)为当前点，F(i+1，j)为当前点后一行的点，Three_filter表示二阶微分，这个二阶微分决定了校正信号的符号，当值为负值的时候，通过用与当前处理区域临近的像素中的最大最小值与当前像素做减法，再乘以可调的增益系数，用新的小于当前值的新值代替；当值为正值的时候，通过用与此三点的最大最小值与当前像素做减法，再乘以可调的增益系数，用新的大于当前值的新值代替。

水平方向的瞬态提升算法

因为一般电视系统里的视频过渡带都比较宽，所以多点滤波要好于简单的二阶微分，因此水平方向即使是大面积边缘也可以用滤波法，效果比较好。

7点滤波应用下式：

Seven_filter＝18*F(i，j)-5*F(i，j-1)-3*F(i，j-2)-F(i，j-3)-5*F(i，j+1)-3*F(i，j+1)-18*F(i，j+3)

F(i，j-1)为当前点前一列的点，F(i，j)为当前点，F(i，j+1)为当前点后一列的点，依此类推。Seven_filter表示滤波值，这个滤波值决定了校正信号的符号，当值为负值的时候，通过用与7点的最大最小值与当前像素做减法，再乘以可调的增益系数，向下瞬态提升；当值为正值的时候，通过用与7点的最大最小值与当前像素做减法，再乘以可调的增益系数，向上瞬态提升。

实现本发明亮度瞬态提升和色度瞬态同步提升的具体实施例如下：

以下分步骤详细瞬态提升算法：

如图7所示，本发明的系统或称为装置共分为九个单元：

平滑滤波单元，水平方向统计信息单元，水平方向滤波法瞬态提升处理单元、水平方向亮色三通道同步提升单元，垂直方向统计信息单元，判断单元，垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元、滤波器瞬态提升单元、垂直方向亮色三通道同步提升单元。

本方法的输入为一场的图像信号，首先进入平滑滤波单元。

一、平滑滤波单元

因为原图像可能会有一些噪音，会影响各个通道变化趋势的判断，以平滑后的数据为判断标准将更准确反映趋势。

如图6所示，linel代表的上图像原来的值，line2代表平滑滤波值，line3线代表进行瞬态提升后的曲线。很显然，line2更能准确的把握趋势。

具体实现方法为：

Smooth＝(F(i，j-3)+2*F(i，j-2)+4*F(i，j-1)+6*F(i，j)+4*F(i，j+1)+2*F(i，j+2)+F(i，j+3))/20；

F(i，j-1)为当前点前一列的点，F(i，j)为当前点，F(i，j+1)为当前点后一列的点，依次类推，Smooth当前行当前列平滑滤波值，为本单元输出。

二：水平方向统计信息单元

本单元的作用是对输入的当前行的原始数据和平滑得到的7列平滑数据进行以下各种信息的统计。

实现步骤：

1)、统计渐变过渡模式标志Gredien：

1*7窗口内数据如果在渐渐变大或渐渐变小，属于渐变过渡带。设置Gredien＝1，只有属于该模式的才能进行瞬态的亮色提升。

2)、统计7*1窗口最大Max、最小值Min

Umin为当前点1*7窗口中的最小值，当前点为窗口中的中间点，Umax为当前点1*7窗口中的最大值；

3)、计算水平方向滤波值Filter_h和提升方向标志SignU：

对平滑后的值进行7点滤波，滤波器为[-1-3-518-5-3-1]，得到水平方向滤波值。通常大于0的数，需要上拉，SignU＝1，可使过渡阶段的值缩短过渡，瞬态提高，小于0的数，需要下拉，SignU＝-1，可使过渡阶段瞬态下降。

4)、计算水平方向提升幅度 $\mathrm{Gain}=\frac{|\mathrm{filter}\_h|}{\mathrm{Th}\_\mathrm{Gain}+|\mathrm{filter}\_h|}$

Gain代表瞬态拉升的幅度。Th_Gain为阈值，可选5。

三、水平方向瞬态提升处理单元

根据平滑滤波单元输出的平滑滤波后的图像数据和水平方向统计信息单元统计出来的水平方向滤波值、提升方向标志以及提升幅度等各种信息，进行水平瞬态提升。步骤如下：

该式表明，如果属于渐变过渡模式，则根据方向SignU进行不同的瞬态提升处理，否则保持原值(非平滑值)。这里F(i，j)为当前点，out_h为水平瞬态提升后的值。

四、水平方向亮色三通道同步提升单元

根据接收到的平滑滤波后的图像数据smooth、瞬态提升值out_h、b单元输出的平缓渐变过渡模式标志Gredient，判断是否其他通道要同步提升，并最终输出同步提升后的水平瞬态提升值out_h；

具体做法为：

当某一通道在当前点瞬态提升了，并且，其他两个通道都是渐进的(即Gredient＝1)，不必考虑本通道的运算结果，马上对另外两个通道进行同步提升，这样不至于产生其他的杂色。

五、垂直方向统计信息单元

本单元的作用是对水平方向瞬态提升好的数据进行各种信息的统计。

实现步骤：

1)、垂直方向二阶微分渐变性及其提升方向标志SignU_v：

对水平瞬态提升后的值进行3点滤波，滤波器为[-1 2-1]。得到垂直方向二阶微分Filter_v。Filter_v如果大于0，需要向上提升，SignU_v＝1，可使过渡阶段瞬态提高；Filter_v如果小于0，需要向下拉伸，SignU_v＝-1，可使过渡阶段瞬态下降。

2)、统计当前点水平方向渐变带标志Gredient_v：

3*1窗口内数据如果在渐渐变大或渐渐变小，是过渡带。并且允许有个余量Delta，Delta＝2即可。防止有噪音的情况下进行错误的判断。设置Gredien_v＝1。

3)计算垂直方向提升幅度 $\mathrm{Gain}\_v=\frac{|\mathrm{filter}\_v|}{\mathrm{Th}\_\mathrm{Gain}+|\mathrm{filter}\_v|}$

Gain_v代表垂直方向瞬态拉升的幅度。Th_Gain为5。

4)统计3*1窗口最大、最小值

Umin_v是当前列3*1窗口的最小值，Umax_v是当前列3*1窗口的最大值。

5)计算当前点与左右点是否是相似值的标志，相似则planar_v＝1。

6)计算当前点下一行的点与左右点是否是相似值的标志，相似则planar_nxt_v＝1。

六、判断单元

该单元的目的是判断进入边沿跳变法瞬态提升处理单元还是滤波器瞬态提升单元。

对于大面积的边缘(一般出现在人工图像中)，进入边沿跳变法瞬态提升处理单元，应用边缘置换法进行垂直方向的提升，效果比较好，否则进入滤波器瞬态提升单元。

Th_v为垂直方向二阶微分渐变性阈值，一般是15。Flag_LCTI_v表示进入边沿跳变法瞬态提升模式的标志，为1时则进入大面积边缘处理模式，需要进行边缘置换处理；否则进入滤波器瞬态提升处理单元处理细节边缘。

七、垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元

判断单元输出的Flag_LCTI_v为1，选择进入此单元，处理属于垂直方向渐进模式并且是水平方向是规则的图案(大面积边缘)，则进入边沿跳变法瞬态提升处理单元进行渐变区域提升处理；这里举例说明只有三行数据的情况。

实现步骤如下：

sum_v是垂直方向二阶微分渐变性之和，进入垂直方向提升的时候，开始计算垂直方向二阶微分之和，因为大面积边缘的两边亮度是很平稳的，二阶微分之和sum_v最终在渐进变换结束时，应该在0附近。当计算垂直方向二阶微分之和趋近于0的时候，瞬态提升处理应该结束。Th_sum为二阶微分渐变性之和的阈值，默认为11。当sum_v小于阈值Th_sum的时候，退出置换模块并状态清零。

Start没进入前设置为0，从进入垂直瞬态提升的第1行起到结束，Start均设置为1，大面积边缘过渡结束后，Start设置为0。Th start＝10为垂直方向二阶微分开始阈值，超过这个阈值，认为是开始进入渐变区域提升区域。

filter_v_last*filter_v＜0表示此处正好是符号变化处，是瞬态提升处理应该跳变的点，其中filter_v_last为上一点的滤波值。

垂直瞬态提升处理方法根据所在行的状态有四种：(一)、用原值，即水平瞬态提升后的值out＝out_h；(二)、用上一行同列水平瞬态提升后的值out＝out_h_last；(三)，用下一行同列水平瞬态提升后的值out＝out_h_next；(四)，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值out＝out_last。这里out_last为上一行同列垂直瞬态提升处理后的值，out_h_last上一行同列水平瞬态提升后的值为。

以上方法主要是说当阈值达到一定值的时候，就用上一行同列水平瞬态提升后的值置换；然后符号变化前，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值置换；符号变化后，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换；二阶微分之和sum_v接近0，说明到了大面积边缘过渡将结束，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换，状态清零，退出。

八、垂直方向滤波器瞬态提升单元

判断单元输出的Flag_LCTI_v为0，选择进入此单元。处理属于垂直方向细节的边缘(一般出现在自然图像中)，则进入滤波器瞬态提升处理单元进行渐变区域提升处理。

实现方法如下：

out_h为经水平方向瞬态提升后的值，为本模块输入。out为经垂直方向瞬态提升后的值。

九、垂直方向亮色三通道同步提升单元

具体做法为：算法流程图如图8所示，当任一通道在当前点瞬态提升后，并且，两个其他两个通道都是渐进的(Gredient_v＝1)，则其他两个通道不需要等自己通道的运算结果，直接跟着那个已经提升的通道同步提升，这样不至于产生其他的杂色。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明的目的，而并非用作对本发明的限定，只要在本发明的实质范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求的范围内。

Claims (18)

1.一种亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于，其至少包括如下相互配合的单元模块：

水平方向统计信息单元：统计水平方向相关信息；

水平方向滤波法瞬态提升处理单元：进行水平方向瞬态提升处理，输出瞬态提升值；

水平方向亮色三通道同步提升单元：判断是否其他通道要同步提升，并最终输出同步提升后的水平瞬态提升值；

垂直方向统计信息单元：统计垂直方向的相关信息；

判断单元，判断垂直方向的渐变模式以及水平方向图案的规则度；

垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元：进行垂直瞬态提升处理并输出结果；

滤波器瞬态提升单元：进行垂直瞬态提升处理并输出结果；。

垂直方向亮色三通道同步提升单元：进行最终的垂直瞬态提升处理并输出结果。

2.根据权利要求1所述的亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于：还包括平滑滤波单元，对输入的信息进行平滑，产生平滑滤波后的图像数据并输出。

3.根据权利要求1所述的亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于：所述水平方向统计信息单元实现统计水平方向相关信息包括如下处理步骤：

1)、统计水平方向渐变过渡模式，并根据模式选定进行瞬态的亮色提升：

2)、统计水平方向窗口最大、最小值；

3)、计算水平方向滤波值和提升方向标志：对平滑后的值进行滤波，得到水平方向滤波值；并根据提升方向标志进行提升处理；

4)、计算水平方向提升幅度。

4.根据权利要求1所述的亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于，所述水平方向亮色三通道同步提升单元：当某一通道在当前点瞬态提升了，并且，其他两个通道都是渐进的，则不必考虑本通道的运算结果，即时对另外两个通道进行同步提升处理。

5.根据权利要求1所述的亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于，所述垂直方向统计信息单元对水平方向瞬态提升好的数据进行各种信息的统计的实现步骤包括：

1)、垂直方向二阶微分渐变性及其提升方向标志：对水平瞬态提升后的值进行滤波，得到垂直方向二阶微分值。垂直方向二阶微分值如果大于0，需要向上提升，可使过渡阶段瞬态提高；垂直方向二阶微分值如果小于0，需要向下拉伸，可使过渡阶段瞬态下降。

2)、统计当前点水平方向渐变带标志；

3)计算垂直方向提升幅度；

4)统计垂直方向相应窗口最大、最小值；

5)计算当前点与左右点是否是相似值的标志并进行相应的处理；

6)计算当前点下一行的点与左右点是否是相似值的标志并进行相应的处理。

6.根据权利要求1所述的亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于，所述判断单元通过判断垂直方向的渐变模式以及水平方向图案的规则度，来判断进入垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元还是滤波器瞬态提升单元，所述对于大面积的边缘则进入垂直边沿跳变法瞬态提升处理单元，应用边缘置换法进行垂直方向的提升；否则进入滤波器瞬态提升单元。

7.根据权利要求1或6任一所述的亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于，所述垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理单元的垂直瞬态提升处理方法根据所在行的状态至少包括有如下几种：

一)、用原值，即水平瞬态提升后的值；

二)、用上一行同列水平瞬态提升后的值；

三)，用下一行同列水平瞬态提升后的值；

四)，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值。

8.根据权利要求7所述的亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于，所述上述方法主要是当阈值达到一定值时，用上一行同列水平瞬态提升后的值置换；然后符号变化前，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值置换；符号变化后，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换；二阶微分之和接近0，则大面积边缘过渡将结束，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换，状态清零，退出。

9.根据权利要求1所述的亮色同步瞬态提升的系统，其特征在于，所述垂直方向亮色三通道同步提升单元的具体做法为：当任一通道在当前点瞬态提升后，并且，两个其他两个通道都是渐进的则其他两个通道不需要等自己通道的运算结果，直接依据前述已经提升的通道同步提升。

10.一种亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于，其至少包括如下处理步骤：

统计水平方向相关信息；

进行水平方向瞬态提升处理，输出瞬态提升值；

判断是否其他通道要同步提升，并最终输出同步提升后的水平瞬态提升值；

统计垂直方向的相关信息；

判断垂直方向的渐变模式以及水平方向图案的规则度；

根据前述步骤选择进行垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理或进行滤波器瞬态提升处理并输出结果；

进行最终的垂直瞬态提升处理并输出结果。

11.根据权利要求10所述的亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于：在统计水平方向相关信息步骤前还可选的包括对输入的信息进行平滑，产生平滑滤波后的图像数据并输出的步骤。

12.根据权利要求10所述的亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于：所述实现统计水平方向相关信息包括如下处理步骤：

1)、统计水平方向渐变过渡模式，并根据模式选定进行瞬态的亮色提升：

2)、统计水平方向窗口最大、最小值；

3)、计算水平方向滤波值和提升方向标志：对平滑后的值进行滤波，得到水平方向滤波值；并根据提升方向标志进行提升处理；

4)、计算水平方向提升幅度。

13.根据权利要求10所述的亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于，所述水平方向亮色三通道同步提升处理时：当某一通道在当前点瞬态提升了，并且，其他两个通道都是渐进的，则不必考虑本通道的运算结果，即时对另外两个通道进行同步提升处理。

14.根据权利要求10所述的亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于，所述对水平方向瞬态提升好的数据进行各种信息的统计的实现步骤包括：

1)、垂直方向二阶微分渐变性及其提升方向标志：对水平瞬态提升后的值进行滤波，得到垂直方向二阶微分值。垂直方向二阶微分值如果大于0，需要向上提升，可使过渡阶段瞬态提高；垂直方向二阶微分值如果小于0，需要向下拉伸，可使过渡阶段瞬态下降。

2)、统计当前点水平方向渐变带标志；

3)计算垂直方向提升幅度；

4)统计垂直方向相应窗口最大、最小值；

5)计算当前点与左右点是否是相似值并进行相应的处理；

6)计算当前点下一行的点与左右点是否是相似值并进行相应的处理。

15.根据权利要求10所述的亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于，所述通过判断垂直方向的渐变模式以及水平方向图案的规则度，来判断选择进行垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理或进行滤波器瞬态提升处理；所述对于大面积的边缘则进行垂直方向边沿跳变法瞬态提升处理，应用边缘置换法进行垂直方向的提升；否则进行滤波器瞬态提升处理。

16.根据权利要求10或15任一所述的亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于，所述垂直瞬态提升处理方法根据所在行的状态至少包括有如下几种：

一)、用原值，即水平瞬态提升后的值；

二)、用上一行同列水平瞬态提升后的值；

三)，用下一行同列水平瞬态提升后的值；

四)，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值。

17.根据权利要求16所述的亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于，所述上述方法主要是当阈值达到一定值时，用上一行同列水平瞬态提升后的值置换；然后符号变化前，用上一行同列垂直瞬态提升处理后的值置换；符号变化后，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换；二阶微分之和接近0，则大面积边缘过渡将结束，用下一行同列水平瞬态提升后的值置换，状态清零，退出。

18.根据权利要求10所述的亮色同步瞬态提升的方法，其特征在于，所述垂直方向亮色三通道同步提升单元的具体做法为：当任一通道在当前点瞬态提升后，并且，两个其他两个通道都是渐进的则其他两个通道不需要等自己通道的运算结果，直接依据前述已经提升的通道同步提升。

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