CN103313012A

CN103313012A - 校正视频信号的视频处理设备及系统

Info

Publication number: CN103313012A
Application number: CN2013101286887A
Authority: CN
Inventors: 贞末多闻
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 2012-03-09
Filing date: 2013-03-11
Publication date: 2013-09-18
Also published as: JP2013186427A; US20130235061A1

Abstract

一种视频处理设备，包括校正输入视频信号的显示控制单元，其中，所述显示控制单元被配置为基于所述输入视频信号的像素值计算边缘量，以响应于所述边缘量而生成校正像素值，以及被配置为产生校正视频信号，对于连续帧中感兴趣的像素，所述校正视频信号由交替地选择输入视频信号的像素值的相应一个和校正像素值的相应一个来获得。

Description

校正视频信号的视频处理设备及系统

技术领域

本公开总体涉及视频处理设备，并且特别涉及一种视频校正技术，当将视频信号提供给缺乏足够的显示色彩的能力的外部设备时使用这种视频校正技术。

背景技术

个人计算机(PC)可以用来创建演示文档，然后，通过将视频信号从PC提供到投影仪，可将演示文档的内容投影到屏幕上以显示放大图。在创建文档时，在PC的液晶显示器上视觉检验的色彩不一定与投影仪投影的色彩相符。不同色彩之间的边界可能不是明显的，这使得难以看出这些边界。具有不同色彩的区域可能看起来具有相同的色彩，这使得人们不能看到想要的图像。当放置在背景上的文字最后以相同的色彩作为背景时，这些文字不是清楚的，从而使得人们不能读到想要的句子。

由于以下事实出现了这些问题：投影仪具有比PC的液晶显示器少的可被显示的色彩数目，并且这些问题还由于被称为映射的显示视频信号的方法的差别而出现。另外，这些问题不是液晶显示器和投影仪之间的关系独有的，而且还出现在使用由于其受限的位宽度而具有低的呈现色彩的能力的液晶显示器的情形中。

国际公开第2008/081594号公开了一种使用被称为帧率控制(FRC)的方案的技术，该方案将表示像素亮度的m位(m：整数)输入数据转换为n位(n：小于m的整数)输出数据，以控制每个像素的亮度。帧率控制是在使用具有数量少的例如64RGB等级的灰度等级来显示数量高的例如256RGB等级的灰度等级的图像的情形中所使用的校正技术。这种控制在如此短的时间间隔内就改变了灰度等级值以至于人的视觉不会察觉到这种变化，从而依靠残像效应产生了中间的伪灰度等级。

另外，日本专利申请公开第2010-176082号公开了一种显示具有平滑外观的图像的技术，其通过使用人的视觉的以下特征：当像素的亮度增加时，人对像素值的差异表现出的敏感性减小。这种技术逐像素地选择并应用抖动校正或帧率控制作为基于像素至像素的灰度等级校正方法，以降低灰度等级的数目。

国际公开第2008/081594号公开的技术可以提供与转换前的灰度等级的数目一样多的有效察觉到的灰度等级。然而，这种技术涉及液晶显示器的控制，并且因此，除非知道液晶显示器的特征才能应用这种技术。另外，对每个帧的所有像素执行帧率控制的事实引起了显著闪烁的问题。

日本专利申请公开第2010-176082号公开的技术可以在预期的环境下显示平滑图像。因为这种技术利用人的视觉的特征，可是却不能执行响应于图像内容的校正。因此，这种技术不能改善呈现在人工图像中的字母的清晰度。此外，具有与背景色彩接近的色彩的文字的细实线可能通过抖动校正被扩大，这反而最后降低了清晰度。

因此，存在一种提供视频处理设备的需求，即使在使用仅可呈现比原始视频信号所使用的色彩数量更少的色彩的显示器来显示视频的情况中，即使对于人工图像来说，该视频处理设备也能充分地改善可视性，其不受显示器设备的特征的影响，并且不会产生闪烁。

发明内容

本发明的至少一个实施例的总体目的是提供一种视频处理设备，其充分地避免了由现有技术的局限和缺点引起的一个或多个问题。

在一个实施例中，视频处理设备包括校正输入视频信号的显示控制单元，其中，该显示控制单元被配置为基于输入视频信号的像素值计算边缘量，以响应于边缘量而生成校正像素值，以及被配置为产生校正视频信号，对于连续帧中的感兴趣的像素，由交替地选择输入视频信号的像素值的相应一个和校正像素值的相应一个来获得该校正视频信号。

根据至少一个实施例，在可视性不重要的部分处保持原始像素的色彩和灰度等级，而在可视性重要的部分处用校正像素的色彩和灰度等级来替换它们。采用这种安排，即使对于人工图像来说，也充分地改善了可视性，而不受显示设备的特征所影响，并且即使在使用仅可显示比存在于原始视频信号中的色彩数量更少的色彩的显示器来显示视频的情况中，也不会产生闪烁。特别地，在可视性重要的部分处改善可视性，例如放置于背景上的文字的一部分。

附图说明

当连同附图进行阅读时，根据以下的详细说明，实施例的其他目的和进一步的特征将变得显而易见，其中，

图1是图示依照实施例的视频处理设备的配置的示例的图；

图2是图示视频处理设备所应用到的投影仪的配置的示例的图；

图3是图示显示控制单元的配置的示例的图；

图4是图示由显示控制单元执行的过程的示例的流程图；

图5A和5B是图示边缘检测滤波器的示例的图；

图6A和6B是图示水平或垂直行检测滤波器的示例的图；

图7是图示检测出边缘的部分的示例的图；

图8是图示由显示控制单元执行的另一过程的示例的流程图；

图9是图示由显示控制单元执行的又一过程的示例的流程图；

图10是图示由显示控制单元执行的再一过程的示例的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图描述本发明的实施例。

第一实施例

图1是图示根据实施例的视频处理设备的配置的示例的图。

图1中图示的视频处理设备1可以实现为视频处理目的LSI(大规模集成电路)，并且包括视频输入单元11、显示控制单元12、电源控制单元13、CPU14、存储器15、以及操作输入单元16。

视频输入单元11具有从摄像头、视频内容播放器等接收视频信号的功能。视频输入单元11可以经由诸如HDMI(高清晰度多媒体接口)或显示端口的数字接口来接收视频信号(视频数据)，或者可以经由诸如模拟VGA(视频图形阵列)的模拟接口来接收视频信号。在接收模拟视频信号的情形中，视频输入单元11执行AD转换。将视频信号存储在连接到主总线的存储器15中。

在另一实施例中，由诸如CPU14的处理器直接生成视频信号，而不是经由视频输入单元11进行接收，并且然后将视频信号存储在存储器15中。这种视频信号可以属于将由用户操作的菜单屏幕，或者可以由3D模型生成。可以仅在预定事件出现的时候执行视频信号到存储器15的写入，或者可以以恒定间隔执行该写入。前者的示例是菜单屏幕，并且后者的示例是根据3D模型生成的动画片。

显示控制单元12被称为显示控制器等。显示控制单元12可以以恒定间隔从存储器15中读取视频信号(即，从外部源接收或者由处理器等生成的视频信号)，并且校正视频信号以改善显示装置上的可视性，接下来输出校正的视频信号。

电源控制单元13用来优化视频处理设备1的电源的损耗。

CPU14用来执行视频处理设备1的主控制。

存储器15用来存储视频数据和程序。

操作输入单元16用来接收从外部源提供给视频处理设备1的操作信号。

图2是图示视频处理设备1所应用到的投影仪的配置的示例的图。

在图2中，投影仪100包括视频处理设备1、视频输出设备2、以及光学引擎3。

视频处理设备1对应于图1所图示的视频处理设备，除了将图1所图示的CPU14、存储器15和操作输入单元16共同地表示为控制单元17。

视频输出设备2包括输入侧视频处理单元21、输出侧视频处理单元22、用于控制光学引擎3的驱动的驱动控制单元23、以及用于控制光学引擎3的光源的光源控制单元24。

光学引擎3包括光源、光学系统、冷却机构等。

代替应用到图2所图示的投影仪100，视频处理设备1可以实现为个人计算机，在这种情形中，视频输出设备2可以是外部液晶显示器。在这种情形中，视频处理设备1可以直接连接到视频输出设备2，或者可以经由网络连接到视频输出设备2。另一示例是可以将视频处理设备1和视频输出设备2包含在作为笔记本PC或平板终端的一部分的单一的壳体中。在如上所述的方式中，可以设计出将视频处理设备1作为一个元件的各种不同的系统。

图3是图示图1所图示的视频处理设备1的显示控制单元12的配置的示例的图。

在图3中，显示控制单元12包括行缓冲器121、边缘检测单元122、校正像素生成单元123、选择器124、以及信号处理单元125。

在下文中，通过参照图4所图示的流程图，将给出图3所图示的各个单元或块的操作的说明。对包含在视频信号中的一个帧的输出行执行图4所图示的一系列过程，该视频信号以诸如60帧每秒的给定帧率重复。

在图4中，显示控制单元12将帧数据从存储器15传输到行缓冲器121(步骤S11)。行缓冲器121是用于为多条行存储帧数据的本地存储器。行缓冲器121可以是FIFO(先进先出)，其中，在存储帧数据时，在写入新的行时抛弃最旧的数据。

显示控制单元12检测所关心的帧是偶数帧还是奇数帧，并且基于检测结果执行不同的处理(步骤S12)。例如，当帧率是60帧每秒时，为连续的帧交替输出原始像素值和校正像素值，以使得相同的像素值只持续一个帧，从而基于残像效应生成中间的伪色彩。在这种情形中，例如，可以只在将被输出的所关心的帧是从第一帧数起的奇数帧时，生成并输出校正的像素。这种安排并不意图作为限制性示例。例如，当帧率是90帧每秒时，可以为每三个帧的第一、第二帧选择原始像素值，并且可以为每三个帧的最后一个帧选择校正像素值，从而生成中间色彩。

对于奇数帧，显示控制单元12的边缘检测单元122检测是否存在边缘(步骤S13)。即，边缘检测单元122基于存储在行缓冲器121中的多条行的数据检测所关心的像素是否是边缘上的部分(即，像素值表现突变的图像部分，例如在背景中放置文字的一部分)。

边缘检测单元122通过使用例如图5A和5B所图示的3-x-3边缘检测滤波器(即，边缘检测Sobel滤波器)而在水平方向和垂直方向上执行空间滤波，从而产生作为空间滤波结果的边缘量。对于RGB色彩的每一个执行这种滤波。当通过水平方向滤波所获得的RGB边缘量的平方和或者通过垂直方向滤波所获得的RGB边缘量的平方和超过阈值时，所关心的像素被认为是边缘的一部分。使用这种安排，以避免下列情形：当相对于RGB色彩的每一个的像素值的差别很小时，通过抛弃一个或两个低阶的位来降低灰度等级数目的步骤使得通过重要的色彩距离区分的两个不同的色彩最后被映射至相同色彩。

在另一个实施例中，使用了图6A和6B所图示的水平-或-垂直-行检测滤波器。同样在这种情形中，通过使用如上所述的相同的边缘量阈值标准，所关心的像素被认为是边缘的一部分。可以在应用边缘检测滤波器之前应用平滑滤波器来使边缘检测更简单。

上述的边缘检测滤波器有效地检测边缘，从而允许以足够精确度检测包含在人工图像的块部分及文字部分，如图7所图示。

通过再次参照图4，显示控制单元12使用校正像素生成单元123来对被认为是边缘的一部分的像素生成校正像素，并且用校正像素替换该像素(步骤14)。例如，通过反转像素的一个或两个高阶位来进行这种校正。这种更改显著地改变了像素值，这使得当原始像素值和校正像素值交替呈现时，所关心的像素由于残像效应而具有与邻近像素不同的色彩外观。即，边界是清楚可见的。以上指出的安排只在小的局部区域内改变像素值，而不是如帧率控制方案那样改变整个图像的像素值，从而避免了不需要的闪烁的生成。

对于不同于奇数帧的帧以及同样对于不被认为是边缘的一部分的像素，无需任何改变地使用原始像素值(步骤15)。采用这种安排，在像素值逐渐改变的部分不会发生闪烁。

接着，显示控制单元12执行预定的信号处理(步骤16)。该信号处理为了达到使在接收端的装置接收视频信号变得可能的目的而执行调整。通常，由LCD(即，液晶显示器)接收的信号除像素值信号外包括时钟信号、水平同步信号和垂直同步信号，所有的这些信号可能需要以可接收频率同步地输出。为此，以上指出的信号处理调整这些信号。

接着，显示控制单元12将信号处理之后的视频信号输出至信号线(步骤17)。

第二实施例

根据这个实施例，显示控制单元12另外执行降低与显示装置相一致的灰度等级的数目的过程。显示控制单元12的配置与图3所图示的配置相同。

图8是图示由依照本实施例的显示控制单元12执行的过程的示例。步骤S21-S25分别与图4所图示的步骤S11-S15相同。此外，步骤S27和S28分别与图4所图示的步骤S16和S17相同。

在本实施例中，在步骤S27的信号处理之前，在步骤S26中执行降低灰度等级数目的过程。

在全彩色配置的情形中，由处理器生成的视频信号在每个RGB色彩中通常具有8位(256)灰度等级。可以将这样的信号连接到用6位表示每个RGB色彩的灰度等级的液晶显示器。在这种情形中，将8位到6位的转换执行为降低灰度等级数目的过程。降低灰度等级数目的过程包括一种在抛弃两个低阶位后使用六个高阶位的方法，并且还包括一种使用预先准备好的转换表(例如，LUT：查找表)的方法。

在本实施例中，甚至在降低灰度等级数目的过程之后，在被认为是边缘的一部分的位置处的校正后像素值和校正前像素值必须是不同的。即，可以进行规定，以使得当降低灰度等级数目的过程抛弃两个低阶位时，生成校正像素值的过程改变六个高阶位的至少一个。

第三实施例

在此以前描述的两个实施例固定地生成校正像素值，用于边缘部分的像素替换。可以增加响应于用户操作切换模式的功能，以在总是输出原始像素值的模式和类似于之前两个实施例的生成校正像素值以在边缘部分处替换原始像素值的模式之间提供选择。

图9是图示示例的流程图，在其中，根据模式切换处理的功能被增加到图4的流程图。

在图9中，步骤S31和S33-S38分别与图4所图示的步骤S11-S17相同。

在图9中，在步骤S32进行关于用户选择的模式是否是校正模式的检查。当检测出该模式是校正模式时，执行与图4所图示的相同的过程。在不是校正模式的模式的情形中，该过程进入步骤S36，在其中使用原始像素值。

图10是图示示例的流程图，其中，根据模式的切换处理的功能增加到图8的流程图。

在图10中，步骤S41和S43-S49分别与图8所图示的步骤S21-S28相同。

在图10中，在步骤S42进行关于用户选择的模式是否是校正模式的检查。当检测出该模式是校正模式时，执行与图8所图示的相同的过程。在不是校正模式的模式的情形中，该过程进入步骤S46，在其中使用原始像素值。

总结

如上所述，在可视性不重要的部分处保持原始像素的色彩和灰度等级，而在可视性重要的部分处用校正像素的色彩和灰度等级替换它们。采用这种安排，即使对于人工图像来说，也充分地改善了可视性，而不受显示设备的特征所影响，并且即使在使用仅可呈现比存在于原始视频信号中的色彩数量更少的色彩的显示器来显示视频的情况中，也不会产生闪烁。特别地，在可视性重要的部分处改善可视性，例如放置于背景上的文字的一部分。

在此以前，已经为了说明性的目的而描述了本发明的实施例。本发明并不局限于这些实施例，而是在不脱离本发明的范围内可进行各种变化和更改。本发明不应当解释为局限于说明书所描述以及附图所图示的那些实施例。

本申请基于2012年3月9日向日本特许厅申请的日本优先申请号No.2012-053793，据此以引用的方式并入其全部内容。

Claims

1.一种视频处理设备，包括校正输入视频信号的显示控制单元，

其中，所述显示控制单元被配置为基于所述输入视频信号的像素值计算边缘量，以响应于所述边缘量而生成校正像素值，以及被配置为产生校正视频信号，对于连续帧中感兴趣的像素，由交替地选择输入视频信号的像素值的相应一个和校正像素值的相应一个来获得所述校正视频信号。

2.如权利要求1所述的视频处理设备，其中，所述显示控制单元输出通过降低所述校正视频信号的灰度等级的数目而获得的视频信号。

3.如权利要求1所述的视频处理设备，还包括模式切换单元，经配置来选择校正模式或者一个或多个其他模式，其中，所述显示控制单元以校正模式输出所述校正视频信号，并且以一个或多个其他模式输出所有连续帧的输入视频信号的像素值。

4.如权利要求1所述的视频处理设备，还包括模式切换单元，经配置来选择校正模式或者一个或多个其他模式，其中，所述显示控制单元以校正模式输出通过降低所述校正视频信号的灰度等级的数目而获得的视频信号，并且以一个或多个其他模式输出通过降低所有连续帧的所述输入视频信号的灰度等级的数目而获得的视频信号。

5.如权利要求1所述的视频处理设备，其中，通过应用空间滤波来执行边缘量的计算。

6.如权利要求1所述的视频处理设备，其中，所述显示控制单元包括临时存储输入视频信号的多个行的存储器，并且通过将空间滤波应用到存储于所述存储器中的多个行来执行所述边缘量的计算。

7.一种视频处理系统，包括权利要求1的视频处理设备。