CN1055816C - 处理图象数据的系统和方法及其显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种处理像素图像数据的系统(10)，像素数据的位数可选择。系统(10)包含第一、第二和第三图像处理器(12)、(14)和(16)。第一图像处理器(12)接收和处理亮度图像信号的像素数据。第二图像处理器(14)可以接收和处理色度图像信号的像素数据，并可以产生第一、第二和第三图像信号输出之一种输出。第三图像处理器(16)可以处理色度图像信号，还可以产生至少两种输出图像信号。

Description

处理图象数据的系统和方法及其显示系统
本发明一般涉及电子装置领域，尤其涉及一种处理图像数据的系统和方法。
在标准电视系统中，视频图像用模拟图像信号进行广播和显示。近年来，电子工业已经开始用新的数字系统来代替许多现存的模拟系统。电子系统的数字化趋势在一定限度内已进入了电视领域。
在电视领域内使用数字图像信号遇到的一个问题是在显示数字图像信号时会产生“人为现象”。例如，数字视频显示的对角线会出现阶梯形。已知的数字电视系统已经使用了像素数据，例如，它包含每个像素最多8位的视频数据。另外，已知的数字电视系统为补偿产生的人为现象而对图像信号的处理如果有的话也是非常少的。
因此，本发明的一个目的在于提供一种处理图象数据的系统，在该系统中，克服了传统的在显示数字图象信号时产生“人为现象”的缺点。
本发明的另一个目的在于提供一种处理图象数据的方法，在该系统中，克服了传统的在显示数字图象信号时产生“人为现象”的缺点。
本发明的再一个目的在于提供一种接收输入图象输入并在空间光调制器上显示的显示系统，在该显示系统中，克服了传统的在显示数字图象信号时产生“人为现象”的缺点。
根据本发明，提供一种处理像素数据的系统，各像素的位数可选择，所述系统包含：
第一图像处理器，接收和处理第一输入图像信号的像素数据；
第二图像处理器，接收所述第一图像处理器和第二输入图像信号，所述第二图像处理器对所述第二输入图像信号进行处理并产生第一、第二和第三输出图像信号之一种信号；和
第三图像处理器，至少与所述第一和第二图像处理器之一相连，所述第三图像处理器处理所述第二输入图像信号并产生所述第一、第二和第三输出图像信号中至少两种信号。
根据本发明，提供一种处理像素数据的方法，各像素的位数可选择，所述方法包含下列步骤：
在第一图像处理器内处理第一输入图像信号的像素数据；
在第二和第三图像处理器中的至少一个处理器内处理第二输入图像信号的像素数据；在第二和第三图像处理器中的至少一个处理器内用色空间转换函数产生第一、第二和第三图像信号输出。
根据本发明，提供一种接收图像输入并在空间光调制器上显示的显示系统，包含：
模数转换器，把所述输入图像信号转换成像素数据，各像素的位数可选择；
分离电路，把所述输入图像信号分离成第一和第二输入图像信号；
第一图像处理器，与所述模数转换器相连，接收并处理所述第一输入图像信号的像素数据；
第二图像处理器，与所述第一图像处理器和所述分离电路相连，所述第二图像处理器处理所述第二输入图像信号的像素数据并产生第一、第二和第三输出图像信号之一种信号；
第三图像处理器，与所述第一和第二图像处理器中至少一个处理器相连，所述第三图像处理器处理所述第二输入图像信号，并产生所述第一、第二和第三输出图像信号中至少两种信号；
显示存储器，与所述第二和第三图像处理器中至少一个处理器相连，接收所述第一、第二和第三图像信号输出，并把所述像素数据格式化成位平面数据；和
空间光调制器，接收位平面数据，提供对应于所述位平面数据的图像。
按照本发明提供的处理图像数据的系统和方法，基本上消除或减轻了已知系统和方法的缺点和问题。尤其是，本发明的一个实施例提供了一种处理像素数据的系统，在该系统中，每个像素的位数是可选择的。该系统包括有三个图像处理器。第一图像处理器接收和处理亮度图像信号的像素数据。第二图像处理器可以接收和处理色度图像信号的像素数据并产生第一、第二和第三图像信号输出中的一个输出。第三图像处理器可以处理色度图像信号，也产生第一、第二和第三图像信号输出中的至少两个输出。
本发明在技术上的优点是利用了信号的结构来处理图像信号，使每个像素的位数可选择。系统可以根据每个像素的位数对图像数据进行不同的处理。例如，系统可以在每个像素的位数增加时减少对图像数据的处理。
本发明在技术上的另一个优点是系统提供的数字图像信号使产生数字图像信号时造成的人为影响最小。系统对图像信号的处理使用了大动态范围。大动态范围使得各图像信号更加逐渐变化，所以诸如对角线等图像不会出现阶梯形。
为了更全面地理解本发明及其优点，现在请参见下面结合附图所作的描述，在附图中，相同的参考数字表示相同的特征，其中：
图1是具有按本发明构成的处理图像数据的系统的彩色显示系统的方框图；
图2示出了图1的按本发明构成的处理图像数据的系统的一个实施例。
对基于DMD的数字显示系统的全面描述在美国专利5,079,544，名称为“标准独立数字化图像系统”和美国专利顺序号08/147,249(代理号：T1-17855)，名称为“数字电视系统”以及在美国专利顺序号________(代理号T1-17671)，名称为“DMD数字系统”中给出，上述各专利转让给德克萨斯仪器股份有限公司，援引在此作为参考。
美国专利顺序号07/678,761，名称为“使用脉宽调制显示系统的DMD结构和定时”(代理号T1-15721)描述了一种用于基于DMD的显示系统的对图像信号进行格式化的方法以及一种调制位平面以提供变化的像素亮度的方法，在美国专利顺序号07/809,816(代理号T1-16573)，名称为“白光增强的场顺序制投影”中，描述了用色盘提供顺序彩色图像的基于DMD的显示系统的一般应用。这些专利申请均转让给德克萨斯仪器股份有限公司，援引在此，以作参考。
图1是基于SLM的显示系统10的方框图，它接收诸如广播电视信号等模拟图像信号。显示系统10可以是任何类型的接收模拟复合图像信号并显示信号代表的图像的设备。在图1中，仅示出了那些对主屏幕像素数据处理有用的部件。其它部件，例如可用于处理同步和音频信号的部件或者处理如关闭的标题等第二屏幕特征待部件在图中没有示出。
假设一显示帧具有每行640个像素，每帧480行，每个像素从NTSC信号中取样3*N位。在产行一行之后由处理系统14进行处理，把具有240奇数行的数据或240行偶数行的数据的隔行扫描场转换成具有480行的显示帧。三种颜色的各个像素的数据为N位。还假设输入信号为“分量”信号，具有亮度分量和色差分量，或者一些不同于RGB信号的其它信号。
如显示系统10的运作，信号接口单元11接收模拟图像信号并分离图像、同步和音频信号。它把图像信号传输给A/D转换器12a和Y/C分离器12b，它们分别把数据转换成像素数据取样信号和把亮度(“Y”)数据从色度(“C”)数据中分离。在图1中，在进行Y/C分离之前，把信号转换成数字数据，但在另一些实施例中，也能在A/D转换之前用模拟滤波器来进行Y/C分离。
场缓冲器13介于Y/C分离器12b和像素处理器14之间。该场缓冲器13用于场扩展。因为基于SLM的系统10不需要垂直消隐时间，可以用场与场之间的额外时间来增加处理数据和把数据装载入SLM16的时间。场缓冲器13还可以有其它的作用，它涉及行产生、色盘同步和换算。
像素处理器14进行各种像素数据处理，准备显示数据。像素处理器14包括用于进行行处理期间存储像素数据的处理存储器。如共同待批美国申请顺序号08/147,249中所述，像素处理器14可以完成包括色空间转换、预扫描(proscan)和垂直换算等工作。
显示存储器15接收像素处理器14处理后的像素数据。显示存储器15在其输入端或输出端把数据格式成如共同待批美国申请顺序号08/147,249中所述的“位平面”格式，并把该位平面传输给SLM16的存储单元。位平面格式可使SLM16的各像素单元根据各数据位的值打开或关闭。在典型的显示系统10中，显示存储器15为“双缓冲器”的存储器，这表示，它具有至少两个显示帧的容量。当在对缓冲器写入一显示帧时可以从缓冲器另一显示帧读出到SLM16中。用“乒乓”交替(ping-pong)方式来控制两缓冲器，所以SLM16可以连续地得到数据。
SLM16可以是任何类型的SLM。虽然在本例中用DMD型的SLM16来描述，但也可以把其它类型的SLM代入显示系统10中，用于在此描述的发明中。例如，SLM16可以是具有可寻址像素元件的LCD型SLM。在美国专利4,956,619名称为“空间光调制器”中给出了一适用的SLM16的详细描述，该专利已转让给德克萨斯仪器股份有限公司，援引在此，以作参考。
显示单元17具有光学部件，用于接收SLM16的图像，并照射到诸如显示屏等图象平面上。对于彩色显示器，各种颜色的位平面可以被定序并同步到一属于显示单元17一部分的色盘上。或者可以把表示不同颜色的数据同时显示在三个SLM上，并由显示单元17进行组合。定时单元18提供各种系统控制功能。
图2示出了处理图像数据的系统，它根据本发明构成，一般用14′表示。图像数据处理系统14′为图1的像素处理器14的一个实施例。系统14′为可编程系统，它接收位数可选择的输入图像信号。例如，系统14′的输入图像信号可以包含8位/像素。换句话说，系统14′的输入视频信号也可以包含10、12、14或其它合适位/像素。每个像素的位数可以称为系统14′的动态范围。动态范围大的系统14′可以产生质量较好的图像输出。结构简单的系统14′可以对位数可选的输入图像信号进行处理。
系统14′包括第一、第二和第三图像处理器20、22和24，多路转换器26、双路转换器28、装载电路30和选择电路32。图像处理器20、22和24可以包含如行扫描图像处理器(德克萨斯仪器股份有限公司生产)。换句话说，图像处理器20、22、24可以包含其它适合处理输入像素图像数据的图像处理器。系统14′的第一图像处理器20接收亮度Y图像信号。另外，系统14′的第二图像处理器22接收诸如U和V图像信号的合适的色度图像信号。另一方面，系统14′也可以对其它合适的图像信号诸如Y、I和Q或R、B和G信号进行工作。
系统14′的作用是处理和转换输入图像信号以产生合适的输出图像信号。例如，输出图像信号可以包含红、蓝和绿图像信号。各Y、U和V输入图像信号的位数N可以选择。
第一图像处理器20可以对输入Y图像信号进行处理。例如，第一图像处理器20如可以共同待批美国专利申请顺序号08/147,249所描述的完成活动检测、清晰度、预扫描和垂直滤波以及其它合适的功能。换言之，第一图像处理器20可以进行其它合适的处理。第一图像处理器20的输出耦合到第二图像处理器22。另外，第一图像处理器20的输出和U和V输入图像信号也耦合到多路转换器26的第一输入端。多路转换器26的输出耦合到第三图像处理器24。由此，可以在第二或第三图像处理器22和24对第一图像处理器20的输出作进一步处理。
第二图像处理器22可以对U和V输入图像信号完成预扫描功能。另外，第二图像处理器22还可以完成如下两种其它功能之一种。第一种，第二图像处理器22可以对输入Y图像信号进一步处理。例如，如共同待批美国专利申请顺序号08/147,249中所描述的，第二图像处理器22可以对输入Y图像信号进行立方换算。另一种可替换功能是，第二图像处理器22可以产生三种输出的图像信号之一种。例如，如共同待批美国专利申请顺序号08/147,249中所描述的，第二图像处理器可以通过色空间转换产生红、蓝或绿输出图像信号之一种信号。
第二图像处理器22的输出耦合到双路转换器28的输入端。双路转换器28的第一输出端耦连到多路转换器26的第二输入端。双路转换器28的第二输出端提供系统14′的输出。如果第二图像处理器22对Y图像信号进行辅助处理，则双路转换器28使第二图像处理器22的输出通过到第三图像处理器24。另一方面，如果第二图像处理器22进行色空间转换。则双路转换器28提供第二图像处理器22的输出作为系统14′的输出。
第三图像处理器24可以完成两种功能之一种。第一种是，第三图像处理器24可以起到这样一个作用，它把第二图像处理器22的图像信号转换成第一、第二和第三输出图像信号。例如，第三图像处理器可以用色空间转换函数把已处理的Y、U和V图像信号转换成红、蓝和绿图像信号。另一方面，第三图像处理器24可以起到对输入图像信号U和V进行处理并产生两路系统14′输出信号的作用。例如，第三图像处理器24可以对输入U和V图像信号进行预扫描。另外，第三图像处理器通过色空间转换产生红蓝或绿图像信号中的两种。
装载电路30可以向图像处理器20、22和24提供合适的函数。装载电路20提供的函数可由选择电路32控制。选择电路32向系统14提供输入图像信号中每个像素的位数。另外，选择电路32可以与多路转换器26和双路转换器28耦连，以向第三图像处理器24提供合适的图像信号。
系统14′可以进一步进行换算每个像素位数的工作。例如，输入图像信号可以是8位。系统14′可以用适当的函数把每个像素的位数换算成角个像素10、12、14位或者其它合适的位数。
在操作时，系统14′对输入图像信号进行处理，其位数可以选择。由选择电路32选择输入图像信号中每个像素的位数。装载电路30根据每个像素的位数把合适的函数装载到图像处理器20、22和24中。另一方面图像处理器20、22和24可以预先装入预定位数的输入图像数据的合适的函数。第一图像处理器20对亮度图像信号进行适当的处理。例如，第一图像处理器20可以进行活动检测、清晰度、预扫描和垂直滤波。另一方面，第一图像处理器可以仅对亮度图像信号进行预扫描。第二图像处理器22可以根据每个像素的位数进行辅助处理，以提供如红、蓝和绿图像信号输出等信号输出。
如果，选择电路32选择例如每个像素为8位的输入图像信号，第二图像处理器22可以对第一图像处理器20输出的亮度图像信号作进一步处理，例如，运行立方换算函数。双路转换器28和多路转换器26根据选择电路32的信号向第三图像处理器24提供第二图像处理器22的输出。第三图像处理器24可以起这样作用，例如，使用色空间转换函数产生红、蓝和绿图像信号。
另一方面，如果选择电路32选择例如每个像素大于8位的输入图像信号，则第二图像处理器22可以对输入亮度图像信号运行预扫描函数。另外，第二图像处理器22还可以从例如第一图像处理器20的输出和经处理的输入色度图像信号产生绿输出图像信号。而且，多路转换器26可以向第三图像处理器24提供第一图像处理器20的输出和输入色度图像信号U和V。第三图像处理器24可以对色度图像信号运行预扫描函数。另外，第三图像处理器24还可以运行例如色空间转换函数，以产生系统14′的红、蓝和绿图像信号输出的至少两个输出。
虽然，已详细地描述了本发明，但应当理解，对此可以作出种种变化、替换和变换而不脱离如所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围。例如，可以对图像处理器20、22和24进行的具体处理进行变化而不脱离本发明的范围。另外，系统14′还可以包含另外适当数量的图像处理器以产生所需要的输出图像信号。

Claims (20)

1.一种处理像素数据的系统，各像素的位数可选择，其特征在于所述系统包含：
第一图像处理器，接收和处理第一输入图像信号的像素数据；
第二图像处理器，接收所述第一图像处理器和第二输入图像信号，所述第二图像处理器对所述第二输入图像信号进行处理并产生第一、第二和第三输出图像信号之一种信号；和
第三图像处理器，至少与所述第一和第二图像处理器之一相连，所述第三图像处理器处理所述第二输入图像信号并产生所述第一、第二和第三输出图像信号中至少两种信号。
2.如权利要求1所述的处理像素数据的系统，其特征在于，进一步包含：
选择每个像素位数的电路；和
与所述选择电路相连的、根据选出的位数把预定的函数装载入所述第一、第二和第三图像处理器以处理所述像素数据的电路。
3.如权利要求1所述的处理像素数据的系统，其特征在于，所述第一、第二和第三图像处理器各包含一行扫描图像处理器。
4.如权利要求1所述的处理像素数据的系统，其特征在于，所述第一图像处理器产生所述第一输入图像信号各场的一帧输出图像信号。
5.如权利要求1所述的处理像素数据的系统，其特征在于，所述第二图像处理器产生所述第二输入图像信号各场的一帧输出图像信号。
6.如权利要求1所述的处理像素数据的系统，其特征在于，所述第一图像处理器产生所述第一输入图像信号各场的一帧输出图像信号，所述第二图像处理器产生所述第二输入图像信号各场的一帧输出图像信号并进一步换算所述第一和第二输入图像信号的各帧。
7.如权利要求1所述的处理像素数据的系统，其特征在于，所述第三图像处理器用色转换函数把所述经处理的第一和第二图像信号转换成红、绿和蓝图像信号。
8.如权利要求1所述的处理像素数据的系统，其特征在于，
所述第二图像处理器从所述第二输入图像信号各场产生一帧输出图像信号并进一步把所述经处理的第一和第二输入图像信号转换成绿图像信号；
所述第三图像处理器从所述第二输入图像信号各场产生一帧输出图像信号并进一步把所述经处理的第一和第二输入图像信号转换成红和蓝图像信号。
9.一种处理像素数据的方法，各像素的位数可选择，其特征在于，所述方法包含下列步骤：
在第一图像处理器内处理第一输入图像信号的像素数据；
在第二和第三图像处理器中的至少一个处理器内处理第二输入图像信号的像素数据；在第二和第三图像处理器中的至少一个处理器内用色空间转换函数产生第一、第二和第三图像信号输出。
10.如权利要求9所述的处理像素数据的方法，其特征在于，进一步包含：
选择每个像素的位数；
根据选择的位数把合适的函数装载入第一、第二和第三图像处理器。
11.如权利要求9所述的处理像素数据的方法，其特征在于，所述处理第一输入图像信号的像素数据的步骤包含产生输入亮度图像信号各场的一帧输出亮度图像信号的步骤。
12.如权利要求9所述的处理像素数据的方法，其特征在于，所述处理第二输入图像信号的像素数据的步骤包含产生输入色度图像信号各场的一帧输出色度图像信号的步骤。
13.一种接收图像输入并在空间光调制器上显示的显示系统，其特征在于包含：
模数转换器，把所述输入图像信号转换成像素数据，各像素的位数可选择；
分离电路，把所述输入图像信号分离成第一和第二输入图像信号；
第一图像处理器，与所述模数转换器相连，接收并处理所述第一输入图像信号的像素数据；
第二图像处理器，与所述第一图像处理器和所述分离电路相连，所述第二图像处理器处理所述第二输入图像信号的像素数据并产生第一、第二和第三输出图像信号之一种信号；
第三图像处理器，与所述第一和第二图像处理器中至少一个处理器相连，所述第三图像处理器处理所述第二输入图像信号，并产生所述第一、第二和第三输出图像信号中至少两种信号；
显示存储器，与所述第二和第三图像处理器中至少一个处理器相连，接收所述第一、第二和第三图像信号输出，并把所述像素数据格式化成位平面数据；和
空间光调制器，接收位平面数据，提供对应于所述位平面数据的图像。
14.如权利要求13所述的接收图像输入并在空间光调制器上显示的显示系统，其特征在于，进一步包含：
选择每个像素位数的电路；和
与所述选择电路相连的、根据选出的位数把预定的函数装载入所述第一、第二和第三图像处理器以处理所述像素数据的电路。
15.如权利要求13所述的接收图像输入并在空间光调制器上显示的显示系统，其特征在于，所述第一、第二和第三图像处理器各包含行扫描图像处理器。
16.如权利要求13所述的接收图像输入并在空间光调制器上显示的显示系统，其特征在于，所述第一图像处理器产生所述第一输入图像信号各场的一帧输出图像信号。
17.如权利要求13所述的接收图像输入并在空间光调制器上显示的显示系统，其特征在于，所述第二图像处理器产生所述第二输入图像信号各场的一帧输出图像信号。
18.如权利要求13所述的接收图像输入并在空间光调制器上显示的显示系统，其特征在于，所述第一图像处理器产生所述第一输入图像信号各场的一帧输出图像信号；
所述第二图像处理器产生所述第二输入图像信号各场的一帧输出图像信号，并进一步换算所述第一和第二输入图像信号的各帧。
19.如权利要求13所述的接收图像输入并在空间光调制器上显示的显示系统，其特征在于，所述第三图像处理器用色转换函数把所述经处理的第一和第二图像信号转换成红、绿和蓝图像信号。
20.如权利要求13所述的接收图像输入并在空间光调制器上显示的显示系统，其特征在于，所述第二图像处理器从所述第二输入图像信号各场产生一帧输出图像信号，并进一步把所述经处理的第一和第二输入图像信号转换成绿图像信号；
所述第三图像处理器从所述第二输入图像信号各场产生一帧输出图像信号并进一步把所述经处理的第一和第二输入图像信号转换成红和蓝图像信号。
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