CN1152581C - 增强彩色信号细节的方法及在彩色视频装置中实施的电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及增强包括在彩色信号中的细节成分的方法，及其在彩色视频装置中实施此方法的电路。通过有效地分离噪声和信号成分，利用R、G、B信道之间的相关性和细节成分的幅度降低低电平信号的失真的方法及电路，该细节增强方法，包括细节成分提取步骤；信号/噪声确定步骤；噪声消除或细节增强步骤及细节增强的图象信号的输出步骤，即使输入信号高通频率成分小于临界值，输入信号仍然能被分离成信号或噪声，因而只有当输入信号被判定为噪声时才消除该信号。
Description
技术领域
本发明涉及增强包括在彩色信号中的细节(detail)成分的方法，及其在彩色视频装置中实施此方法的电路，尤其是涉及利用不同的R、G、B信道间的相关性，通过有效地将噪声和信号成分相分离而减小低电平信号失真的方法和电路。
背景技术
空间频率是在预定空间方向距离内参数怎样快速变化的一种度量，它是瞬间频率的模拟，是对于随时间的推移参数如何迅速变化的一种度量。电视系统中采用了水平扫描行使水平空间通过扫描过程与时间变换一致，所以，电视图象强度的水平空间频率一致地变换成描绘电视图象的视频信号的瞬间频率。
在采用单一提取装置的视频摄象机中，可用色彩信号图形滤波器(colorpattern filter)来滤波到达提取装置的光线，以便从提取装置所提供的电信号中提取出彩色信号。彩色信号图形滤波器通常包括发送到提取装置三种不同色彩的光线的色条(stripes)，它可以是视象管，或者是固态成象器，例如线转送电荷耦合器件。色条(stripes)的方向是垂直于摄象机中的行扫描方向的，而摄象机中的行扫描通常是水平方向。每种彩色的色条具有均匀的宽度，但不同彩色的色条最好是不一样的宽度，以简化对来自提取装置的输出信号中的彩色成分的分离。与不同的彩色相关的不同的宽度通常是关于特定色彩对于亮度所起的作用--即对基准白色的度量。例如，如果色滤波器包括发送红、发送绿和发送兰的色条的话，则发送绿的色条则是最宽，而发送兰的色条则为最窄。由越窄的色条提取的信号就有越差的信噪比(S/N)，尤其是在较高的、包括细节的水平空间频率的情况下。当视频摄象机与将彩色信号被转变成宽带的亮度信号和窄带的色差信号的视频发送系统一起使用时，由于通常是以相同的亮度高频而不是以单个的色彩信号来执行细节的增强和视频峰化(peaking)的，因而不关心差的色度信号S/N对于宽度信号的影响。
可是，电视摄象机能够与其中色度信号未被组合以构成亮度及色差信号的单一视频装置共用，例如某些称为RGB型的数字视频发送系统，其中的红(R)、绿(G)、兰(B)彩色信号被单独数字化和编码。这种装置中的细节增强或视频的峰化在红(R)、绿(G)、兰(B)信号上易于自身实现。由于随着细节的变细，人眼视觉系统对于细节色彩间的识别变差，所以，用具有较好S/N的彩色细节对具有较差的S/N的色彩细节的增强，会在它们中产生具有少的明显噪声的图象。绿(G)色信号中的随机噪声与红(R)和兰(B)色彩信号中的随机噪声不相关，所以就平均情况而言，G信号的随机噪声成分及其它色彩信号的随机噪声成分是作为正交矢量相加的，而不是以同相矢量相加的，因而当对其它色彩信号的细节增强时，明显有助于高频的S/N。
图1示出用于传统细节增强电路第一实施例的框图，其中包括红(R)信道的第一和第二1H延迟线11和12，垂直高通滤波器(V HPF)加权与取和电路13，水平低通滤波器(H LPF)14，水平高通滤波器(H HPF)15，第一加法器16，ROM 17其中存储有噪声消除和细节增强量确定查询表(LUT)，以及第二加法器18。该结构也适用于绿(G)和兰(B)信道。
图2是图1中ROM 17所存储的消噪及细节增强量确定查询表(LUT)的输入/输出特性曲线。
现在参考图1和2来描述传统细节增强(detail enhancement)电路的第一
实施例。
第一延迟线11将R信道图象信号延迟1H周期，且第二延迟线12把出自第一延迟线11的已延迟图象信号延迟另一个1H周期。其中从第一和第二延迟线11和12输出的图象信号是已作伽玛(gamma)校正的信号。
V HPF加权与取和电路13对原始信号、从第一和第二延迟线11和12分别输出的1H延迟信号和2H延迟信号执行高通滤波操作，以提取出在预定高频带内存在的垂直细节成分。
H LPF 14对于出自V HPF加权与取和电路13的垂直细节成分执行的水平低通滤波操作，以消除包含在从V HPF加权与取和电路13输出的垂直细节成分中的对角细节成分，从而避免对于对角细节成分的加倍增强。
H HPF 15对出自第一延迟线11的已被1H延迟的图象信号进行水平高通滤波操作，以提取出在预定高频带内存在的水平细节成分。
第一加法器16对出自H LPF 14的垂直细节成分和出自H HPF 15的水平细节成分取和。将取和的输出加到其中存储有消噪及细节增强量确定查询表(LUT)的ROM 17。
该消噪及细节增强量确定查询表(LUT)的输入-输出特性与图2中的部分相同。此时，输入信号(横轴)被分成了部分A、部分B和部分C。其临界点(cp)表示了部分A和部分B之间的边界，即噪声识别的基准值。
如果加到ROM 17的信号电平大于+cp或小于-cp(即在部分A中)，则存储在ROM 17中的LUT将针对输入的水平和垂直细节成分的幅度确定并输出范围从零到各最大细节增强量(DEmax和-DEmax)的相应细节增强量(detail enhancement amounts)，如图2所示。
另一方面，如果加到ROM 17的信号电平小于+cp或大于-cp(即在部分B和C中)，则存储在ROM 17内的LUT起消除高空间频率噪声的作用。
就是说，如果输入信号出现在-CL和+CL之间时(即在C部分中)，则ROM 17的输出信号是其高频噪声被反相的信号。当输入到ROM 17的信号主要是来自作为加到第二加法器18的被加数的R信号的高频噪声时，则出自ROM 17的作为加到第二加法器的另一被加数的反相的高频噪声则消除来自第二加法器18的R′信号的高频噪声。就是说，如果输入到ROM 17的信号电平是在-CL和+CL之间时(即在部分C中)，则从ROM 17读出的相应输出信号电平则与输入信号电平大小相等，但极性相反。如图2所示。
如果输入信号是在-cp到-cL之间，或是在+CL和+CP之间(即在部分B中)，则输出信号电平则是以指数递增函数所表示，如输入信号电平范围是从+a点向上到横轴上对应于+cp的该点或从-a点向下到横轴上对应于-cp的该点如图2所示。
换句话说，输入到ROM 17的水平和垂直细节成分根据其不同的幅度值确定输出信号的类型。如果输入信号的幅值小于cp的绝对值，则输出已消噪的水平和垂直细节成分。如果输入信号的幅值大于cp的绝对值，则输出对应细节增强量的水平和垂直的细节成分。
第二加法器18的作用是将从存储在ROM 17中的LUT输出的高频成分与从第一延迟线11输出的已延迟1H信号相加或相减。此时，在相减期间内的第二加法器18的作用是作为噪声消除器，而在相加期间是起细节增强器的作用。
图3示出了传统细节增强电路的第二实施例的框图，包括用于红(R)信道的第一和第二延迟线31和32、垂直低通滤波器(V LPF)加权及取和电路33、水平低通滤波器(H LPF)34、减法器35、ROM36，其中存储有噪声消除和细节增强量确定查询表(LUT)、和加法器37。该结构也用于绿(G)和兰(B)信道。
图4是存储在图3中的ROM 36中的噪声消除及细节增强量确定查询表(LUT)的输入-输出特性曲线。
现参考图3和4描述传统细节增强电路的第二实施例，其中与第一实施例相同的部分被省略。
V LPF加权及取和电路33对原始信号、分别从第一和第二延迟线31和32输出的1H延迟信号及2H延迟信号执行低通滤波操作，以提取垂直低频带信号。
H LPF34对从VLPF加权及取和电路33输出的垂直低频带信号执行水平低通滤波以提取包含在该垂直低频带中的对角低频带信号。
减法器35从第一延迟线31输出的已1H延迟的图象信号中减去由HLPF34输出的包含在垂直低频带信号中的对角低频带信号，以输出围绕当前数据的高频成分，即，水平和垂直细节成分。
ROM 36和加法器37的操作与第一实施例相同。
但是，如果输入到存储在ROM中的LUT的信号电平小于临界电平(CL)的话，前述的传统细节增强电路是将输入信号相位反相180°而起到噪声消除器的作用。结果出现有下面的不足。
首先，在高频成分小于临界电平(CL)的低电平输入信号的情况下，输入的信号总是被视作噪声，即又被从原始信号中消除。
第二，为解决第一个缺陷，如果降低该临界电平(CL)的话，就会减少作为噪声消除器的细节增强电路的优点。
第三，如果彩色信号的变化量是一个大值，且输入到信道的彩色信号电平小于临界电平的话，则输入到对应信道的彩色信号就会被消除，从而改变了彩色信号。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种细节增强方法，用于在利用R、G和B信道间的相关性以及输入到各信道的信号电平而对信号及噪声作了精确识别之后，通过实现细节增强功能和噪声消除功能来改善信噪(S/N)比。
本发明的另一目的是提供适于实施该细节增强方法的一个细节增强电路。
为实施该第一目的，本发明提供了包括以下步骤的方法：
提取包括在从红(R)、绿(G)、兰(B)信道的至少之一信道提供的输入图象信号中的水平和垂直细节成分；
通过检测通过R、G和B信道的空间滤波器的信号的符号来判定R、G和B信号的符号同一性，以核查所说R、G和B信道之间的相关性，以及借助对通过R、G和B通道的空间滤波器的信号幅度的比较来确定信号电平，以确定所说水平和垂直细节成分的幅度，来确定该水平和垂直细节成分是对应于一个信号还是对应于一个噪声；
如果在该信号/噪声确定步骤中，该水平和垂直细节成分被确定为噪声，则通过对各信道输出的水平和垂直细节成分进行核化(coring)而消除噪声；而如果该水平和垂直细节成分被确定为信号，则确定并输出对应于该细节成分幅度的细节增强量；以及
输出所说各个信道的细节增强的图象信号，该信号是通过将从所说信道R、G和B信道中的至少一个信道提供的图象信号作1H延迟后的信号与其已确定细节增强量或其已消除了噪声的水平/垂直细节成分相加而获得的。
为实现本发明的第二个目的，本发明提供的细节增强电路包括：
提取装置，用于提取包括在从红(R)、绿(G)、兰(B)信道的至少之一信道提供的输入图象信号中的水平和垂直细节成分；
控制器，通过核查R、G和B信道之间的相关性及水平和垂直细节成分的幅度，确定该水平和垂直细节成分是对应于信号还是对应于噪声，并输出用于选择相应查询表的一个选择控制信号，该控制器包括：
-RGB信道相关性确定器，借助于检测通过所说R、G和B信道的空间滤波器的信号的符号来判定R、G和B信号的符号同一性，以确定R、G和B信道之间的相关性，
-R、G、B信号电平确定器，借助于对通过R、G和B通道的空间滤波器的信号幅度的比较来确定信号电平，以及
-控制信号输出单元，通过对该RGB信道相关性确定器的输出信号和RGB信号电平确定器的输出信号执行“或”操作而输出用于选择对应于查询表的控制信号；
一个ROM，存储用于确定和输出对应于细节成分幅度的细节增强量的第一查询表以及存储用于消除被存储的输入图象信号噪声的第二查询表，并根据选择控制信号从选择的查询表中提供输出；
输出装置，用于输出各个信道的细节增强的图象信号，该信号是通过从信道R、G和B信道中的至少一个信道提供的图象信号作1H延迟后的信号与从ROM中读出的已确定的细节增强量或其噪声已被消除的信号的水平/垂直细节成分相加而获得的。
附图说明
本发明上述目的和优点将通过参考附图对最佳实施例的描述而变得显见。
图1是第一实施例传统细节增强电路的方框图；
图2是图1中存储在ROM中的LUT的输入/输出特性曲线；
图3是第二实施例传统细节增强电路的方框图；
图4是图3存储在ROM中的LUT输入/输出特性曲线；
图5是本发明第一实施例细节增强电路的方框图；
图6A至6B分别是在图5的ROM中存储的第一和第二LUT的输入/输出特性曲线；
图7是图6所示控制器的详细方框图；
图8是图象信号光成象屏幕(photographed screens)的垂直行；
图9A和9B分别是在图8的系统中输入aa′和bb′的信号；
图10示出通过对图9A的信号执行水平和垂直滤波操作并对R、G、B信道中的该结果取和而获得的信号；
图11示出通过对图9B的信号执行水平和垂直滤波操作并对R、G、B信道中的该结果取和而获得的信号；
图12示出通过对图8所示图象的CC′信号执行水平和垂直滤波操作并对R、G、B信道中的该结果取和而获得的信号；
图13是对于R、G和B信道识别为噪声的信号；
图14是本发明第二实施例细节增强电路的方框图；
图15是本发明第三实施例细节增强电路的方框图；
图16是图5、14和15中ROM所存储的第一LUT(LUT1)的另外的输入/输出特性曲线；
图17是图5、14和15中ROM所存的第二LUT(LUT2)的另外的输入/输出特性曲线；
具体实施方式
图5是根据本发明第一实施例的细节增强电路，包括控制器58；ROM59，其中存储第一和第二查询表LUT1和LUT2；电路50中的除对应于图1所示传统细节增强电路中的ROM 17外的部分。图6A和6B分别是从存储在图5的ROM 59中的第一和第二查询表LUT1和LUT2中给出的输入/输出特性曲线。
图7是控制器58及图6所示ROM 59的详细方框图。控制器58包括RGB信道相关性确定器70、RGB信号电平确定器74和作为控制信号输出单元的“或门”79。ROM 59包括第一查询表80a、第二查询表80b和选择器80c。
RGB信道相关性确定器70包括AND门71、NOR门72、和OR门73。RGB信号电平确定器74包括三个反相器75、76和77和一个OR门78。
图8示出当黑、灰和绿色分别沿aa′、bb′和cc′线在信号光成象操作期间垂直形成在白背景上时显示在屏幕上的图象信号。图9A和9B示出当图8中的黑和灰信号分别沿aa′和bb′显示时的行信号。
图10示出对于图9A所示的信号执行水平和垂直滤波操作并对R、G、B信道中的该结果取和所获得的信号。图11示出对图9B所示信号进行执行水平和垂直滤波并对R、G、B信道中的该结果取和所获得的信号。图12示出对图8中的cc′行的绿色信号执行水平和垂直滤波并对R、G、B信道中的该结果取和所获得的信号。图13示出被识别为噪声的R、G、B信道的信号。
图14是根据本发明第二实施例的细节增强电路的方框图。它包括控制器147、ROM 148，其中存有第一和第二查询表LUT1和LUT2以及在电路140中的除对应于图3所示传统细节增强电路ROM 36的部分。
图15是根据本发明第三实施例的细节增强电路的方框图，它包括控制器158；ROM 159，其中存有第一和第二查询表LUT1和LUT2和在电路150中的除对应于图1所示传统细节增强电路ROM 17外的部分。
图16示出存储在图5、14和15中ROM中的第一LUT(LUT1)的输入/输出特性曲线的另一种形式。
图17示出存储在图5、14和15的ROM中的第二LUT(LUT2)的输入/输出特性曲线的另一种形式。
现描述本发明的操作细节，其与传统细节增强电路相同的部分将被省去。
在控制器58中，RGB信道相关性确定器70检测针对R信道从第一加法器55提供的信号Ra的符号，以及G和B信道(没示出)的符号Ga和Ba，并判定Ra、Ga和Ba信号的符号是否完全一样，从而确定信号Ra、Ga和Ba之间的符号相关性。
下面表1是RGB信道相关性确定器70的输入/输出表。表1中，如果R、G、或B信号是负值，则以“1”指示，若是正值，则以“0”表示。
表1
| Ra | Ga | Ba | 输出 |
| 0 | 0 | 0 | 1 |
| 0 | 0 | 1 | 0 |
| 0 | 1 | 0 | 0 |
| 0 | 1 | 1 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 1 | 0 |
| 1 | 1 | 0 | 0 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
就是说，如果R、G、和B信道间存在相关性，则RGB信道相关性确定器70输出1，否则它输出“0”。
RGB信号电平确定器74将来自第一加法器55的信号Ra的大小与相关的R信道的信号相比较，并将信号Ga和Ba与相关的G和B信道(没示出)的信号相比较。表2是RGB信号电平确定器74的输入/输出表，其中以“1”，表示R、G或B信号大于CP，以“0”表示R、G或B小于CP。
表2
| R | G | B | 输出 |
| 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0 | 0 | 1 | 1 |
| 0 | 1 | 0 | 1 |
| 0 | 1 | 1 | 1 |
| 1 | 0 | 0 | 1 |
| 1 | 0 | 1 | 1 |
| 1 | 1 | 0 | 1 |
| 1 | 1 | 1 | 1 |
“或”门79(控制信号输出单元)对RGB相关性确定器70的输出信号和RGB信号电平确定器74的输出信号执行“或”操作，以将选择查询表的控制信号输出到选择器80c。
表3是“或”门79的输入/输出表。其中以“1”表示第一查询表LUT180a被选择的情况，以“0”表示第二查询表LUT280b被选择的情况。
表3
| cp＞信号电平 | cp＜信号电平 | |
| 相关性存在 | 0 | 1 |
| 相关性不存在 | 1 | 1 |
在使用三平面(triple-panel)电荷耦合器件(CCD)的情况中，从所要拍摄的黑和白物体获得的各自的R、G和B信道的数据类型是完全一致的。因此当同一频带内的空间滤波器被使用时，空间滤波器输出信号的相位是一样的。此时的波形的实例如图10和11所示。换句话说，如若有如图10所被消除，以使得绕零值摆动的信号被输出。在图11所示信号的情况中，指示正(+)或负(-)信号的相位符号是一样的。即，如上所述，当信号的符号部分相同且信号电平大于临界点(cp)时，ROM 59利用查询表LUT180a执行细节增强器的操作。
另一方面，如图11所示，如果小的黑与白变化信号被输入，信号的符号部分是相同的，且信号电平小于临界点(cp)。通常，信号在R、G和B信道之间存有相关性。(而不规则的噪声在R、G和B信道之间无相关性)因此，如果不同信道的符号彼此都相同，该输入图象信号就有可能被视为信号成分。如前述的原因，当信号的符号部分相同且信号的电平小于临界点(cp)时，则ROM 59将利用查询表LUT180a执行细节增强器操作。
如果大的彩色变化信号被输入，则对应于该色信号电平的信道输出将变大。此时，对应于不同信道的波形的实例示于图12。换句话说，图12所示的信号是针对当出现绿垂直线时在绿(G)信道中相当大的信号的情况。此情形中，虽然各信道的符号彼此不相同，因为超过一般噪声电平的大彩色变化信号出现在R、G、B信道中的任何信道，该信号被认为是一个信号成分。因此，由于前述的原因，当信号的符号部分不同且信号电平大于临界点(cp)时，ROM 59利用第一查询表LUT180a执行细节增强器的操作。
另一方面，如图13所示，在信号具有不同的R、G或B信号的符号部分且具有小的彩色变化时，R、G和B信道的分别的信号电平是处在普通噪声电平。而且，由于在不同的R、G和B之间没有相关性，因而输入图象信号被视为噪声。由于前述原因，当信号的符号不同且信号电平小于临界点(cp)时，ROM59利用第二查询表LUT280b执行消噪操作。
图6A和16示出了LUT1 80a的输入/输出特性曲线的实例，而图6B和17示出了LUT2 80b的输入/输出特性曲线的实例。
如上所述，在根据本发明的细节增强方法和电路中，通过检验R、G、B信道间的相关性以及输入到各个信道的信号电平而改善了信号及噪声的可分离性。因此，即使输入信号的高通频率成分小于临界值，该输入信号也能被分离成信号或噪声，随之，只有当输入信号被归类为噪声时，信号才被消除。
而且，除了信道经历大的色彩变化，即使信道的信号电平小于临界值，经历小色彩变化的该信道的信号也不被消除。因而彩色信号没有变化。
Claims (7)
1、一种细节增强方法，包括以下步骤：
提取包括在红R、绿G、兰B信道的至少之一信道提供的输入图象信号中的水平和垂直细节成分；
通过检测通过R、G和B信道的空间滤波器的信号的符号来判定R、G和B信号的符号同一性，以核查所说R、G和B信道之间的相关性，以及借助对通过R、G和B信道的空间滤波器的信号幅度的比较来确定信号电平，以确定所说水平和垂直细节成分的幅度，来确定该水平和垂直细节成分是对应于一个信号还是对应于一个噪声；
如果在所说信号/噪声确定步骤中，该水平和垂直细节成分被确定为噪声，则通过对所说各个信道的水平和垂直细节成分进行核化而消除噪声；如果该水平和垂直细节成分被确定为信号，则确定并输出对应于该细节成分幅度的细节增强量；以及
输出所说各个信道的细节增强的图象信号，该信号是通过将从所说信道R、G和B信道中的至少一个信道提供的图象信号作1H延迟后的信号与其已确定细节增强量或其已消除了噪声的水平/垂直细节成分相加而获得的。
2、一种细节增强电路，包括：
提取装置，用于提取包括在红R、绿G、兰B信道中的至少之一信道提供的输入图象信号中的水平和垂直细节成分；
控制器，通过核查R、G和B信道之间的相关性及水平和垂直细节成分的幅度，确定该水平和垂直细节成分是对应于信号还是对应于噪声，并输出用于选择相应查询表的一个选择控制信号，该控制器包括：
-RGB信道相关性确定器，借助于检测通过所说R、G和B信道的空间滤波器的信号的符号来判定R、G和B信号的符号同一性，以确定R、G和B信道之间的相关性，
-R、G、B信号电平确定器，借助于对通过R、G和B信道的空间滤波器的信号幅度的比较来确定信号电平，以及
-控制信号输出单元，通过对该RGB信道相关性确定器的输出信号和RGB信号电平确定器的输出信号执行“或”操作而输出用于选择对应于查询表的控制信号；
一个ROM，存储用以确定和输出对应于细节成分幅度的细节增强量的第一查询表以及存储用于消除被存储的该输入图象信号噪声的第二查询表，并根据该选择控制信号从选择的查询表提供输出；
输出装置，用于输出各个信道的细节增强的图象信号，该信号是通过从信道R、G和B信道中的至少一个信道提供的图象信号作1H延迟后的信号与从ROM中读出的已确定的细节增强量或其噪声已被消除的信号的水平/垂直细节成分相加而获得的。
3、如权利要求2的细节增强电路，其中，如果所说的控制器确定该水平/垂直细节成分对应于信号，则在从零到最大细节增强量的范围的细节增强量之间由该第一查询表根据所说水平/垂直细节信号的幅度确定所说细节成分的相应的增强量，并将其输出。
4、如权利要求2的细节增强电路，其中，如果所说的控制器确定该水平/垂直细节成分对应于噪声，则根据所说水平/垂直细节信号的幅度由所说第二查询表对所说细节成分信号进行指数地核化，然后将其输出。
5、如权利要求2的细节增强电路，其中，如果所说的控制器确定该水平/垂直细节成分对应于噪声，则根据所说水平/垂直细节信号的幅度由所说的第二查询表所说细节成分信号以一阶函数方式对所说细节成分信号进行核化，然后将其输出。
6、如权利要求2的细节增强电路，其中，所说的RGB信道相关性确定器包括：
一个“与”门，用于对所说R、G、B信道细节成分执行“与”操作；
一个“或非”门，用于对R、G、B信道细节成分执行“或非”操作；
一个“或”门，用于对“与”门和“或非”门的输出信号执行“或”操作。
7、如权利要求2的细节增强电路，其中，所说的R、G、B信号电平确定器包括：
三个反相器，用于分别反相该R、G、B信道的细节成分；
一个“或”门，用于对所说三个反相器的输出执行“或”操作。
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