CN1161981C - 视频信号的对比度增强装置 - Google Patents

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Abstract

一种视频信号的对比度增强装置，包括：系数产生单元，产生低频映射系数；边沿检测单元，检测垂直和水平方向的快速亮度变化；对数转换单元，对视频信号进行对数转换；低通滤波器，使信号的低频分量通过；高通滤波器，使信号的高频分量通过；第一乘法器，把低频映射系数和经过低通滤波器的信号相乘；增益校正单元，接收低频映射系数，把由第一乘法器增加或衰减的视频信号的最大值调整到一定水平；第二乘法器，把经过高通滤波器的信号与从边沿检测单元输出的信号相乘；第一加法器，把从第一乘法器和增益校正单元输出的信号相加；第二加法器，把从第二乘法器和第一加法器输出的信号相加；指数转换单元，转换从第一加法器输出的信号的指数。

Description

视频信号的对比度增强装置
技术领域
本发明涉及视频信号的对比度增强装置，具体涉及一种实时地执行视频信号的对比度处理的视频信号的对比度增强装置。
背景技术
改善视频显示装置的图像质量的方法包括一种通过加重边沿使用户感觉图像清晰的方法和一种通过使用一个同态滤波器改善明暗对比度使用户感觉图像清晰的方法。
图1是一个方框图，显示常规的使用同态滤波器的视频信号对比度增强装置。如图所示，视频信号对比度增强装置包括：对数转换单元101，用于把视频信号转换为对数；滤波器102，用于把由对数转换单元101进行对数转换的视频信号分离为低频分量和高频分量；第一乘法器103A，用于把低频分量衰减到一个衰减系数；第二乘法器103B，用于把高频分量放大到一个放大系数；加法器104，用于把由第一乘法器103A衰减的低频分量和由第二乘法器103B放大的高频分量相加；指数转换单元105，用于恢复由加法器104相加的信号。
图2显示根据视频信号的像素数和亮度级别的累计概率分配函数。如图所示，在用图2中的参考标号A表示视频信号的黑暗部分的情况下，像素数和亮度级别之间的累计概率分配函数的曲线高于一个基础虚线。在用图2中的参考标号B表示视频信号的明亮部分的情况下，像素数和亮度级别之间的累计概率分配函数的曲线低于该基础虚线。在用图2的参考标号C表示视频信号的中间部分的情况下，像素数和亮度级别之间的累计概率分配函数的曲线近似于该基础虚线。在用图2的参考标号D表示视频信号的明暗部分的情况下，像素数和亮度级别之间的累计概率分配函数的曲线低于或高于该基础虚线。
下面参考图1和2对现有技术进行说明。
视频信号被输入到对数转换单元101进行对数转换，并把经过对数转换的视频信号输入到滤波器102，以便分离为低频分量和高频分量。
此时，第一乘法器103A把一个衰减系数与低频分量相乘并把被衰减了A倍的低频分量输出，以改善低频分量的对比度。第二乘法器103B把高频分量与放大系数相乘，以输出被放大了B倍的高频分量。
在加法器104中把衰减的低频分量和放大的高频分量相加，并且由于该信号是一个经过对数转换的信号，因此通过指数转换单元105把相加信号转换为一个指数，以便输出一个恢复的原始视频信号。
系数A和B根据图像的明暗是正或负值，数的大小表示程度。
即，同态滤波器通过使用固定的放大或衰减系数来衰减一个低频分量和放大一个高频分量来改善视频信号的对比度。
但是，常规的同态滤波器的一个缺点是，由于使用一个固定系数来衰减低频分量和放大高频分量，不能自适应地处理视频信号。
而且，仅根据视频信号来不同地选择系数的方法不能执行实时处理，因此不能同等地改善视频信号的对比度。
而且，由于在衰减低频分量的情况下会发生DC电平的转换现象，必须对最终输出的视频信号进行定标，因此必须获得信号分量的最大和最小值，造成实时处理中的一个缺陷。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种视频信号的对比度增强装置，其可以通过根据视频信号的内在性质以适当值产生低频和高频映射系数，把系数提供给同态滤波器，并通过由用户确定的第一到第五基准信号自适应地控制视频信号的对比度，从而实时地提供改善的对比度。
为了实现这些和其它优点，根据本发明的目的，如此处所具体实施和广义描述的，提供一种视频信号的对比度增强装置，包括：系数产生单元，接收输入视频信号和垂直同步信号，用于产生一个增加或衰减视频信号的低频分量的低频映射系数；边沿检测单元，用于检测输入视频信号的垂直和水平方向的快速亮度变化；对数转换单元，用于对接收的输入视频信号进行对数转换；低通滤波器，用于使经过对数转换的信号的低频分量通过；高通滤波器，用于使经过对数转换的信号的高频分量通过；第一乘法器，用于把低频映射系数和经过低通滤波器的信号相乘；增益校正单元，用于接收从系数产生单元输出的低频映射系数，把由第一乘法器增加或衰减的视频信号的最大值调整到一定水平；第二乘法器，用于把经过高通滤波器的信号与从边沿检测单元输出的信号相乘；第一加法器，用于把从第一乘法器和增益校正单元输出的信号相加；第二加法器，用于把从第二乘法器和第一加法器输出的信号相加；和指数转换单元，用于转换从第二加法器输出的信号的指数。
在结合附图阅读了本发明下面的详细描述后，可以对本发明的上述和其它目的、特征和优点有更清楚的理解。
附图说明
包括在这里以提供对本发明的进一步理解，并且结合于本说明书和构成本说明书一部分的附图示出了本发明的实施例，并且与说明一同用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是显示常规的使用同态滤波器的视频信号对比度增强装置的方框图；
图2显示根据视频信号的像素数和亮度级别的累计概率分配函数；
图3是显示根据本发明的视频信号对比度增强装置的第一实施例；
图4是显示根据本发明的视频信号对比度增强装置的第二实施例。
具体实施方式
下面参考附图中的例子对本发明的优选实施例进行详细说明。
图3是显示根据本发明的视频信号对比度增强装置的第一实施例。如图3所示，根据本发明的视频信号对比度增强装置包括：系数产生单元300，用于接收视频信号Y_in，垂直同步信号V_sync和第一基准信号Ref1，产生一个衰减视频信号Y_in的低频分量的低频映射系数；边沿检测单元350，用于接收视频信号Y_in，检测亮度变化；对数转换单元，用于接收输入的视频信号Y_in进行对数转换；低通滤波器330，用于使经过对数转换的信号的低频分量通过；高通滤波器340，用于使经过对数转换的信号的高频分量通过；第一乘法器410，用于把低频映射系数与经过低通滤波器的信号相乘；第二乘法器420，用于把经过高通滤波器的信号与从边沿检测单元输出的信号相乘；增益校正单元380，用于校正视频信号的最大值的变化；第一加法器440，用于把从第一乘法器410和增益校正单元380输出的信号相加；第二加法器430，用于把从第二乘法器420和第一加法器440输出的信号相加；指数转换单元360，用于转换从加法器430输出的信号的指数。
在系数产生单元300中产生低频映射系数，以加重视频信号Y_n的低频分量。此时，由用户将第一基准信号Ref1与视频信号Y_in一起输入。用户可以加重视频信号Y_in的黑暗部分。
在第一乘法器410中把低频映射系数与经过低通滤波器330的信号相乘。如果低频映射系数是0.5，由于在第一乘法器410中把经过低通滤波器330的信号与低频映射系数相乘，使经过低通滤波器的视频信号的低频分量被衰减或放大。
参见图4，最小值处理单元310包括最小值检测单元311和减法器312。最小值处理单元310接收视频信号Y_in和垂直同步信号V_sync，以帧为单位(in frames)检测视频信号V_in的最小值，然后以帧或多个帧为单位(in frames or multiples of the frames)平均该最小值，输出该平均值作为一个最小值O2，并从视频信号Y_in中减去该最小值。减得的信号O1被输入到对数转换单元320和边沿检测单元350。此时，视频信号Y_in的最小值表示视频信号Y_in的最黑部分。因此，如果把视频信号Y_in减去该最小值，从最小值处理单元310输出的视频信号的最低水平被保持为零值。
边沿检测部分350检测视频信号在垂直和水平方向的快速亮度变化。此时，显示出快速亮度变化的视频信号是视频信号的高频分量。
对数转换单元320接收从最小值处理单元310输出的信号，进行对数转换。经过对数转换的信号经过低通滤波器330和高通滤波器340被分离为低频和高频分量的视频信号。
由于把低频分量的视频信号乘以从系数产生单元300输出的低频映射系数，视频信号的低频被加重或衰减。
增益校正单元380把由第一乘法器410增加或减小的视频信号的最大值保持在一定水平。即，通过利用如公式1的运算形式获得使用增益校正单元380的输出值。
增益校正单元输出值＝(log Ymax)(1-MDC)              公式1
其中，Ymax是视频信号的最大值，MDC是低频映射系数。
而且，由于在第二乘法器中把高频分量的视频信号乘以从边沿检测单元350输出的信号，视频信号的高频分量被加重或衰减。
在加法器430把分别被加重或衰减的高频分量和低频分量相加，并在指数转换单元360对相加的视频信号进行指数转换。在最小值恢复单元370恢复经过指数转换的信号的最小值，并输出具有改善的对比度的恢复视频信号Y_out。
图4是显示根据本发明的视频信号对比度增强装置的第二实施例。如图所示，该装置包括：比较单元301，用于对视频信号电平和第二基准信号的大小进行比较；计数器单元302，用于接收视频信号Y_in和第二基准信号Ref2，使用垂直同步信号V_sync对小于或大于第二基准信号Ref2的像素数目进行计数；减法器303，用于把从计数器单元302输出的值和第三基准信号Ref3相减；低频映射系数产生单元304，用于输出与垂直同步信号V_sync同步的低频映射系数；最小值检测单元311，用于接收视频信号Y_in和垂直同步信号V_sync，检测视频信号Y_in的最小值；减法器312，用于获得从最小值检测器311输出的信号和视频信号Y_in之间的差；边沿检测单元350，用于接收从减法器312输出的信号，检测亮度变化；加法器450，用于把从边沿检测单元350输出的信号与由用户预定的第五基准信号Ref5相加；对数转换单元320，用于接收从减法器312输出的信号，进行对数转换；低通滤波器330，用于使经过对数转换的信号的低频分量通过；高通滤波器340，用于使经过对数转换的信号的高频分量通过；第一乘法器410，用于把从加法器450输出的信号与经过高通滤波器的视频信号相乘；增益校正单元380，用于校正视频信号的最大值的变化；指数转换单元360，用于对视频信号Y_in进行指数转换；最小值恢复单元370，用于把从最小值检测单元311输出的视频信号的最小值与从指数转换单元360输出的视频信号相加，以恢复在最小值检测单元311处理的量和第一基准信号Ref1，第四基准信号Ref4和第五基准信号Ref5，从而实时地控制视频信号Y_in的对比度。此处，未解释的参考标号代表最小值检测单元310，和加法器305，430和440。
比较单元301对视频信号Y_in的每个像素的大小与第二基准信号Ref2的电平进行比较。在比较单元301对第二基准信号Ref2的电平和与垂直同步信号同步的视频信号Y_in的每个像素的大小进行比较后，计数器单元302对具有大于第二基准信号Ref2的电平的像素的数目进行计数。
减法器303把第三基准信号Ref3减去从计数器单元302输出的值。此时，从减法器303输出的值是第三基准信号Ref3的大小和在第三基准信号Ref3基础上计数的视频信号的像素数目之间的差，如果用户控制第三基准信号Ref3的大小，可以调整黑暗部分或明亮部分的敏感度。
根据输出结果，从低频映射系数产生单元304输出的低频映射系数值在第一基准信号的基础上波动。
最小值检测单元311接收视频信号Y_in和垂直同步信号V_sync，以帧为单位检测视频信号Y_in的最小值，然后以帧或多个帧为单位对最小值平均，输出该平均值作为最小值O2，并在减法器312从视频信号Y_in减去该最小值。减得的信号O1被输入到对数转换单元320和边沿检测单元350。此时，视频信号Y_in的最小值表示视频信号Y_in的最黑暗部分。因此，如果从视频信号Y_in中减去最小值，从减法器312输出的视频信号的最低电平被保持为0值。
边沿检测单元350检测视频信号在垂直和水平方向的快速亮度变化。此时，显示出快速亮度变化的视频信号是视频信号的高频分量。
对数转换单元320接收从减法器312输出的信号，进行对数转换。经过对数转换的信号经过低通滤波器330和高通滤波器340被分离为低频和高频分量的视频信号。
由于在第一乘法器410把低频分量的视频信号Y_in乘以从系数产生单元300输出的低频映射系数，视频信号的低频被加重或衰减。
而且，由于在第二乘法器420把高频分量的视频信号Y_in乘以从边沿检测单元350输出的信号，视频信号Y_in的高频分量被加重或衰减。
把第四基准信号Ref4与从第一乘法器410输出的低频信号和从增益校正单元380输出的低频映射系数相加。即，用户可以利用第四基准信号Ref4控制最终计算的视频信号的低频分量的最大值。
把第五基准信号Ref5与从边沿检测单元350输出的值相加，因此，用户可以直接控制视频信号Y_in的高频分量。
在加法器430把被加重或衰减的高频和低频信号的视频信号相加。在指数转换单元360对相加的视频信号进行指数转换。在最小值恢复单元370恢复经过指数转换的信号的最小值，并作为具有改善的对比度的视频信号Y_out输出。
如前所述，根据本发明的视频信号对比度增强装置通过根据内在性质以适当形式产生低频和高频映射系数，把系数提供给同态滤波器，并通过由用户确定的第一到第五基础信号自适应地控制视频信号的对比度，从而实时地提供改善的对比度。
在不偏离本发明精神或本质特征的条件下可以以多种形式实施本发明，还应该理解，除非特别指明，上述实施例不受前述说明书中任何细节的限制，而应该在所附权利要求中定义的精神和范围内被广义地理解，因此，所有落入权利要求的范围和界限及其等同物内的变化和改进都应被所附权利要求涵盖。

Claims (9)

1.一种视频信号的对比度增强装置，包括：
系数产生单元，接收输入视频信号和垂直同步信号，用于产生一个增加或衰减视频信号的低频分量的低频映射系数；
边沿检测单元，用于检测输入视频信号的垂直和水平方向的快速亮度变化；
对数转换单元，用于对接收的输入视频信号进行对数转换；
低通滤波器，用于使经过对数转换的信号的低频分量通过；
高通滤波器，用于使经过对数转换的信号的高频分量通过；
第一乘法器，用于把低频映射系数和经过低通滤波器的信号相乘；
增益校正单元，用于接收从系数产生单元输出的低频映射系数，把由第一乘法器增加或衰减的视频信号的最大值调整到一定水平；
第二乘法器，用于把经过高通滤波器的信号与从边沿检测单元输出的信号相乘；
第一加法器，用于把从第一乘法器和增益校正单元输出的信号相加；
第二加法器，用于把从第二乘法器和第一加法器输出的信号相加；和
指数转换单元，用于转换从第二加法器输出的信号的指数。
2.根据权利要求1的装置，进一步包括：
最小值处理单元，用于检测输入视频信号的最小值，并将其最小值与视频信号的差值输出到对数转换单元和边沿检测单元；
最小值恢复单元，用于把从最小值处理单元输出的输入视频信号的最小值与从指数转换单元输出的视频信号相加。
3.根据权利要求2的装置，其中最小值处理单元进一步包括：
最小值检测单元，用于接收输入视频信号和垂直同步信号，检测视频信号的最小值；
减法器，用于把从最小值检测单元输出的最小值与输入视频信号相减。
4.根据权利要求1的装置，其中系数产生单元包括：
比较单元，用于对输入视频信号电平和第二基准信号的大小进行比较；
计数器单元，用于使用垂直同步信号对小于或大于第二基准信号的像素的数目进行计数；
低频映射系数产生单元，用于与垂直同步信号同步地输出低频映射系数。
5.根据权利要求4的装置，其中系数产生单元进一步包括：
减法器，用于把从计数器单元输出的值与第三基准信号相减。
6.根据权利要求4的装置，进一步包括：
第一基准信号，用于由用户控制低频映射系数；
加法器，用于把第一基准信号和从低频映射系数产生单元输出的低频映射系数相加。
7.根据权利要求1的装置，其中增益校正单元的输出值是(logYmax)(1-MDC)，其中Ymax是视频信号的最大值，MDC是低频映射系数。
8.根据权利要求1的装置，其中从第一乘法器输出的信号和从增益校正单元输出的值由第四基准信号控制。
9.根据权利要求1的装置，其中从边沿检测单元输出的值由第五基准信号控制。
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