CN1220960C - 有效存储颜色色域的彩色信号处理装置及其方法 - Google Patents

Abstract

一种颜色信号处理装置及其方法。该装置包括：计算单元，计算输入的RGB颜色信号的亮度、色度和色调；坐标存储单元，存储预定的包括关于根据预定水平分类的颜色的亮度和色度的坐标；颜色色域确定单元，确定颜色色域来显示输入的RGB颜色信号；及信号处理单元，在预定的颜色色域数字化输入的RGB颜色信号。

Description

有效存储颜色色域的彩色信号处理装置及其方法

本申请要求于2002年3月13日在韩国知识产权局申请的、申请号为2002-13582的专利申请的优先权，该申请的内容援引于此以资参考。

技术领域

本发明涉及处理输入到显示装置的颜色信号的装置和方法，并且尤其涉及处理能够有效存储用于颜色信号处理的颜色色域的颜色信号并使用存储的颜色色域的装置及其方法。

背景技术

通常，作为光渗透、吸收或反射的结果显示出的物体的颜色一般称为“实际颜色”。实际颜色被分类为无色(achromatic)颜色如白、灰和黑，和有色(chromatic)颜色如红和蓝。

同时，由于每种颜色的亮度，白色是亮色，黑色是暗色并且灰色是中间色。每种颜色的亮度是从物体反射的光的密度的大小并且其由可测单位表示。有色颜色也有亮度，例如甜瓜黄是亮色而葡萄紫是暗色。

人察觉从物体反射的也就是诸如红、黄、绿、蓝和紫等不同波长的光的感觉可以被定义为“色调”。例如波长在430和480nm之间被感觉是带蓝色的，在570到600nm之间感觉是带黄色的，而波长在610nm以上感觉是带红色的。虽然无色颜色如黑、灰和白确实有颜色，但是不能说其有色调。

光的集中，也就是没有被白光冲淡的程度，被称为“色度”。色度通常表示颜色的纯度。低色度的颜色是暗淡和模糊的，而高色度的颜色是清晰和生动的。有色颜色有色调、亮度和色度，而无色颜色在某些方面有所不同。即，无色颜色有亮度，但是它们没有色调和色度。

一种表示某种颜色相对于其它颜色的关系的方法称为颜色空间(或，颜色模型)。不同的图象处理系统因不同原因使用不同的颜色模型。例如，出版公司使用CMY颜色空间用于出版彩色图片。彩色阴极射线管监视器和计算机图形系统使用RGB彩色空间。处理每个色调、色度和亮度的系统使用HIS彩色空间。对于JPEG文件互换格式，使用YCbCr彩色空间。

RGB彩色空间包括三个可互相组合的基本色，也就是，红、绿和蓝。基本色以不同的比例互相组合，结果形成不同的颜色。如图1所示，RGB颜色空间由在各自坐标轴含有红、绿和蓝矢量的三维立方体代表。在这里，黑色是原点(origin)。白色是黑色的对立终点。亮度由从黑色开始到白色的线代表。在每个颜色信道含有8位的24位彩色图形系统中，(255、0、0)表示红色。在彩色立方体上，(1，0，0)代表红色。

YCbCr是在颜色信息中尤其表示亮度的另一种彩色空间。亮度由Y表示，并且蓝色颜色信息和红色颜色信息由CbCr表示。Y代表亮度信息，而Cb和Cr代表颜色标度(scale)。RGB通过下列表达式变换为YCbCr：

(数学表达式1)

Y＝0.29900R+0.58700G+0.11400B

Cb＝-0.16874R   0.33126G+0.50000B

24Cr＝0.50000R  0.41869G  0.08131B

其反转变换，也就是从YCbCr变换为RGB的变换通过下列表达式表示：

(数学表达式2)

R＝1.00000Y+1.40200Cr

G＝1.00000Y  0.34414Cb  0.71414Cr

B＝1.00000Y+1.77200Cb

图2表示在通过上述数学表达式1和2变换后表示在YCbCr颜色空间的RGB颜色空间的颜色的颜色色域。

数学表达式1和2是国际无线电咨询委员会(CCIR)的建议601-1，并且通常用于联合图片专家组(JPEG)压缩。除了数学表达式1和2，还有不同的变换。

数字元件将输入的RGB颜色信号变换并表示为YCbCr颜色信号。并且，在数字信号处理之后，YCbCr颜色信号被变换并且作为RGB颜色信号在显示器上显示。

在用于从RGB到YCbCr的颜色信号变换的数字信号处理期间，有时颜色在变换后不能显示在RGB颜色空间。因此，显示器显示的处理的颜色信号在颜色色域上可能是异常的。

发明内容

在下面的描述中，本发明的各个方面和优点将部分展现出来，并且部分从描述中不难得出，或通过本发明实践获得。

因此，根据本发明的一个方面，提供一种能够有效存储关于颜色色域的信息并使用存储的颜色色域以便关于颜色信号的数字信号处理结果可以用可表示的颜色色域来表示的装置及其方法。

根据本发明的一个方面，颜色信号处理装置包括：计算单元，计算输入的RGB颜色信号的亮度、色度和色调；坐标存储单元，存储预定的包括关于根据预定水平(level)分类的颜色的亮度和色度的坐标，以及由色度和每个根据预定水平分类的颜色的亮度坐标构成的三角形的顶点坐标；颜色色域确定单元，确定颜色色域来显示输入的RGB颜色信号；和信号处理单元，在预定的颜色色域数字化输入的RGB颜色信号。颜色色域确定单元从坐标存储单元提取对应于计算的颜色的坐标，并根据计算的亮度和色度和提取的坐标确定可显示的亮度和色度的范围。当输入的RGB颜色信号在由颜色色域确定单元确定的颜色色域内时，信号处理单元数字化输入的RGB颜色信号。

计算单元通过下式计算色度和色调：

$C=\sqrt{{\mathrm{Cb}}^2+{\mathrm{Cr}}^2}$

$H={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{Cb}}{\mathrm{Cr}}$

其中，C是色度，Cb是表示绿色的颜色标度，Cr是表示红色的颜色标度，并且H是色调。

颜色色域确定单元通过下式确定关于使用从坐标存储单元提取的坐标和代表亮度变化的亮度坐标轴构成的三角形的最大色度：

              Y:Y_pos＝C_max:C_pos(Y≤Y_pos)

              (255-Y):(255-Y_pos)＝C_max:C_pos(Y＞Y_pos)

其中，Y_pos是坐标的亮度值，Y是输入的RGB颜色信号的亮度，C_pos是坐标的色度值，并且C_max是提高到保持输入的RGB颜色信号的亮度和色调的范围中的最大色度。

颜色色域确定单元通过下式确定关于使用从坐标存储单元提取的坐标和代表亮度变化的亮度坐标轴构成的三角形的亮度范围：

               Y_min:Y_pos＝C:C_pos

               (255-Y_max):(255-Y_pos)＝C:C_pos

其中，Y_pos是坐标的亮度值，Y是输入的RGB颜色信号的亮度，C是RGB颜色信号的色度，Y_min是在保持输入的RGB颜色信号的色调和色度的范围中降低到的最小亮度，和Y_max是提高到保持输入的RGB颜色信号的色调和色度的范围中的最大亮度。

因此，如果正确选择用于输入的RGB颜色信号的可显示的颜色色域，关于颜色色域的信息可以在数字信号处理过程中使用，并且在处理后防止获得的结果超过可显示的颜色色域。

同时，根据本发明的一个方面，提供一种颜色信号处理方法，该方法包括：计算输入的RGB信号的亮度、色度和色调；检索对应于计算的色调的坐标；根据提取的坐标和计算的亮度和色度确定可显示的颜色色域；显示输入的RGB颜色信号；和在确定的颜色色域内数字化输入的RGB颜色信号，以及储存预定的包括根据预定的水平分类的颜色的亮度和色度的坐标，以及由色度和每个根据预定水平分类的颜色的亮度坐标构成的三角形的顶点坐标。坐标的检索提取对应于计算的色调的坐标，并且根据计算的亮度和色度和提取的坐标确定亮度和色度的可显示的范围。

根据本发明一个方面，提供对应于计算的色调的坐标，并根据计算的亮度和色度确定可显示的亮度和色度的范围。因此，处理颜色信号的颜色色域可以被有效储存和使用。

附图说明

通过下面结合示例性地示出一例的附图进行的描述，本发明的上述和其他目的和/或特点将会变得更加清楚并且更容易从下面的实施例描述中理解本发明，其中：

图1是表示RGB颜色空间的图；

图2是表示在YCbCr颜色空间中表示的RGB颜色空间的颜色色域的图；

图3是表示在CbCr颜色空间中图2的颜色色域的投影图；

图4是表示根据本发明一方面的颜色信号处理装置的示意图；

图5是表示图4的颜色信号处理装置的颜色信号处理的流程图；

图6是表示根据色调确定颜色色域的方法的图；

图7是表示根据图6某一色调确定颜色色域的方法的图；

图8是表示获得色度范围的方法的例子的图；

图9是表示获得亮度范围的方法的例子的图；及

图10是表示另一个获得色度范围的方法的例子的图。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例，其中相同的参考号码指全文中相同的部件。将在下面描述部件以便参考附图描述本发明。

图3是表示至CbCr颜色空间中的图2的投影图。

根据本发明一个方面，YCbCr颜色空间的颜色色域在Y＝0的CbCr颜色空间表示。如下列数学表达式3表示的，CbCr颜色空间被表示为极坐标系统。

(数学表达式3)

$C=\sqrt{{\mathrm{Cb}}^2+{\mathrm{Cr}}^2}$

$H={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{Cb}}{\mathrm{Cr}}$

由数学表达式3表示的颜色空间是YCH颜色空间。将YCbCr颜色空间的颜色色域变换并表示在YCH颜色空间是可能的。

图6表示包含在颜色色域中的Y和C值，其中它们可以根据各自的色调受到处理。根据颜色值H重画Y和C值的过程在图7中表示。

如图7所示，使用单个色调H，在颜色色域中的Y和C值被置于单个三角形中。因此，使用三角形顶点值可以计算给定值的颜色色域，也就是单个色调H的颜色值。

因此，当存储颜色色域信息时，可以储存三个顶点值而不是全部颜色色域。此外，因为三角形的一个(Y＝0，C_max＝0)和另一个顶点(Y＝255，C_max＝0)是共通的，所以可以只储存最后的顶点。最后的顶点可以标为(Y＝Y_pos，C＝C_pos)。根据单个色调H的给定颜色值仅通过储存顶点值(Y_pos(H)，C_pos(H))，可以获得颜色色域信息。

图4是表示根据本发明一方面的颜色信号处理装置的示意图。参照图4，颜色信号处理装置包括计算单元41、坐标存储单元43、颜色色域确定单元45和信号处理单元47。

计算单元41计算对应于输入的RGB颜色信号的亮度、色度和色调。通过在发明背景中的数学表达式1所示的Y＝0.29900R+0.58700G+0.11400B，可以获得对应于输入的RGB颜色信号的亮度Y。此外，根据由数学表达式1获得的带蓝色的信息Cb和带红色的信息Cr，可以通过数学表达式3计算色度C和色调H。

坐标存储单元43储存包括根据预定水平分类的每种颜色亮度和色度的坐标值，即，值(Y_pos(H)，C_pos(H))。

颜色色域确定单元45确定显示输入的RGB颜色信号的显示器(未示出)的颜色色域。颜色色域确定单元45从坐标存储单元43提取对应于由计算单元41计算的颜色的坐标，并根据提取的坐标和由计算单元41计算的亮度和色度确定亮度和色度的可显示的范围。

信号处理单元47在由颜色色域确定单元45确定的颜色色域中数字化输入的RGB颜色信号，并变换和在显示器上输出作为RGB颜色信号的数字化的颜色信号。

图5是表示图4的颜色信号处理方法的流程图。参照图5，在操作S501，计算单元41使用数学表达式1和3计算输入的RGB颜色信号亮度、色度和色调。计算的输入的RGB颜色信号亮度、色度和色调被发送到颜色色域确定单元45。

在操作S503，颜色色域确定单元45从坐标存储单元43提取对应于由计算单元41计算的亮度、色度和色调的坐标。坐标存储单元43储存包括根据按预定间隔的角分类的每种颜色的亮度和色度的坐标值。储存在坐标存储单元43的各自的坐标值与亮度坐标轴构成单个三角形。亮度坐标轴表示亮度的改变。图6表示使用图5的方法构成的三角形。

图7象征地表示三角形。虽然图6通过例子的方式表示对应于每个色调的单个坐标，但是不能认为这是限制。例如，坐标存储单元43可以储存对应于每个色调的多个坐标。

在操作S505，颜色色域确定单元45根据由提取的坐标和亮度坐标轴形成的三角形(见图7)确定显示的颜色色域。

图8到10表示根据由提取的坐标和亮度坐标轴形成的三角形确定显示的颜色色域的方法。参照附图，关于由来自坐标存储单元43的坐标和亮度坐标轴合作形成的三角形的最大色度通过下式确定：

(数学表达式4)

                Y:Y_pos＝C_max:C_pos(Y≤Y_pos)

                (255-Y):(255-Y_pos)＝C_max:C_pos(Y＞Y_pos)

其中C_pos是坐标的色度值，并且C_max是保持输入的RGB颜色信号的亮度和色调的范围中的最大色度。因为根据本发明一个方面最小色度值从“0”开始，所以只需要获得最大色度值。

关于由从坐标存储单元43提取的坐标和亮度坐标轴形成的三角形，亮度的范围可以通过下式确定：

(数学表达式5)

                Y_min:Y_pos＝C:C_pos

                (255-Y_max):(255-Y_pos)＝C:C_pos

其中，Y_pos是坐标亮度值，Y是输入的RGB颜色信号的亮度，C是RGB颜色信号的色度，Y_min是可以降低到保持RGB颜色信号的色调和色度的范围中的最小亮度，并且Y_max是可以提高到保持RGB颜色信号的色调和色度的范围中的最大亮度。

在操作S507，颜色色域确定单元45确定亮度的坐标和输入的RGB颜色信号的色度是否存在于确定的颜色色域中。如果亮度的坐标和输入的RGB颜色信号的色度不在确定的颜色色域中，颜色色域确定单元45从坐标存储单元43提取新的坐标，并其后重复该方法。

如果亮度的坐标和输入的RGB颜色信号的色度在确定的颜色色域中，颜色色域确定单元45向信号处理单元47发送确定的显示颜色色域。在操作S509，根据从颜色色域确定单元45接收的颜色色域，信号处理单元47数字化输入的RGB颜色信号。

如上所述，颜色信号处理装置只需要储存预定的坐标来确定显示颜色色域，因此存储器容量将大大减少。

根据本发明一个方面，颜色信号处理装置的存储器的需要存储颜色色域的存储容量少于常规存储器单元需要的存储容量，并且关于颜色色域的信息被用于颜色信号处理。此外，关于颜色色域的信息可以被用于防止颜色信号处理的结果超过可显示的颜色色域。

本发明的详细描述使本发明许多特征和优点变得更加清楚，因此所附权利要求目的是涵盖在本发明真正宗旨和范围中的本发明的所有特征和优点。此外，由于本领域人员可以作出大量修改和变形，所以不要求将本发明限制于如上描述和表示的具体的结构和操作，在不脱离本发明范围的情况下，可以进行各种变形和修改。

Claims (12)

1、一种颜色信号处理装置，包括：

计算单元，计算输入的RGB颜色信号的亮度、色度和色调；

坐标存储单元，存储预定的包括关于根据预定水平分类的颜色的亮度和色度的坐标，以及由色度和每个根据预定水平分类的颜色的亮度坐标构成的三角形的顶点坐标；

颜色色域确定单元，从所述坐标存储单元提取对应于计算出的所述色调的坐标，根据计算出的亮度、色度以及提取出的坐标来确定可显示的亮度和色度的范围，从而确定颜色色域来显示输入的RGB颜色信号；及

信号处理单元，在预定的颜色色域数字化输入的RGB颜色信号。

2、如权利要求1所述的颜色信号处理装置，其中，当输入的RGB颜色信号在由颜色色域确定单元确定的颜色色域内时，信号处理单元数字化输入的RGB颜色信号。

3、如权利要求2所述的颜色信号处理装置，其中，计算单元通过下式计算色度和色调：

$C=\sqrt{{\mathrm{Cb}}^2+{\mathrm{Cr}}^2}$

$H={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{Cb}}{\mathrm{Cr}}$

其中，C是色度，Cb是表示绿色的颜色标度，Cr是表示红色的颜色标度，并且H是色调。

4、如权利要求3所述的颜色信号处理装置，其中，颜色色域确定单元通过下式确定关于使用从坐标存储单元提取的坐标和代表亮度变化的亮度坐标轴构成的三角形的最大色度：

                  Y:Y_pos＝C_max:C_pos(Y≤Y_pos)

            (255-Y):(255-Y_pos)＝C_max:C_pos(Y≥Y_pos)

其中，Y_pos是坐标的亮度值，Y是输入的RGB颜色信号的亮度，C_pos是坐标的色度值，并且C_max是提高到保持输入的RGB颜色信号的亮度和色调的范围中的最大色度。

5、如权利要求3所述的颜色信号处理装置，其中，颜色色域确定单元通过下式确定关于使用从坐标存储单元提取的坐标和代表亮度变化的亮度坐标轴构成的三角形的亮度范围：

                         Y_min:Y_pos＝C:C_pos

                    (255-Y_max):(255-Y_pos)＝C:C_pos

其中，Y_pos是坐标的亮度值，Y是输入的RGB颜色信号的亮度，C是RGB颜色信号的色度，Y_min是在保持输入的RGB颜色信号的色调和色度的范围中的降低到的最小亮度，和Y_max是提高到保持输入的RGB颜色信号的色调和色度的范围中的最大亮度。

6、如权利要求1所述的颜色信号处理装置，其中，计算单元通过下列关系计算对应于输入RGB颜色信号的亮度：

Y＝0.29900R+0.58700G+0.11400B

7、如权利要求1所述的颜色信号处理装置，其中，关于颜色色域的信息防止颜色信号处理超过可显示的颜色色域。

8、一种颜色信号处理方法，该方法包括：

计算输入的RGB信号的亮度、色度和色调；

检索对应于计算的色调的坐标；

根据提取的坐标和计算的亮度和色度确定可显示的颜色色域；

显示输入的RGB颜色信号；

在确定的颜色色域内数字化输入的RGB颜色信号；及

储存预定的包括根据预定的水平分类的颜色的亮度和色度的坐标，以及由色度和每个根据预定水平分类的颜色的亮度坐标构成的三角形的顶点坐标。

9、如权利要求8所述的颜色信号处理方法，其中，当输入的RGB颜色信号存在于预定的颜色色域中时，输入的RGB颜色信号被数字化。

10、如权利要求9所述的颜色信号处理方法，其中，使用下式计算色度和色调：

$C=\sqrt{{\mathrm{Cb}}^2+{\mathrm{Cr}}^2}$

$H={\tan }^{-1}\frac{\mathrm{Cb}}{\mathrm{Cr}}$

其中，C是色度，Cb是表示绿色的颜色标度，Cr是表示红色的颜色标度，并且H是色调。

11、如权利要求10所述的颜色信号处理方法，还包括：

颜色色域确定单元通过下式确定关于使用从坐标存储单元提取的坐标和代表亮度变化的亮度坐标轴构成的三角形的最大色度：

                     Y:Y_pos＝C_max:C_pos(Y≤Y_pos)

                (255-Y):(255-Y_pos)＝C_max:C_pos(Y＞Y_pos)

其中，Y_pos是坐标的亮度值，Y是输入的RGB颜色信号的亮度，C_pos是坐标的色度值，并且C_max是提高到保持输入的RGB颜色信号的亮度和色调的范围中的最大色度。

12、如权利要求10所述的颜色信号处理方法，其中，确定单元通过下式确定关于使用从坐标存储单元提取的坐标和代表亮度变化的亮度坐标轴构成的三角形的亮度范围：

                         Y_min:Y_pos＝C:C_pos

                    (255-Y_max):(255-Y_pos)＝C:C_pos

其中，Y_pos是坐标的亮度值，Y是输入的RGB颜色信号的亮度，C是RGB颜色信号的色度，Y_min是在保持输入的RGB颜色信号的色调和色度的范围中的降低到的最小亮度，和Y_max是提高到保持输入的RGB颜色信号的色调和色度的范围中的最大亮度。

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