CN1312942C - 彩色过渡改良中调整彩色边缘中心的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种在输入视频像素帧中进行彩色过渡增强的改进方法。将当前像素的亮度值与相邻像素的亮度值作比较。确定一个校正值，通过将校正值加到当前像素的色度值，当前像素的色度值被“推”向其亮度值最接近当前像素的相邻像素。也使用CTI方法独立处理原始视频帧，并且，通过软开关单元，当前像素的校正色度值与CTI处理输出中的相应像素结合，生成一个输出视频帧，该输出视频帧是输入视频帧的增强型式。

Description

彩色过渡改良中调整彩色边缘中心的方法和装置

技术领域

本发明通常涉及视频信号处理，尤其涉及用于增强彩色过渡的色度信号处理。

背景技术

在彩色电视广播标准中，例如NTSC、PAL和SECAM，传输信号包括色度信号和亮度信号。与亮度信号的带宽相比，色度信号的带宽很窄。色度信号有限的带宽产生相对慢的色度变化，导致接收的/显示的图像中模糊的彩色边缘拖影(smear)。

已经试图用不同技术来增强彩色过渡的锐度，例如美国专利No.4,935,806和美国专利No.5,920,357中描述的，通常所说的即已知的“彩色过渡改良”技术。彩色过渡改良技术中的基本步骤就是将叠加一个“校正信号”(例如使用高通滤波的原始信号的二阶导数)加到原始色度信号，从而恢复由有限带宽导致丢失的频率成分。随后通过后处理消除所有的负向尖峰和正向尖峰。

然而，如图1中示例性彩色变化曲线所示的，彩色边缘的中心具有一个等于零的二阶导数，其中，彩色边缘中心附近的彩色变化几乎是“平坦”的。因此，彩色边缘中心附近的高通滤波器响应是很微弱的。结果，传统的彩色过渡改良方法几乎不触及彩色过渡中心附近的区域。

因此需要一种充分地使彩色过渡的斜率加剧的视频增强方法，充分地使彩色过渡的斜率加剧，；以及一种恰当地处理彩色过渡中心附近的“平坦”区域，从而恢复由有限带宽导致丢失的频率成分的装置。

发明内容

本发明满足了上述需要。本发明的一个目的是提供一种方法，来恰当地处理彩色过渡中心附近的“平坦”区域，恢复由有限带宽导致丢失的频率成分。为达到该目的，在一种实施方式中本发明提供一种方法和装置来增强包括色度和亮度信号的输入视频信号中的彩色过渡，所述色度和亮度信号代表由包含视频信息的像素组成的视频帧。首先，计算输入的色度信号和亮度信号的包括左和右导数的一阶导数，包括左和右导数。根据算出的色度和亮度信号的一阶导数，计算两个校正信号。

逻辑控制单元确定在当前像素位置的色度信号是否需要校正。如果逻辑控制单元确定要校正色度信号，它根据亮度信号的左和右导数间的关系选择算出的校正信号中的一个。然后将该校正信号加到原始色度信号。

同样地，根据本发明的色度信号校正步骤，如果当前像素的亮度值更接近它的左/右相邻像素的亮度值，将当前像素的色度值“推”向它的左/右相邻像素。

最后，使用一个软开关单元，能够把经过校正的色度信号与彩色过渡改良(CTI)处理单元的输出相结合。该软开关是以原始色度信号的二阶导数为根据的。同样地，在另一方面，如果输入色度信号的二阶导数大时，根据本发明的增强系统使用一种CTI方法，而当输入色度信号的二阶导数小时，平稳切换到上述“平坦”过渡中心校正法。

因此，根据本发明的增强法充分地加剧彩色过渡的斜率并处理彩色过渡中心附近的“平坦”区域，以恢复由有限带宽导致丢失的频率成分。另外，这样一种方法能与传统方法结合使用，以便当输入色度信号的二阶导数大时，根据CTI方法处理视频信号。

附图说明

参考下文的描述、所附权利要求和附图，本发明的这些和其它特征、方面和优点将被充分理解，其中：

图1是一个示例性曲线，表示彩色过渡中心附近的“平坦”区域；

图2A表示根据本发明的视频处理方法的实施方式步骤流程图；

图2B是根据本发明的视频处理系统的实施方式的结构框图；

图3是说明根据本发明修改当前像素色度值的例子的图，其中根据当前像素的附近像素亮度值，将“推”像素向下“推”接近它的左邻像素的色度值；

图4是说明根据本发明修改当前像素色度值的另一个例子的图，其中根据当前像素的附近像素亮度值，上“推”将像素向上“推”使其接近它的左邻像素的色度值；

图5是说明根据本发明修改当前像素色度值的另一个例子的图，其中根据当前像素的附近像素亮度值，“推”像素使其接近它的右邻像素的色度值；和

图6是说明根据本发明修改当前像素色度值的另一个例子的图，其中根据当前像素的附近像素亮度值，“推”将像素向下“推”接近它的右邻像素的色度值。

具体实施方式

概述

在一种实施方式中，本发明提供一种方法和装置，用于增强包括色度和亮度信号的输入视频信号中的彩色过渡，该色度和亮度信号表示包含视频信息的像素的视频帧。

图2A表示本发明的增强方法的实施方式步骤流程图。在处理一个M×N像素帧时，首先获得当前像素和相邻像素的亮度值(步骤10)。然后将比较当前像素的亮度值和相邻像素的亮度值作比较。在一个示例中，确定是否当前像素的亮度值是否接近它的左边(或上面)的相邻像素的亮度值，或接近它的右边(或下面)的相邻像素的亮度值(步骤12)。确定一个校正值(步骤14)，通过将校正值加到当前像素的色度值(步骤16)，将当前像素的色度值被“推”向具有最接近当前像素亮度值的相邻像素。还用CTI方法分别地处理原始视频帧(步骤18)，并且，通过软开关单元，当前像素的校正色度值与CTI处理输出中的相应像素结合，生成输出视频帧，该输出视频帧是输入视频帧的增强型式(步骤20)。

在一个实施例中，首先，计算输入的色度信号和亮度信号的一阶导数，该一阶导数包括左和右导数。根据算出的色度和亮度信号的一阶导数，计算两个校正信号。

逻辑控制单元确定当前像素位置的色度信号是否需要校正。如果逻辑控制单元确定要校正色度信号，它根据亮度信号的左和右导数间的关系选择算出的校正信号中的一个。然后将该校正信号加到原始色度信号上。

同样地，如果当前像素的亮度值接近它的左/右相邻像素的亮度值，根据本发明的色度信号校正步骤将当前像素的色度值“推”向它的左/右相邻像素的色度值。

最后，使用一个软开关单元，能够把经过校正的色度信号与CTI处理单元的输出相结合在一起。该软开关是以原始色度信号的二阶导数为根据的。同样地，在另一方面，如果输入色度信号的二阶导数大时，根据本发明的增强系统使用一种CTI方法，而当输入色度信号的二阶导数小时，则平稳切换到如上所述的“平坦”过渡中心校正法。

由此，根据本发明的增强方法充分地增强彩色过渡的斜率，并处理靠近彩色过渡中心的“平坦”区域，从而还原由于有限带宽受限而丢失的频率成分。另外，这种方法可以结合CTI方法使用，以便当输入色度信号的二阶导数大时，根据CTI方法处理视频信号。

实施例

为了帮助理解，下面，用色度信号U描述本发明的实施例。然而如同本领域的熟练技术人员公认的，本发明对于色度信号U和V以及其它特征信号都是有用的。而且为了帮助理解，下面的实施例用于描述水平处理(也就是，像素的亮度值与它的左和右相邻像素的亮度值的比较)。然而如同本领域熟练技术人员公认的，垂直处理(也就是，与上面和下面相邻像素的比较)与水平处理相似，并且垂直处理是可由本发明设想的。

图2B显示了执行根据本发明的上述增强方法的视频处理系统30的优选实施方式框图。在色度校正部分32，首先将输入的色度信号首先提供到用于色度信号U的一阶导数计算器34。一阶导数计算器34计算下列一阶导数：

dU_l(x)＝U(x-1，y)-U(x，y)，        (1)

dU_r(x)＝U(x+1，y)-U(x，y)，        (2)

dU(x)＝min(|dU_l(x)|，|dU_r(x)|)。   (3)

符号1和r分别表示“左”和“右”。一阶导数dU_l(x)和dU_r(x)提供给校正信号计算单元36。一阶导数dU(x)也提供给逻辑控制单元38。

如图2所示，另一个输入信号，即亮度信号Y，也被提供给另一个一阶导数计算器40，该计算器计算亮度信号Y的一阶导数如下：

dY_l(x)＝Y(x-1，y)-Y(x，y)，    (4)

dY_r(x)＝Y(x+1，y)-Y(x，y)，    (5)

aY(x)=||dY_r(x)|-|dY_l(x)||。    (6)

一阶导数dY_l(x)和dY_r(x)提供给校正信号计算单元36，并且一阶导数dY_l(x)、dY_r(x)和dY(x)提供给：逻辑控制单元38。

校正信号计算单元36使用分别用于亮度和色度信号的两个一阶导数计算器34、40的输出来计算校正信号。这样，校正信号计算单元36首先计算下列增益控制值：

其中T_g是实验确定的阈值。

控制信号计算单元36通过分别计算左和右增益控制函数和相应的色度信号左和右一阶导数的乘积，也就是g_l(x)*dU_l(x)和g_r(x)*dU_r(x)，来计算校正信号。

校正信号被提供到逻辑控制单元38，其中逻辑控制单元38决定使用哪个校正信号来校正原始输入色度信号。该决定是根据靠近当前像素的像素的亮度信号值做出的，如下文实施例所述。

在此实施例中，如果当前像素的亮度值接近它的左邻像素的亮度值，那么当前像素的色度值被‘推”向它的左邻像素的色度值。而，如果当前像素的亮度值接近它的右邻像素的亮度值，那么当前像素的色度值被推向它的右邻像素的色度值。

图3显示了一个当前像素50的实施例，相对于右邻像素54的亮度值54a，亮度值Y(空心圆)50a更接近于它的左邻像素52的亮度值52a。这样的话，通过叠加左校正信号，例如g_l(x)*dU_l(x)，当前像素50的色度值U(实心圆)50b被下推，使其接近它的左邻像素52的色度值52b。对于图3的例子，左校正信号g_l(x)*dU_l(x)是负的。因此，在叠加左校正信号g_l(x)*dU_l(x)之后，当前像50的色度值50b被“下推”到值50c(如虚线箭头所示)。在图3中用空心虚线圆表示经过校正的当前像素50的亮度50c。

相似地，图4显示了一个实施例，其中，相对于右邻像素54的亮度值，当前像素50的亮度值Y(空心圆)50a更接近于它的左邻像素52的亮度值。同样地，通过叠加左校正信号，例如g_l(x)*dU_l,(x)，当前像素50的色度值U(实心圆)50b被推向它的左邻像素52的色度值。这时，g_l(x)*dU_l(x)是正的，由此，当前像素50的色度信号U(实心圆)被“上推”，如校正后的亮度值50c所示。

相似地，图5和图6各显示了另一实施例，其中当前像素50的色度值U、50b被推向它的右邻像素54的色度值，因为相对于左邻像素52的亮度值，当前像素50的亮度值Y、50a更接近于它的右邻像素54的亮度值。为了将当前像素50的色度值U 50b推向它的右邻像素54的色度值，选择例如g_r(x)*dU_r(x)的右校正信号，并将其加到色度值U、50b，从而生成校正的色度值50c。

再参考图2B，通常，该示例的逻辑控制单元38的输出能被概括为以下伪代码：

if(dU(x)＞T_u  and  dY(x)＞T_y)    then    (9)

{    if  (|dY_l(x)|＜|dY_r(x)|)    then

return  g_l(x)*dU_l(x)，

if  (|dY_l(x)|＞|dY_l(x)|)    then

return  g_r(x)*dU_r(x)，

}

else

return 0；

其中T_u和T_y是实验确定的阈值。

上述伪代码中的第一个“if’语句中的条件dU(x)＞T_u，用于检测当前像素的色度信号U相对于相邻像素的偏差是否显著。如果偏差不显著，当前像素的色度信号U不需要被校正(“推”)。如果偏差显著，则条件dY(x)＞T_y，被检测，从而确定当前像素的亮度值Y是否偏向它的两个相邻像素中的任何一个的值。如果dY(x)小，那么当前像素的亮度值Y不偏向它的两个相邻的像素中的任一个的亮度值。这种情况表示一个渐进的彩色变化，因而不需要校正。因此，仅当dU(x)＞T_u并且dY(x)＞T_y时，当前像素的色度值U需要校正。

在图2B的例子中，逻辑控制单元38的输出(即，校正信号)和输入的原始色度信号U被提供到加法器结点42，其中加法器结点42将校正信号加到当前像素的原始色度信号U。由此，表示一个视颜图像的一帧像素的每个像素被如此处理。加法器结点42的输出 取决于逻辑控制单元38选择的校正信号值，并能根据以下伪代码进行表示：

if(dU(x)＞T_u and  dY(x)＞T_y)    then    (10)

{    if  (|dY_l(x)|＜|dY_r(x)|)   then

$\tilde{U}\left(x\right)=U\left(x\right)+g_l\left(x\right)*d{U}_l\left(x\right),$

if  (|dY_l(x)|＞|dY_r(x)|)    then

$\tilde{U}\left(x\right)=U\left(x\right)+g_r\left(x\right)*d{U}_r\left(x\right),$

}

else

$\tilde{U}\left(x\right)=U\left(x\right).$

根据本发明的其他方面，输入的色度信号被独立地提供到执行彩色过渡改良算法的CTI单元46。标记为 的CTI单元的输出，被提供到软开关单元44。加法器结点42的输出 也提供给软开关单元44，在这里它与CTI单元46的输出相结合。输入的色度信号也提供给二阶导数计算器48来计算二阶导数D²U。在一个实施例中，通过具有滤波系数(1，-2，1)的带通滤波器逼近二阶导数。二阶导数计算器48的输出也提供到软开关单元44。

在软开关单元44，CTI单元46的输出 与校正后的信号

结合。如上所述，由于彩色边缘的中心具有一个等于零的二阶导数，彩色边缘中心附近的彩色过渡几乎“平坦”。因此，传统彩色过渡改良方法的高通滤波不增强彩色过渡中心附近的区域。同样，软开关单元44切换到校正后的信号 作为图2中的输出U_out。

在一个实施例中，这样的软开关被实现为：

$U_{\mathrm{out}}\left(x\right)=(1-\mathrm{\α}\left(x\right)\mathrm{})*\stackrel{\‾}{U}\left(x\right)+\mathrm{\α}\left(x\right)*\tilde{U}\left(x\right)---\left(11\right)$

其中U_out是图2B视频处理系统的输出，α(x)是如下定义的软开关函数：

α(x)＝1  如果  |D²U(x)|＜T₁；                    (12)

α(x)＝0  如果  |D²U(x)|＞T₂；                    (13)

α(x)＝(T₂-|D²U(x)|)/(T₂-T₁)如果T₁≤|D²U(x)|≤T₂；(14)

其中T₁和T₂是实验确定的阈值。

从U_out(x)的表达式(11)和α(x)的定义(12)至(14)，能够看出在“非平坦”区域(即，|D²U(x)|＞T₂)中，输出 $U_{\mathrm{out}}\left(x\right)=\stackrel{\‾}{U}\left(x\right)$ 。还能够看出，在“平坦” 区域(即，|D²U(x)|＜T₁)中，输出 $U_{\mathrm{out}}\left(x\right)=\tilde{U}\left(x\right)$ ，其中U_out(x)是一个从 平稳变化到 的函数。

上述示例性增强方法和装置涉及按行和列设置的像素的二维帧。尽管上文描述了对于按列设置的像素的增强处理，其中该按列设置像素将偏向当前像素的右/左面的像素，上述处理同样适用于邻近当前像素的其它像素，包括该帧中当前像素的上/下列中的像素。

同样地，当前像素的亮度值与相邻像素(例如，右、左、上、下等)的亮度值进行比较，以识别一个其亮度值最接近当前像素亮度值的相邻像素。然后计算一个校正值，将其与当前像素的色度值相加，从而生成校正的色度值，该校正的色度值靠近被识别的相邻像素的色度值。原始视频帧也用CTI法进行处理，其中当前像素的校正色度值在CTI处理的输出中通过软开关与相应像素结合，生成输出视频帧，它是输入视频帧的增强型式。

另外，如同本领域的熟练技术人员公知的，根据本发明的图2中的上述装置/系统能作为由处理器例如逻辑电路、ASIC、固件等运行的程序指令来实现。因此，本发明不局限于这里描述的具体实施例。

本发明已经参照一些优选型式进行了非常详细的描述，然而，其它形式也是可能的。因此，所附权利要求的精神和范围不应局限于这里包含的优选型式的描述。

Claims (20)

1.一种处理代表一个具有过渡响应的视频信号的像素输入帧的方法，每个像素具有一个亮度值和一个色度值，该方法包括步骤：

根据相邻像素的亮度值，通过调整每个像素的彩色边缘中心增强每个像素的彩色过渡，而提供增强的像素，

其中增强每个像素的所述彩色过渡还包括步骤：根据相邻像素的亮度值，通过调整其彩色边缘中心而增强像素的色度值，

其中调整一个选定像素的色度值还包括步骤：将选定像素的亮度值和相邻像素的亮度值作比较，以在相邻像素中识别一个其亮度值最接近选定像素亮度值的像素；和改变选定像素的色度值，使其更接近被识别的相邻像素的色度值，

其中改变选定像素的色度值使其更接近被识别相邻像素的色度值，还包括步骤：根据被识别像素的色度值确定一个校正值；将校正值加到选定像素的色度值，以生成选定像素的校正色度值，

其中：

每个色度值具有一个U分量和一个V分量；

每个校正值具有一个U分量和一个V分量；

将校正值加到选定像素的色度值，还包括将校正值分量加到选定像素的相应色度值分量的步骤。

2.权利要求1的方法，其中：

校正值的U分量是g_i(x)*dU_i(x)，和

校正值的V分量是g_i(x)*dV_i(x)，

其中：

i表示该帧中的被识别相邻像素，

g_i(x)是一个增益控制函数，它取决于选定像素x的亮度值和被识别像素的亮度值间的差，

dU_i(x)表示选定像素x的色度值的U分量与被识别像素的色度值的U分量的差，和

dV_i(x)表示选定像素x的色度值的V分量与被识别像素的色度值的V分量的差。

3.权利要求1的方法，其中：

该帧由一个排列成行和列的像素阵列组成；

调整一个选定像素的色度值的步骤还包括步骤：

将选定像素的亮度值与该选定像素的右和左列中的相邻像素的亮度值进行比较，从而在那些相邻像素中识别一个其亮度值最接近选定像素亮度值的像素；和

改变选定像素的色度值，使它更接近被识别的相邻像素的色度值。

4.权利要求1的方法，其中：

该帧由一个排列成行和列的像素阵列组成；

调整一个选定像素的色度值的步骤还包括步骤：

将选定像素的亮度值与该选定像素的上和下行中的相邻像素的亮度值进行比较，从而在那些相邻像素中识别一个其亮度值最接近选定像素亮度值的像素；和

改变选定像素的色度值，使它更接近被识别的相邻像素的色度值。

5.权利要求1的方法，其中改变选定像素的色度值还包括步骤：

将选定像素和被识别像素的亮度值之间的差值与一个阈值相比较；和

如果该差值超过该阈值，则改变选定像素的色度值，使它更接近被识别的相邻像素的色度值。

6.权利要求1的方法，其中改变选定像素的色度值还包括步骤：

将选定像素和被识别像素的色度值之间的差值与一个阈值相比较；和

如果该差值超过该阈值，则改变选定像素的色度值，使它更接近被识别的相邻像素的色度值。

7.权利要求1的方法，其中改变选定像素的色度值还包括步骤：

将选定像素和被识别像素的亮度值之间的差值与一个阈值相比较；和

如果该差值超过该阈值，则改变选定像素的色度值，使它更接近被识别的相邻像素的色度值。

8.权利要求1的方法，其中改变选定像素的色度值还包括步骤：

将选定像素和被识别像素的色度值之间的第一差值与第一阈值相比较；

将选定像素和被识别像素的亮度值之间的第二差值与第二阈值相比较；和

如果第一差值超过第一阈值，并且如果第二差值超过第二阈值，则改变选定像素的色度值，使它更接近被识别的相邻像素的色度值。

9.权利要求1的方法，还包括步骤：

在输入像素上进行彩色过渡改良CTI，以提供具有改良的彩色过渡的像素；和

使上述增强的像素和具有改良的彩色过渡的像素的值相结合，产生改善的和增强的像素帧。

10.权利要求9的方法，其中结合所述值还包括步骤：

确定彩色边缘中心附近的彩色过渡是否低于某个值，如果是，则提供CTI结果作为增强后的输出，否则，提供增强的像素作为增强后的输出。

11.权利要求9的方法，其中结合所述值还包括步骤：

确定彩色边缘过渡的二阶导数；和

如果二阶导数基本非零，则提供CTI结果作为增强后的输出，否则提供增强的像素作为增强后的输出。

12.一种处理代表一个具有过渡响应的视频信号的输入像素帧的装置，每个像素具有一个亮度值和一个色度值，所述装置包括：

校正值产生器，产生一个校正值，该校正值用于根据相邻像素的亮度值调整一个像素的彩色边缘中心；和

合成器，该合成器将校正值加到选定像素的色度值，以提供一个增强的像素，

其中：校正值产生器还包括一个控制单元，该控制单元将选定像素的亮度值与相邻像素的亮度值进行比较，从而在相邻像素中识别一个其亮度值最接近选定像素亮度值的像素，并根据被识别像素的色度值确定校正值；并且

合成器通过将校正值加到选定像素的色度值，改变选定像素的色度值，使它更接近被识别的相邻像素的色度值，

其中：

每个色度值具有一个U分量和一个V分量；

每个校正值具有一个U分量和一个V分量；

合成器将校正值分量加到选定像素的相应色度值分量。

13.权利要求12的装置，其中控制单元产生的校正值的U分量是g_i(x)*dU_i(x)，产生的校正值的V分量是g_i(x)*dV_i(x)，

其中：

i表示该帧中被识别的相邻像素，

g_i(x)是一个增益控制函数，它取决于选定像素x和被识别像素的亮度值间的差，

dU_i(x)表示选定像素x的色度值的U分量与被识别像素的色度值的U分量的差，和

dV_i(x)表示选定像素x的色度值的V分量与被识别像素的色度值的V分量的差。

14.权利要求12的装置，其中控制单元还被配置为：将选定像素和被识别像素的亮度值之间的差值与一个阈值相比较，如果该差值超过该阈值，则产生所述校正值。

15.权利要求12的装置，其中控制单元还被配置为：将选定像素和被识别像素的色度值之间的差值与一个阈值相比较，如果该差值超过该阈值，则产生所述校正值。

16.权利要求12的装置，其中控制单元还被配置为：将选定像素和被识别像素的亮度值之间的差值与一个阈值相比较，如果该差值超过该阈值，则产生所述校正值。

17.权利要求12的装置，其中控制单元还被配置为：(i)将选定像素和被识别像素的色度值之间的第一差值与第一阈值相比较，(ii)将选定像素和被识别像素的亮度值之间的第二差值与第二阈值相比较，和(iii)如果第一差值超过第一阈值，并且如果第二差值超过第二阈值，则产生所述校正值。

18.权利要求12的装置，还包括：

彩色过渡改良CTI单元，其对输入像素进行处理，以便提供具有改良的彩色过渡的像素；和

开关，使上述增强的像素和具有改良的彩色过渡的像素的值结合，产生改善的和增强的像素帧。

19.权利要求18的装置，其中：

该开关还被配置为：确定彩色边缘中心附近的彩色过渡是否低于某个值，如果是，则提供CTI结果作为增强后的输出，否则提供增强的像素作为增强后的输出。

20.权利要求18的装置，还包括一个微分器，该微分器用于确定彩色边缘过渡的二阶导数；并且该开关还被配置为：确定二阶导数是否基本非零，如果是，则提供CTI结果作为增强后的输出，否则提供增强的像素作为增强后的输出。

Images