CN1379597A - 改善图像质量的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种改善图像质量的设备,它成本低,电路尺寸小,有垂直和水平低通滤波器(VLPF和HLPF)、减法器、增益调节电路和加法器。其中,VLPF用于从输入的亮度信号提取垂直低频分量;HLPF用于从VLPF的输出信号中提取水平低频分量;减法器用于已进行延迟补偿的亮度信号减去HLPF的输出信号;增益调节电路调节由减法器产生的边缘信号的增益;加法器把其增益已调节的边缘信号加到经延迟补偿后的亮度信号。VLPF和HLPF均包括串联或并联连接的FIR(有限脉冲响应)滤波器和IIR(无限脉冲响应)滤波器。

Description

改善图像质量的方法和设备
技术领域
本发明涉及改善诸如电视机，视频投影机等图像显示设备显示的图像质量的方法和设备。
背景技术
现有技术的诸如电视机，视频投影机等图像显示设备显示的图像质量，因闪光而变坏。由于透镜中和投影管或显像管的受照表面上光反射和散射，使光从亮区漏到暗区，引起闪光现像。闪光使显示的图像边缘变得模糊，其亮度差大，例如，白区与黑区之间的边界的亮度差大。
图1示出一个视频投影机把该图像投射到屏幕上的原始图像。如图1所示，原始图像的中心部分有矩形白区WT和其周围的黑区BL，白区WT与黑区BL之间的交界边缘区ED上的亮度差大。图1还示出在原始图像下面，水平穿过其中心部分显示原始图像的视频信号(即亮度信号)。当视频投影机把原始图像投射到屏幕上时，光从白区WT漏进黑区BL，使边缘ED变模糊。因此，闪光使投射的图像质量下降。
为消除上述的闪光，通常对要供给投影机的视频信号进行数字式处理，以校正模糊边缘外的图像数据。这种数字式信号处理叫做闪光校正或闪光补偿。图2显示出闪光校正的原理。图2在(a)显示出与图1中所示原始图像的视频信号对应的原始图像视频信号的波形。图2在(b)显示出根据图2(a)处所示视频信号投射和显示在屏幕上的图像的亮度分布。图2在(c)显示出根据图2在(a)显示的视频信号有效校正闪光而产生的视频信号的波形。图2在(d)显示出根据图2中(c)处显示的校正后的视频信号投射和显示在屏幕上的图像的亮度分布。
图2中(b)显示根据(a)显示的视频信号由视频投影机投射到屏幕上的图像因闪光使其边缘模糊。为校正该图像，对图2中(a)显示的视频信号的正和负现行边缘进行校正或补偿，以根据边缘处的模糊状况校正(反向校正)这些边缘，即，重点校正这些边缘，如图2中(c)所示。因此，通过校正视频信号，可在屏幕上显示出无模糊边缘的图像，如图2中(d)所示。
日本特许公开NO.61-296880(JP-61-296880-A)公开了一种常规的图像质量改善设备，它根据亮度中的亮度信号，和由R(红)，G(绿)和B(蓝)色信号产生的颜色信号(宽带和窄带颜色信号)作为原色信号，所产生的校正信号进行上述的闪光校正。以下将详细描述所公开的改善图像质量的设备。
图3是日本特许公开JP61-296880中公开的图像质量改善设备的方框图。如图3所示，它包括A/D转换器101a至101c，矩阵电路102，补偿延迟电路103a至103c，校正信号发生器104，组合器105a至105c，和D/A转换器106a至106c。A/D转换器101a至101c分别供有亮度信号Y，宽带颜色信号C1，和由反向矩阵电路(没画)从R、G、B信号产生的窄带颜色信号C2。A/D转换器101a至101c把供给的模拟信号转换成数字信号。A/D转换器101a把它的数字输出信号供给校正信号发生器104，也供给矩阵电路102。A/D转换器101b、101c还把它的数字输出信号供给矩阵电路102。
校正信号发生器104包括：校正信号发生电路106和延迟单元107，它们加有A/D转换器101a供给的亮度信号；和增益调节电路108，它加有由校正信号发生电路106和延迟单元107供给的输出信号。
矩阵电路102把分别由A/D转换器101a至101c供给的亮度信号Y，宽带颜色信号C1，和窄带颜色信号C2转换成R、G、B信号，作为原色信号。从矩阵电路102输出的R、G、B信号分别供给补偿延迟电路103a至103c。
组合器105a的一个输入端加有补偿延迟电路103a的输出信号，另一输入端加增益调节电路108的输出信号。组合器105a给D/A转换器106a输出所供给的信号的组合信号。类似地，组合器105b加有初始延迟电路103b和增益调节电路108的输出信号，并把这些供给信号的组合信号输出到D/A转换器106b。组合器105c加有来自补偿延迟电路103c和增益调节电路108的输出信号，并把这些供给信号的组合信号输出到D/A转换器106c。
图3所示的图像质量改善设备操作如下：A/D转换器101a转换后的数字式亮度信号供给校正信号发生器104，校正信号发生电路106过滤供给的亮度信号，产生校正信号。通常，诸如电视机，视频投影机图像显示设备等因为其特征，如阴极射线管(CRT)的特征，加有乘以γ(伽玛)值的非线性输入信号。如果这些非线性输入信号过滤成闪光校正信号，并加上这种闪光校正信号，之后，闪光校正信号本身失去了线性，减小低信号电平的暗图像区中校正滤波器的灵敏度，结果，在该暗图像区不能充分改善图像质量。为避免出现上述缺点，用增益调节电路108调节校正信号发生电路106产生的校正信号的增益。
其增益已用增益调节电路108调节过的校正信号供给组合器105a至105c。组合器105a至105c组合各个R、G、B信号，这些R、G、B信号已用各补偿延迟电路103a至103c延迟，延迟的时间等于校正信号发生电路106所需的时间，以产生校正信号，用其增益已被增益调节电路108调节过的校正信号，能有效矫正R、G、B信号上的闪光。
图4示出了校正信号发生电路106内部的详细结构。为了防止清晰度下降，图像质量改善设备同样用来执行补偿图像外形的外形补偿处理。在校正信号发生电路106中同时进行外形补偿处理和闪光校正处理。校正信号发生电路106有补偿延迟单元125，它从供给校正信号发生电路106的输入信号产生和延迟用于外形校正滤波系统的信号1，用于闪光校正滤波系统的信号m，和参考信号n。外形校正滤波系统包括：串联连接的垂直外形矫正FIR(有限脉冲响应)滤波器121和水平外形校正FIR滤波器122；减法器126a，用于从参考信号n中减去滤掉的信号；和连接到减法器126a的输出端的核心(Coring)电路127a。闪光校正滤波系统包括：串联连接的垂直闪光校正复合IIR(无限脉冲响应)滤波器123和水平闪光校正复合IIR滤波器124；减法器126b，用于从参考信号n减去滤掉的信号；和连接到减法器126b的输出端的核心电路127b。校正信号发生电路106还有加法器128，用来加核心电路127a、127b输出的信号，和输出和数信号，作为从校正信号发生电路106的输出信号。
由于本发明涉及根据闪光校正来改善图像质量，以下将详细描述执行闪光校正的校正信号发生电路106的细节。串联连接的垂直闪光校正复合IIR滤波器123和水平闪光校正复合IIR滤波器124共同构成二维(2D)低通滤波器(LPF)。图5是垂直闪光校正复合IIR滤波器123的方框图，图6是水平闪光校正复合IIR滤波器124的方框图。
如图5所示，垂直闪光校正复合IIR滤波器123包括两个低通IIR滤波器230a、230b，两个
Figure A0212068900091
倒相器234a、234b。两个低通IIR滤波器230a、230b的结构彼此相同，图中详细展示出两个低通IIR滤波器230a、230b中的滤波器230a的具体电路配置。
低通IIR滤波器230a包括延迟元件231a至231c，它们包括多个线路存储器，分别连接到抽头和输入端的系数电路232a至232d，和加法器233a至233c。A/D转换器101a给系数电路232d供给亮度信号，系数电路232d的输出信号供给加法器233a的输入端。加法器233a的输出信号供给场倒相器234a。加法器233a的输出信号还经串联连接的延迟元件231a至231c供给已加有来自延迟元件231a至231c的输出信号的系数电路232a至232c。来自系数电路232a至232c的输出信号用加法器233b、233c彼此相加，和数信号供给加法器233a的另一输入端。这样配置的低通IIR滤波器230a用作递归滤波器。
垂直闪光校正复合IIR滤波器123中，来自低通IIR滤波器230a的输出信号用场倒相器234a在每个场中倒相，它给与低通IIR滤波器230a结构相同的低通IIR滤波器230b供给倒相后的输出信号。来自低通IIR滤波器230b的输出信号用场倒相器234b在每个场中倒相。当加倒相过的信号时，由于低通IIR滤波器230b使信号的相位提前，因此，低通IIR滤波器230a引起的相位延迟得到补偿。图5所示的滤波器配置提供良好的低通滤波器。
如图6所示，水平闪光校正IIR滤波器124包括两个低通IIR滤波器240a、240b，和两个行倒相器244a、244b。水平闪光校正IIR滤波器124与图5所示垂直闪光校正复合IIR滤波器123结构基本相同，但差别是，用行倒相器244a、244b代替场倒相器234a、234b。两个低通IIR滤波器240a、240b的结构彼此相同，每个低通IIR滤波器均包括延迟元件241a至241c，它包括A/D转换时钟寄存器，分别连接到多个抽头和输入端的系数电路242a至242d，和加法器243a至243c。低通滤波器240a、240b与图5所示低通IIR滤波器230a、230b结构基本相同，只是用延迟元件241a至241c代替包括线路存储器的延迟元件231a至231c。
除了JP-61-87493，A外，JP-61-88663，A；JP-61-88664，A；JP-61-88665-A；JP-61-88667，A；JP-61-88668，A；JP-61-88669，A；JP-61-270987，A；JP-61-270991，A；JP-61-270992，A；JP-61-270993，A；JP-61-270994，A；JP-61-270995，A；JP-61-295786，A；JP-61-295791，A；JP-61-295793，A；JP-61-296879，A；JP-61-296881，A；JP-296883，A；JP-61-296884，A还公开了同时进行闪光校正和外形补偿的图像质量改善设备。JP-1-246985，A中公开了用循环或非递归滤波器进行闪光校正的图像质量改善设备。
JP-6 1-296880，A等中公开的图像质量改善设备中，图5所示的垂直闪光校正复合IIR滤波器123和图6所示的水平闪光校正复合IIR滤波器124均有用于反相数据的配置，要求有两个帆存储器。但是，这些图像质量改善设备不容易降低成本和尺寸。
JP-61-296880，A等中公开的图像质量改善设备采用串联连接垂直闪光校正复合IIR滤波器和水平闪光校正复合IIR滤波器构成的2D-LPF。但是还有用用于垂直和水平闪光校正的复合FIR滤波器的其它的图像质量改善设备。这些其它的图像质量改善设备的缺点是，它们尽管不要求帧存储器，但它们的电路尺寸大。例如，垂直闪光校正复合FIR滤波器有大量的乘法器，每行的延迟按系数放大时，电路的尺寸也大。
现有技术中，用关于视觉的Craik-O’Brien效果来改善外形和对比度的视觉效果。但现有技术中没有把Craik-O’Brien效应用于闪光校正的任何配置。Craik-O’Brien效果也可认为是Craik-Cornsweet错觉。这在以后会详细描述。
幅形比，即诸如电视机的图像显示设备的帧高与帧宽之比在这里是3∶4。随着数字式高清晰度图像容量的普及，其幅形比为9∶16的图像显示器变得越来越通用。有这种幅形比的屏幕叫做“宽屏幕”。但是，上述常规的图像质量改善设备没有配置成与有9∶16的幅形比的这种图像显示设备兼容。因此，如果用在幅形比为9∶16的图像显示设备中将会引起以下问题。
幅形比为3∶4的图像显示到幅形比为9∶16的宽屏幕的图像显示设备上时，在图像的暗区与有效区之间的交界处出现棱边，因而降低了图像质量。如果幅形比3∶4的图像要显示在宽屏幕上，图像就会在水平向或水平和垂直向扩展，这不能达到所需的改善效果(即闪光校正或Craik-O’Brien效果)。如果幅形比为3∶4的图像要显示在宽屏幕上则会非线性扩展，进行闪光校正后，通过扩展图像不能达到要求的改善效果(即校正或Craik-O’Brien效果)。
发明内容
本发明的目的是，提供成本低和电路尺寸小的能改善图像质量的设备。
本发明的另一目的是，提供成本低和电路尺寸小的用关于视觉的Craik-O’Brien效果改善图像质量的设备。
本发明的另一目的是，提供与宽屏幕兼容的改善图像质量的设备。
本发明的又一目的是，提供按低成本和小电路尺寸改善图像质量的方法。
本发明的又一目的是，提供按低成本和小电路尺寸用关于视觉的Craik-O’Brien效果改善图像质量的方法。
本发明还有一个目的是，提供与大屏幕兼容的改善图像质量的方法。
按本发明的第一方案，提供改善图像质量的设备，它包括二维(2D)低通滤波器(LPF)，减法器和加法器。其中，二维低通滤波器(2D-LPF)加有从视频信号获得的亮度信号，并从所加的亮度信号提取根据视频信号显示的图像的垂直向和水平向的低频分量，它包括用于提取垂直向低频分量的垂直LPF和用于提取水平向低频分量的水平LPF；减法器用于从亮度信号减去由2D-LPF提取的低频分量，以产生边缘信号；加法器用于把由减法器产生的边缘信号加到亮度信号。
垂直和水平LPF均有相互串联连接的FIR(有限脉冲响应)滤波器和IIR(无限脉冲响应)滤波器，或相互并联的FIR滤波器和IIR滤波器。
按本发明第2方案，提供改善图像质量的方法，包括以下步骤：从视频信号获得的亮度信号提取根据视频信号显示的图像的垂直向和水平向的低频分量，产生提取的低频信号，从亮度信号减去提取的低频分量信号，以产生表示与图像外形对应的边缘且有预定幅度电平和斜率的边缘信号，并把边缘信号加到亮度信号。
按本发明的上述配置，2D-LPF的垂直和水平LPF均包括相互串联或相互并联连接的FIR滤波器和IIR滤波器。FIR和IIR滤波器的脉冲响应相互组合，以提供相线性的LPF。这样配置的2D-LPF省去了现已使用的帧存储器。由于每个垂直和水平LPF中用单个FIR滤波器，因此，2D-LPF的电路尺寸小于用于垂直闪光校正的有复合FIR滤波器的常规LPF。
与根据视频信号显示的图像外形对应边缘的边缘信号的边缘电平和斜率设定为指定值，即条件，以达到Craik-O’Brien效果，用于改善外形和对比度的视觉效果。不必用任何专门的配置，只用各个垂直和水平LPF的FIR和IIR滤波器的系数单元和增益调节电路就能达到Craik-O’Brien效果。
如果输出保持在黑区中的一定值的边缘信号，就不会产生导致黑区与有效区之间的边界处图像质量下降的任何边缘。
如果用预定的图像放大率把水平LPF设置成其响应特性比图像不扩展时提供的响应特性短(short)，该水平LPF用于提取水平向的低频分量，即使在图像水平扩展的情况下，也能充分改善有关闪光校正的效果，并得到Craik-O’Brien效果。类似地，如果用预定的图像放大率把垂直和水平LPF设置成各响应特性比该图像不扩展时得到响应特性短，用这样配置的水平和垂直LPF提取水平向和垂直向的低频分量，即使图像按水平和垂直向扩展，也能充分改善有关闪光校正的效果和达到Craik-O’Brien效果。
此外，按本发明，在检测边缘之前，非线性扩展根据视频信号显示的图像，甚至图像非线性扩展时，也能充分改善有关闪光校正的效果和达到Craik-O’Brien效果。
通过以下参见展示本发明实例的附图所作的描述，本发明的上述目的，其它目的，特征，和优点将会变得更清楚。
附图说明
图1示出一个原始图像的实例，和用视频投影机把原始图像投射在屏幕上；
图2是闪光校正原理图，(a)是原始图像的视频信号波形图；(b)是根据(a)所示视频信号投射和显示在屏幕上的图像的亮度分布图；(c)是有效闪光校正(a)所示视频信号产生的视频信号的波形图；(d)是根据(c)所示闪光校正过的视频信号投射和显示在屏幕上的图像的亮度分布；
图3是常规图像质量改善设备的一个实例的方框图；
图4是图3所示常规图像质量改善设备中用的校正信号发生电路的方框图；
图5是图4所示校正信号发生电路中用的垂直闪光校正复合IIR滤波器的方框图；
图6是图4所示校正信号发生电路中用的水平闪光校正复合IIR滤波器的方框图；
图7是按本发明第1实施例的图像质量改善设备的方框图；
图8A是边缘信号波形图；
图8B是原始视频信号波形图；
图9A是FIR滤波器的脉冲响应图；
图9B是IIR滤波器的脉冲响应图；
图9C是LPF的脉冲响应图；
图10是图7所示图像质量改善设备中的垂直LPF(VLPF)的方框图；
图11是图7所示图像质量改善设备中的水平LPF(HLPF)的方框图；
图12是另一VLPF的方框图；
图13是另一HLPF的方框图；
图14是根据Craik-O’Brien效果的对比度的视觉效果图；
图15是图7所示图像质量改善设备中的增益调节电路方框图；
图16是图15所示增益调节电路调节过的边缘增益的波形图；
图17A是显示在宽屏幕上的幅形比为3∶4的原始图像的示意图；
图17B是按正常显示模式显示在宽屏幕上的原始图像的示意图；
图17C是按全显示模式显示在宽屏幕上的原始图像的示意图；
图17D是按可变焦距显示模式(zoom display mode)显示在宽屏幕上的原始图像的示意图；
图17E是按非线性显示模式显示在宽屏幕上的原始图像的示意图；
图18是按正常显示模式水平方向显示的视频信号波形图；
图19是核心电路的特性图。
具体实施方式
图7是按本发明第1实施例的图像质量改善设备的方框图。图7所示图像质量改善设备在亮度中亮度信号的R、G、B信号产生的作为原色信号的颜色信号中产生闪光校正信号，把闪光校正信号加到原始亮度信号上，以进行亮度校正。图像质量改善的设备包括：垂直低通滤波器(VLPF)1，水平低通滤波器(HLPF)2，延迟电路3，减法器4，增益调节电路5和加法器6。
VLPF1有两个输出端，即一个叫“主输出”的输出端，用于直接输出由R、G、B信号得到和供给的亮度信号Y输入；和一个叫“LPF输出”的输出端，用于提取所供给的亮度信号Y输入中的垂直低频分量，和输出所提取的垂直低频分量。输出端“主输出”中的输出信号供给延迟电路3，输出端“LPF输出”中的输出信号供给HLPF2。
延迟电路3使供给的信号延迟一个相当于VLPF1和HLPF2所需的时间，以过滤信号。延迟电路3把延迟后的输出信号供给减法器4的“加(+)”输入端，增益调节电路5的输入端和加法器6的输入端。
HLPF2从VLPF1的“LPF输出”的输出端中的输出，即从亮度信号Y输入的垂直低频分量中提取水平低频分量，VLPF1和HLPF2共同构成闪光校正二维(2D)低通滤波器(LPF)。输出信号，即从HLPF2提取的水平低频分量，供给减法器4的“减(-)”输入端。
减法器4从延迟电路3供给减法器4的“+”输入端的原始亮度信号中减去从HLPF2供给减法器4的“-”输入端的水平低频分量(2D LPF的输出信号)，并把代表差的边缘信号供给增益调节电路5。
如图3所示的常规增益调节电路一样，当供给乘以γ值的非线性信号时，增益调节电路5用于防止 信号电平低的暗图像区中降低闪光校正滤波器的灵敏度。闪光校正滤波器是VLPF1和HLPF2构成的2D LPF。从增益调节电路5来的输出信号，既其r特性已补偿成线性特性的边缘信号供给加法器6的另一输入端。
加法器6把其增益已用增益调节电路5调节过的边缘信号加到由延迟电路3供给的原始亮度信号，并输出和数信号作为亮度信号Y输出。
用这样配置的改善图形质量的设备给VLPF1供给亮度信号Y输入，VLPF1提取亮度信号Y输入中的垂直低频分量，再供给HLPF2，HLPF2从亮度信号Y输入中提取水平低频分量。亮度信号Y输入还供给延迟电路3，它延迟亮度信号Y输入。
代表由VLPF1和HLPF2提出的垂直和水平低频分量的提取低频信号供给减法器4的“-”输入端。已被延迟电路3延迟过的原始亮度信号供给减法器的“+”输入端。减法器4从供给其“+”输入端的原始亮度信号减去供给其“-”输入端的提取低频信号，由此产生边缘信号。
图8A示出边缘信号的波形，图8B示出原始视频信号的波形。图8A所示边缘信号对应于图1所示原始图像的水平边缘ED。图8B所示视频信号对应于图1所示原始图像的视频信号。当边缘信号和原始视频信号相加时，得到闪光已校正的图2中(c)所示的信号波形。由加法器6输出的亮度信号Y输出和由R、G、B信号产生的作为原色信号的颜色信号(宽带和窄带颜色信号)供给现有的矩阵电路(图中没画)，矩阵电路再把这些信号转换成R、G、B信号，作为原色信号。之后，在再转换的R、G、B信号基础上，图像显示设备显示图像。
本发明涉及图像质量改善设备的VLPF1和HLPF2。以下将详细描述VLPF1和HLPF2。
VLPF1和HLPF2可包括相互串联或相互并联连接的FIR(有限脉冲响应)滤波器和IIR(无限脉冲响应)滤波器。图9A示出FIR滤波器的脉冲响应，图9B示出IIR滤波器的脉冲响应。图9C示出LPF的脉冲响应。如果LPF包括相互串联连接的FIR和IIR滤波器，那么，由FIR滤波器的脉冲响应(图9A)和IIR滤波器的脉冲响应(图9B)组合得到图9C所示脉冲响应。如果LPF包括相互并联连接的FIR和IIR滤波器，那么，把IIR滤波器的脉冲响应(图9B)加到FIR滤波器的脉冲响应(图9A)，得到图9C所示的脉冲响应。
以下将详细描述VLPF1和HLPF2。
(1-a)包括相互串联连接的FIR和IIR滤波器的VLPF：
图10示出图7所示图像质量改善设备中用的VLPF1的一个实例。如图10所示，VLPF包括相互串联连接的12-抽头FIR滤波器10和1-抽头IIR滤波器20。
FIR滤波器10包括11个相互串联连接的加有亮度信号Y输入的和延迟元件(线路存储器)11，12个加有亮度信号Y输入和延迟元件11输出信号的系数单元12，11个加系数单元12的输出信号的加法器13。图10中，包括线路存储器的各个延迟元件用“H”表示。第11个延迟元件11的输出端分支成连接到第11加法器13的线路和连接到输出端“主输出”的线路。来自第11加法器13的输出信号用作来自FIR滤波器10的输出信号。
IIR滤波器20包括两个系数单元21、24，加法器22和是线路存储器的延迟元件23。系数单元21加有来自FIR滤波器10的输出信号，并把它的输出信号供给加法器22的输入端。加法器22有分支成连接到输出端“LPF输出”的线路和连接到延迟元件23的线路。延迟元件23的输出信号经系数单元24供给加法器22的另一输入端。
(1-b)包括相互串联连接的FIR和IIR滤波器的HLPF：
图11示出图7所示图像质量改善设备中用的HLPF2的实例。如图11所示，HLPF包括相互串联连接的17-抽头FIR滤波器30和1-抽头IIR滤波器40。
FIR滤波器30包括16个相互串联连接的延迟元件(寄存器)31，它们加有从上述(1-a)中VLPF输出的亮度信号Y输入；17个系数单元32，它们加有亮度信号Y输出和从延迟元件31的输出信号；和16个加法器33，用于加由系数单元32所加的输出信号。图11中，包括寄存器的每个延迟元件用“D”表示。从第16个加法器33输出的输出信号用作从FIR滤波器30输出的输出信号。
IIR滤波器40包括两个系数单元41、44，加法器42和延迟元件(寄存器)43。系数单元41加有从FIR滤波器30输出的输出信号，它的输出信号供给加法器42的输入端。加法器42的输出端分支成连接到输出端“LPF输出”的线路和连接到延迟元件43的线路。延迟元件43的输出信号经系数单元44供给加法器42的另一输入端。
(2-a)包括相互并联连接的FIR和IIR滤波器的VLPF：
图12是图7所示图像质量改善设备中用的VLPF1的另一实例。如图12所示，VLPF包括12-抽头FIR滤波器50，1-抽头IIR滤波器60，和用于加来自FIR滤波器50和IIR滤波器60的输出信号的加法器70。
FIR存储器50包括11个相互串联连接的延迟元件(线路存储器)51，它们加有亮度信号Y输入；12个系数单元52，它们加有亮度信号Y输入和从延迟元件51输出的输出信号；11个加法器53，它用于加自系数单元52输出的输出信号。第11个延迟元件51的输出端分支成连接到第11个加法器53的线路和连接到输出端“主输出”的线路。从第11个加法器53输出的输出信号用作FIR滤波器的输出信号50。
IIR滤波器60包括两个系数单元61、64，加法器62和是线路存储器的延迟元件63。系数单元61加有来自FIR滤波器50的输出信号，它的输出信号供给加法器62的输入端。加法器62的输出端分支成经加法器70连接到“LPF输出”的输出端的线路和连接到延迟元件63的线路。延迟元件63的输出信号经系数单元64供给加法器62的另一输入端。加法器70把FIR滤器50的第11个加法器53的输出信号加到IIR滤器60的加法器62的输出信号上。
(2-b)包括相互并联的FIR和IIR滤波器的HLPF：
图13示出图7所示图像质量改善设备中用的HLPF2的另一实例。如图13所示，HLPF包括17-抽头FIR滤器80，1-抽头IIR滤波器90，和用于加FIR滤波器80的输出信号和IIR滤器90的输出信号的加法器100。
FIR滤波器80包括16个相互串联连接的延迟元件(寄存器)81，它们加有上述(2-a)中的VIPF输出的亮度信号Y输入；17个系数单元82，它们加有亮度信号Y输入和延迟元件81的输出信号；和16个加法器83，用于加系数单元82的输出信号。第16个加法器83输出信号用作FIR滤波器80的输出信号。
IIR滤波器90包括两个系数单元91、94，加法器92，和延迟元件(寄存器)93。系数单元91加有从FIR滤波器80输出的输出信号，它的输出信号供给加法器92的输入端。加法器92的输出端分支成经如法器100连接到输出端“LPF输出”的线路和连接到延迟元件93的线路。延迟元件93的输出信号经系数单元94供给加法器92的另一输入端。加法器100把FIR滤波器80的第16个加法器83的输出信号加到IIR滤波器90的加法器92的输出信号上。
第2实施例：错觉的使用
可用关于视觉的Craik-O’Brien效果来改善外形和对比度的视觉效果，改善图像质量。
Craik-O’Brien效果表示错觉，设在无任何亮度差的区域中的宽边缘使观众看到了亮度差。例如，Japan Television Society Teohnical Report(November 24，1977，VVI24-2，pp7-13)中详细描述了Craik-O’Brien效果。按本实施例的图像质量改善设备依据在Craik-O’Brien效果改善外形和对比度视觉效果。按本实施例和第1实施例的图像质量改善设备的结构大致相同。以下将描述达到Craik-O’Brien效果的原理和配置。
图14示出根据Craik-O’Brien效果的对比度的视觉效果。假设图14所示边缘信号显示在CRT等的荧屏上，在满足一定的条件时人的肉眼看到虚线所示的台阶图形的亮度和暗区。这种视觉是根据Craik-O’Brien效果的错觉造成的。如果边缘对比度(调制程度)是荧屏平均亮度的10至20％范围内的下限值时，会出现错觉。用边缘斜率的大小以及低的对比度也能控制Craik-O’Brien效果。用代表有大斜率的宽边缘的边缘信号，根据Craik-O’Brien效果有可能有效达到对比度的视觉效果。
为了根据Craik-O’Brien效果的对比度视觉效果，从延迟电路3输出的原始视频信号(原始图像)减去VLPF1和HLPF2构成的2DLPF输出的输出信号中提取低频信号(代表变模糊了的图像)得到的信号，即边缘信号(减法器4输出的输出信号)，以能满足错觉条件，即低对比度条件或边缘的斜率大小。根据视频信号(R、G、B信号)显示图像时，电平和的边缘的斜率大小(由减法器4输出的边缘信号代表和与显示的图像的对比度对应)设定成能根据Craik-O’Brien效果引起错觉的值。
用增益调节电路5调节增益能达到低对比度。VLPF1和HLPF2的系数单元(即滤波器系数)确定边缘斜率。本实施例中，建立其增益已用增益调节电路5调节过的边缘信号，以满足边缘的对比度值是荧屏的平均亮度的10至20％范围的下限值的低对比度条件，建立大边缘斜率，以改善根据Craik-O’Brien效果的视觉效果。
本实施例中，运行增益调节电路5，按上述的与实施例1相同的方式以把γ特性调节成线性特性。图15示出按本实施例的增益调节电路5的电路配置。如图15所示，增益调节电路5有乘法器5a，它加有减法器4输出的边缘信号E1。乘法器5a加有延迟电路3输出的原始亮度信号Y，设定为确定减法器4的输出信号电平的控制信号。因此，乘法器5a根据用亮度信号Y代表的亮度改变减法器4的输出信号的电平(边缘)。尽管图15中没画，但亮度信号Y和边缘信号E1均进行了延迟补偿。增益补偿电路5的电路配置根据亮度改变边缘信号的边缘电平。具体地说，亮度信号Y的电平高时，即亮度高时，增益调节电路5降低边缘电平，如图16中的虚线曲线所示。当亮度信号Y的电平低时，即亮度低时，增益调节电路5升高边缘电平。
本实施例中，如上所述，可操作图像质量改善设备，以按第1实施例的方式进行闪光校正，同时达到根据Craik-O’Brien效果的对比度视觉效果。
第3实施例：与宽屏幕的兼容性
可在幅形比为9∶16的宽屏幕上按几种模式显示幅形比为3∶4的图像信号。图17A至17E示出在宽屏幕上显示图像用的几种显示模式。图17A示出要在宽屏幕上显示的幅形比为3∶4的原始图像。图17A的左边部分画出幅形比为3∶4的屏幕，右边部分画出幅形比为9∶16的宽屏幕。以下用实例详细描述要在幅形比为9∶16的宽屏幕上显示的幅形比为3∶4在其中心部分有圆的图像有关的各种显示模式。这些显示模式包括：正常显示模式，全显示模式，可变焦距显示模式和非线性显示模式。图17B示出正常显示模式，17C示出全显示模式。图17D示出可变焦距显示模式，图17E示出非线性显示模式。
正常显示模式中，如图17B所示，图17A所示原始图象直接集中显示在宽屏幕上的用作有效区的显示区中。有效区两边上的窗口示出区是黑区。全显示模式中，如图17C所示，图17A所示的原始图像成了按指定的放大率水平扩展的图象。在可变焦距显示模式中，如图17D所示，图17A所示原始图像成为按相同的放大率垂直和水平扩展的图象。在非线性显示模式中，如图17E所示，图17A所示原始图像成了一定的中心区不放大而中心区向外放大率逐渐增大的放大图像。
图像显示在宽屏幕上时，可按上述的任何一种显示模式显示。为使按第1和第2实施例的图像质量改善设备适用上述的多种显示模式，必须按这些显示模式对视频信号进行以下处理。
(1)正常显示模式：
选用正常显示模式时，对其两个相对边中有黑区的原始图象进行改善图象质量的处理，例如，如图17B所示，幅形比为3∶4的原始图像的上，下，左，右均有黑区(空白区)。由于配置了按第1和第2实施例的图形质量改善设备以检测边缘，当处理上述的原始图像时，它们检测黑区与有效区之间的边界处的边缘，检测的边缘会引起图像质量下降。按以下方式避免图象质量下降。
图18示出按正常显示模式的水平方向的视频信号波形。图18中，区域a1代表图像左边的黑区(空白区)，区域b代表用于显示原始图像的有效区；区域a2代表图像右边的黑区(空白区)。图7所示图像质量改善设备中的HLPF2中，当有效区b开始时，在所有寄存器中设置图像开始处的Ps值。寄存器的值变化以不断校正有效区b中的图像，寄存器中设定(保持)图像结束处的Qc值，不校正黑区a2中的图像。由于空白区通常在图像的垂直方向上，所以VLPF1和HLPF2同样处理。
(2)全显示模式：
选用全显示模式时，如果图7所示的图像质量改善设备进行了闪光校正并达到根据Craik-O’Brien效果的对比度视觉效果后，原始图像按指定的放大率水平扩展，那么，校正值也扩大，不能完全达到规定的校正效果(闪光校正和Craik-O’Brien效果)。该情况下，必须根据图形扩展的放大率改变，即缩短HLPF2的响应。具体地说，设定HLPF2的脉冲响应(滤波器系数)，以使从减法器4输出的边缘信号的边缘亮度按与图像扩展相同的量减少。
(3)可变焦距显示模式：
选用可变焦距显示模式时，也会按垂直方向出现按全显示模式扩展的图像校正效果。可变焦距显示模式中，必须按图像扩展放大率改变，即缩短VLPF1和HLPF2的响应。具体地说，设定VLPF1和HLPF2的脉冲响应(滤波器系数)，以按与图形扩展相同的数量减少从减法器4输出的边缘信号的边缘宽度。
(4)非线性显示模式：
选用非线性显示模式时，如果图7所示图像质量改善设备进行闪光校正并达到根据Craik-O’Brien效果的对比度视觉效果后，原始图像按非线性模式扩展，那么校正量也放大，因而不能完全达到规定校正效果(闪光校正和Craik-O’Brien效果)。该情况下，图7所示图像质量改善设备进行它的校正处理之前，原始图像必须非线性扩展。具体地说，用于按非线性显示模式显示原始图像的非线性处理电路可连接到图7所示图像质量改善设备的输入边。
上述的各个实施例中，根据视频信号显示的图像包括代表图像信息的有效区和在有效区周围无图像信息的黑区(空白区)。用图7所示图像质量改善设备的VLPF1把包括黑区的全部区域存储在存储器中。但是，只有有效区能存入存储器中，因为行延迟只对有效区有效。行延迟所需的存储器容量小。
核心电路可设在图7所示图像质量改善设备的减法器4的输出段中。图19示出该核心电路的特性，水平轴表示输入电平，垂直轴表示输出电平。核心电路消除减法器4输出的边缘信号中的引起噪声的边缘，即指定电平下的边缘。由此改善声/噪(S/N)比。
用具有光学系统的图像装置获取的视频信号已包含光学系统引起的闪光，用增益调节电路调节该闪光量，按本发明的图像质量改善设备也能处理含这种闪光的视频信号。
尽管用具体的术语描述了本发明的最佳实施例，但这些描述只是为了说明，在不脱离所述权利要求书的发明精神和发明范围的前提下还会做出各种改变和变化。

Claims (28)

1.一种改善图像质量的设备，包括：
二维低通滤波器，加有从视频信号获得的亮度信号，从所加的亮度信号提取根据视频信号的显示图像的垂直向和水平向的低频分量；
减法器，从所述亮度信号减去用所述二维低通滤波器提取的低频分量，以产生边缘信号；
加法器，它把所述减法器产生的所述边缘信号加到所述亮度信号；
所述二维低通滤波器包括垂直和水平低通滤波器，垂直低通滤波器用于提取垂直方向的低频分量；水平低通滤波器用于提取水平方向的低频分量；
所述的垂直低通滤波器有相互串联连接的第1FIR(有限脉冲响应)滤波器和第1IIR(无限脉冲响应)滤波器；
所述的水平低通滤波器有相互串联连接的第2FIR滤波器和第2IIR滤波器。
2.按权利要求1所述的设备，其特征在于，还包括增益调节装置，它加有用作控制信号的亮度信号，根据所述亮度信号的亮度电平调节所述减法器输出的边缘信号的边缘电平。
3.按权利要求1所述的设备，其特征在于，从所述减法器输出的与根据视频信号显示的图像外形对应的边缘信号的边缘电平和斜率大小设定在预定值。
4.按权利要求3所述的设备，其特征在于，所述预定值选择成能按Craik-O’Brien效果引起错觉。
5.按权利要求1所述的设备，其特征在于，根据视频信号显示的图像有无图像信息的黑区和有图像信息的有效区，所述的二维滤波器配置成输出在所述黑区中保持预定值的信号。
6.按权利要求1所述的设备，其特征在于，根据视频信号显示的图像按预定的放大率水平扩展，用所述预定的放大率把所述水平低通滤波器设置成其响应特性比所述图像不扩展时提供的响应特性短。
7.按权利要求1所述的设备，其特征在于，根据视频信号显示的图像按预定的放大率分别按水平和垂直方向扩展，
8.按权利要求1的设备，还包括在所述二维滤波器的输入段中的电路，用于非线性扩展根据视频信号显示的图像。
9.按权利要求1所述的设备，其特征在于，根据视频信号显示的图像有无图像信息的黑区和有图像信息的有效区，所述二维滤波器设置成只过滤所述有效区中的亮度信号。
10.一种改善图像质量的设备，包括：
二维低通滤波器，加有从视频信号获得的亮度信号，从加的亮度信号提取根据视频信号显示的图像的垂直向和水平向的低频分量；
减法器，从所述亮度信号减去用所述二维低通滤波器提取的低频分量，以产生边缘信号；
加法器，它把所述减法器产生的所述边缘信号加到所述亮度信号；
所述二维低通滤波器包括垂直和水平低通滤波器，垂直低通滤波器用于提取垂直方向的低频分量；水平低通滤波器用于提取水平方向的低频分量；
所述的垂直低通滤波器有相互并联连接的第1FIR(有限脉冲响应)滤波器和第1IIR(无限脉冲响应)滤波器。
所述的水平低通滤波器有相互并联连接的第2FIR滤波器和第2IIR滤波器。
11.按权利要求10所述的设备，其特征在于，还包括增益调节装置，它加有用作控制信号的亮度信号，根据所述亮度信号的亮度电平调节所述减法器输出的边缘信号的边缘电平。
12.按权利要求10所述的设备，其特征在于，从所述减法器输出的与根据视频信号显示的图像外形对应的边缘信号的边缘电平和斜率大小设定在预定值。
13.按权利要求12所述的设备，其特征在于，所述预定值选择成能按Craik-O’Brien效果引起错觉。
14.按权利要求10所述的设备，其特征在于，根据视频信号显示的图像有无图像信息的黑区和有图像信息的有效区，所述的二维滤波器配置成输出在所述黑区中保持预定值的信号。
15.按权利要求10所述的设备，其特征在于，根据视频信号显示的图像按预定的放大率水平扩展，用所述预定的放大率把所述水平低通滤波器设置成其响应特性比所述图像不扩展时提供的响应特性短。
16.按权利要求10所述的设备，其特征在于，根据视频信号显示的图像按预定的放大率分别按水平和垂直方向扩展，。
17.按权利要求10的设备，还包括在所述二维滤波器的输入段中的电路，用于非线性扩展根据视频信号显示的图像。
18.按权利要求10所述的设备，其特征在于，根据视频信号显示的图像有无图像信息的黑区和有图像信息的有效区，所述二维滤波器设置成只过滤所述有效区中的亮度信号。
19.一种改善图像质量的设备，包括：
二维低通滤波器，加有从视频信号获得的亮度信号，从所加的亮度信号提取根据视频信号的显示图像的垂直向和水平向的低频分量；
减法器，从所述亮度信号减去用所述二维低通滤波器提取的低频分量，以产生边缘信号；
加法器，它把所述减法器产生的所述边缘信号加到所述亮度信号；
所述二维低通滤波器包括垂直和水平低通滤波器，垂直低通滤波器用于提取垂直方向的低频分量；水平低通滤波器用于提取水平方向的低频分量；
每个所述垂直和水平低通滤波器有FIR(有限脉冲响应)滤波器和IIR(无限脉冲响应)滤波器的组合。
20.按权利要求19所述的设备，其特征在于，还包括增益调节装置，它加有用作控制信号的亮度信号，根据所述亮度信号的亮度电平调节所述减法器输出的边缘信号的边缘电平。
21.一种改善图像质量的方法，包括以下步骤：
从由所述视频信号获得的亮度信号提取根据视频信号显示的图像垂直方向和水平方向的低频分量，产生提取的低频信号；和
从所述亮度信号减去提取的低频分量信号，产生代表与所述图像的外形对应的边缘和有预定值的电平和斜率的边缘信号；
将所述边缘信号加到所述亮度信号。
22.按权利要求21所述的方法，其特征在于，所述减法步骤还包括根据所述亮度信号的亮度电平调节边缘信号的边缘电平的步骤。
23.按权利要求21所述的方法，其特征在于，选择所述的预定值，以引起根据Craik-O’Brien效果的错觉。
24.按权利要求21所述的方法，其特征在于，根据视频信号显示的图像有无图像信息的黑区和有图像信息的有效区，所述减法步骤还包括在所述黑区中保持预定值的信号输出步骤。
25.按权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括根据视频信号显示的图像以预定的放大率水平扩展的步骤，
其中，所述提取步骤包括用所述预定的放大率把所述水平低通滤波器设置成其响应特性比所述图像不扩展时提供的响应特性短的步骤。
26.按权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括根据视频信号显示的图像以预定放大率分别垂直和水平扩展的步骤；
其中，所述提取步骤包括用所述预定的放大率把所述垂直和水平低通滤波器设置成其响应特性比所述图像不扩展时提供的响应特性短的步骤。
27.按权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括在提取步骤前非线性扩展根据视频信号显示的图像的步骤。
28.按权利要求21所述的方法，其特征在于，根据视频信号显示的图像有无图像信息的黑区和有图像信息的有效区，所述提取步骤包括只提取所述有效区中的低频分量的步骤。
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