CN1856013A - 珈玛校正的方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种珈玛校正的方法及系统，以对一视频信号进行珈玛校正以产生一珈玛校正值，先将该视频信号值经由一索引对应(index mapping)而分别获得一第一主索引值及一第一子索引值。由第一主索引值及第一子索引值经查表获得一第一珈玛值。其次，将第一珈玛值经由一索引对应分别获得一第二主索引值及一第二子索引值。再由第二主索引值及第二子索引值经查表获得若干个临界值。最后，对比视频信号值与若干个临界值，以修正第一珈玛值，以产生该珈玛校正值。

Description

珈玛校正的方法及系统

技术领域

本发明涉及一种关于珈玛校正的技术领域，尤指一种使用查表的珈玛校正系统及方法。

背景技术

一彩色影像处理系统主要由一影像撷取单元、一影像还原及处理单元、一影像显示单元及一影像压缩单元所组成。影像撷取单元由影像传感器(imagesensors)将感测到的光强度转换成电子信号。由于光强度与电子信号间存在非线性的关系，同时转换后的电子信号相对于后级的各单元有较高的解析位数，所以影像信号在进入后级的各单元前须做分辨率的转换。珈玛校正(gammacorrection)即是处理此非线性的关系及信号由高解析位数至较低解析位数的转换。

于美国第USP5,408,267号专利案公告中，以输入范围区将珈玛校正曲线(gamma correction curve)分为若干个连续以1/a比例缩小的区段，并将所有缩小区段对应(map)至一最大区段(standard segment)，再由最大区段的珈玛校正装置(gamma corrector)产生一珈玛校正值，再将珈玛校正值反对应(de-map)至实际的珈玛校正值。由于每一个区段的珈玛校正曲线的斜率斜均不相同，此种区段对应(segment map)方法会产生极大的误差。针对上述问题，于美国第USP5,408,267号专利案公告中，将珈玛校正曲线(gamma correction curve)由数个不同斜率的直线分段近似。因为采用直线近似，所以也会产生可观的误差。

针对直线分段近似方法所产生误差的问题，一公知技术是使用查表法以避免产生较大误差的问题。图1A是一10位转8位的珈玛校正示意图，图1B是一16位转10位的珈玛校正示意图。图1A中，珈玛表格需1K字节的储存空间。而图1B中，珈玛表格则需80K字节的储存空间。

针对查表法需使用大量储存空间的问题，图2是一使用公知压缩查表法的示意图，其包含一查表引擎210及一表格220，查表引擎210由一索引对应(indexmapping)装置211及一修正装置212所组成。图3A是公知索引对应装置211的伪码，其中fix[]为一地板运算子(floor operator)。fix[v]的输出为最接近v且小于或等于v的整数。也就是，fix[2.8]＝fix[2.1]＝2。图3B是公知修正装置212的伪码。当InputValue为10时，查表引擎210输出main.index为1且sub.index为2的信号至查询表格220，以读取查询表格220的LUT[1][0]、LUT[1][1]及LUT[1][2]三个字段，其中LUT[1][0]所储存为10位的OutputValue[8]，LUT[1][1]及LUT[1][2]分别为1位。图3B的修正装置212则将LUT[1][0]、LUT[1][1]及LUT[1][2]相加，而产生一对应的输出值(OutputValue)。当由16位转换至10位时，查询表格220的大小可由为80K字节降低至17K字节((65536/8)×17bits＝17K bytes)。然而对于系统单芯片(System-On-Chip、SoC)设计而言，仍然占用许多资源。故公知的珈玛校正的系统及方法仍有予以改善的需求。

发明内容

本发明的目的是在提供一种珈玛校正的系统及方法，以避免公知技术所产生误差的问题，同时改善公知技术使用许多储存空间的问题。

依据本发明的一特色，是提出一种珈玛校正方法，以对一n位的视频信号进行珈玛校正以产生一珈玛校正值，该方法包含下列步骤：一虚拟索引值计算步骤，其先将该n位的视频信号值除以一第一常数，再加上一第二常数，再执行一地板运算而获得该虚拟索引值；一第一主索引值及第一子索引值计算步骤，将该虚拟索引值除以一第三常数，再执行一地板运算而获得该第一主索引值，该第一主索引值乘以该第三常数产生一第一中间值，该第一子索引值是为该虚拟索引值减去该第一中间值；一第一珈玛值形成步骤，由该第一主索引值及第一子索引值形成该第一珈玛值；一第二主索引值及一第二子索引值计算步骤，将该第一珈玛值除以一第四常数，再执行一地板运算而获得该第二主索引值，将该第二主索引值乘以该第四常数产生一第二中间值，将该第一珈玛值减去该第二中间值而产生该第二子索引值；一若干个临界值形成步骤，由该第二主索引值及第二子索引值形成该若干个临界值；一修正步骤，对比该n位的视频信号值与该若干个临界值，以修正该第一珈玛值，产生该珈玛校正值。

依据本发明的另一特色，是提出一种珈玛校正方法，以对一n位的视频信号进行珈玛校正以产生一珈玛校正值，该方法包含下列步骤：(A)先将该n位的视频信号值经由一第一索引对应(index mapping)而获得一虚拟索引值，再将该虚拟索引值再经由一第二索引对应分别获得一第一主索引值及一第一子索引值；(B)由该第一主索引值及第一子索引值形成一第一珈玛值；(C)将该第一珈玛值经由一第三索引对应分别获得一第二主索引值及一第二子索引值；(D)由该第二主索引值及第二子索引值形成该若干个临界值；(E)对比该n位的视频信号值与该若干个临界值，以修正该第一珈玛值，产生该珈玛校正值。

依据本发明的再一特色，是提出一种珈玛校正系统，以对一n位的视频信号进行珈玛校正以产生一珈玛校正值，该系统包含一第一索引值产生装置、一第一珈玛值产生装置、一第二索引值产生装置、一若干个临界值形成装置及一修正装置。该第一索引值产生装置包含一第一索引对应装置及一第二索引对应装置，先将该n位的视频信号值经由该第一索引对应装置而获得一虚拟索引值，再将该虚拟索引值再经由该第二索引对应装置分别获得一第一主索引值及一第一子索引值；该第一珈玛值产生装置耦合至该第一索引值产生装置，由该第一主索引值及第一子索引值形成一第一珈玛值；该第二索引值产生装置耦合至该第一珈玛值产生装置，将该第一珈玛值经由索引对应分别获得一第二主索引值及一第二子索引值；该若干个临界值形成装置耦合至该第二索引值产生装置，由该第二主索引值及第二子索引值形成该若干个临界值；该修正装置耦合至该第一珈玛值产生装置及若干个临界值形成装置，对比该n位的视频信号值与该若干个临界值，以修正该第一珈玛值，以产生该珈玛校正值。

由于本发明设计新颖，能提供产业上利用，且确有增进功效，故依法申请发明专利。

附图说明

图1A是一10位转8位的珈玛校正示意图。

图1B是一16位转10位的珈玛校正示意图。

图2是一使用公知压缩查表法的示意图。

图3A是公知索引对应装置的伪码。

图3B是公知修正装置的伪码。

图4是本发明的珈玛校正系统的方块图。

图5是本发明的第一索引值产生装置的示意图。

图6是本发明第一珈玛值产生装置的示意图。

图7是本发明第二索引值产生装置的示意图。

图8是本发明若干个临界值形成装置的示意图。

图9是本发明修正装置的示意图。

图10为本发明修正装置运作的示意图。

图号说明

查表引擎            210             表格                  220

索引对应装置        211             修正装置              212

第一索引值产生装置  410             第一珈玛值产生装置    420

第二索引值产生装置  430             若干个临界值形成装置  440

修正装置            450             第一索引对应装置      411

第二索引对应装置    412             第一查询表格          421

第一计算装置        422             第二查询表格          441

第二计算装置        442

具体实施方式

图4是本发明的珈玛校正系统的方块图，以对一n位的视频信号(videosignal)进行珈玛校正以产生一珈玛校正值(GammaOut)，该系统包含：一第一索引值产生装置410、一第一珈玛值产生装置420、一第二索引值产生装置430、一若干个临界值形成装置440及一修正装置450。

第一索引值产生(index generator)装置410由一第一索引对应(indexmapping)装置411及第二索引对应装置412所组成。第一索引对应装置411接收该n位的视频信号值(InputValue)，而产生一虚拟索引值(Virtual.Index)。为方便说明，该视频信号为16位。该虚拟索引值再经由第二索引对应装置412分别获得一第一主索引值(1st_main.index)及一第一子索引值(1st_sub.index)。

图5为第一索引值产生装置410的示意图。第一索引对应装置411的伪码为：

if InputValue＜8192

   Virtual.Index＝fix[InputValue/16]

Else

   Virtual.Index＝fix[InputValue/64]+384

其中，InputValue为该视频信号值，Virtual.Index为虚拟索引值，fix[]为一地板运算。第二索引对应装置412的伪码为：

1st_main.index＝fix[Virtual.Index/4]

1st_sub.index＝Virtual.Index-(1st_main.index*4)

其中，1st_main_index为该第一主索引值，1st_sub.index为该第一子索引值。第一及二索引对应装置411、412可由伪码使用例如Verilog、VHDL或SystemC的硬件描述语言所实现。

由图5显示，当InputValue小于8192时，是先将其除以16，再执行一地板运算而获得Virtual.Index。当视频信号值大于或等于8192时，是先将其除以64，加上384，再执行一地板运算而获得Virtual.Index。将Virtual.Index除以4，再执行一地板运算而获得1st_main.index。1st_main.index乘以4产生一第一中间值，将Virtual.Index减去第一中间值以产生1st_sub.index。

当n位的视频信号值(InputValue)为57563时，依据图5的伪码可计算出虚拟索引值为1283、1st_main.index为320及1st_sub.index为3。

图6是第一珈玛值产生装置420的示意图，其耦合至该第一索引值产生装置410，由该1st_main.index及1st_sub.index形成一第一珈玛值(SegLeftPtValue)。其包含一第一查询表格(Lookup table)421及一第一计算装置422。第一计算装置422伪码为：

Sum＝0

for i＝0：1st_sub.index

  Sum+＝LUT[1st_main.index][1st_sub.index]

end

SegLeftPtValue＝Sum

SegRightPtValue＝LUT[1st_main.index+1][0]

其中，SegLeftPtValue为第一珈玛值，SegRightPtValue第二珈玛值，LUT[][]为第一查询表格421的字段。

当第一主索引值为320及第一子索引值为3时，第一计算装置422读取第一查询表格421的LUT[320][0]、LUT[320][1]、LUT[320][2]及LUT[320][3]四个字段，其中LUT[320][0]所储存为10位的Output[1280]，LUT[320][1]、LUT[320][2]及LUT[320][3]分别为2位的Diff[1]、Diff[2]及Diff[3]。第一计算装置422则将Output[1280]、Diff[1]、Diff[2]及Diff[3]相加，而产生该第一珈玛值(SegLeftPtValue)。

第一计算装置422并读取第一查询表格421的LUT[321][0]字段，以作为一第二珈玛值(SegRightPtValue)。当第一主索引值为320及第一子索引值为3时，由第一计算装置422及第一查询表格421可获得第一珈玛值为1004，第二珈玛值为1007。真正输出的珈玛校正值(GammaOut)则介于第一珈玛值与第二珈玛值之间。也就是1004 GammaOut 1007。

图7是第二索引值产生装置430的示意图，其耦合至该第一珈玛值产生装置420，接收第一珈玛值而分别产生一第二主索引值、一第二子索引值。其伪码为：

2st_main.index＝fix[SegLeftPtVal/4]

2st_sub.index＝SegLeftPtVal-2st_main.index*4

其中，SegLeftPtVal为该第一珈玛值，2st_main.index为该第二主索引值，2st_sub.index为该第二子索引值。由图7显示，是先将第一珈玛值除以4，再执行一地板运算而获得该第二主索引值。第二主索引值乘以4产生一第二中间值，将第一珈玛值减去第二中间值以产生第二子索引值。SegLeftPtVal为1004时，2st_main.index为251，2st_sub.index为0。

图8是若干个临界值形成装置440的示意图，其耦合至该第二索引值产生装置430，由该第二主索引值及第二子索引值形成若干个临界值。若干个临界值形成装置440是包含一第二查询表格441及一第二计算装置442。第二计算装置442伪码为：

$\mathrm{Fac}=\left\{\begin{array}{ccc}1,& \mathrm{if}& \mathrm{Output}[2\mathrm{nd}\_\mathrm{main}.\mathrm{index}]\left[1\right]=0b00\\ 2,& \mathrm{if}& \mathrm{Ourput}[2\mathrm{nd}\_\mathrm{main}.\mathrm{index}]\left[1\right]=0b01\\ 4,& \mathrm{if}& \mathrm{Output}[2\mathrm{nd}\_\mathrm{main}.\mathrm{index}]\left[1\right]=0b10\\ 8,& \mathrm{if}& \mathrm{Output}[2\mathrm{nd}\_\mathrm{main}.\mathrm{index}]\left[1\right]=0b11\end{array}\right.$

Thr0＝Output[2nd_main.index][0]

Thr1＝Outpt[2nd_main.index][0]+Output[2nd_main.index][2]×Fac

Thr2＝Output[2nd_main.index][0]+(Output[2nd_main.index][2]

+Output[2nd_main.index][3])×Fac

Thr3＝Output[2nd_main.index][0]+(Output[2nd_main.index][2]

+Output[2nd_main.index][3]+Output[2nd_main.index][4])×Fac 其中，Fac为缩放因素，Thr0、Thr1、Thr2及Thr3为若干个临界值，Output[][]为第二查询表格441的字段。

当2st_main.index为251时，第二计算装置442依据第二主索引值(2st_main.index)先读取Output[251][1]字段，若其为0b00，则缩放因素为1，若其为0b01，则缩放因素为2，若其为0b10，则缩放因素为4，若其为0b11，则缩放因素为8。第二计算装置442依序读取Output[251][0]、Output[251][2]、Output[251][3]及Output[251][4]字段，以计算第一、第二、第三及第四临界值(Thr0、Thr1、Thr2、Thr3)。

图9是修正装置450的示意图，其耦合至该第一珈玛值产生装置420及若干个临界值形成装置440。其伪码为：

if(Inputvalue≥Thr3)

   GammaOut＝SegLeftPvValue+3

elseif(Inputvalue≥Thr2)

   GammaOut＝SegLeftPvValue+2

elseif(Inputvalue≥Thr1)

   GammaOut＝SegLeftPvValue+1

elseif(Inputvalue≥Thr0)

   GammaOut＝SegLeftPvValue

其中，GammaOut为该珈玛校正值。真正输出的珈玛校正值(GammaOut)则介于第一珈玛值与第二珈玛值之间。也就是1004 GammaOut 1007。图10为修正装置450运作的示意图。修正装置450对比该n位的视频信号值(InputValue)与该若干个临界值(Thr0、Thr1、Thr2、Thr3)，以修正第一珈玛值(SegLeftPtVal)。当视频信号值大于或等于第四临界值时，将第一珈玛值加3，以产生珈玛校正值(GammaOut)。同理，当视频信号值小于第四临界值且大于或等于第三临界值时，将第一珈玛值加2以产生珈玛校正值。其余依序类推。

由图6及图8可知，第一查询表格421的大小为702字节(351×16/8)，第二查询表格441的大小为1536字节(256×48/8)，二者所使用的储存空间小于2.5K字节，远小于公知技术所需的17K字节。同时，本发明所使用的乘法及除法均可使用向左移位缓存器及向右移位缓存器，而无须使用花费许多逻辑闸的乘法器及除法器。第二索引值产生装置430、若干个临界值形成装置440及修正装置450可依据输入值对第一珈玛值进行调整，以获得较精确的珈玛校正值(GammaOut)。

综上所述，本发明因为采用二阶段查表方法，不仅可避免公知技术产生可观的误差的问题，也可改善公知技术使用许多储存空间的问题。

上述较佳具体实施例仅是为了方便说明而举例而已，本发明所主张的保护范围自应以本发明权利要求所述为准，而非仅限于上述实施例。

Claims (22)

1.一种珈玛校正方法，以对一n位的视频信号进行珈玛校正以产生一珈玛校正值，其特征在于：该方法包含下列步骤：

一虚拟索引值计算步骤，其先将该n位的视频信号值除以一第一常数，再执行一地板运算，再加上一第二常数而获得该虚拟索引值；

一第一主索引值及第一子索引值计算步骤，将该虚拟索引值除以一第三常数，再执行一地板运算而获得该第一主索引值，该第一主索引值乘以该第三常数产生一第一中间值，该第一子索引值是为该虚拟索引值减去该第一中间值；

一第一珈玛值形成步骤，由该第一主索引值及第一子索引值形成该第一珈玛值；

一第二主索引值及一第二子索引值计算步骤，将该第一珈玛值除以一第四常数，再执行一地板运算而获得该第二主索引值，将该第二主索引值乘以该第四常数产生一第二中间值，将该第一珈玛值减去该第二中间值而产生该第二子索引值；

一若干个临界值形成步骤，由该第二主索引值及第二子索引值形成该若干个临界值；以及

一修正步骤，对比该n位的视频信号值与该若干个临界值，以修正该第一珈玛值，产生该珈玛校正值。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该第一珈玛值形成步骤中是使用一查表法而完成。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：该若干个临界值形成步骤是使用一查表法而完成。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：n为16。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于：当该视频信号值小于8192时，该第一常数为16，该第二常数为0。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：当该视频信号值大于或等于8192时，该第一常数为64，该第二常数为384。

7.如权利要求4所述的方法，其特征在于：该第三常数为4。

8.如权利要求4所述的方法，其特征在于：该第四常数为4。

9.一种珈玛校正方法，以对一n位的视频信号进行珈玛校正以产生一珈玛校正值，其特征在于：该方法包含下列步骤：

(A)先将该n位的视频信号值经由一第一索引对应而获得一虚拟索引值，再将该虚拟索引值再经由一第二索引对应分别获得一第一主索引值及一第一子索引值；

(B)由该第一主索引值及第一子索引值形成一第一珈玛值；

(C)将该第一珈玛值经由一第三索引对应分别获得一第二主索引值及一第二子索引值；

(D)由该第二主索引值及第二子索引值形成该若干个临界值；以及

(E)对比该n位的视频信号值与该若干个临界值，以修正该第一珈玛值，产生该珈玛校正值。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于：该第一珈玛值形成步骤中是使用一查表法而完成。

11.如权利要求9所述的方法，其特征在于：该若干个临界值形成步骤是使用一查表法而完成。

12.如权利要求9所述的方法，其特征在于：n为16。

13.如权利要求9所述的方法，其特征在于：该第一索引对应是先将该n位的视频信号值除以一第一常数，再执行一地板运算后，加上一第二常数而获得该虚拟索引值。

14.如权利要求12所述的方法，其特征在于：该第二索引对应是将该虚拟索引值除以一第三常数，再执行一地板运算而获得该第一主索引值，该第一主索引值乘以该第三常数产生一第一中间值，该第一子索引值是为该虚拟索引值减去该第一中间值。

15.如权利要求12所述的方法，其特征在于：该第三索引对应是将该第一珈玛值除以一第四常数，再执行一地板运算而获得该第二主索引值，将该第二主索引值乘以该第四常数产生一第二中间值，将该第一珈玛值减去该第二中间值而产生该第二子索引值。

16.一种珈玛校正系统，以对一n位的视频信号进行珈玛校正以产生一珈玛校正值，其特征在于：该系统包含：

一第一索引值产生装置，其包含一第一索引对应装置及一第二索引对应装置，先将该n位的视频信号值经由该第一索引对应装置而获得一虚拟索引值，再将该虚拟索引值再经由该第二索引对应装置分别获得一第一主索引值及一第一子索引值；

一第一珈玛值产生装置，耦合至该第一索引值产生装置，由该第一主索引值及第一子索引值形成一第一珈玛值；

一第二索引值产生装置，耦合至该第一珈玛值产生装置，将该第一珈玛值经由索引对应分别获得一第二主索引值及一第二子索引值；

一若干个临界值形成装置，耦合至该第二索引值产生装置，由该第二主索引值及第二子索引值形成该若干个临界值；以及

一修正装置，耦合至该第一珈玛值产生装置及若干个临界值形成装置，对比该n位的视频信号值与该若干个临界值，以修正该第一珈玛值，以产生该珈玛校正值。

17.如权利要求16所述的系统，其特征在于：该第一珈玛值产生装置是包含一第一查询表格。

18.如权利要求16所述的系统，其特征在于：该若干个临界值装置是一第二查询表格。

19.如权利要求16所述的系统，其特征在于：n为16。

20.如权利要求19所述的系统，其特征在于：该第一索引对应装置是先将该n位的视频信号值除以一第一常数，再执行一地板运算后，加上一第二常数而获得该虚拟索引值。

21.如权利要求19项所述的是统，其中，该第二索引对应装置是将该虚拟索引值除以一第三常数，再执行一地板运算而获得该第一主索引值，该第一主索引值乘以该第三常数产生一第一中间值，该第一子索引值是为该虚拟索引值减去该第一中间值。

22.如权利要求19项所述的是统，其中，该第二索引值产生装置是将该第一珈玛值除以一第四常数，再执行一地板运算而获得该第二主索引值，将该第二主索引值乘以该第四常数产生一第二中间值，将该第一珈玛值减去该第二中间值而产生该第二子索引值。

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