DE19812526A1

DE19812526A1 - Anordnung zur Farbkorrektur von unerlaubten Farben

Info

Publication number: DE19812526A1
Application number: DE19812526A
Authority: DE
Inventors: Andreas Loew
Original assignee: Philips Patentverwaltung GmbH
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 1998-03-21
Filing date: 1998-03-21
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2018-03-22
Also published as: DE19812526C2

Abstract

Bei einer Anordnung zur Korrektur von Farbsignalen, die dazu vorgesehen sind, Farbsignale, deren Signalkomponenten in einer anderen Signaldarstellung sich außerhalb eines vorgegebenen Signalbereichs befinden, so zu verändern, daß das sich ergebende Farbsignal in der anderen Signaldarstellung innerhalb des vorgegebenen Signalbereichs befindet, wobei der Fabrton von unverändertem und verändertem Farbsignal gleicht bleibt, wird eine geeignete Schaltungsanordnung vorgeschlagen, bei welcher Mittel zur Umrechnung der Farbsignalanteile in eine andere Signaldarstellung (1), Mittel zur Bildung wenigstens eines Korrekturfaktors für Signalwerte, die den Signalbereich in der anderen Signaldarstellung überschreiten (Übersteuerung) (6, 7) und Mittel zur Bildung wenigstens eines Korrekturfaktors für Signalwerte, die den Signalbereich in der anderen Signaldarstellung unterschreiten (Untersteuerung) (4, 5) und Mittel zur Auswahl zwischen den Korrekturfaktoren (8) vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Korrektur von Farbsignalen, die dazu vorge sehen ist, Farbsignale, deren Signalkomponenten in einer anderen Signaldarstellung sich außerhalb eines vorgegebenen Signalbereichs befinden, so zu verändern, dass das sich erge bende Farbsignal in der anderen Signaldarstellung innerhalb des vorgegebenen Signalbe reichs befindet, wobei der Farbton von unverändertem und verändertem Farbsignal gleich bleibt.

Videosignale sind je nach Anwendungszweck aus unterschiedlichen Signalkomponenten zusammengesetzt. Beim sogenannten RGB-Signal entsprechen die einzelnen Komponenten dem Rot-, Grün- und Blauanteil eines jeweiligen Bildpunktes. Beim RGB-Normsignal kann jede der Komponenten einen beliebigen Spannungswert zwischen 0,0 und +0,7 Volt einnehmen. Aus Gründen der Kompatibilität zu bestehenden Schwarz-Weiss-Fernsehem pfängern wurde durch Matrizierung des RGB-Signals ein Signalformat mit einem Leucht dichtesignal Y und zwei Chrominanzsignalen U und V eingeführt. Speziell für digitale Signale existiert ein CCIR-Standard mit Leuchtdichtesignal Y und Chrominanzsignalen C_r, C_b, wobei bestimmte Wertebereiche eingehalten werden müssen. Bei der Verarbeitung von solchen Signalen besteht jedoch das bekannte Problem, dass Signale entstehen können, die sich zwar innerhalb des ihnen vorgegebenen Wertebereichs befinden, deren Entsprechung im RGB-Signal jedoch den dort zulässigen Bereich über- oder unterschreiten. Solche Farbsignale werden als unerlaubte Farben (illegal colours) bezeichnet.

Aus US 5,373,327 ist eine Anordnung zur Detektion, Korrektur und Anzeige von uner laubten Farbsignalen bekannt, die davon ausgeht, dass bei der Rückführung eines uner laubten Farbkomponentensignals auf ein erlaubtes Farbkomponentensignal, das unerlaubte Farbsignal so zu verändern ist, dass der Farbton des unerlaubten Farbsignals erhalten bleibt. Hierzu werden die beiden Chrominanzsignalkomponenten mittels eines für beide Chrominanzsignalkomponenten gleichen Korrekturfaktors abgeschwächt, wobei das Verhältnis des Signalinhalts der beiden Chrominanzsignale erhalten bleibt. Die unerlaub ten Farben werden mittels in einem Speicher gespeicherten Kriterien erkannt. Wie diese Kriterien im einzelnen aussehen, wird in dieser Schrift jedoch völlig offengelassen. Da die Farbkorrektur im professionellen Bereich bevorzugt in Echtzeit erfolgen soll, ist der Auf bau einer preisgünstigen echtzeitfähigen Detektions- und Korrekturschaltung nicht trivial.

Aufgabe der Erfindung ist es, Schaltungsanordnungen anzugeben, mittels welchen uner laubte Farbsignale erkannt und korrigiert werden können.

Diese Aufgabe wird dadurch gelöst, dass Mittel zur Umrechnung der Farbsignalanteile in eine andere Signaldarstellung, Mittel zur Bildung wenigstens eines Korrekturfaktors für Signalwerte, die den Signalbereich in der anderen Signaldarstellung überschreiten (Übersteuerung) und Mittel zur Bildung wenigstens eines Korrekturfaktors für Signal werte, die den Signalbereich in der anderen Signaldarstellung unterschreiten (Untersteue rung) und Mittel zur Auswahl zwischen den Korrekturfaktoren vorgesehen sind.

Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, die Detektion einer unerlaubten Farbe und die Bestimmung eines geeigneten Korrekturfaktors miteinander zu vereinen. Hierdurch kann zum einen die Signallaufzeit verkürzt werden und zum anderen kann die Anzahl der hierfür erforderlichen Bauelemente reduziert werden, was gerade bei der Verarbeitung von hochratigen Signalen von Vorteil ist.

Bei einer Ausführungsform, bei der die Mittel zur Umrechnung der Farbsignalanteile in eine andere Signaldarstellung die Farbsignale in das RGB-Signalformat umrechnet, ist jeweils ein Minimumbilder zur Bestimmung des kleinsten Signalanteils und ein Maximumbildner zur Bestimmung des größten Signalanteils vorgesehen, zu deren jeweiligen Ausgangssignal ein entsprechender Korrekturfaktor erzeugt wird.

Mittels eines Korrekturwertselektors wird der jeweils kleinste Korrekturfaktor ausgewählt, wobei als Korrekturfaktor auch der Zahlenwert Eins vorgegeben ist. Bei dem vorgestellten Aufbau ergibt sich nämlich für erlaubte Farbsignale stets ein Korrekturfaktor größer als Eins. Somit wird bei erlaubten Farben immer ein Korrekturfaktor mit dem Zahlenwert "Eins" ausgewählt, so dass durch "Abschwächung" mit dem Zahlenwert "Eins" wunsch gemäß keine Korrektur vorgenommen wird. Eine eigene Detektion, ob korrigiert werden soll oder nicht, erübrigt sich somit.

In einer anderen Ausführungsform sind die Mittel zur Umrechnung der Farbsignale dazu vorgesehen, eine Umrechnung in Leuchtdichte-, Farbton- und Sättigungskomponenten vorzunehmen, wobei zur jeweils vorliegenden Farbtonkomponente ein erster und ein zweiter Korrekturwert gebildet wird, die dem Korrekturwertselektor zugeführt sind.

Diese Schaltungsanordnung hat insbesondere den Vorteil, dass sie im Gegensatz zur ersten Ausgestaltungsform keine Dividierer zur Berechnung des Korrekturfaktors benötigt. Rundungsfehler bei kleinem Dividenten bzw. Divisor werden hierdurch vermieden.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher beschrie ben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 Anordnung zur Farbkorrektur mit Ermittlung der Korrekturfaktoren im RGB-Farbraum,

Fig. 2 Anordnung zur Farbkorrektur mit Ermittlung der Korrekturfaktoren im LHS-Farbraum.

Im folgenden wird die Korrektur von unerlaubten Farben als Entsättigung bezeichnet, weil eine Beibehaltung von Farbton und Helligkeit bei der Korrektur sich wie eine Verminde rung der Farbsättigung auswirkt.

Zur Entsättigung eines als Komponentensignal Y, P_R, P_B vorliegenden Farbsignals ist im ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen, P_R und P_B mittels eines für beide Farbkomponen ten gleichen Korrekturfaktors D_s so zu ändern, dass das sich daraus ergebende Komponen tensignal Y, P_R*.D_s, P_B*D_s = Y, P_R' P_B' eine erlaubte Farbe darstellt. Da das Luminanzsignal Y nicht verändert wird, bleibt die Luminanz gleich, während die Sättigung des Farbsignals auf einen Wert eingestellt wird, der auf der Grenzlinie zwischen erlaubtem und unerlaub tem Farbraum liegt, der also dem für jeden Farbton bei vorgegebener Helligkeit maximal zulässigen Sättigungsgrad entspricht.

Zur Prüfung, ob ein Komponentensignal eine erlaubte Entsprechung im RGB-Farbraum aufweist, eignet sich die bekannte Umrechnungsmatrix in den RGB-Farbraum:

R = Y + 1.369 P_R
G = Y - (0.697 P_R + 0.339 P_B)
B = Y + 1.731 P_B.

Da der Wertebereich der Farbkomponenten R, G, B bei diesem Ausführungsbeispiel für alle Einzelkomponenten zwischen 0.0 und 1.0 liegt (wobei der Wert 1.0 dem Signalpegel +0,7 Volt entspricht), werden mit der gewählten Anordnung drei grundsätzliche Fälle unterschieden:

1. Alle Farbkomponenten R, G, B liegen im erlaubten Wertebereich, d. h. es liegt eine erlaubte Farbe vor.
2. Ein oder mehrere Farbkomponenten haben einen Wert größer als 1.0, d. h. es liegt eine unerlaubte Farbe vor, wobei dieser Fall im folgenden als Übersteuerung bezeichnet wird.
3. Ein oder mehr Farbkomponenten haben einen Wert kleiner als 0.0, d. h. es liegt eben falls eine unerlaubte Farbe vor, wobei dieser Fall im folgenden als Untersteuerung bezeichnet wird.

Um die drei Fälle voneinander zu unterscheiden, könnte die Korrekturschaltung zunächst die Farbkomponentensignale R, G, B berechnen und mit den Zahlenwerten 0.0 und 1.0 vergleichen, um dann im Übersteuerungsfall, bzw. Untersteuerungsfall zu jedem sich außerhalb des erlaubten Wertebereichs befinden den Farbkomponentensignals einen Kor rekturfaktor zu bestimmen. Würde sich bei dieser Berechnung ergeben, dass mehr als ein Korrekturfaktor erforderlich wäre, so wäre unter allen Korrekturfaktoren immer der jeweils kleinste Korrekturfaktor auszuwählen, da dieser die größte Farbentsättigung von allen Korrekturfaktoren sicherstellt.

Mit dem im folgenden beschriebenen ersten Ausführungsbeispiel kann jedoch ein Zwischenschritt, nämlich die Berechnung der Farbkomponentensignale R, G, B, durch Addition des Luminanzsignals Y eingespart werden. In einer RGB-Umrechnungsmatrix I werden nur die vom Leuchtdichtesignal Y befreiten Farbkomponentensignale Ry, Gy, By berechnet:

R_y = 1.369 P_R
G_y = -(0.697 P_R + 0.339 P_B)
B_y = 1731 P_B.

Mittels eines Minimum- und eines Maximumbildners 2, 3 wird unter den Zwischenwerten R_y, G_y, B_y der jeweils größte und kleinste Wert ausgewählt. Dieser Auswahl liegt die Über legung zu Grunde, dass im Übersteuerungs- bzw. Untersteuetungsfall, wenn mehr als einer der drei Zwischenwerte oberhalb bzw. unterhalb des zulässigen Bereichs liegen sollte, der jeweils größte bzw. kleinste (negative) Zwischenwert unter den aus den Zwischenwerten abzuleitenden Korrekturfaktoren den jeweils kleinsten Korrekturfaktor D_s ergeben würde. Da die Entsättigung aber mit dem jeweils kleinsten Korrekturfaktor D_s vorgenommen werden muss, um wieder sicher in den erlaubter Farbraum zurückzugelangen, erweist sich die Berechnung möglicher anderer Korrekturfaktoren somit als überflüssig.

Der von dem Minimumbildner 2 ausgewählte kleinste Zwischenwert wird zunächst mittels eines Inverters 4 invertiert und einem ersten Dividierer 5 als Divisor zugeführt. Als Divi dent ist dem ersten Dividierer 5 das Leuchtdichtesignal Y zugeführt. Als Ausgangssignal des ersten Divdieres ergibt sich ein erster Korrekturfaktor D_s1 welcher auf Grund der gewählten Erzeugungsmethode die Eigenschaft aufweist, dass nur im Untersteuerungsfall sich ein Wert zwischen Null und Eins ergibt, im Übersteuerungsfall, bzw. im Fall einer erlaubten Farbe aber ein Wert größer als Eins.

Der vom Maximumbildner 3 ausgewählte Zwischenwert ist einem zweiten Dividierer 6 unmittelbar als Divident zugeführt. Als Divisor ist dem zweiten Dividierer 6 der in einem Komplementbildner 7 berechnete Wert (1.0 - N) zugeführt. In gleicher Weise wird ein zweiter Korrekturfaktor D_s2 berechnet. Der am Ausgang des zweiten Dividierers 6 anste hende zweite Korrekturwert D_s2 nimmt auf Grund der verwendeten Erzeugungsmethode im Übersteuerungsfall einen Wert zwischen Null und Eins, im Untersteuerungsfall, bzw. im Fall einer erlaubten Farbe jedoch einen Wert größer als Eins ein.

Auf Grund dieser Gesetzmäßigkeit muß nur dann eine Korrektur vorgenommen werden, wenn einer der beiden Werte kleiner als Eins ist. Um eine weitere Fallunterscheidung "Korrektur benötigt" bzw. "Korrektur nicht benötigt" zu vermeiden, sind einem Korrek turwertselektor 8 beide Korrekturwerte D,₁, D,₂ und auch der Zahlenwert 1.0 zugeführt. Der Korrekturwertselektor 8 wählt unter den jeweils angebotenen Eingangssignalen D_s1 D_s2 und 1.0 das jeweils kleinste Eingangssignal aus. Sollte keine unerlaubte Farbe vorliegen, wird auf diese Weise immer der Korrekturfaktor 1.0 ausgewählt, da in diesem Fall beide berechneten Korrekturwerte D_s1, D,_s2 größer als der Zahlenwert 1.0 sind. Eine Multiplika tion der Farbkomponentensignale in Multiplikatorstufen 9, 10 mit dem Zahlenwert 1.0 lässt diese jedoch unverändert, so dass auf diese Weise im Fall einer erlaubten Farbe keine Korrektur erfolgt. Da Übersteuerungs- und Untersteuerungsfall sich gegenseitig ausschlies sen, ist im Fall einer unerlaubten Farbe nur jeweils einer der beiden Korrekturfaktoren D_s1, D_s2 kleiner als 1.0 und wird vom Korrekturwertselektor 8 als Korrekturfaktor ausgewählt und zur Farbentsättigung verwendet.

Der beschriebenen Anordnung haftet im praktischen Betrieb der Nachteil an, dass die zwei Dividierer, insbesondere wenn auch bei kleinen Dividenten hohe Genauigkeiten erreicht werden sollen, im Vergleich zum Gesamtaufwand einen nicht unerheblichen Schaltungs aufwand bedeuten. Prinzipiell ließe sich einer der beiden Dividierer einsparen, indem durch eine zusätzliche Logik zunächst festgestellt wird, ob ein Untersteuerungs- oder ein Übersteuerungsfall vorliegt, und dann nur der für den festgestellten Fall erforderliche Korrekturwert mittels des einzigen Dividierers zu berechnen wäre.

In einer bevorzugten Ausführungsform, wird zur Vermeidung der Notwendigkeit von Dividierern die Farbentsättigung nicht direkt auf die Farbkomponentensignale P_R und P_B angewandt, sondern auf deren Äquivalente im LSH-Farbraum. Im LSH-Farbraum wird eine Farbe durch die drei Farbkomponenten Luminanz L, Sättigung S und Farbton H be schrieben. Mittels eines LSH-Transformers 11, welcher als handelsübliches Bauteil erhält lich ist, der aber beispielsweise auch aus einer in einem PROM abgespeicherten Konvertierungstabelle bestehen könnte, werden im zweiten Ausführungsbeispiel zunächst aus den Farbkomponenten Y, P_R, P_B deren Äquivalente L, S, H berechnet. Die Farbtonkomponente H ist zwei Festwertspeichern 12, 13 zugeführt, in welchen jeweils eine Korrekturwertetabelle abgespeichert ist. Durch eine Adressoperation werden die beiden Hilfskorrekturwerte d₁, d₂ für den jeweiligen Farbtonwert H ermittelt und mit dem Leuchtdichtesignal Y, bzw. mittels eines Komplementärbildners 14 gebildeten Differenz wert zwischen 100% Leuchtdichte und dem anliegenden Leuchtdichtesignal Y in zwei Multiplizierern 15, 16 multipliziert. Die in dem Festwertspeicher 12, 13 gespeicherten Hilfskorrekturwerte d₁, d₂ sind so bemessen, dass sich am Ausgang der Multiplizierer 15, 16 die für einen Farbton H jeweils maximal zulässige Sättigung S₁, S₂ ergibt. Da Übersteuerungsfall und Untersteuerungsfall sich gegenseitig ausschließen, kann sich die Korrektur der Sättigung darin erschöpfen, mittels eines Sättigungswertselektors 17 unter den zwei Sättigungswerten S₁, S₂ und dem jeweils bei der LSH-Transformation erzeugten Sättigungssignal S den kleinsten Wert auszuwählen. Durch anschließende Rücktransformation in einer Rücktransformationseinheit 18, welche zu der LSH-Transformationseinheit 11 komplementäre Werte liefert, erhält man wieder Farbkompo nenten L, P_R, P_B, die nur erlaubte Farbwerte aufweisen.

Vorzugsweise werden zum Aufbau der dargestellten Ausführungsbeispiele programmierbare Logikbausteine verwendet. Bei den gezeigten Ausführungsbeispielen wurde der Übersicht lichkeit wegen auf eine Darstellung notwendiget Signalverzögerungsglieder, die unter schiedlichen Signallaufreiten, beispielsweise durch Umrechnungsmatrix und Korrektur wertselektor ausgleichen, verzichtet, da die Verwendung von Schaltungselementen zum Signallaufzeitausgleich dem Fachmann geläufig ist.

Claims

1. Anordnung zur Korrektur von Farbsignalen, die dazu vorgesehen ist, Farbsignale, deren Signalkomponenten in einer anderen Signaldarstellung sich außerhalb eines vorgegebenen Signalbereichs befinden, so zu verändern, dass das sich ergebende Farbsignal in der anderen Signaldarstellung innerhalb des vorgegebenen Signalbereichs befindet, wobei der Farbton von unverändertem und verändertem Farbsignal gleich bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass Mittel zur Umrechnung der Farbsignalanteile in eine andere Signaldarstellung (1), Mittel zur Bildung wenigstens eines Korrekturfaktors für Signalwerte, die den Signalbereich in der anderen Signaldarstellung überschreiten (Übersteuerung) (6, 7) und Mittel zur Bildung wenigstens eines Korrekturfaktors für Signalwerte, die den Signal bereich in der anderen Signaldarstellung unterschreiten (Untersteuerung) (4, 5) und Mittel zur Auswahl zwischen den Korrekturfaktoren (8) vorgesehen sind.

2. Anordnung zur Farbkorrektur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Umrechnung der Farbsignalanteile in eine andere Signaldarstellung dazu vorgesehen sind, die Farbsignale in das RGB-Signalformat umzurechnen, und dass jeweils ein Minimumbildner (2) zur Bestimmung des kleinsten Signalanteils im RGB-Signal und ein Maximumbildner (3) zur Bestimmung des größten Signalanteils im RGB-Signal vorgesehen ist, zu deren jeweiligen Ausgangssignal ein entsprechender Korrekturfaktor (D_s1, D_s2) erzeugt wird.

3. Anordnung zur Farbkorrektur nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Mittel zur Auswahl des Korrekturfaktors (8) ein Minimumbildner ist, dem als Korrekturfaktor auch der Zahlenwert Eins vorgegeben ist.

4. Anordnung zur Farbkorrektur nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Umrechnung der Farbsignalanteile in eine andere Signaldarstellung dazu vorgesehn sind, die Farbsignale in Leuchtdichte-, Farbton- und Sättigungskomponenten umzurechnen.

5. Anordnung zur Farbkorrektur nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Bildung des ersten und des zweiten Korrekturwertes Speichermittel (12, 13) umfassen, in welchen zu jedem Farbtonwert (4) entsprechende Hilfskorrekturwerte (d_s1, d_s2) abgespeichert sind.

6. Anordnung zur Farbkorrektur nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass ein Mittel zur Auswahl eines Sättigungswertes (17) vorgesehen ist, wobei der ausge wählte Sättigungswert (S') und das unveränderte Luminanzsignal (L) und das unveränderte Farbtonsignal (4) einer Rücktransformationseinheit (18) zugeführt sind.