TWI260168B - System and method for clipping values of pixels in one color space so not to exceed the limits of a second color space - Google Patents

Description

1260168 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明涉及視頻信號的處理’更具體地說，本發明涉及對色 彩進行適當裁剪的方法和系統。 【先前技術】 在視頻圖像處理中，傳輸的視頻圖像幾乎總是用三維色彩空 間表示的。視頻圖像可以用YCrCb表徵，其中，γ表示亮度分量、 Cr和Cb表示色度或色彩分量。視頻圖像還可以用rgb色彩空間 表示，其中，R表示紅色成分、G表示綠色成分、b表示藍色成分。 大多數視頻圖像處理採用YCrCb色彩空間，而大多數電視顯示採 用RGB色彩空間。因此，當電視接收到用YCrCb色彩空間傳輸的 視頻圖像時，需要將其轉換成RGB色彩空間。然而，YQCb色彩 空間比RGB色彩空間大。如果用立方體表示YCr〇^ RGB色彩 空間，RGB立方體可以全部包含在（落入）YQCb立方體中。在 YCrCb色彩空間内、但在RGB色彩空間外的色彩稱爲“範圍外，， 色彩，人眼感覺不到它的存在。現有的視頻圖像處理會産生“範 圍外”色彩。解決這種問題，即將“範HJ外，，色彩空間轉換到範 圍内色彩空間的一種方法是“裁剪” RGB色彩空間之外的“範圍 夕卜”的色彩。 圖1所示爲有效的RGB立方體投影到（Cr，γ)平面的示音 圖。對於給定的Y值’許多Cr值是“範圍外，’的。而且，當Y 值在[0 ’ 16]或[235，255]範圍内’ C㈣時，在YCA色彩空^， 1260168 Y值大於235的圖元呈現白色，γ值小於16的圖元呈現黑色。如 果將RGB範圍外的圖元按標準矩陣變換方式變換到RGB色彩空 間，圖元值將超出[0，255]的標準的RGB色彩範圍。舉例來說， Ycrcb=[i6，〇，〇]的“範圍外”值變換成RGB：==卜，154叫。如果 僅僅將負值裁剪到〇，會使色彩變成亮綠色。而（γ=16)應當爲 黑色。將圖元從YCrCb色彩空間變換到RGB色彩空間過程中存在 的問題是，由yca表示的色彩可能不會落入RGB立方體内，這 就需要做出決定：期魏視採用RGB模式顯示什麼樣的圖像。 將YCrCb二[16，〇，0]變換成RGB,，154，_]之後，可以容 易地裁剪掉負值然而’正綠色的值大大增加。裁剪負值， 保持原圖元的亮度，而可能使輸出增加正亮度。這樣，亮度爲16

Y值分別在16以下和235 列如’當圖n人黑色和白色區域，其 以上時，就會産生問題。由於許多視頻 1260168 設備直接輸出YCA信號，期望能有-種不必經歷複雜的過程（將 YCrCb圖元值變換到RGB色彩空間、進行裁剪、再變換回YCrCb 色彩空間）’即可將YQ.cb值限制在標準範圍内的方法。另外，1對 於偏移較小的情形，簡單地將“範圍外，，的值裁剪回RGB色彩处 間是可以接受的，但是，對於遠“範圍外”信號，可能引起色2 明顯失真。人賴亮度·紐要比對色_敏感度高，而對色 飽和度的贼度最低。目此’紗·方法是鱗紐、犧牲色 飽和度。 儘管可以精魏限定色彩空間的色飽和度，數學上的精確方 法祕嗎魏，但·域核舶言，其高昂赋本是不可 接文的。由於色調上的微小偏移和變化對圖像質量的影響不大， 所以希望能以較低的成本、合理的質量，尋找—種色彩接近的解 決方案。 、通過將現有技術與本發曰月的方法和系統進行比較，對於本領 的技術人貝岐，現有技術的其他限制和缺點是顯而易見的。 【發明内容】 本免明包括將第-色彩空間的圖元約束在第二色彩空間範圍 内的方法㈣統，其中，圖元具有紐和色彩，且受（被）約束 的圖兀保持亮度不變。所述方法可以包括：檢測第—色彩空間的 圖7時如第二色彩空_摘範圍，並將第—色彩空間的圖 、# 一第—色形工間範圍内。檢測第一色彩空間的圖元何時超 出弟-色β空間圖π的範圍這—步驟，可以包括：利用—組參數， 1260168 ::色:工間内疋義—個子空間，以及確定圖元是在子空間外 子工門内其巾’子空簡近第二色彩空間的細。定義 子空間的這組參射以是可編程的。 當航在付咖時，所述綠可吨括：倾圖元 其中，當映射到第二辛务办^士 色衫空間時，子空間内的圖元的亮度和色糸 不出現視覺上的偏離。 巴衫

只要圖元在子空間外時，將所述圖元擦虔成子空間的新圖 心射，新圖元的亮度和色彩在視覺上不偏離第一色彩空間原 圖摘祕和色彩；其t，t子空間觸_元_到第二色彩 空間時’亮度和色彩不出現視覺上的偏離。 " 所述系統包括至少—個處理器，該處理器能夠實現所述方 法：保持第-色彩空_圖元不超出第二色彩空間圖搞範圍， 其中，圖元具有亮度和色彩，且受（被）約束_元保持亮度不 變0 -方面’本發明提供了一種將第一色彩空間的圖元約束在第 二色彩娜範_的方法，其巾，所職元具有色彩和亮度，所 述方法包括：檢測第-色彩空間_元何時超出第二色彩空間圖 元的範圍；將第一色健間的圖元約束在第二色彩空間範圍内； 其中，保持受約束圖元的亮度。 較佳的實施例是，所述方法包括··利用一組參數，在第一色 彩空間内定義-個子空間，· _定®元是在子空料還是在子空間 1260168 内’、中子工間接近第二色彩空間的範圍。 較佳的實施例是，所述約束包括：當狀在子雜内時，保 持圖元不變’其中，當映_第二_間時子空間内的圖元 的冗度和色彩不出現視覺上的偏離。 " 較佳的實施例是，所述約束包括：當圖元在子空間外時，將 =圖元擠壓㈣_慨，其t，_元的亮度和色彩在 不見上不制第—色彩空間原圖福亮度和色彩；其中，者子* 間内的_元_到第二色彩空間時，亮度和色彩 的偏離。 桃見上 較佳的實施例是，這組參數是可編程的。 較佳的實關是，第—色健财YCA战空間。 較佳的實施例是，第二色彩空間是RGB色彩空間。 一一另方面’本發明提供了—種將第—色彩空間關元約束在 • ^空間範圍内的系統，其中’所述圖元具有亮度和色彩， H先匕括·至/-個處理器，該處理器能夠檢測出第一色彩 1的圖元何日成出第—色彩空間圖元的範圍·，所述處理器能夠 將第-色彩空間的圖元約束在第二色彩空間範圍内；其中，保持 受（被）約束圖元的亮度。 較佳的實施例是，所述渺—鑛财組參數，在第 —色彩空間岐義-個子空間；及確定圖元是在子空間外還是在 子空間内，其中，子空間接近第二色彩空間的範圍。 1260168 在子空間内時’保持圖元不變的程式編碼，其中，當映射到第二 ㈣空間時，子空間_圖元的亮度和色彩不出現視覺上的偏離。 較佳的實細是，驗約束圖元的程式編碼還包括，當圖元 在子空間外時，將所述圖元擠壓成子空間的新圖元的程式編碼， 其中’新圖元的亮度和色彩在視覺上不偏離第—色彩空間原圖元 的冗度和色彩，其巾’當子空間内的新圖元映射到第二色彩空間 時’亮度和色彩不出現視覺上的偏離。 _ 卩下結合附圖，通過具體實施例，對本發明做進一步詳細說 明。 【實施方式】 本發明涉及侧信·處理。_是，本發日⑽實施例涉及 對色彩進行適當裁剪的方法和系統，通過檢測YQQ色間的 圖元何時超出RGB色彩空間的範圍，保持YCA色彩空間圖元的 亮度，將圖元約束在RGB色彩空間的有效範圍内。雖然以下是以 • YQCb色彩空間和RGB色彩空間爲實施例對本發明進行討論，但 可以理解的是，本發明也可以應用到其他的色彩空間，例如： YIQ、YPrPb、YUV 等。 圖2所示爲本發明設有色彩裁剪電路的典型視頻網路系統的 -種實施例的示意圖。該色彩裁剪電路可以設置在複合電路 (comp)方框1〇1中。圖中·· Μ表示MPEG饋線，接收4:2:〇、4:2:2資料，提供松2資料； v表示視頻饋線，接收4:2:2資料，提供4么2資料； 1260168 C表示捕捉模組，接收4:2:2資料； G表示圖形饋線，接收ARGB、CLUT或4:4:4資料，提供 AYUV4444 資料；

Comp表示複合電路； MAD32表示採用反向3:2下拉處理進行動態自適應解交錯。 圖3所示爲本發明實施例RGB色彩立方體投影到YCrCb色彩 空間的Y-Cr平面的示意框圖。RGB立方體可以投影到（Cr，

平面303 ’此處，Cr值可以限定在指定的區域S 305上，從而有效 地將YCrCb色彩空間裁剪到RGB色彩空間。該指定的區域8 3〇5 可由斜線C、D、E、F和點Η、J界定。 圖斤不爲本發明實施例RGB色彩立方體投影到YCCb色彩 空間Y_Cb平面的示意_。RGB立謂也可以採賴投影到 (Cr ’ Y)平面303相同的方式’投影到（Cb，γ)平面4〇3，這 裏Cb軸14 (Cr，Y)平面3〇3相垂直。Cb值可以限定在指定^ 區域405上’但是其斜線和點不同。結果，整個_立方體沏 可以包含在以斜線c、D、E、F和點H、j’及（α，γ)平面内 的斜線和點所確定的YQCb咖。在本發陶—種實 中1不同秘細㈣佛細，爛州的斜線和點 來逼近。 12 l26〇l68 間而受到影響。然而，另一圖元可能具有^^^色彩空間3〇1外的 (Ycrcb)值。如果一個圖元在標準的RGB立方體之外，可能需 要以保持亮度的方式對圖元進行矯正。因此，如果圖元是白色或 黑色，這種矯正可以保證分別保持白色或黑色。區域s(Cr爲3〇5，

Cb爲405)可以僅僅是近似實際RGB範圍（3〇1)。本發明的實施 例中，對區域S僅進行部分矯正。這種近似的矯正可能是不精確 的，但它可以足夠相近，以使色彩差異在視覺上感覺不到。這種 近似產生的誤差即使在黑色和白色區域（Y值在16以下或235以 上的區域）也可能是很小的，實際上該區_誤差應當是最明 顯的。 以下公式推導和計异中的參數來源於如ITU Rec 601規定的 鮮清晰度（SD)電視參數。本發明實酬巾的這些參數可用於 視頻行業中的各類色彩空間，是可編程操作的。 根據本發明的實細，將YCA &财間賴元約束在rgb 色彩空間，可以按以下方式計算：

RU64Y*+ 1,596 CV G=U64HS13Cb、〇391cv B-1J64Y^2.018 C；

Y1 - 0,257 ^ R ^ 〇 j04 ^ 4 〇 〇98 ^ B 通過阻止R、G、B負值的裁剪，可以避免負裁剪。一旦R< 卜就意味著U96V，<-U64Y，。因而，其規律可以是，爲了避 1260168 免R負值被裁剪，應當滿足Cb’:Cb’(?)>-10164/1.1596Y’ = -0.729Y’。 爲了避免B負值被裁剪，Cr’應當滿足以下關係：

Cr，>-1·164/2.018Υ’=-0·577Υ’。 如果Κ二2Cb，+Cr，，可以近似地得到G=1.164Y，-0.4K。在本實 施例中，其規律是，爲了避免G負值被裁剪，並大於零，應當滿 足Κ<2·91Υ，。 由於續正綠色裁剪和保持色度可能比較困難，Cr和Cb值可 以單獨測量。〇1.164Y，-0.813Cb，-0.391Cr，>0。由於 Cb，> -0.729Y’，因此 u64Y，+〇.8l3(0.729)Y，-0.391Cr，>0，且 Cr，> 4·493Υ’。同樣，1·164Υ，-0·813ν，+0·391(0·577)Υ，>〇，且 Cr，> 1.709Y，。 正裁剪可以按以下調整： 使 Y*=219-Y，Y，二219-Y*。 任何以‘‘ 255=1·164Υ’+··· ”開頭的等式可以改寫成 “(Μ_1643638(219-Υ*>·255+···，，，或 “(Μ·164Υ*+···，，。通過求 解方私1.164Y*+1.596Cb’<0，R值可以約束在不超過255。因此 得出’如果Cb’ <〇·729Υ*，R值將被約束在255内。相同類型的 方程式可以應用於其他所有正裁剪。 在本發明的另一實施例中，高清晰度（HD)電視參數，如ITU 709所定義，可以按下式計算： 14 1260168 R - 1.164^+ 1.793 0^

G-1.164 0.534 0.213 Q B- 1.164 Yf + 2J15C； T - 0. ί S3 614^0+0,062¾

Cb! > -U64/L793Y, - -0..649Y1 OU64/X115Y1 =-0.55〇r 1 J64Ya ”0,534CbL (X213CV > 〇 Cr’ > (1.刚十(X534 * 〇·649γ^〇 213 = 7.09 Yr _ Cb’ > (1 ·刚Yf + 〇,213 * 0,5S0Yf)/CX534 = 2.40 Y* 根據本發明實施例，色彩裁剪模組是自適應的，以便在任何 時間採用/取消裁剪，而不引起所顯示圖像的不連續。可以將正裁 剪和負裁剪分離開。另外，（Cr，Y)平面内的斜線c、d、E、F和 點Η、J ’以及(Cb，Y)平面内的類似的斜線和點是可編程的。 YCrCb到RGB色彩裁剪可以通過僞編碼實現，需要一個乘法 用於Cr ’ -個乘法用於Cb和加法器。乘法器的係數是陳。僞 編碼可以如下： 1260168 (y,u?v) { ty = MAX(*y，16) - 16; // 注意 y 的有用範圍爲 16-235 tyx - 219,0 - ty; if {tyx < 0,0) (tyx = 0.0;} tu = u - 1,28; tv = u，128; ty += (KS; lyx += 0J; // dip U if (tu > 0) { 士(印<2為{ “25，，是圖2中的點“J”

i f (to > (4.S ^ ty)) {tu - 45 ^ ty;}// *A }

else {

if (tu > (0,58 * tyx)) (tu = CK58 * tyx;} // 斜線 B else { if (tyx < 25) { if > (4.5 ^ tyx» (tu ^ tyx;} else { if (4u > (OM ψ ty)) {tu -0,58 # ty;}

j/裁剪V與裁剪u相似，只是係數不同 u-tu+128; v = tv + 128; 本明可以通過硬體、軟體，或者軟、硬體結合來實現。本 發明可以在至少一個電腦系統中以集中方式實現，或者由分佈在 幾個互連的電腦系統中的不同部分以分散方式實現。任何可以實 現所述方法的電腦系統或其他設備都是可適用的。常用軟硬體的 16 1260168 通過安裝和執行所 在電腦系統中，利 -合可以是安裝有電腦程式的顧電腦系統， 述耘式控概m統，使其按所财法運行。 用處理器和存儲單元來實現所述方法。 本發明還仙通顿職式“斯魏 =實現本發明方法的全部特徵，當其安裝到㈣ 糾的紐。本請+_§財所指的是^

, 式、編碼或符號編寫的—域令的任何運曾 t補令崎輪恤她力，_嫩特定功能y 心進订下述-個或兩個步驟之後，a)轉換成其他語言、編碼或 付號；b)以不同的格式再現，實現特定功能。 〜 本發狀酬編實職行侧，本 f明白，在不脫離本發明範_情況下，還可輯本發明進行 Γ變換鱗_°糾，物彻綱纽，可崎 本發明做各種修改，而不脫離本發明的範圍。因此，本發 限於所公_具體實施例，而應#包絲人本發_ 圍 内的全部實施方式。 【圖式簡單說明】 圖1所示爲有效的腦立方體投影到（〇，Υ)平面的示意圖； ，斤丁爲本七明。又有色形裁勇電路的典型視頻網路系統的一種 實施例的示意圖； 圖3所示縣發日脚B色彩立方體投影到似色妙_Y_Cr 1260168 平面的一種實施例的示意框圖； 圖4所示爲本發明RGB色彩立方體投影到YCrCb色彩空間的Y-Cb 平面的一種貫施例不意框圖。 【主要元件符號說明】 複合電路（comp)方框101 RGB色彩空間301 (Cr，Y)平面303 指定的區域S305 (Cb，Y)平面403 指定的區域405

Claims (1)

1260168 十、申請專利範圍·· :.二(乂. ί'Ι ί 種將第-色彩娜賴元約束在第二色彩空間細内的方 法，其中，所述圖元具有色彩和亮度，所述方法g: 色形空間糊元何時超出第二色彩空刚元的範圍；將第一 色彩空間的圖元約束在第二色彩空間範圍内；其中，保持受約 束圖元的亮度。 2如申Μ專利細第J項所述的方法，所述檢測包括：利用一組 多數’在第-色彩空間峡義—個子空間；確定圖元是在子空 間外還疋在子空間内，其中，子空間接近第二色彩空間的範圍。 3如申明專利細第2撕述的方法，所述約束包括：當圖元在 子工間内時’保持圖元不變，其中，當映射到第二色彩空間時， 子空間内的圖元的亮度和色彩不出現視覺上的偏離。 4、如申請專利範圍第2項所述的方法，所述約束包括：當圖元在 子空間外時，將所述圖元擠壓成子空間的新圖元，其中，新圖 元的亮度和色彩在視覺上不偏離第一色彩空間圖元的亮度和 色彩，其中，當子空間内的新圖元映射到第二色彩空間時，亮 度和色彩不出現視覺上的偏離。 5、一種將第一色彩空間的圖元約束在第二色彩空間範圍内的系 統，其中，所述圖元具有亮度和色彩，所述系統包括··至少一 個處理恭，該處理器能夠檢測出第一色彩空間的圖元何時超出 弟一色彩空間圖元的範圍；所述處理器能夠將第一色彩空間的 圖元約束在第二色彩空間範圍内；其中，保持受約束圖元的亮 19 1260168 度。

^專利麵5項所述的系統，所述處理器按如下方式檢 用弟色形空間_兀是否超峠二色彩空_元的範圍：利 =組參數’在第—色彩空間内定義-個子空間；及確定圖元 =在子空間在子空_，其中，子空間接近第二色彩空 間的範圍。

、如第5項或第6撕_統，元在子空間 内日守’所述處理器保持圖元不變，其中，當映射到第二色彩空 間時，子空刚_福亮度和色料㈣視覺上的偏離。 、—種記Μ ’其巾存儲有電難式，嫌紅少包含一段將 弟一色彩空間的圖元約束在第二色彩空間範圍内的程式編 -1»>所述域編碼麟使機器執 行以下步驟：

檢測第-色彩空間的圖元何時超出第二色彩空間圖元的 範圍； 將第-色彩空間的圖元約束在第二色彩空間範圍内； 其中，保持受約束圖元的亮度。 9、如申請專利麵第8項所述的記憶體，用於約束圖元的程式編 螞包括： 利用一組參數’在第一色彩空間内定義一個子空間的程式 編碼； 20 126〇l68 瞥換頁 確定圖元是在子空間外還是在子空間内的程 中，子空間接近第二色彩空間的範圍。 0如申請專利範圍第9項所述的記憶體，用於約束圖元的程式 編碼通包括，當_元在子空間内時，保持圖元不變的程式編 ”、、/、中^映射到第二色彩空間時，子空間内的圖元的亮度 和色彩不如見視覺上的偏離。

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