TWI294114B - - Google Patents

Description

1294114 玖、發明說明： 【發明所屬的技術領域】 本發明係關於珈瑪校正的技術領域，尤指一種使用查 表之珈瑪校正系統及方法。 5 【先前技術】 一彩色影像處理系統主要由一影像擷取單元、一影像 還原及處理單元、一影像顯示單元及一影像壓縮單元所組 成。影像擷取單元由影像感測器（image sensors)將感測到的 10 光強度轉換成電子訊號。由於光強度與電子訊號間存在非 線性的關係，同時轉換後的電子訊號相對於後級之各單元 有較高的解析位元數，所以影像訊號在進入後級之各單元 前須做解析度之轉換。咖瑪校正（gamma correction)即是處 理此非線性之關係及訊號由高解析位元數至較低解析位元 15 數之轉換。 於美國第USP5,408,267號專利案公告中，以輸入範圍 區將咖瑪校正曲線（gamma correction curve)分為複數個連 續以1/a比例縮小的區段，並將所有縮小區段對應（map)至 一最大區段（standard segment)，再由最大區段的办瑪校正 20 裝置（gamma corrector)產生一伽瑪校正值，再將咖瑪校正 值反對應（de-map)至實際之珈瑪校正值。由於每一個區段 的珈瑪校正曲線的斜率斜均不相同，此種區段對應 (segment map)方法會產生極大的誤差。針對上述問題，於 美國第USP5,408,267號專利案公告中，將珈瑪校正曲線 1294114 (gamma correction curve)由數個不同斜率的直線分段近 似。因為採用直線近似，所以也會產生可觀的誤差。 針對直線分段近似方法所產生誤差的問題，一習知技 術係使用查表法以避免產生較大誤差的問題。圖1A係一 5 位元轉8位元之珈瑪校正示意圖，圖1B係一 16位元轉 10位元之珈瑪校正示意圖。圖1A中，珈瑪表格需1 κ位 元組的儲存空間。而圖1B中，珈瑪表格則需8〇κ位元組 的儲存空間。 ® 針對查表法需使用大量儲存空間的問題，圖2係一使 10用習知壓縮查表法的示意圖，其包含一查表引擎210及一 表格220，查表引擎210由一索引對應（index mapping)裝 置211及一修正裝置212所組成。圖3A係習知索引對應 裝置211的虛擬碼，其中fix□為一地板運算子（fl〇〇r operator)。fix[v]的輸出為最接近v且小於或等於v之整 15 數。亦即fix[2.8] =fix[2· 1]=2。圖3B係習知修正裝置212 的虛擬碼。當InputValue為10時，查表引擎210輸出 Φ main]ndex為1且sub.index為2的訊號至查詢表格220， 以讀取查詢表格 220 的 LUT[l][0]、LUT[ini]及 LUT[1][2] 三個攔位，其中LUT[1][0]所儲存為1〇位元的 20 〇utPntValue[8]，LUT[1][1]及 LUT[1][2]分別為丨位元。圖 3B 的修正裝置 212 則將 LUT[l][0]、LUT[ini]及 LUT[1][2] 相加’而產生一對應之輸出值（OutputValue)。當由16位元 轉換至10位元時，查詢表格220的大小可由為80K位元 組降低至 17Κ 位元組（（65536/8)xl7bits=17K bytes)。然而 1294114 仍然佔 予以改 對於系統單晶片（System_0n_Chip、s〇c)設計而言， 用許多貧源。故習知的珈瑪校正的系統及方法仍有 善的需求。 5 【發明内容】 本發明的目的係在提供一種珈瑪校正的系統及方法， 以避免習知技術所產生誤差的問題，同時改善習知技術使 用許多儲存空間的問題。 依據本發明的一特色，係提出一種珈瑪校正方法，以 10對一 η位元之視訊訊號進行珈瑪校正以產生一珈瑪校正 值，該方法包含下列步驟··一虛擬索引值計算步驟^先 將該η位元之視訊訊號值除以一第一常數，再加上一第二常 數，再執行一地板運算而獲得該虛擬索引值；一第一主索 引=及第一子索引值計算步驟，將該虛擬索引值除以一第 15三常數，再執行一地板運算而獲得該第一主索引值，該第 一主索引值乘以該第三常數產生一第一中間值，該第一子 索引值係為該虛擬索引值減去該第一中間值；一第一珈瑪 值形成步驟，由該第一主索引值及第一子索引值形成該第 一珈瑪值；一第二主索引值及一第二子索引值計算步驟， 20 =該第一珈瑪值除以一第四常數，再執行一地板運算而獲 得"亥第一主索引值，將該第二主索引值乘以該第四常數產 生第一中間值，將該第一珈瑪值減去該第二中間值而產 生该第二子索引值；一複數個臨界值形成步驟，由該第二 主索引值及弟一子索引值形成該複數個臨界值；一修正步 1294114 驟:比對該η位元之視訊訊號值與該複數個臨界A，以修正 該第一珈瑪值，產生該珈瑪校正值。 依據本發明的另-特色，係提出一種办瑪校正方法， 以對-η位元之視訊訊號進行珈瑪校正以產生一伽瑪校正 5值，該彳法包含下列步驟：⑷先將該η位元之視訊訊號值 經由一第一索引對應（index mapping)而獲得一虛擬索引 ^，再將該虛擬索引值再經由―第二索引對應分別獲得一 第-主索引值及-第-子索引值；（B)由該第一主索引值及 第一子索引值形成一第一办瑪值；（c)將該第一伽瑪值經由 1〇 -第三Η對應分別獲得—第二主索引值及—第二子索引 值；（D)由該第二主索引值及第二子索引值形成該複數個臨 界值，（Ε)比對該η位元之視訊訊號值與該複數個臨界值， 以修正該第一珈瑪值，產生該珈瑪校正值。 依據本發明的再一特色，係提出一種珈瑪校正系統， 15以對- ^位元之視訊訊號進行伽瑪校正以產生一伽瑪校正 值，該系統包含-第-索引值產生裝置、一第一伽瑪值產 生裝置、-第二素引值產生裝置、一複數個臨界值形成裝 置及一修正裝置。該第一索引值產生裝置包含一第一索引 對應裝置及-第二索引對應裝置，先將^位元之視訊訊 20號值經由該第-索引對應裝置而獲得一虛擬索引值，再將 該虛擬索引值再經由該第二索引對應裝置分別獲得一第一 主索引值及-第-子索引值；該第一咖瑪值產生裝置麵合 至該第一索引值產生裝置，由該第一主索引值及第一子索 引值形成一第一珈瑪值；該第二索引值產生裝置耦合至該 1294114 第咖瑪值產生裝置，將該第一伽瑪值經由索引對應分別 獲付一第二主索引值及一第二子索引值；該複數個臨界值 形成裝置耦合至該第二索引值產生裝置，由該第二主索引 值及第二子索引值形成該複數個臨界值；該修正裝置耦合 5至该第一珈瑪值產生裝置及複數個臨界值形成裝置，比對 该η位元之視訊訊號值與該複數個臨界值，俾修正該第一 珈瑪值，以產生該珈瑪校正值。 由於本發明設計新穎，能提供產業上利用，且確有增 進功效，故依法申請發明專利。 10 【實施方式】 圖4係本發明的珈瑪校正系統的方塊圖，以對一 η位元 之視訊訊號（video signal)進行珈瑪校正以產生一珈瑪校正 值（GammaOut) ’該系統包含··一第一索引值產生裝置41 〇、 15 一第一珈瑪值產生裝置420、一第二索引值產生裝置430、 一複數個臨界值形成裝置440及一修正裝置450。 弟一索引值產生（index generator)裝置410由一第一索 引對應（index mapping)裝置411及第二索引對應裝置412所 組成。第一索引對應裝置411接收該n位元之視訊訊號值 20 (InPutValue)，而產生一虛擬索引值（Virtual.Index)。為方便 說明，該視訊訊號為16位元。該虛擬索引值再經由第二索 引對應裝置412分別獲得一第一主索引值（1 st_main. index) 及一第一子索引值（lst-sub.index)。 1294114 圖5為第一索引值產生裝置410的示意圖。第一索引對 應裝置411的虛擬碼為： if InputValue <8192

Virtual.Index = fix[InputValue/16]

Else

Virtual.Index = fix[InputValue/64] + 384 其中，InputValue為該視訊訊號值，Virtual.Index為虛擬索 5 引值，fix□為一地板運算。第二索引對應裝置412的虛擬碼 為： 1st—main.index = fix[Virtual.Index/4] 1st sub.index = Virtual.Index - (lst main. index * 4) 其中，lst_main_index為該第一主索引值，1st—sub.index為 該第一子索引值。第一及二索引對應裝置411、412可由虛 10 擬碼使用例如Verilog、VHDL或SystemC之硬體描述語言所 實現。 由圖5顯示，當InputValue小於8192時，係先將其除以 16，再執行一地板運算而獲得Virtual.Index。當視訊訊號值 大於或等於8192時，係先將其除以64，加上384，再執行一 15 地板運算而獲得Virtual.Index。將Virtual .Index除以4，再執 行一地板運算而獲得 1 st_main.index。1 st_main.index乘以 4 產生一第一中間值，將Virtual.Index減去第一中間值以產生 lst sub.index 0 當η位元之視訊訊，值（InputValue)為57563時，依據圖 20 5之虛擬碼可計算出虛擬索引值為1283、lst_main.index為 320及 1st sub.index為 3 〇 1294114 圖6係第一珈瑪值產生裝置420之示意圖，其耦合至該 第一索引值產生裝置410，由該lst_main.index及 1 st_sub.index形成一第一伽瑪值（SegLeftPtValue)。其包含 一第一查詢表格（Lookup table ) 421及一第一計算裝置 5 422。第一計算裝置422虛擬碼為：

Sum = 0 for i = 0:lst_sub.index Sum-f = LUT[lst_main.index][ lstsub.index] end

SegLeftPtValue = Sum

SegRightPtValue = LUT[lst—main-index +1][0] 其中，SegLeftPtValue為第一珈瑪值，SegRightPtValue 第二 珈瑪值，LUT[][]為第一查詢表格421的欄位。 當第一主索引值為320及第一子索引值為3時，第一計 10 算裝置422讀取第一查詢表格421的LUT[320][0]、 LUT[320][1]、LUT[320][2]及 LUT[320][3]四個欄位，其中 LUT[320][0]所儲存為 10 位元的 〇utput[1280]， LUT[320][1]、LUT[320][2]及 LUT[320][3]分別為 2位元的 Diff[l]、Diff[2]及 Diff[3]。第一計算裝置 422 則將 15 〇utput[1280]、Diff[l]、Diff[2]及Diff[3]相加，而產生該第 一珈瑪值（SegLeftPtValue)。 第一計算裝置422並讀取第一查詢表格421的 LUT[321][0]攔位，以作為一第二珈瑪值 (SegRightPtValue)。當第一主索引值為320及第一子索引值 20 為3時，由第一計算裝置422及第一查詢表格421可獲得第一 咖瑪值為1004，第二伽瑪值為1 007。真正輸出的♦瑪校正 1294114 值（GammaOut)則介於第一伽瑪值與第二孙7瑪值之間。亦即 1004$ GammaOutS 1007 〇 圖7係第二索引值產生裝置430之示意圖，其耦合至該 第一珈瑪值產生裝置420,接收第一珈瑪值而分別產生一第 5 二主索引值、一第二子索引值。其虛擬碼為： 2st main.index = fix[SegLeftPtVal/4] 2stsub.index = SegLeftPtVal 2stmain.index * 4 其中，SegLeftPtVal為該第一办瑪值，2st_main.index為該 鲁 第二主索引值，2st_sub· index為該第二子索引值。由圖7顯 示’係先將第一孙7瑪值除以4，再執行一地板運算而獲得該 10 第二主索引值。第二主索引值乘以4產生一第二中間值，將 第一珈瑪值減去第二中間值以產生第二子索引值。

SegLeftPtVal為 1004時，2st—main-index為 251，2st_sub.index 為0。 圖8係複數個臨界值形成裝置440之示意圖’其耦合至 15該第二索引值產生裝置430,由該第二主索引值及第二子索 φ 引值形成複數個臨界值。複數個臨界值形成裝置440係包含 一第二查詢表格441及一第二計算裝置442。第二計算裝置 442虛擬碼為： 12

1294114 1，if Output [2nd _main.index][l] = 0Z?00 2, if Output [2nd _main.index^[\\ = 0Z>01 Fac = < ~ 4，if Output [2nd _main.index][l] = 0Z)10 8，if Output [2nd _main.index][l] = 0611

ThrO = Output [2nd main.index][0]

Thrl = Output [2nd main.index][0]-l· Output [2nd main.index][2]x Fac Thr2 = Output [2nd main.index][0]+ (Output [2nd main Jndex][2] + Output [2nd _mainJndex][3]) x Fac

Thr3 = Output [2nd_main.index][0]-l· (Output [2nd main.index][2] + Output [2nd_mainJndex][3] + Output [2nd _ main.index][4]) x Fac 其中，Fac為縮放因素，ThrO、Thrl、Thr2及Thr3為複數個 臨界值，Output[][]為第二查詢表格441的欄位。 當2st_main.index為251時，第二計算裝置442依據第二 5 主索引值（2st_main.index)先讀取Output[25 1][1]攔位，若其 為ObOO，則縮放因素為1，若其為ObOl，則縮放因素為2， 若其為0M0，則縮放因素為4，若其為Obll，則縮放因素為 8。第二計算裝置442依序讀取Output[251][0]、

Output[251][2]、Output[251][3]及 Output[251][4]欄位，以 10 計算第一、第二、第三及第四臨界值（ThrO、Thrl、Thr2、

Thr3)。 圖9係修正裝置450之示意圖，其耦合至該第一珈瑪值 產生裝置420及複數個臨界值形成裝置440。其虛擬碼為： 13 1294114 if (Inputvalue > Thr3)

GammaOut - SegLeftPvValue + 3 elseif {Inputvalue > Thr2)

GammaOut = SegLeftPvV alue + 2 elseif {Inputvalue > Thr\)

GammaOut - SegLeftPvV alue Λ-Χ elseif {Inputvalue > ThrO)

GammaOut = SegLeftPvValue 其中，GammaOut為該伽瑪校正值。真正輸出的ί加瑪校正 值（GammaOut)則介於第一咖瑪值與第二办瑪值之間。亦即 % 1004SGammaOutS 1007。圖10為修正裝置450運作之示意 5 圖。修正裝置450比對該η位元之視訊訊號值（InputValue) 與該複數個臨界值（ThrO、Thrl、Thr2、Thr3)，俾修正第 一珈瑪值（SegLeftPtVal)。當視訊訊號值大於或等於第四臨 界值時，將第一珈瑪值加3，以產生珈瑪校正值 (GammaOut)。同理，當視訊訊號值小於第四臨界值且大於 10 或等於第三臨界值時，將第一珈瑪值加2以產生珈瑪校正 值。其餘依序類推。 φ 由圖6及圖8可知，第一查詢表格421的大小為702位元 組（351x16/8)，第二查詢表格441的大小為1536位元組（256 X48/8)，二者所使用的儲存空間小於2.5K位元組，遠小於 15 習知技術所需的17K位元組。同時，本發明所使用的乘法 及除法均可使用向左移位暫存器及向右移位暫存器，而無 須使用花費許多邏輯閘的乘法器及除法器。第二索引值產 生裝置430、複數個臨界值形成裝置440及修正裝置450可依 14 1294114 據輸入值對第一珈瑪值進行調整，以獲得較精確的珈瑪护 正值（GammaOut)。 < 綜上所述，本發明因為採用二階段查表方法，不僅可 避免習知技術產生可觀的誤差的問題，亦可改善習知技術 5 使用許多儲存空間的問題。 上述較佳具體實施例僅係為了方便說明而舉例而已， 本發明所主張的權利範圍自應以申請專利範圍所述為準， 而非僅限於上述實施例。 10 【圖式簡單說明】 圖1A係一 1〇位元轉8位元之珈瑪校正示意圖。 圖1B係一 16位元轉10位元之珈瑪校正示意圖。 圖2係一使用習知壓縮查表法的示意圖。 圖3 A係習知索引對應裝置的虛擬碼。 15 圖犯係習知修正裝置的虛擬碼。 圖4係本發明的珈瑪校正系統的方塊圖。 圖5係本發明的第一索引值產生裝置的示意圖。 圖6係本發明第一珈瑪值產生裝置之示意圖。 圖7係本發明第二索引值產生裝置之示意圖。 20 圖8係本發明複數個臨界值形成裝置之示意圖。 圖9係本發明修正裝置之示意圖。 圖10為本發明修正裝置運作之示意圖。 【圖號說明】 1294114 查表引擎 210 表格 220 索引對應裝置 211 修正裝置 212 第一索引值產生裝置 410 第一伽瑪值產生裝置 420 第二索引值產生裝置 430 複數個臨界值形成裝置 440 修正裝置 450 第一索引對應裝置 411 第二索引對應裝置 412 第一查詢表格 421 第一計算裝置 422 第二查詢表格 441 第二計算裝置 442

ίο

16

Claims (1)

1294114 申明專利範圍 二1 ·種珈瑪权正方法，以對一 !!位元之視訊訊號進行珈 瑪校正以產生一珈瑪校正值，該方法包含下列步驟·· 虛擬索引值汁异步驟，其先將該n位元之視訊訊號值 、:第^數，再執行一地板運算，再加上一第二常數 而獲得該虛擬索引值； 第一主索引值及第一子索引值計算步驟，將該虛擬 索引值除以一第二常數，再執行一地板運算而獲得該第一 主索引值，該第一主索引值乘以該第三常數產生一第一中 10間值，該第一子索引值係為該虛擬索引值減去該第一中 值； 一第一珈瑪值形成步驟，由該第一主索引值及第一子 索引值形成該第一珈瑪值； 第一主索引值及一第二子索引值計算步驟，將該第 15 珈瑪值除以一第四常數，再執行一地板運算而獲得該第 二主索引值，將該第二主索引值乘以該第四常數產生一第 一中間值，將該第一珈瑪值減去該第二中間值而產生該第 二子索引值； 複數個臨界值形成步驟，由該第二主索引值及第二 20子索引值形成該複數個臨界值；以及 一修正步驟，比對該n位元之視訊訊號值與該複數個臨 界值，以修正該第一珈瑪值，產生該珈瑪校正值。 2·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中，該第一珈 瑪值形成步驟中係使用一查表法而完成。 17 1294114 3.如申請專利範圍第丨項所述之 、 臨界值形成步驟係使用-查表法而完成/、’該複數 54.:ΠΓ_第1項所述之方法，其中，n為16。 5 •如申明專利範圍第4項所述之方 邙觫佶丨# 又万法，其中，當該視訊 Λ唬值小於8192時，該第一 馮 该弟二常數為〇。 6·如申請專利範圍第5項所述 4哚#丄 万法，其中，當該視訊 吼唬值大於或等於8192時，該第一 為384。 只弟吊數為64,該第二常數 10 7·如申請專利範圍第4項所述之方法 數為4。 ，其中，該第三常 之方法，其中，該第四常 8.如申請專利範圍第4項所述 數為4。 9.種珈瑪权正方法，以對一讀元之視訊訊號進行挪 瑪校正以產生-㈣校正值，該方法包含下列步驟： 15 (Α)先將該11位元之視訊訊號值經由一第一索引對應 (index mapping)而獲得一虛擬索引值，再將該虛擬索引值 再經由一第二索引對應分別獲得一第一主索引值及一第一 子索引值； (B) 由該第一主索引值及第一子索引值形成一第一珈 20 瑪值； (C) 將該第一珈瑪值經由一第三索引對應分別獲得一 第二主索引值及一第二子索引值； (D) 由該第二主索引值及第二子索引值形成該複數個 臨界值；以及 1294114 (2匕對該η位元之視訊訊號值與該複數個臨界值，以 修正该第一珈瑪值，產生該珈瑪校正值 5

10 15 1〇·如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該第_ 办瑪值形成步驟中係使用一查表法而&成 11 ·如申請專利範圍第9項所 ^ 個臨界值形成步驟係使用一查表法而完成’、名複數 I如申請專利範圍第9項所述之方其中，福16。 二如申請專利範圍第9項所述之方法，其中，該第_ 索引對應係先將該η位元之視訊訊號值除以一第一常數，再 執行一地板運算後，加匕一笛_ # 逆异傻加上常數而獲得該虛擬索引值。 14.如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該第二 索引對應係將該虛擬索引值除以—第三常數，再執行一地 板，异而獲得該第-主索引值，該第_主索引值乘以該第 產生一第一中間值，該第一子索引值係為該虛擬索 引值減去該第一中間值。

如申請專利範圍第12項所述之方法，其中，該第三 索引對應係將該第-办瑪值除以一第四常數，再執行一地 J運算而獲得該第二主索引值，將該第二主索引值乘以該 +四申數產生一第二中間值，將該第一珈瑪值減去該第二 20中間值而產生該第二子索引值。 16·種珈瑪权正系統，以對一^位元之視訊訊號進行 珈瑪杈正以產生一珈瑪校正值，該系統包含·· 弟索引值產生裝置，其包含一第一索引對應裝置 及第一索引對應裝置，先將該η位元之視訊訊號值經由該 19 1294114 第-索引對應裝置而獲得一虛擬索引值，再將該虛擬索引 值再經由該第二索引對應裝置分別獲得一第一主索引值及 一第一子索引值； 一第一珈瑪值產生裝置，耦合至該第一索引值產生裝 5置’由該第-主索引值及第一子索引值形成一第一伽瑪值； 一第二索引值產生裝置合至肖第―珈瑪值產生裝 置，將該第一珈瑪值經由索引對應分別獲得一第二主索引 值及一第二子索引值； μ 參 一複數個臨界值形成裝置，耦合至該第二索引值產生 10裝置，由該第二主索引值及第二子索引值形成該複數個臨 界值；以及 一修正裝置，耦合至該第一珈瑪值產生裝置及複數個 臨界值形成裝置，比對該η位元之視訊訊號值與該複數個臨 界值，俾修正該第一珈瑪值，以產生該珈瑪校正值。 15 17 ·如申請專利範圍第16項所述之系統，其中，該第一 珈瑪值產生裝置係包含一第一查詢表格（L〇〇kup taMe )。 • 18·如申請專利範圍第16項所述之系統，其中，該複數 個臨界值裝置係一第二查詢表格。 19·如申請專利範圍第16項所述之系統，其中，^為16。 20 20·如申請專利範圍第19項所述之系統，其中，該第一 索引對應裝置係先將該η位元之視訊訊號值除以一第一常 數，再執行一地板運算後，加上一第二常數而獲得該虛擬 索引值。 20 1294114 21·如申請專利範圍第19項所述之系統，其中，該第二 索引對應裝置係將該虛擬索引值除以一第三常數，再執行 一地板運算而獲得該第一主索引值，該第一主索引值乘以 該第三常數產生一第一中間值，該第一子索引值係為該虛 5 擬索引值減去該第一中間值。 22·如申请專利範圍第19項所述之系統，其中，該第二 索引值產生裝置係將該第一珈瑪值除以一第四常數，再執 行一地板運算而獲得該第二主索引值，將該第二主索引值 _ 乘以該第四常數產生一第二中間值，將該第一枷瑪值減去 10該第二中間值而產生該第二子索引值。

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