TWI415480B

TWI415480B - 影像處理方法與影像處理系統

Info

Publication number: TWI415480B
Application number: TW098119635A
Authority: TW
Inventors: Chi Yi Tsai
Original assignee: Asustek Comp Inc
Priority date: 2009-06-12
Filing date: 2009-06-12
Publication date: 2013-11-11
Also published as: TW201044886A; US20100316289A1; US8374427B2

Description

影像處理方法與影像處理系統

本發明係關於一種影像處理方法與影像處理系統，且特別是有關一種利用查表完成的影像處理方法與影像處理系統。

隨著各種數位影像顯示技術的不斷進步，各種高畫質、高穩定性、多功能的電子顯示裝置紛紛普及至一般大眾的日常生活應用當中，例如液晶螢幕、電漿顯示器、投影機等各種數位電子顯示裝置，早已成為民眾各種日常資訊或人際溝通的主要顯示媒介。

影響影像顯示品質的主要關鍵包含影像本身的亮度對比(contraction)以及色彩飽和度(saturation)。一般而言，影像的對比係指影像中明亮區域與黑暗區域兩者之間的亮度比，適當的對比增強在人類視覺上的感受會較為舒適。而色彩飽和度則由各種色彩的彩度(chrominance)所決定。

傳統的影像對比與色彩增強技術，有一部份是在紅綠藍三原色(RGB)的色彩空間中進行。然而，現今的業界採用的影像或視訊串流的影像格式大多不是採用RGB三原色的色彩空間，而是採用亮度與顏色分離(Y/C)的色彩空間來儲存資訊或進行傳輸，即YCbCr影像格式。也就是說，傳統的做法可能需要將YCbCr格式的影像或視訊串流先轉換為RGB格式，方可在RGB格式下對影像或視訊串流進行對比或色彩增強等影像處理。甚至在影像處理過後，還需要反向的轉換步驟(RGB至YCbCr)，將處理過後的資訊轉換回系統採用的格式。如此一來，額外的色彩空間轉換將造成系統的運算負擔，也無法達成對視訊串流的即時運算。

另一方面，在目前針對YCbCr格式的影像對比與色彩增強技術中，因為YCbCr格式具有亮度分量(Y)以及兩個彩度分量(Cb、Cr)。影像處理器可對應影像對比的需求建立亮度對照表用以調整亮度分量(Y)，並對應色彩增強的需求建立一或兩套彩度對照表用以調整兩彩度分量(Cb、Cr)。然而在每次影像處理流程中，影像資訊的每一個分量(Y、Cb、Cr)，都要分別利用亮度對照表或彩度對照表依序進行計算調整，也就是三個分量就要三次的計算流程，繁重的計算需求對沒有獨立配置影像處理器的電子系統來說，將對系統處理器造成過大的負擔。

為了解決上述問題，本發明提出一種影像處理方法以及影像處理系統，以解決上述問題。

本發明之一範疇在於提供一種影像處理方法，適用於處理一影像資訊，該影像資訊包含複數個處理像素。

根據一具體實施例，影像處理方法包含下列步驟：a)設定一組參數；b)根據該組參數建立一亮度對照表；c)根據該組參數以及該亮度對照表建立一彩度亮度對照表；d)讀取該影像資訊；e)判斷該影像資訊之一影像格式；f)若該影像格式為第一格式(例如：YCbCr 4:2:2)，利用該彩度亮度對照表，產生一經調整彩度值以及一第一經調整亮度值對應該複數個處理像素其中一個處理像素；以及g)若該影像格式為第二格式(例如：YCbCr 4:2:0)，利用該彩度亮度對照表以及該亮度對照表，產生一經調整彩度值、一第一經調整亮度值以及一第二經調整亮度值對應該複數個處理像素其中一個處理像素。

本發明之另一範疇在於提供一種影像處理系統，其包含記憶模組、計算模組以及處理模組。計算模組以及處理模組分別與記憶模組電性連接。

根據一具體實施例，記憶模組儲存有一影像資訊，影像資訊包含複數個處理像素。計算模組根據一組參數建立亮度對照表，計算模組再根據該組參數以及亮度對照表建立彩度亮度對照表，並將亮度對照表與彩度亮度對照表儲存於記憶模組中。

處理模組自記憶模組讀取影像資訊並判斷影像資訊之影像格式，若影像格式為第一格式，該處理模組利用儲存於該記憶模組中的彩度亮度對照表以產生經調整彩度值以及第一經調整亮度值對應該複數個處理像素其中一個處理像素。若該影像格式為第二格式，該處理模組利用儲存於該記憶模組中的該彩度亮度對照表以及該亮度對照表以產生經調整彩度值、第一經調整亮度值以及第二經調整亮度值對應該複數個處理像素其中一個處理像素。

也就是說，本發明之影像處理方法以及影像處理系統透過設立亮度彩度對照表，以一次計算流程便可對一個亮度值以及一個彩度值進行調整，藉此簡化影像處理的運算流程以及處理時間。關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

請參閱圖一以及圖二，圖一繪示根據本發明之一具體實施例中影像處理方法的流程圖。圖二繪示可用以執行本發明之影像處理方法的影像處理系統1的功能方塊圖。本發明之影像處理方法以及影像處理系統適用於處理一影像資訊(例如圖像、多媒體影片或視訊串流)，其影像資訊具有一影像格式。如圖二所示，於此實施例中影像處理系統1包含記憶模組10、計算模組12、處理模組14以及輸入模組16。計算模組12以及處理模組14分別與記憶模組10電性連接。輸入模組16與計算模組12電性連接。其中記憶模組10儲存有影像資訊，影像資訊包含複數個處理像素。

於此實施例中，本發明的影像處理方法以及影像處理系統1可對應處理不同的影像格式。於實際應用中，目前常見的影像格式可分類為YCbCr 4:4:4(代表其採用YCbCr色彩空間格式且YCbCr取樣比例為4:4:4完全取樣)、YCbCr 4:2:2(代表其採用YCbCr色彩空間格式且YCbCr取樣比例為4:2:2部份取樣)或是YCbCr 4:2:0(YCbCr色彩空間格式且YCbCr取樣比例為4:2:0或4:1:1部份取樣)等各種分類。

舉例來說業界上常用的YCbCr 4:2:2影像格式包含有YUY2、UYVY、YUV2等格式，而常用的YCbCr 4:2:0影像格式包含有YV12、NV12以及DVD光碟採用的I420等格式。

在影像資訊中，最小的單位影像為像素(picture element,pixel)，而在起先YCbCr 4:4:4(完全取樣)時，每一個像素都具有完整的三個分量資訊(Y、Cb、Cr)。而為了因應現在的壓縮或影像處理需求，在YCbCr 4:2:2或是YCbCr 4:2:0架構之下，複數個鄰近的像素可被定義為一巨集像素(macro-pixel)。巨集像素的定義視不同的格式而定，舉例來說，可為2個左右或前後鄰近的像素或是2x2個相鄰的像素區塊。

一般而言，在YCbCr 4:2:2中，在一個巨集像素內可由第一像素的Y分量(Y₁ )、第一像素的Cb分量(Cb₁ )、第二像素的Y分量(Y₂ )以及第二像素的Cr分量(Cr₂ )所組成，即YCbCr 4:2:2的每一個巨集像素中，亮度值與彩度值為1:1的比例(兩亮度值與兩彩度值)。於實際應用中，為了計算處理上的方便，在YCbCr 4:2:2格式中，一個巨集像素[Y₁ ,Cb₁ ,Y₂ ,Cr₂ ]通常又被分為兩個處理像素，分別為處理像素[Y₁ ,Cb₁ ]以及另一個處理像素[Y₂ ,Cr₂ ]。於此實施例中，處理模組以一個處理像素作為基本單位進行影像調整處理。

另一方面，在YCbCr 4:2:0中，在一個巨集像素內可由四個不同像素的Y分量(Y₁ 、Y₂ 、Y₃ 、Y₄ )以及一個Cb分量(Cb)、一個分量(Cr)所組成(故YCbCr 4:2:0此種格式其取樣比例亦可稱為4:1:1)，即YCbCr 4:2:0的每一個巨集像素中，亮度值與彩度值為2:1的比例(四亮度值與兩彩度值)。於實際應用中，為了計算處理上的方便，在YCbCr 4:2:0格式中，一個巨集像素[Y₁ ,Y₂ ,Y₃ ,Y₄ ,Cb,Cr]通常又被分為兩個處理像素，於此實施例中可分別為處理像素[Y₁ ,Y₂ ,Cb]以及另一個處理像素[Y₃ ,Y₄ ,Cr]。

如圖一以及圖二所示，本發明首先執行步驟S100，設定一組參數，於此實施例中，該參數的設定可由計算模組12自行產生，或由使用者經輸入模組16輸入並傳送至該計算模組12，但不以此為限。於此實施例中，該組參數可為(St,Sa)，其中,。其中該組參數的設定可根據實際應用的需求而定，並可根據最終影像處理的結果優劣而進行調整。

隨後，執行步驟S102，計算模組12根據這組參數設定產生一亮度對照表，於此實施例中計算模組12並可將亮度對照表儲存於記憶模組10之中。於此實施例中，本發明之影像資訊其亮度值可以8bits方式儲存共分為256個等級(其亮度值可分佈於0~255之間)。於此實施例中，該亮度對照表可根據下列公式產生：，其中x為0~255之間的整數，f _Y (St ,f (x ))=St ×f (x )+(1-St ),b _Y (St ,f (x ))=16×St ×(f (x )-1)，f(x)為一非線性函數，用以產生一相對於輸入訊號的增益量，例如f (x )=[255(x /255)^r +1]/(x +1),r >0，調整採用的方程式f(x)可根據實際應用的情形而定。其中Bound函數的定義為，當時，B=A；當時，B=min；當時，B=A。其中，於此實施例中，max值可為255或235，而min值可為0或16。

接著執行步驟S104，計算模組12可根據該組參數以及該亮度對照表建立一彩度亮度對照表，於此實施例中計算模組12並可將亮度對照表儲存於記憶模組10之中。其中該彩度亮度對照表根據該組參數以及該亮度對照表而產生。另一方面，本發明之影像資訊其亮度值亦可分別以8bits方式儲存共分為256個等級(其彩度值Cb與Cr皆分佈於0~255之間)。於此實施例中，該亮度對照表可根據下列公式產生：

其中x為0~255之間的整數，且y亦為0~255之間的整數，f _C (St ,Sa ,f (x ))=Sa ×St ×f (x )+(1-St ),b _C (St ,Sa ,f (x ))=128×St ×(Sa ×f (x )-1)，f(x)為一非線性函數，用以產生一相對於輸入訊號的增益量。

於此實施例中，本實施例中的彩度亮度對照表之格式可如下表二所示：

也就是說，透過本發明的彩度亮度對照表，以一個亮度值以及一個彩度值進行查找為例，可在一次查找的流程中，同時得到相對應一組亮度值以及彩度值。

接著，執行步驟S106，利用處理模組14自記憶模組10讀取影像資訊。隨後，執行步驟S107，利用處理模組14判斷影像資訊之影像格式。

於此實施例中，當影像資訊之影像格式被判斷為第一格式時，本發明的影像處理方法即進入步驟S108，此處之第一格式可為YCbCr 4:2:2，也就是YCbCr色彩空間且YCbCr取樣比例為4:2:2。此處之第一格式的影像資訊，整個影像資訊一共包含複數個畫素(例如：1024*768個畫素)，第一格式中兩個鄰近的畫素對應到一巨集像素。

為了計算處理上的方便，每一巨集像素可由兩個處理像素形成，而每一處理像素包含一彩度值以及一第一亮度值。執行步驟S108，處理模組14根據複數個處理像素之其中一個處理像素之彩度值與第一亮度值查找儲存於記憶模組10中的彩度亮度對照表。執行步驟S110，處理模組14由彩度亮度對照表中分別得到對應彩度值與第一亮度值的經調整彩度值以及第一經調整亮度值，藉此即可完成對此一處理像素的彩度以及亮度調整。

接著，本發明可進一步執行步驟S112，處理模組14判斷是否影像資訊的每一個處理像素都已調整完成，若尚未調整完成，即可重覆步驟S108至步驟S110複數次，以對影像資訊中所有的處理像素進行調整。

需特別注意的是，先前技術中的影像處理方法，需查找亮度對照表對亮度值進行調整，並查找彩度對照表對彩度值進行調整。於本發明之影像處理方法中，可透過本發明的彩度亮度對照表，可在一次查找的流程中得到經調整的一組亮度值以及彩度值，藉此可加速影像處理的流程。

另一方面，當影像資訊之影像格式被判斷為第二格式時，本發明的影像處理方法即進入步驟S114，此處之第二格式可為YCbCr 4:2:0，也就是YCbCr色彩空間且YCbCr取樣比例為4:2:0或4:1:1。此處之第二格式的影像資訊，此處之第二格式的影像資訊，整個影像資訊一共包含複數個畫素，且第二格式中四個鄰近的畫素對應到一巨集像素。

為了計算處理上的方面，每一巨集像素可由兩個處理像素形成，在第二格式的影像資訊中每一處理像素包含一彩度值、一第一亮度值以及第二亮度值。執行步驟S114，處理模組14根據該複數個處理像素之其中一個處理像素之彩度值與第一亮度值查找儲存於記憶模組10中彩度亮度對照表。執行步驟S116，處理模組14由彩度亮度對照表中分別得到對應彩度值與第一亮度值的經調整彩度值以及第一經調整亮度值。接著，執行步驟S118，處理模組14根據該其中一個處理像素之第二亮度值查找儲存於記憶模組10中亮度對照表。執行步驟S120，處理模組14由亮度對照表中得到對應第二亮度值的第二經調整亮度值。藉此即可完成對此一處理像素的彩度以及亮度調整。

接著，本發明可進一步執行步驟S122，處理模組14判斷是否影像資訊的每一個處理像素都已調整完成，若尚未調整完成，即可重覆步驟S114至步驟S120複數次，以對影像資訊中所有的處理像素進行調整。

需特別注意的是，相較於先前技術中對色彩空間的三個分量分開進行查找處理。於本發明之影像處理方法中，可透過本發明的彩度亮度對照表，可在一次查找的流程中得到經調整的一組亮度值以及彩度值，當每一處理像素的亮度值與彩度值之比例不為1:1時，並可搭配查找亮度對照表，以產生第二經調整亮度值，藉此可對應到多樣化的影像格式，並充份運用不同查找表的資源以加速影像處理的流程。

接著，本發明之影像處理方法以及影像處理系統1可進一步執行步驟S124，以重新設定該組參數(St,Sa)，當影像處理系統1判斷調整後的影像資訊不符合實際需求或使用者透過輸入模組16手動更新該參數時，該組參數(St,Sa)可被重新設定。如此一來，本發明之影像處理方法以及影像處理系統1可重新執行步驟S102至S122，根據重新設定的該組參數，利用計算模組12重新建立亮度對照表以及彩度亮度對照表，接著處理模組14可基於重新建立的亮度對照表以及彩度亮度對照表進行影像資訊之調整。

綜上所述，本發明之影像處理方法以及影像處理系統透過設立亮度彩度對照表，以一次計算流程便可對一個亮度值以及一個彩度值進行調整，藉此簡化影像處理的運算流程以及處理時間。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

1．．．影像處理系統

10．．．記憶模組

12．．．計算模組

14．．．處理模組

16．．．輸入模組

S100~S124．．．步驟

圖一繪示根據本發明之一具體實施例中影像處理方法的流程圖。

圖二繪示可用以執行本發明之影像處理方法的影像處理系統的功能方塊圖。

S100~S124．．．步驟

Claims

一種影像處理方法，適用於處理一影像資訊，該影像資訊包含複數個處理像素，該影像處理方法包含下列步驟：設定一組參數，建立一亮度對照表；根據該組參數以及該亮度對照表建立一彩度亮度對照表；讀取並判斷該影像資訊之一影像格式；以及若該影像格式為一第一格式，利用該彩度亮度對照表，產生一經調整彩度值以及一第一經調整亮度值對應該複數個處理像素其中一個處理像素，若該影像格式為一第二格式，利用該彩度亮度對照表以及該亮度對照表，產生一經調整彩度值、一第一經調整亮度值以及一第二經調整亮度值對應該複數個處理像素其中一個處理像素。
如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中符合該第一格式的每一處理像素分別包含一彩度值以及一第一亮度值，其中若該影像格式為該第一格式，利用該彩度亮度對照表產生該經調整彩度值以及該第一經調整亮度值透過下列步驟完成，其包含：根據該對應之其中一個處理像素之該彩度值與該第一亮度值查找該彩度亮度對照表；以及由該彩度亮度對照表中分別得到對應該彩度值與該第一亮度值的該經調整彩度值以及該第一經調整亮度值。
如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中在符合該第一格式的該複數個處理像素中，其中兩個處理像素形成一巨集像素，每一巨集像素對應該影像資訊之兩個相鄰的像素。
如申請專利範圍第2項所述之影像處理方法，其中該第一格式為一YCbCr色彩空間格式且YCbCr取樣比例為4:2:2。
如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，若該影像格式為該第一格式，則進一步包含下列步驟:利用該彩度亮度對照表，分別對應每一處理像素產生該經調整彩度值以及該第一經調整亮度值，直到完成該影像資訊之該複數個處理像素的調整。
如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，其中符合該第二格式的每一處理像素分別包含一彩度值、一第一亮度值以及一第二亮度值，其中若該影像格式為該第二格式，利用該彩度亮度對照表以及該亮度對照表產生該經調整彩度值、該第一經調整亮度值以及該第二經調整亮度值透過下列步驟完成，其包含：根據該對應之其中一個處理像素之該彩度值與該第一亮度值查找該彩度亮度對照表：由該彩度亮度對照表中分別得到對應該彩度值與該第一亮度值的該經調整彩度值以及該第一經調整亮度值；以及根據該對應之其中一個處理像素之該第二亮度值查找該亮度對照表：以及由該亮度對照表中得到對應該第二亮度值的該第二經調整亮度值。
如申請專利範圍第6項所述之影像處理方法，其中在符合該第二格式的該複數個處理像素中，其中兩個處理像素形成一巨集像素，每一巨集像素對應該影像資訊之四個相鄰的像素。
如申請專利範圍第6項所述之影像處理方法，其中該第二格式為一YCbCr色彩空間格式且YCbCr取樣比例為4:2:0或4:1:1。
如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，若該影像格式為該第二格式，則進一步包含下列步驟：利用該彩度亮度對照表以及該亮度對照表，分別對應每一處理像素產生該經調整彩度值、該第一經調整亮度值以及該第二經調整亮度值，直到完成該影像資訊之該複數個處理像素的調整。
如申請專利範圍第1項所述之影像處理方法，進一步包含下列步驟：重新設定該組參數；根據重新設定的該組參數重新建立該亮度對照表以及該彩度亮度對照表；利用重新建立的該亮度對照表以及該彩度亮度對照表進行該影像資訊之調整。
一種影像處理系統，包含：一記憶模組，儲存有一影像資訊，該影像資訊包含複數個處理像素；以及一計算模組，與該記憶模組電性連接，該計算模組根據一組參數建立一亮度對照表，該計算模組根據該組參數以及該亮度對照表建立一彩度亮度對照表，並將該亮度對照表與該彩度亮度對照表儲存於該記憶模組中；一處理模組，與該記憶模組電性連接，該處理模組自該記憶模組讀取該影像資訊並判斷該影像資訊之一影像格式，若該影像格式為一第一格式，該處理模組利用儲存於該記憶模組中的該彩度亮度對照表以產生一經調整彩度值以及一第一經調整亮度值對應該複數個處理像素其中一個處理像素，若該影像格式為一第二格式，該處理模組利用儲存於該記憶模組中的該彩度亮度對照表以及該亮度對照表以產生一經調整彩度值、一第一經調整亮度值以及一第二經調整亮度值對應該複數個處理像素其中一個處理像素。
如申請專利範圍第11項所述之影像處理系統，其中符合該第一格式的每一處理像素分別包含一彩度值以及一第一亮度值，該處理模組根據該對應之其中一個處理像素之該彩度值與該第一亮度值查找該彩度亮度對照表，分別得到該彩度亮度對照表中對應該彩度值與該第一亮度值的該經調整彩度值以及該第一經調整亮度值。
如申請專利範圍第12項所述之影像處理系統，其中該第一格式為一YCbCr色彩空間格式且YCbCr取樣比例為4:2:2。
如申請專利範圍第12項所述之影像處理系統，其中該處理模組利用該彩度亮度對照表以分別對應每一處理像素產生該經調整彩度值以及該第一經調整亮度值，直到該處理模組完成該影像資訊之該複數個處理像素的調整。
如申請專利範圍第11項所述之影像處理系統，其中符合該第二格式的每一處理像素分別包含一彩度值、一第一亮度值以及一第二亮度值，該處理模組根據該對應之其中一個處理像素之該彩度值與該第一亮度值查找該彩度亮度對照表，分別得到該彩度亮度對照表中對應該彩度值與該第一亮度值的該經調整彩度值以及該第一經調整亮度值，該處理模組根據該對應之其中一個處理像素之該第二亮度值查找該亮度對照表，得到該亮度對照表中對應該第二亮度值的該第二經調整亮度值。
如申請專利範圍第15項所述之影像處理系統，其中該第二格式為一YCbCr色彩空間格式且YCbCr取樣比例為4:2:0或4:1:1。
如申請專利範圍第15項所述之影像處理系統，其中該處理模組利用該彩度亮度對照表以及該亮度對照表以分別對應每一處理像素產生該經調整彩度值、該第一經調整亮度值以及該第二經調整亮度值，直到該處理模組完成該影像資訊之該複數個處理像素的調整。
如申請專利範圍第11項所述之影像處理系統，進一步包含：一輸入模組，與該計算模組電性連接，該輸入模組根據使用者操作以設定該組參數。
如申請專利範圍第11項所述之影像處理系統，當該組參數被重新設定時，該計算模組根據重新設定的該組參數重新建立該亮度對照表以及該彩度亮度對照表並儲存於該記憶模組中，且該處理模組利用重新建立的該亮度對照表以及該彩度亮度對照表進行該影像資訊之調整。