專利名稱：用滑動窗口增強pdp綜合圖像質(zhì)量的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對等離子顯示屏(PDP)所顯示的圖像進行質(zhì)量增強的方法，特別涉及一種以小面積滑動窗對等離子顯示屏(PDP)所顯示的圖像進行實時動態(tài)質(zhì)量增強的方法。
背景技術(shù)：
提高和改善PDP圖像的顯示質(zhì)量是PDP產(chǎn)品開發(fā)的重要目標和核心技術(shù)之一。目前，在改進靜止圖片顯示質(zhì)量方面已經(jīng)發(fā)展了多種比較有效的算法。在實時圖像處理方面，主要有均值濾波法以及銳化增強方法。但是上述技術(shù)存在以下缺點1)對靜止圖片處理的方法雖然效果好，但是由于計算方法復雜、計算量大，處理速度慢，且有一定的局限性，其處理技術(shù)并不適合直接運用到諸如PDP顯示這樣的動態(tài)實時圖像的顯示技術(shù)中。
2)普通的均值降噪處理以及銳化增強方法其效果相互制約，都是針對某一方面的圖像問題而處理的，如果要達到一定的效果，實現(xiàn)起來比較復雜，也需要增加很大的硬件成本。
3)當我們在利用一些數(shù)字圖像處理算法改善圖像的一種指標時，往往會導致另外的一些失真或損失。而我們追求的總是要提高圖像的各個方面的表現(xiàn)效果，也就是要盡可能地考慮綜合圖像質(zhì)量。比較理想的圖像處理算法應當在提高圖像對比度的同時，也要保持圖像原有的總體對比關(guān)系，不致出現(xiàn)失真或損失；同時提高圖像的細節(jié)感，以及抑制它的雜波，在此同時，也必須將它的動態(tài)偽輪廓效果減至最小。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提出了一種用滑動窗口增強PDP綜合圖像質(zhì)量的方法，可以在保持圖像總體動態(tài)范圍的情況下，增強各種場景細節(jié)表現(xiàn)能力，降低動態(tài)偽輪廓效應，提高圖像的主觀觀看質(zhì)量。
本發(fā)明的基本依據(jù)是1)、小滑動窗口內(nèi)的直方圖變換只和該窗口所涉及的局部像素內(nèi)容有關(guān)，而不會受整體圖像的亮度分布狀況的影響，因而不改變整體圖像的灰度分布的規(guī)律；2)、通過滑動窗口內(nèi)的像素亮度的統(tǒng)計結(jié)果而將被處理的窗口中心位置的像素的亮度值加以調(diào)整，這種調(diào)整是按照增大窗口內(nèi)亮度分布概率的趨勢增強其局部反差的規(guī)律進行的，因而突出了細節(jié)對比度，強調(diào)了圖像的輪廓和細節(jié)。
3)、因為是結(jié)合了增強、減噪等綜合處理，對圖像內(nèi)容不造成偏向某方面的過分影響。
4)、對圖像信號的處理是對亮度信息的處理，因而不改變R、G、B三種基色信號之間的比例關(guān)系。
本發(fā)明的技術(shù)方案是用滑動窗口增強PDP綜合圖像質(zhì)量的方法，首先對PDP要顯示的圖像逐像素順序進行計算，然后利用以被處理像素為中心的一個滑動的小面積窗口，在窗口內(nèi)對被處理像素進行非線性的直方圖均化，再進行降噪、細節(jié)增強和降低偽輪廓。
所說的對PDP要顯示的圖像逐像素順序進行統(tǒng)計計算的步驟是首先統(tǒng)計出窗口內(nèi)所有像素的亮度值，接著計算出它們的平均值、最小值和最大值。
所說的對被處理像素進行非線性的直方圖均化的步驟是所統(tǒng)計出的窗口內(nèi)所有像素的亮度值、平均值、最小值和最大值，按照直方圖均化的一般方法計算被處理像素的新的亮度值。
所說的降噪步驟是通過適應該處理窗口的一個二維數(shù)字低通濾波器對噪聲進行降低處理。
所說的細節(jié)增強步驟是通過適應該處理窗口的一個二維數(shù)字高通濾波器對噪聲進行降低處理。
以上所說的降噪和細節(jié)增強步驟在實際實現(xiàn)時是合并成一個窗口處理器中的。在具體實現(xiàn)時，通過對低通和高通濾波器參數(shù)的綜合選擇達到降噪和細節(jié)增強的匹配。
所說的降低偽輪廓處理實際上是本發(fā)明的窗口處理的附加效果，它的意義是因為偽輪廓現(xiàn)象是PDP顯示器由于采用子場原理而產(chǎn)生的一種特殊效應，它在亮度值處于特殊數(shù)值時產(chǎn)生。經(jīng)過本發(fā)明所論述的滑動窗兩級處理后，對原來的亮度值已經(jīng)進行了修改，在很大程度上隨機地打亂了產(chǎn)生偽輪廓的特殊亮度值的分布，從而減輕了偽輪廓效應。
針對以往對PDP的圖像數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的復雜處理方法，本發(fā)明提出了用簡單的電路就可以實現(xiàn)的有效的綜合動態(tài)實時滑動窗處理技術(shù)方法，可以直接利用PDP幀數(shù)據(jù)儲存出器或者多行存儲器，只對原有的FPGA程序進行較少的修改或只增加較少的硬件設(shè)備而獲得圖像質(zhì)量的改善效果。
本發(fā)明的方法也可以用來對其他顯示系統(tǒng)或圖像數(shù)據(jù)的動態(tài)數(shù)據(jù)進行實時處理，也可以用于對靜止圖片進行綜合畫質(zhì)改善的各種應用場所。
與以往的方法相比，本發(fā)明具有以下特點1)、可以改善綜合圖像質(zhì)量；2)、適用于PDP的動態(tài)圖像處理；3)、實現(xiàn)簡單，成本低；4)、可以與其他的數(shù)字圖像處理方法級聯(lián)使用或組合使用。
四

圖1是本發(fā)明的原理框圖。
圖2是圖1中的滑動窗口處理器(8)的算法組成框圖。
圖3是在一個滑動窗口內(nèi)的像素分布的實施例。
圖4是用本發(fā)明的方法對圖3的圖像進行處理的結(jié)果。
圖5是用MATLAB軟件對本方法進行圖像處理進行模擬計算的效果，其中圖5(a)是原圖像；圖5(b)是滑動窗處理的圖像；圖5(c)是原圖像的直放圖；圖5(d)是滑動窗處理的直放圖。
圖6是滑動窗口處理器的一種具體實現(xiàn)方法。

如下參見圖1，整個處理系統(tǒng)是被插入到圖像信號的適當環(huán)節(jié)中的。首先將輸入的數(shù)字信號R(1)、G(2)、B(3)通過亮度變換(4)轉(zhuǎn)換成亮度信號Y(5)、紅色差信號PR(6)和藍色差信號PB(7)。亮度信號Y(5)被送入滑動窗口處理器(8)，經(jīng)過處理后的增強了的亮度信號Y’(9)送入亮度逆變換(14)。色差信號PR(6)、PB(7)分別經(jīng)過延時系統(tǒng)(10、11)，延時后的色差信號PR’(12)和PB’(13)也被送入亮度逆變換矩陣(14)，經(jīng)過亮度逆變換矩陣(14)的處理后，最終輸出處理后的數(shù)字信號R’(15)、G’(16)、B’(17)數(shù)字信號。
參見圖2，這是圖1中的滑動窗口處理器(8)的構(gòu)成框圖。整個處理器由兩級窗口處理系統(tǒng)組成。其中窗口像素亮度值統(tǒng)計排序單元(18)、中心像素亮度值計算單元(19)和直方圖約束條件單元(21)構(gòu)成了第一級窗口處理，即窗口直方圖均化處理。降噪/增強2維濾波綜合算法單元(20)和降噪/增強約束條件單元(22)構(gòu)成了第二級窗口處理，即降噪增強處理。
首先亮度信號Y(5)被送入窗口像素亮度值統(tǒng)計排序單元(18)，在這一單元中，對窗口內(nèi)的各個像素的亮度值進行統(tǒng)計，并進行排序；并計算出它們的最大值、最小值、平均值。然后將窗口像素的亮度數(shù)據(jù)和計算出的數(shù)據(jù)全部傳遞給中心像素亮度值計算單元(19)。同時由直方圖約束條件單元(21)將計算約束條件也傳遞給中心像素亮度值計算單元(19)。中心像素亮度值計算單元(19)完成窗口內(nèi)的直方圖的計算，從而計算出中心像素的處理后的亮度值。這樣就完成了直方圖均化處理。
被直方圖均化處理后的第一級處理窗口數(shù)據(jù)(23)被傳送到降噪/增強二維濾波綜合算法單元(20)。同時由降噪/增強約束條件單元(22)將計算約束條件也傳遞給降噪/增強二維濾波綜合算法單元(20)。降噪/增強二維濾波綜合算法單元(20)完成窗口內(nèi)的降噪/增強二維濾波綜合算法的處理，獲得第二級處理后的中心像素的新的亮度值。這樣就完成了降噪增強處理。
圖3是在一個滑動窗口內(nèi)的像素分布的兩個實際例子，圖中的數(shù)字表示的是該位置像素的原來的亮度值。在圖3a)中，左上部像素亮度值大，而右下部像素的亮度值小。由左上角至右下角呈現(xiàn)逐漸變暗的變化。在圖3b)中，上部像素亮度值大，而下部像素的亮度值小。由上至下呈現(xiàn)逐漸變暗的變化。
圖4a)、圖4b)分別是用本發(fā)明的滑動窗口處理方法對圖3a)、3b)的兩種圖像進行計算處理的結(jié)果。兩種圖像的動態(tài)范圍都獲得了不同程度的擴大，并增大了圖像邊緣細節(jié)的差別，因而提高了小面積范圍內(nèi)的細節(jié)對比度。窗口內(nèi)圖像的平均亮度沒有大的變化，因而不對整體圖像的亮度造成失真。
參見圖5，是用MATLAB軟件對本方法進行圖像處理進行模擬計算的效果，其中圖5a)是原圖像，圖5b)是圖5a)的統(tǒng)計直方圖。圖5c)是滑動窗綜合處理的結(jié)果，圖5d)是圖5c)的統(tǒng)計直方圖?？梢钥闯?，處理后的圖像在細節(jié)方面有比較明顯的改善，在比較暗的部位，其灰度層次獲得了展開，這在其直方圖上可以明顯看出。而就全圖來說，其動態(tài)范圍沒有很大的區(qū)別。
參見圖6，是滑動窗口處理器的一種具體實現(xiàn)方法的電路框圖。整個處理系統(tǒng)是通過一個FPGA期間實現(xiàn)的。輸入的數(shù)字信號R(1)、G(2)、B(3)通過亮度變換(4)轉(zhuǎn)換成亮度信號Y(5)、紅色差信號PR(6)和藍色差信號PB(7)。亮度信號Y(5)被送入像素緩存(28)、1H緩存(29)和1H緩存(30)形成滑動窗口存儲陣列數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)被送入窗口像素亮度統(tǒng)計電路(31)進行統(tǒng)計計算后，被送給窗口處理1(32)進行中心像素直方圖處理的計算，完成第一級窗口處理。被處理后的數(shù)據(jù)被送入窗口處理2(33)進行降噪增強處理的計算，完成第二級窗口處理，并產(chǎn)生全部處理完成后的新的亮度信號Y’(11)。
由預置電路(42)通過預置閾值(34)和預置閾值(35)給窗口處理1(32)和窗口處理2(33)發(fā)送控制信息，以對處理計算作必要的條件限制。
由系統(tǒng)來的時鐘信號CLK(24)、同步信號H(25)和V(26)被送到地址產(chǎn)生電路(27)產(chǎn)生整個窗口處理器所需要的地址信號，該地址信號同時被送到各個延時電路里。
兩種色差信號Pr(6)、Pb(7)分別通過由1H緩存(36)、1H緩存(37)、延時緩存(38)和由1H緩存(39)、1H緩存(40)、延時緩存(41)構(gòu)成的時間匹配電路產(chǎn)生匹配后的色差信號Pr’(12)和Pb’(13)。
處理后的亮度信號Y’(11)、色差信號Pr’(12)和Pb’(13)經(jīng)過亮度逆變換(14)產(chǎn)生輸出信號R’(15)、G’(16)、B’(17)。
本發(fā)明創(chuàng)造的優(yōu)點及積極效果1)適用于PDP的動態(tài)圖象的實時增強處理；
2)適用于自然圖像，處理的圖像對象不要求區(qū)分內(nèi)容類別；保持圖像原有的主要特性，進行自適應多目標處理，用于改善圖像的綜合質(zhì)量；3)、由于采用了二級窗口多種綜合處理，一定程度上可改善PDP顯示圖象的偽輪廓效應；4)、可以在現(xiàn)有電路和軟件的基礎(chǔ)上只增加附加的處理軟件或硬件即可實現(xiàn)，實現(xiàn)較簡單；5)、也可以用于任何其他的數(shù)字圖像信號顯示系統(tǒng)和應用方面。
6)、可以與其他的數(shù)字圖像處理方法級聯(lián)使用或組合使用，以達到更多的效果。
權(quán)利要求
1.用滑動窗口增強PDP綜合圖像質(zhì)量的方法，其特征是首先對PDP要顯示的圖像數(shù)據(jù)按照與屏幕顯示的對應關(guān)系，逐像素地以被處理像素為中心的一個滑動的小面積窗口中的所有像素的亮度值進行統(tǒng)計計算，接著在窗口內(nèi)對被處理像素進行非線性的直方圖均化，再進行降噪、細節(jié)增強和降低偽輪廓的處理。按照對應于圖像由左至右、由上至下地逐像素地進行處理，即滑動窗口處理，從而對整幅圖像的數(shù)據(jù)實現(xiàn)綜合處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所說的以被處理像素為中心的一個滑動的小面積窗口是指包括以被處理像素為中心像素的N行、N列像素所構(gòu)成的像素陣列，其中N為奇數(shù)整數(shù)，通常N＝3或N＝5。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所說的對PDP要顯示的圖像逐像素順序進行統(tǒng)計計算的步驟是統(tǒng)計出窗口內(nèi)所有像素的亮度值，并計算出它們的平均值、最小值和最大值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所說的對被處理像素進行非線性的直方圖均化的步驟是根據(jù)所統(tǒng)計出的窗口內(nèi)所有像素的亮度值、平均值、最小值和最大值，按照直方圖均化的一般方法計算被處理像素的新的亮度值。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所說的降噪步驟是通過適應該處理窗口的一個二維數(shù)字低通濾波器對噪聲進行降低處理。所說的降噪處理和細節(jié)增強處理共同構(gòu)成了第二級窗口處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，所說的細節(jié)增強步驟是通過適應該處理窗口的一個二維數(shù)字高通濾波器對圖像細節(jié)進行增強處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征是，該方法的算法集成在一個FPGA器件內(nèi)，這個FPGA可以是和PDP控制電路的FPGA共用一個器件；也可以單獨另用一個FPGA器件實現(xiàn)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種對等離子顯示屏(PDP)所顯示的動態(tài)圖像進行實時處理的方法，該方法首先對PDP要顯示的圖像逐像素順序進行計算，然后利用以被處理像素為中心的一個滑動的窗口，在窗口內(nèi)對被處理像素進行非線性的直方圖均化，再進行降噪、細節(jié)增強的綜合處理，從而增強了圖像質(zhì)量，并起到了降低PDP圖像偽輪廓的效果，具有簡單易行的特點。
文檔編號G09G3/20GK1750084SQ2005100961
公開日2006年3月22日 申請日期2005年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月14日
發(fā)明者楊克信 申請人:彩虹集團電子股份有限公司