專利名稱：積分直方圖的自適應(yīng)對比度控制的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的涉及提高視頻和困形質(zhì)量.
背景技術(shù)：
顯示設(shè)備將輸入數(shù)據(jù)作為二維困像在顏色或灰度上進行渲染.輸
入數(shù)據(jù)本質(zhì)上可以是困形的.這種設(shè)備的一個例子是PC顯示監(jiān)視 器，輸入數(shù)據(jù)可以是視頻信號，這種設(shè)備的一個例子是TV或視頻監(jiān) 視器.輸入數(shù)據(jù)可以是困形和嵌入式視頻的組合.這種設(shè)備的一個 例子是PC顯示監(jiān)視器，其在窗口中顯示具有一個或多個應(yīng)用顯示視 頻的困形，或者是具有兩個或更多個的輸入端口的PC/TV顯示設(shè)備， 其顯示圖形或全屏視頻或圖形和視頻的組合，例如畫中畫.
觀看者通常手工控制顯示設(shè)備的顏色和對比度.手工控制的問題 在于，對于所有可能的輸入數(shù)據(jù)來說不能達到最佳的顯示質(zhì)重.例 如，設(shè)置對比度控制以增加褪色困像的對比度，這對于普通圖像來 說將導(dǎo)致對比過度。使高度飽和困像的顏色飽和設(shè)置下降是最佳 的，但是如果輸入變化為飽和度減少的困像，則該設(shè)置現(xiàn)在會是次 最佳的，觀看者不斷改變顯示設(shè)置以適應(yīng)輸入困像的性質(zhì)是不可行 或不方便的，尤其是當(dāng)輸入是視頻序列時。
手工控制對比度和顏色的另一個問題是，其對于輸入數(shù)據(jù)性質(zhì)不 敏感.手工對比度控制向輸入的luma分量施加乘法因子.由于luma 值的有限動態(tài)范圍，因此為了能夠看到陰影細節(jié)而增加暗困像的對 比度導(dǎo)致了亮區(qū)中的信息丟失，該控制的乘法性質(zhì)還意味著不可能 增加特別亮的困像的對比度.
為了向困形或視頻困像應(yīng)用圖像改進效果，就需要知道困像內(nèi)容 的性質(zhì).為了在平板顯示屏上正確顯示圖形或視頻材料，就必須測 量各種材料質(zhì)量.為這些測量的每一個實現(xiàn)數(shù)字電子裝置可能是浪費的.
例如，圖la示出了典型的中等亮的圖像和該困像的基于單個像素 的直方圖.圖lb示出了示例暗(低亮度)圖像和該圍像的基于單個
像素的直方圖.在所示的直方困中，水平軸表示亮度值并且垂直軸 表示具有給定亮度值的各像素的數(shù)量.例如，對于圖lb中的暗景物，
亮度直方圖指明大部分的像素具有低亮度，而對于困la中的中亮度 景物，亮度譜更寬，這指明更多數(shù)量的更亮像素.此外，暗困像的 直方圖在圖2a中所示，并且用于增強這個田像的對比度的傳遞曲線 在圖2b中所示。該直方困指明大部分的像素是在低亮度的范圍中。 傳遞函數(shù)增加了圖像高亮度區(qū)域中的亮度而基本上沒有改變困像的 中亮度和低亮度區(qū)域中的亮度.
但是不幸的是，由于傳遞函數(shù)基于的是從各個像素的亮度值導(dǎo)出 的直方圖，所以像素亮度值的小變化(其不太可能由觀看者觀察到) 對于傳遞函數(shù)和所得的圖像可造成不成比例的影響，
由此，所需要的是一種解決上面認識的問題的系統(tǒng)和方法。本發(fā) 明解決了這一需要.

發(fā)明內(nèi)容
廣泛地說，本發(fā)明涉及增加在圖像的顯著區(qū)域中出現(xiàn)的亮度級的 對比度.本發(fā)明可以用許多方式來實現(xiàn)，包括方法、系統(tǒng)、設(shè)備、 裝置或計算機可讀介質(zhì).下面討論本發(fā)明的若千實施例.
在一個實施例中， 一種自適應(yīng)對比度控制的方法包括下列搮作 接收由多個像素形成的視頻幀，每個像素具有關(guān)聯(lián)的像素數(shù)據(jù)；為 所接收的視頻楨數(shù)據(jù)生成積分的亮度直方困；根據(jù)積分的亮度直方 圖來生成傳遞函數(shù)；和使用傳遞函數(shù)來更新視頻幀數(shù)據(jù).
在另一個實施例中，可由計算機處理器執(zhí)行的用于自適應(yīng)對比度 控制的計算機程序產(chǎn)品包括用于接收由多個像素形成的視頻幀的 計算機代碼，每個像素具有關(guān)聯(lián)的像素數(shù)據(jù)；用于為所接收的視頻 幀數(shù)據(jù)生成積分的亮度直方圖的計算機代碼；用于根據(jù)積分的亮度 直方圖來生成傳遞函數(shù)的計算機代碼；用于使用傳遞函數(shù)來更新視 頻幀數(shù)據(jù)的計算機代碼；和用于存儲計算機代碼的計算機可讀介 質(zhì).
在又另一個實施例中，描述了一種提供自適應(yīng)對比度控制的設(shè) 備，該設(shè)備包括被設(shè)置為接收由多個像素形成的視頻幀的接口， 每個像素具有關(guān)聯(lián)的像素數(shù)據(jù)；直方圖生成器，用于為所接收的視
頻幀數(shù)據(jù)生成積分的亮度直方圖；傳遞函數(shù)生成器，用于根據(jù)積分 的亮度直方圖來生成傳遞函數(shù)；和用于使用傳遞函數(shù)來更新視頻楨 數(shù)據(jù)的裝置.
從下面的詳細描述并結(jié)合附圖，本發(fā)明的其它方面和優(yōu)點將變得 明顯.
附困說明
困l示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例中亮度田像和該困像的 直方圖.
圖2示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例暗(低亮度)圖像和該 圖像的直方圖.
圖3示出用于增強

圖1所示困像中對比度的傳遞曲線。 困4示出用于增強困2所示困像中對比度的傳遞曲線. 圖5圖形說明本發(fā)明的實現(xiàn).
圖6示出根據(jù)本發(fā)明的一個實施例細化用于基于積分的亮度直方 圖來生成傳遞函數(shù)的過程的流程困.
具體實施例方式
現(xiàn)在詳細參考本發(fā)明的一個特殊實施例，該實施例的一個例子在 附圖中示出.盡管結(jié)合該特殊實施例描述了本發(fā)明，將理解的是， 這不旨在將本發(fā)明限制于所描述的實施例.相反，這旨在覆蓋可替 換方式、修改和等效物，就如包括在由所附權(quán)利要求限定的本發(fā)明 的精神和范圍內(nèi)一樣.
本發(fā)明的目的是利用有些受限的LCD亮度范圍來以最可能的方式 來渲染源圖像.目的是為了使可視細節(jié)最大化并且在添加最少偽像 的情況下增加圖像的生動性.本發(fā)明規(guī)定了增加在圖像的顯著區(qū)域 中出現(xiàn)的各亮度級的對比度.
當(dāng)準備圖像以供在例如諸如液晶顯示器(LCD)、有機發(fā)光二極 管(0LED)屏幕、數(shù)字光處理器(LCD)、陰極射線管(CRT)、等 離子面板的顯示器或其它類型的顯示器上呈現(xiàn)時，所期望的是通過 調(diào)整像素亮度級別來增強困像的對比度.傳遞曲線可用于描述輸入 亮度級別和輸出亮度級別之間的映射.由于不同圖像具有不同亮度
直方圖，所以所期望的是使傳遞曲線適應(yīng)所討論的特殊田像以便獲 得最佳的對比度增強。
本發(fā)明規(guī)定了計算構(gòu)成整個困像的多個區(qū)域的每一個區(qū)域中所 有像素的亮度值的和.接著用每個幀末尾的全部亮度求和來創(chuàng)建直 方困，該直方困被重新調(diào)節(jié)使得亮度范圍被規(guī)格化.例如，對于總
共220個亮度箱(luminance bin)來說，亮度范圍可以從16到235， 其中亮度箱的平均值是256. —旦已經(jīng)創(chuàng)建了直方圖，就使用每個幀 的積分的亮度直方困來創(chuàng)建適當(dāng)?shù)膫鬟f函數(shù).以這種方式，圖像中 顯著對象內(nèi)的細節(jié)可以增強，因為困像中對象的平均亮度被加權(quán)的 要比提供更實際的傳遞函數(shù)的各個像素的亮度要多。
在如困5所示的特殊實現(xiàn)中，視頻幀F(xiàn),被分成總共P個像素(即， P-M x N )的M個像素乘N個像素的區(qū)域IU，每個像素具有特殊的亮度值 Yi,j，該Yu是如等式l中所示的G (綠色)/2加上R (紅色)/4加上B (藍 色)/8而計算的(是RGB轉(zhuǎn)化為YUV的Y部分的近似值)，如等式l所 示，
Y"產(chǎn)(O. 257*Ri,j) + (0. 50"G,.》+ (0. 098,Bi,』) (等式l) 一旦計算了區(qū)域IU中每個像素的亮度值，則使用等式(2)來計算區(qū) 域Ri中所有像素的所有亮度值的平均值<formula>formula see original document page 8</formula> (等式2)
接著使用積分的亮度值Yw來生成視頻幀F(xiàn)，的積分的亮度直方困 Hint，根據(jù)如下描述的過程600從積分的亮度值Y",提供傳遞函數(shù)T,并逐 幀地應(yīng)用.
圖6示出了細化根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的過程600的流程困.過 程600在602通過接收以像素數(shù)據(jù)形式的視頻幀而開始.如果在604像 素數(shù)據(jù)不是YUV格式，則在606將像素數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成YUV格式.在任何情 況下，在608，視頻幀被分成多個區(qū)域，而在610，可以基于每個區(qū) 域的所有像素亮度值的求和來計算每個區(qū)域的亮度值.在612,生成 包括所有區(qū)域的亮度直方困，接著，在614，通過求特殊直方困值和 為一 ("1")的平坦直方困之差來生成直方圖差值.在616，接著 將直方圖差值乘以強度因素SP，接著將被加回到平坦值.以這種方
式，如此調(diào)節(jié)直方圖使得為零("0")的強度值導(dǎo)致平坦線條，而 為一 ("1")的強度值導(dǎo)致原始直方圖.在618，接著如此限制調(diào) 節(jié)的直方困值(由此限制在最終傳遞函數(shù)中任意點處的最大斜率) 使得該限制之上的任何直方困值都通過將它們均勾地均分而被加回 到直方圖中.在620,通過積分所調(diào)節(jié)的直方圖來創(chuàng)建傳遞函數(shù)，所 述積分是通過在為O的點開始傳遞函數(shù)并接著對于每個后續(xù)位置，加 進來自直方圖的對應(yīng)值，使得平坦線條的直方困給出直線的傳遞函 數(shù)(其中輸出值將等于輸入值).接著在622應(yīng)用該傳遞函數(shù).
應(yīng)當(dāng)注意，在所述的實施例中，為每個幀更新傳遞函數(shù)，使得如 果有足夠存儲器可用(比如幀緩沖器)，則可以將更新的傳遞函數(shù) 應(yīng)用于生成傳遞函數(shù)的該幀.否則，如果沒有足夠的存儲器可用，
則將更新的傳遞函數(shù)應(yīng)用于該幀之后的生成它的適當(dāng)數(shù)量的幀(比 如隨后的一個或兩個幀)，
包括在這里公開的設(shè)備的本發(fā)明的實施例可以在數(shù)字電子電路 或以計算機硬件、固件、軟件或它們的組合來實現(xiàn).本發(fā)明的設(shè)備 實施例可以在計算機可讀存儲設(shè)備中有形體現(xiàn)以供可編程處理器執(zhí) 行的計算機程序產(chǎn)品中實現(xiàn)；并且本發(fā)明的方法步驟可以由運行指 令程序的可編程處理器執(zhí)行，以便通過對輸入數(shù)據(jù)進行搮作并生成 輸出來執(zhí)行本發(fā)明的功能.本發(fā)明的實施例可以有利地在一個或多 個計算機程序中執(zhí)行，這些計算機程序可在可編程系統(tǒng)中執(zhí)行，所 述可編程系統(tǒng)包括至少一個耦合的可編程處理器，用于從數(shù)據(jù)存儲 系統(tǒng)、至少一個輸入設(shè)備、和至少一個輸出設(shè)備接收數(shù)據(jù)和指令， 并向它們發(fā)送數(shù)據(jù)和指令.每個計算機程序可以在高級過程或面向 對象程序設(shè)計語言，或者如果需要以匯編或機器語言來實現(xiàn)；并且 在任何情況下，該語言可以是編譯的或解釋的語言.
適合的處理器例如包括通用和專用微處理器。通常，處理器將從 只讀存儲器和/或隨機訪問存儲器接收指令和數(shù)據(jù).通常，計算機將 包括一個或多個用于存儲數(shù)據(jù)文件的大容量存儲設(shè)備；這種設(shè)備包 括磁盤、比如內(nèi)部硬盤和可移除磁盤；磁光盤；和光盤.適合于有 形地體現(xiàn)計算機程序指令和數(shù)據(jù)的存儲設(shè)備包括所有形式的非易失 性存儲器，例如包括半導(dǎo)體存儲器件，比如EPR0M、 EEPROM和閃速存 儲器件；磁盤，比如內(nèi)部硬盤和可移除盤；磁光盤；和CD-ROM盤.
任何前述內(nèi)容可以由ASIC (特定用途集成電路)補充或合并于其中. 已經(jīng)描述了多個本發(fā)明的實施方式.然而，將會理解，在不偏離
本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以作出各種修改。由此，其它實施 例也在隨后權(quán)利要求的范圍內(nèi).
權(quán)利要求
1.一種自適應(yīng)對比度控制的方法，包括接收由多個像素形成的視頻幀，每個像素具有關(guān)聯(lián)的像素數(shù)據(jù)；為所接收的視頻幀數(shù)據(jù)生成積分的亮度直方圖；根據(jù)積分的亮度直方圖來生成傳遞函數(shù)；并且使用傳遞函數(shù)來更新視頻幀數(shù)據(jù)。
2. 如權(quán)利要求l所述的方法，其中生成積分的亮度直方圖，包括 將視頻幀分成多個區(qū)域，每個區(qū)域具有數(shù)量大致相同的像素； 為每個區(qū)域的每個像素生成亮度值； 對每個區(qū)域中像素的亮度值求和；將每個區(qū)域的求和亮度值除以每個區(qū)域中的像素數(shù)量，以生成區(qū) 域亮度值；并且使用視頻幀的區(qū)域亮度值來生成積分的亮度直方圖.
3. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括根據(jù)Yi,產(chǎn)(O. 257*Ri,〗)+ (0. 504*Gi.j) + (0. 098D來提供像素Pu 的像素亮度值Yu，其中Rw， Gi.j， B"是像素Pij的RGB顏色分量.
4. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括 調(diào)節(jié)積分的亮度直方困.
5. 如權(quán)利要求l所述的方法，還包括在顯示器上顯示更新的視頻幀。
6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中從包括LCD屏幕、0LED屏幕、 DLP屏幕、CRT屏幕和等離子面板的組中選擇所述顯示器，
7. 可由計算處理器執(zhí)行的用于自適應(yīng)對比度控制的計算機程序 產(chǎn)品，包括用于接收由多個像素形成的視頻幀的計算機代碼，每個像素具有 關(guān)聯(lián)的像素數(shù)據(jù)；用于為所接收的視頻幀數(shù)據(jù)生成積分的亮度直方圖的計算機代碼；用于根據(jù)積分的亮度直方困來生成傳遞函數(shù)的計算機代碼； 用于使用傳遞函數(shù)來更新視頻幀數(shù)據(jù)的計算機代碼；和 用于存儲計算機代碼的計算機可讀介質(zhì).
8. 如權(quán)利要求7所述的方法，其中生成積分的亮度直方圖，包括 用于將視頻幀分成多個區(qū)域，每個區(qū)域具有數(shù)量大致相同的像素的計算機代碼；用于為每個區(qū)域的每個像素生成亮度值的計算機代碼；用于對每個區(qū)域中像素的亮度值求和的計算機代碼；用于將每個區(qū)域的求和亮度值除以每個區(qū)域中的像素數(shù)量，以生成區(qū)域亮度值的計算機代碼；并且用于使用視頻幀的區(qū)域亮度值來生成積分的亮度直方困的計算機代碼.
9. 如權(quán)利要求7所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括用于根據(jù)Yi,產(chǎn)(O. 257D + (0. 504,G。 + (0. 098*B"j)來提供像 素Pu的像素亮度值Yu的計算機代碼，其中R"i, Gi,j， Bi.j是像素Pu 的RGB顏色分量.
10. 如權(quán)利要求7所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括用于調(diào)節(jié)積分的亮度直方圖的計算機代碼.
11. 如權(quán)利要求7所述的計算機程序產(chǎn)品，還包括 用于在顯示器上顯示更新的視頻幀的計算機代碼.
12. 如權(quán)利要求ll所述的計算機程序產(chǎn)品，其中從包括LCD屏幕、 OLED屏幕、DLP屏幕、CRT屏幕和等離子面板的組中選擇所述顯示器.
13. —種用于提供自適應(yīng)對比度控制的設(shè)備，包括 被設(shè)置為接收由多個像素形成的視頻幀的接口，每個像素具有關(guān)聯(lián)的像素數(shù)據(jù)；直方圖生成器，用于為所接收的視頻幀數(shù)據(jù)生成積分的亮度直方圖；傳遞函數(shù)生成器，用于根據(jù)積分的亮度直方困來生成傳遞函數(shù)；和用于使用傳遞函數(shù)來更新視頻楨數(shù)據(jù)的裝置.
14. 如權(quán)利要求13所迷的設(shè)備，其中生成積分的亮度直方困，包括用于將視頻幀分成多個區(qū)域的裝置，每個區(qū)域具有數(shù)量大致相同 的像素；用于為每個區(qū)域的每個像素生成亮度值的裝置； 用于對每個區(qū)域中像素的亮度值求和的裝置； 用于將每個區(qū)域的求和亮度值除以每個區(qū)域中的像素數(shù)量以生成區(qū)域亮度值的裝置；和用于使用視頻幀的區(qū)域亮度值來生成積分的亮度直方困的裝置.
15. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括用于根據(jù)Yi.產(chǎn)(O. 257*R"j) + (0. 504*Gi,j) + (0. 098*Bi.j)來提供像 素Pu的像素亮度值Yi,j的裝置，其中R"j， G!.j, Bu是像素Pu的RGB顏 色分量.
16. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括用于調(diào)節(jié)積分的亮度直方困的裝置.
17. 如權(quán)利要求13所述的設(shè)備，還包括 用于在顯示器上顯示更新的視頻幀的裝置.
18. 如權(quán)利要求17所述的設(shè)備，其中從包括LCD屏幕、0LED屏幕、 DLP屏幕、CRT屏幕和等離子面板的組中選擇所述顯示器.
全文摘要
本發(fā)明規(guī)定了計算構(gòu)成整個圖像的多個區(qū)域的每一個區(qū)域中所有像素的亮度值的和。接著用每個幀末尾的全部亮度求和來創(chuàng)建直方圖。該直方圖被重新調(diào)節(jié)使得亮度范圍被規(guī)格化。一旦已經(jīng)創(chuàng)建了直方圖，就使用每個幀的積分的亮度直方圖來創(chuàng)建適當(dāng)?shù)膫鬟f函數(shù)。以這種方式，圖像中顯著對象內(nèi)的細節(jié)可以增強，因為圖像中對象的平均亮度被加權(quán)的要比提供更實際的傳遞函數(shù)的各個像素的亮度要多。
文檔編號G09G5/00GK101097707SQ20071010956
公開日2008年1月2日 申請日期2007年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月26日
發(fā)明者G·尼爾 申請人:創(chuàng)世紀微芯片公司