專利名稱：旨在補償顯示設(shè)備的缺陷的處理視頻信號的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本說明涉及一種用于處理視頻圖像的方法和設(shè)備，其旨在補償某些顯示設(shè)備的缺陷，尤其是非線性顯示設(shè)備(例如陰極射線管)。
背景技術(shù)：
可以在由轉(zhuǎn)移函數(shù)相互聯(lián)系起來的各種空間內(nèi)表示視頻信號。這樣，色彩電平(colour level)的表示空間包括一組例如在0到255之間變化的整數(shù)。可視空間(visualization space)部分地說，是產(chǎn)生和察覺光信號的空間。
在多數(shù)視頻圖像顯示設(shè)備中，色彩電平的表示空間和可視空間是通過稱為電光轉(zhuǎn)移函數(shù)或者更通常稱為伽馬定律(gamma law)的非線性定律來關(guān)聯(lián)的。因此，在屏幕上再現(xiàn)的發(fā)光強度是顯示設(shè)備的輸入處的色彩電平的非線性函數(shù)。
關(guān)于這兩個表示空間的轉(zhuǎn)移函數(shù)是顯示設(shè)備類型的特征。在陰極射線管的情況下，所述管的伽馬定律具有下列形式nout=Nout·(ninNin)γ]]>nin是輸入電平，nout是輸出電平，Nin是關(guān)于nin的最大電平，Nout是關(guān)于nout的最大電平，γ是關(guān)于轉(zhuǎn)移函數(shù)的系數(shù)。
根據(jù)本領(lǐng)域的狀況，為了估計顯示設(shè)備的伽馬定律，公知的方法是在顯示設(shè)備上顯示其電平從1到255變化的一系列均勻圖像。然后我們測量對每個輸入電平n由屏幕發(fā)射的光亮級L(n)，然后我們通過這些輸入電平的最大值來標準化該曲線γ＝255*L(n)/L(255)。
圖1和圖2圖解了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的狀況、處理通過(圖1)或不通過(圖2)逆伽馬定律(inverse gamma law)預(yù)校正的視頻信號的方法，該方法旨在減少由于顯示設(shè)備而導(dǎo)致的視覺缺陷。
之前描述的轉(zhuǎn)移函數(shù)(在下面的文檔中又稱為后面(posterior)定律)(圖1中的附圖標記15)具有衰減較暗像素的特征。眾所周知，通過逆伽馬定律11(在下面的文檔中又稱為簽名定律)預(yù)校正從相機中產(chǎn)生的初始視頻信號，以便在將經(jīng)校正的該信號發(fā)送給顯示設(shè)備之前補償該衰減。這種通常在相機方執(zhí)行的處理不是強制的。用于預(yù)校正初始視頻信號的伽馬值是公知的，并且規(guī)定在各種文檔中，尤其是ITU對電視的建議(例如，ITU-R BT.709-5，BasicParameters Values for HDTV，ITU-R BT.470-6，Conventional Television System)。
此外，在屏幕上顯示發(fā)送的視頻信號之前，可能需要對經(jīng)預(yù)校正或未經(jīng)預(yù)校正的視頻信號應(yīng)用視頻處理13，以便例如改善將要顯示的信號的質(zhì)量。視頻處理可以是例如視頻圖像的重新內(nèi)插，其旨在校正圖像中的畸變。所述畸變是由于顯示設(shè)備而產(chǎn)生的。
當應(yīng)用這種視頻處理時，需要在對于可視空間是線性的空間中工作。具體地說，在不是這樣的情況下，我們將在顯示的圖像上看到出現(xiàn)與處理相關(guān)的缺陷。例如，在重新內(nèi)插的情況下，圖像的點的亮度可能取決于它是在一個還是n個像素上被重新內(nèi)插而發(fā)生變化。具體地說，在這種情況下，如果處理空間不是對于視覺空間線性的空間，則n個像素的強度的視覺之和與單個像素的不同。
為此，如圖1所示，眾所周知，如果初始信號經(jīng)過了預(yù)校正，則在處理方框13的兩側(cè)，分別在方框12和14反轉(zhuǎn)前面定律11和后面定律15。顯示設(shè)備根據(jù)顯示設(shè)備的伽馬定律特性修改經(jīng)這樣校正的視頻信號。
然而，如之前所述，相機可能沒有通過逆伽馬定律11預(yù)校正而產(chǎn)生并生成視頻信號。在這種情況下，如圖2所示，眾所周知，直接對初始視頻信號21應(yīng)用視頻處理。這樣得到的信號通過逆伽馬定律22校正，以便補償由所述管的轉(zhuǎn)移函數(shù)引入的暗點的衰減。顯示設(shè)備23根據(jù)顯示設(shè)備的伽馬定律特性修改經(jīng)這樣校正的視頻信號。
根據(jù)本領(lǐng)域的狀況的方法，盡管可能校正某些缺陷(例如暗點的衰減)，但沒有考慮某些顯示設(shè)備的某些依賴于可視化方向的特性(例如像素內(nèi)重疊、點的形狀)。
因此，在連續(xù)應(yīng)用到圖像的水平分量(X)和垂直分量(Y)的視頻處理的情況下，應(yīng)用全局伽馬定律將導(dǎo)致視覺缺陷。術(shù)語全局伽馬定律指的是不管我們處理視頻信號的垂直還是水平分量都以相同方式應(yīng)用的定律。在我們應(yīng)用色彩圖像的重新內(nèi)插處理的情況下，產(chǎn)生色彩缺陷的紅色、綠色和藍色信號的局部衰減的缺陷是可見的。
因而，為了處理視頻信號，最好考慮處理的方向(水平或垂直)。

發(fā)明內(nèi)容
為此，本發(fā)明提出一種方法，其目的是通過在每個處理方向上(水平或垂直)應(yīng)用不同的伽馬定律來減少某些視覺缺陷。根據(jù)本發(fā)明，我們提出在顯示設(shè)備顯示包含水平分量和垂直分量的信號之前處理該信號的方法，按照下列步驟通過與所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關(guān)聯(lián)的特定伽馬定律，來校正所述視頻信號；對校正后的視頻信號的所述第一分量進行第一視頻處理；將中間定律應(yīng)用到經(jīng)處理的視頻信號，中間定律實現(xiàn)從對于第一分量為線性的空間到對于第二分量為線性的空間的轉(zhuǎn)換，其中所述水平和垂直分量中的另一個被稱為第二分量；對從前一步驟發(fā)出的視頻信號的第二分量進行第二視頻處理；以及通過與視頻信號的第二分量相關(guān)聯(lián)的特定逆伽馬定律來校正經(jīng)處理的視頻信號。
處理信號分量的順序無關(guān)緊要。
根據(jù)優(yōu)選實施例，中間伽馬定律是與第二分量相關(guān)聯(lián)的定律和與第一分量相關(guān)聯(lián)的逆伽馬定律的合成。具體地說，在根據(jù)這些分量之一處理了信號之后，最好采用依照另一分量為線性的空間的立場。這樣，如果首先處理了Y分量，則隨后最好采用X中線性的空間的立場。
根據(jù)優(yōu)選實施例，使用對應(yīng)表通過各種伽馬定律進行校正和應(yīng)用中間定律，對應(yīng)表將根據(jù)適當?shù)亩捎嬎愠龅妮敵鲭娖脚c視頻信號的每個輸入電平相關(guān)聯(lián)。
最好，第一和第二視頻處理是分別根據(jù)所述信號的第一分量和根據(jù)第二分量對視頻信號的重新內(nèi)插的處理。
根據(jù)優(yōu)選實施例，視頻信號的重新內(nèi)插包括對所述信號的濾波，使用的濾波器是多相濾波器。
根據(jù)優(yōu)選實施例，在通過與視頻信號的第一分量相關(guān)聯(lián)的特定伽馬定律校正的步驟期間，增加了根據(jù)視頻信號比特數(shù)(或者動態(tài)范圍)的分辨率，以及在通過與視頻信號的第二分量相關(guān)聯(lián)的特定逆伽馬定律校正的步驟期間，我們返回初始分辨率。根據(jù)比特數(shù)的分辨率的這種增加可能能夠消除剩余量化偽差(quantization artefact)。
本發(fā)明最好應(yīng)用于非矩陣顯示設(shè)備。
本發(fā)明還涉及用于實現(xiàn)該方法的設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明，該設(shè)備包括用于通過與所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關(guān)聯(lián)的特定伽馬定律來校正所述視頻信號的器件；用于對校正后的視頻信號的所述第一分量應(yīng)用第一視頻處理的器件；用于將中間定律應(yīng)用到經(jīng)處理的視頻信號的器件，中間定律實現(xiàn)從對于第一分量為線性的空間到對于第二分量為線性的空間的轉(zhuǎn)換，其中所述水平和垂直分量中的另一個被稱為第二分量，所述器件生成中間信號；用于對中間視頻信號的所述第二分量應(yīng)用第二視頻處理的器件；和用于通過與視頻信號的第二分量相關(guān)聯(lián)的特定逆伽馬定律來校正經(jīng)處理的視頻信號的器件。


通過參照附圖利用完全非限制性的最佳示范性模式的實施例和實現(xiàn)，本發(fā)明將更好理解和說明，其中圖1圖解根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)、在通過逆伽馬定律預(yù)校正初始視頻信號的情況下的視頻信號的處理方法，其旨在減少由于顯示設(shè)備而產(chǎn)生的視覺缺陷；圖2圖解根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)、在未通過逆伽馬定律預(yù)校正初始視頻信號的情況下的視頻信號的處理方法，其旨在減少由于顯示設(shè)備而產(chǎn)生的視覺缺陷；圖3圖解根據(jù)發(fā)明、在通過逆伽馬定律預(yù)校正初始視頻信號的情況下的視頻信號的處理方法，其旨在減少由于顯示設(shè)備而產(chǎn)生的視覺缺陷；圖4圖解根據(jù)發(fā)明、在未通過逆伽馬定律預(yù)校正初始視頻信號的情況下的視頻信號的處理方法，其旨在減少由于顯示設(shè)備而產(chǎn)生的視覺缺陷；和圖5圖解根據(jù)發(fā)明的用于處理視頻信號的設(shè)備，其旨在減少由于顯示設(shè)備而產(chǎn)生的視覺缺陷。
具體實施例方式
圖3和圖4圖解了根據(jù)本發(fā)明的方法。該方法在圖3中被標為3，在圖4中被標為4。該方法包括5個步驟，在圖3中標為32到36，而在圖4中標為41到45。
根據(jù)本發(fā)明的方法3的第一步驟32(方法4中的步驟41)包括采用Y上的線性空間的立場(standpoint)。為此，通過全局逆伽馬定律將垂直方向的定律γY特性應(yīng)用到經(jīng)預(yù)校正31(或未經(jīng)預(yù)校正)的初始視頻信號。為了應(yīng)用該定律，眾所周知使用對應(yīng)表，對應(yīng)表將根據(jù)適當?shù)哪尜ゑR定律計算出的輸出電平與每個輸入電平相關(guān)聯(lián)。
在該操作期間，可以增加根據(jù)比特數(shù)的分辨率。這將使得特別是消除某些量化偽差成為可能。因而將根據(jù)比特數(shù)以更大的動態(tài)范圍執(zhí)行隨后的步驟，并且在應(yīng)用最后的伽馬定律時將實現(xiàn)返回初始動態(tài)范圍。
在初始視頻信號已被逆伽馬定律預(yù)校正的情況下，定律γY32是定律ψY和全局伽馬定律的合成，即γY＝ψYoγ，其中，o是函數(shù)的合成的定律，而ψY對應(yīng)于全局伽馬定律和沿著Y測量的定律γY之間的偏差(deviation)。根據(jù)下文中描述的過程直接估計γY。伽馬定律是已知的，我們從那里推導(dǎo)定律ψY。
在初始視頻信號未通過逆全局伽馬定律預(yù)校正的情況下，定律γY41等于定律ψY∶γY＝ψY。
為了補償由顯示設(shè)備引入的畸變，將能夠校正這些畸變的視頻處理應(yīng)用到視頻信號。這種處理可以是例如視頻序列的圖像的濾波。更準確地說，可以應(yīng)用圖像的重新內(nèi)插處理。也可以應(yīng)用另一圖像處理來解決顯示設(shè)備的特殊技術(shù)需要。
為此，根據(jù)發(fā)明33、42的第二步驟從而包括通過將取決于要實現(xiàn)的Y位移的濾波器應(yīng)用到像素，來在Y上重新內(nèi)插視頻圖像。例如，將可能應(yīng)用多相濾波器，其相位將根據(jù)要計算的點的位置偏移來計算。這樣，如果點位于初始格(grid)上，則相位為0。如果點相對于初始格偏移了像素的1/2，則相位為+0.5。也可以應(yīng)用任何可以重新內(nèi)插圖像的其他類型的濾波器(例如雙三次(bicubic)、雙線性濾波器)。
根據(jù)本發(fā)明，在處理了視頻信號的垂直分量后，處理視頻信號的水平分量。于是需要采用在X上的線性空間的立場。為此，在第三步驟34、43，將下面的中間函數(shù)γintermediate＝γxoγY-1應(yīng)用到之前步驟產(chǎn)生的視頻信號。對于該步驟，也可以使用對應(yīng)表，對應(yīng)表將根據(jù)定律γintermediate計算出的輸出電平與每個輸入電平相關(guān)聯(lián)。將使用稍后描述的過程來估計函數(shù)γx。
根據(jù)本發(fā)明，第四步驟35、44從而包括通過將取決于要實現(xiàn)的X位移的濾波器應(yīng)用到像素，來在X上重新內(nèi)插視頻圖像。
最后，第五步驟36、45包括通過將水平方向的定律γ-1X特性應(yīng)用到信號上來校正經(jīng)處理的信號。對于該步驟，也可以使用對應(yīng)表，如果初始動態(tài)范圍被修改，則該對應(yīng)表將恢復(fù)初始動態(tài)范圍。
在前面所述的五個步驟期間，還可以這樣開始通過沿著水平分量(X)處理信號然后沿著垂直分量(Y)處理信號。
經(jīng)過這樣處理的視頻信號然后由顯示設(shè)備37、46顯示。
根據(jù)本發(fā)明，將采用之前所述的根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的狀態(tài)估計伽馬定律的過程，來估計定律γX和γY。為此，為了估計γX，我們僅顯示被足夠數(shù)量的黑線隔開的、1像素高的水平線，以便消除可以從像素到像素干預(yù)的Y影響(例如4條黑線)。然后我們測量對每個輸入電平n由屏幕發(fā)出的光亮級L(n)，然后我們通過這些輸入電平的最大值來標準化該曲線γX＝255*L(n)/L(255)。我們以同樣的方式，使用被足夠數(shù)量的黑列隔開的、1像素寬的垂直線，繼續(xù)估計γY。
本發(fā)明方法也可以應(yīng)用到除了用來校正視頻信號的伽馬定律之外的定律。
本發(fā)明還涉及連接到顯示設(shè)備54的設(shè)備5，其旨在實現(xiàn)前面所述的方法。圖5中只示出了該設(shè)備的必要元件。根據(jù)本發(fā)明的設(shè)備尤其包括存儲器52，其中存儲了各個伽馬定律32、34、36、41、43和45處理所使用的對應(yīng)表。該設(shè)備還包括諸如微處理器等的處理單元53，其包含有處理程序，特別是重新內(nèi)插程序。處理單元還包含允許各個伽馬定律32、34、36、41、43和45處理的轉(zhuǎn)換函數(shù)。這些函數(shù)使用存儲在存儲器中的對應(yīng)表。此外，該設(shè)備還包括輸入/輸出接口51，用于接收經(jīng)過(或未經(jīng)過)伽馬定律預(yù)校正的輸入視頻信號，并且將根據(jù)本發(fā)明的方法3、4處理的視頻信號發(fā)送給顯示設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種在包含垂直分量和水平分量的視頻信號被顯示設(shè)備顯示之前對所述視頻信號進行處理的方法，特征在于該方法包括下列步驟通過與所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關(guān)聯(lián)的特定伽馬定律，來校正(32、41)所述視頻信號；對校正后的視頻信號的所述第一分量進行第一視頻處理(33、42)；將中間定律應(yīng)用(34、43)到經(jīng)處理的視頻信號，中間定律實現(xiàn)從對于第一分量為線性的空間到對于第二分量為線性的空間的轉(zhuǎn)換，其中所述水平和垂直分量中的另一個被稱為第二分量；對從前一步驟發(fā)出的視頻信號的所述第二分量進行第二視頻處理(35、44)；以及通過與視頻信號的第二分量相關(guān)聯(lián)的特定逆伽馬定律來校正(36、45)經(jīng)處理的視頻信號。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于中間伽馬定律(34、43)是與第二分量相關(guān)聯(lián)的定律和與第一分量相關(guān)聯(lián)的逆伽馬定律的合成。
3.如權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于由各種伽馬定律進行的校正和中間定律的應(yīng)用是在對應(yīng)表的幫助下執(zhí)行的，對應(yīng)表將根據(jù)適當?shù)亩捎嬎愠龅妮敵鲭娖脚c視頻信號的每個輸入電平相關(guān)聯(lián)。
4.如權(quán)利要求1到3之一所述的方法，其特征在于第一和第二視頻處理是分別根據(jù)所述信號的第一分量和根據(jù)第二分量對視頻信號的重新內(nèi)插的處理，
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于視頻信號的重新內(nèi)插包括對所述信號的濾波，以及使用的濾波器是多相濾波器。
6.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于在通過與視頻信號的第一分量相關(guān)聯(lián)的特定伽馬定律(32、41)校正的步驟期間，增加了根據(jù)視頻信號比特數(shù)的分辨率；以及在通過與視頻信號的第二分量相關(guān)聯(lián)的特定逆伽馬定律(36、45)校正的步驟期間，返回根據(jù)比特數(shù)的初始分辨率。
7.如權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，其應(yīng)用于非矩陣顯示設(shè)備。
8.一種在包含垂直分量和水平分量的視頻信號被顯示設(shè)備顯示之前對所述信號進行處理的設(shè)備，特征在于該設(shè)備包括用于通過與所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關(guān)聯(lián)的特定伽馬定律來校正(52、53)所述視頻信號的器件；用于對校正后的視頻信號的所述第一分量應(yīng)用第一視頻處理(52、53)的器件；用于將中間定律應(yīng)用(52、53)到經(jīng)處理的視頻信號的器件，中間定律實現(xiàn)從對于第一分量為線性的空間到對于第二分量為線性的空間的轉(zhuǎn)換，其中所述水平和垂直分量中的另一個被稱為第二分量，所述器件生成中間信號；用于對中間視頻信號的所述第二分量應(yīng)用第二視頻處理(52、53)的器件；和用于通過與視頻信號的第二分量相關(guān)聯(lián)的特定逆伽馬定律來校正(52、53)經(jīng)處理的視頻信號的器件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于處理視頻圖像的方法和設(shè)備，其旨在補償顯示設(shè)備的缺陷。根據(jù)本發(fā)明，該方法特征在于其包括下列步驟通過與從所述視頻信號的所述水平和垂直分量中的第一分量相關(guān)聯(lián)的特定伽馬定律，來校正(32)視頻信號；對校正后的視頻信號的所述第一分量進行第一視頻處理(33)；將中間定律應(yīng)用(34)到經(jīng)處理的視頻信號，中間定律實現(xiàn)從對于第一分量為線性的空間到對于稱為第二分量的另一個所述分量為線性的空間的轉(zhuǎn)換；對從前一步驟發(fā)出的視頻信號的第二分量進行第二視頻處理(35)；以及通過與第二分量相關(guān)聯(lián)的特定逆伽馬定律來校正(36)經(jīng)處理的視頻信號。
文檔編號H04N5/202GK1753456SQ20051010961
公開日2006年3月29日 申請日期2005年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月21日
發(fā)明者勞倫特·布朗德, 迪迪爾·多延, 喬納森·克維克 申請人:湯姆森特許公司