專利名稱：一種視頻通信伽瑪特性的校正方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及視頻通訊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種視頻通信伽瑪特性的校正方 法和裝置。
背景技術(shù)：
視頻通信，尤其是多方視頻通信，目前正在隨著寬帶網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，得到日益廣泛的應(yīng)用。在國(guó)內(nèi)和國(guó)際上，；f見(jiàn)頻會(huì)"R和可^L電話業(yè)務(wù)正在成為NGN (Next Generation Network,下一代網(wǎng)絡(luò))上的基本業(yè)務(wù)。各國(guó)的電信運(yùn)營(yíng)商也 非常重視這個(gè)市場(chǎng)機(jī)會(huì)。預(yù)期在未來(lái)幾年中，視頻通信業(yè)務(wù)將成為運(yùn)營(yíng)商重要 的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)。發(fā)展視頻通訊業(yè)務(wù)的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是提高端到端(End-to-end)的用戶 體驗(yàn)(User Experience或者Quality of Experience )。用戶體驗(yàn)中除了網(wǎng)絡(luò)的QoS 如丟包、延遲、抖動(dòng)、R因子等參數(shù)外，對(duì)于視頻，由于各個(gè)環(huán)節(jié)引起的Gamma (伽瑪)非線性問(wèn)題造成的對(duì)亮度信號(hào)的畸變(Distortion)，也是影響最終用 戶體驗(yàn)的重要因素。目前，對(duì)于提高端到端用戶體驗(yàn)的方法和技術(shù)主要集中在保證網(wǎng)絡(luò)QoS和 視頻壓縮編碼相關(guān)的前后處理(Pre-processing, post-processing)方面。對(duì)于 Gamma特性引起的亮度畸變問(wèn)題，缺乏關(guān)注和系統(tǒng)的解決方法。但是，該問(wèn)題 的重要性已經(jīng)引起了一些國(guó)際大電信運(yùn)營(yíng)商的關(guān)注。下面對(duì)Gamma特性進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹。視頻通信的過(guò)程為需要被傳送的場(chǎng)景如人物、背景、文件等的光信號(hào)進(jìn) 入到視頻通信終端(下文簡(jiǎn)稱終端)如攝像機(jī)/攝像頭等，經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字
圖像信號(hào)，再經(jīng)過(guò)壓縮編碼，傳送出去，到達(dá)對(duì)方終端，然后，經(jīng)過(guò)去壓縮(decompression)解碼還原為數(shù)字圖像信號(hào)，再在顯示設(shè)備上顯示出來(lái)，最終 又變成光信號(hào)被人眼感知。在上述過(guò)程中，圖像亮度信號(hào)經(jīng)過(guò)了多個(gè)環(huán)節(jié)。根 據(jù)定義，Gamma特性就是一個(gè)環(huán)節(jié)的圖像亮度信號(hào)的輸入-輸出關(guān)系不是線性 的，而是一種非線性的關(guān)系。這里的圖像亮度信號(hào)(Luminance)是一種廣義 的亮度信號(hào)，即一開(kāi)始的光信號(hào)，到電信號(hào)，再到數(shù)字化的圖像亮度/灰度信號(hào)， 每個(gè)階段的信號(hào)都含有圖像亮度信號(hào)的信息，因此，廣義地說(shuō)，圖像亮度信號(hào) 經(jīng)過(guò)了多個(gè)環(huán)節(jié)。單個(gè)環(huán)節(jié)Gamma特性的一般模型如附圖l所示。圖1中，輸入亮度信號(hào)和輸出亮度信號(hào)的非線性的關(guān)系可以表示為L(zhǎng)。ut = G(Lin)，其中，L。ut為輸出亮度信號(hào)，Lin為輸入亮度信號(hào)，函數(shù)G(.)為一個(gè) 非線性函數(shù)。典型的Gamma特性示例如附圖2所示。圖2中的每一個(gè)方塊中標(biāo)注的數(shù)字為亮度值，方塊的灰度表示亮度信號(hào)的 明亮程度。圖2(a)中，上面的一行灰度方塊的亮度是線性遞增的，即從O.l 遞增到l.O，下面一行灰度方塊的亮度是按照冪函數(shù)規(guī)律遞增的，也就是說(shuō)，下 面一行灰度方塊的亮度經(jīng)過(guò)了Gamma非線性的失真影響。圖2(b)中給出的是 以曲線表示的Gamma特性。當(dāng)多個(gè)環(huán)節(jié)級(jí)聯(lián)(cascading)起來(lái)或者說(shuō)串聯(lián)起來(lái)時(shí)，則總的Gamma特性 等于各個(gè)環(huán)節(jié)Gamma函數(shù)的復(fù)合(composition)。多個(gè)環(huán)節(jié)級(jí)聯(lián)的Gamma特性的 一般模型如附圖3所示。圖3中，每個(gè)環(huán)節(jié)的輸入亮度信號(hào)和輸出亮度信號(hào)的非線性的關(guān)系分別為 丄out二G")(丄in) 、 ￡out=G(2)(Zin)、丄out二G("(丄in)。由此可以得知各個(gè)環(huán)節(jié)Gamma函數(shù)的復(fù)合為公式(1 )所示G(了 (.) = G。) (.) o G(2) (.) o G(3> ( )........G("-1) (> (.)L,=GCT(U = G(")(G("-')(G("-"(.......G(2)(G(')(U))))
其中，"。，，表示函數(shù)的復(fù)合運(yùn)算。CT表示cascadedtotal,即級(jí)聯(lián)總Gamma 的意思。在實(shí)際中，Gamma非線性是由不同原因引起的。顯示設(shè)備如CRT顯示器的 Gamma特性在理想狀況下是Loin— Lin (2) 而對(duì)應(yīng)的攝像機(jī)/攝像頭的理想的Gamma特性是T=T 045 m Lout從Gamma問(wèn)題的起源來(lái)看，Gamma問(wèn)題起源于CRT顯示器，因?yàn)槠銰amma 值是2.2,為了補(bǔ)償?shù)暨@個(gè)非線性，在攝像機(jī)中引入了Gamma值0.45。在這個(gè)例 子中，Gamma特性的形式是一個(gè)冪函數(shù)(Power Function)。需要說(shuō)明的是， 這里的輸入和輸出亮度信號(hào)都是在各自的坐標(biāo)空間中進(jìn)行了規(guī)一化 (Normalized)的，即0^L。u^1， 0^Lir^l。而其它類型的顯示器比如液晶等，其 Gamma函數(shù)的形式或者會(huì)有所不同，或者雖然在形式上也是冪函數(shù)，但是參數(shù) 不同。理想的情況是輸入亮度信號(hào)和輸出亮度信號(hào)之間存在線性關(guān)系，即L。ut= Lin。要獲得線性關(guān)系，必須對(duì)于具有非線性Gamma特性的環(huán)節(jié)進(jìn)行Gamma校 正(Gamma Correction)。對(duì)一個(gè)Gamma環(huán)節(jié)的Gamma校正原理圖如附圖4所示。圖4中，對(duì)于一個(gè)環(huán)節(jié)來(lái)說(shuō)，其Gamma特性給定即L。ut-Gg(UO，這樣，可 以用另外一個(gè)校正環(huán)節(jié)L。ut = Gc(Lin)和它進(jìn)行級(jí)聯(lián)，來(lái)使得總的Gamma特性成 為真正的線性關(guān)系，從而達(dá)到;f交正掉給定環(huán)節(jié)的非線性的目的。顯然，Gg(.)和Gc(.)互為反函數(shù)。在一般情況下，對(duì)于一個(gè)函數(shù)，要獲得其 反函數(shù)不一定有解，而且，即使存在反函數(shù)，也無(wú)法用計(jì)算的方法獲得。實(shí)際應(yīng)用中，更多的情況是存在多個(gè)Gamma環(huán)節(jié)的情況，對(duì)多個(gè)Gamma 環(huán)節(jié)的Gamma校正原理圖如附圖5所示。圖5中，校正環(huán)節(jié)需要插入到前后兩個(gè)給定Gamma環(huán)節(jié)之間。前給定環(huán)節(jié)的Gamma特性即L。ut = Ga(Lin)，后給定環(huán)節(jié)的Gamma特性即L。ut = Gp(Lin)。此時(shí)， 校正環(huán)節(jié)中的Gc(.)非常復(fù)雜，Gc(.)和Ga(.)或者Gp(.)之間不再是簡(jiǎn)單的反函數(shù)關(guān) 系了。實(shí)現(xiàn)上述Gamma^交正方法，其前提是能夠?qū)τ谝粋€(gè)給定的Gamma環(huán)節(jié)或 者多個(gè)給定的Gamma環(huán)節(jié)的級(jí)聯(lián)確定Gamma特性參數(shù)。這里的Gamma特性參 數(shù)就是Gamma特性函數(shù)曲線的參數(shù)。在通信的一^L情況下，校正需要涉及到兩個(gè)以上的通信終端。比如在一個(gè) 兩方視頻通信中，終端A的視頻傳送到終端B，那么這路視頻的校正就同時(shí)涉及 到終端A上的Gamma環(huán)節(jié)和終端B上的Gamma環(huán)節(jié)。目前，確定Gamma特性參數(shù)的方法主要有兩種方法一儀器測(cè)量方法。即通過(guò)專用儀器測(cè)量出Gamma特性函數(shù)曲線上的 一些點(diǎn)，然后，采用數(shù)據(jù)擬合的方法來(lái)進(jìn)行曲線擬合，以確定Gamma特性參數(shù)。方法二采用輸入亮度信號(hào)和輸出亮度信號(hào)的方法。即對(duì)于單個(gè)給定的 Gamma環(huán)節(jié)，只要Gg(.)滿足一定條件，就可以找到對(duì)Gg(.)進(jìn)行Gamma校正的 Gc(.);對(duì)于多個(gè)給定的Gamma環(huán)節(jié)，只要Ga(.)、 Gp(.)滿足一定條件，就可以 找到對(duì)Ga(.)和Gp(.)進(jìn)行Gamma校正的Gc(.)。從上述兩種方法的描述可以看出，目前確定Gamma特性參數(shù)的實(shí)現(xiàn)方法都 有一個(gè)前提條件，即明確知道需要被確定Gamma特性參數(shù)的Gamma環(huán)節(jié)的輸入 亮度信號(hào)和輸出亮度信號(hào)的具體數(shù)值，也就是明確知道Gamma環(huán)節(jié)的輸入亮度 信號(hào)和輸出亮度信號(hào)的全部知識(shí)，因此，上述兩種確定Gamma特性參數(shù)的實(shí)現(xiàn) 方法均屬于非盲測(cè)量方法。非盲測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)原理如附圖6所示。'圖6中，Gamma特性參數(shù)測(cè)量系統(tǒng)利用Gamma環(huán)節(jié)的輸入亮度信號(hào)全部知 識(shí)、輸出亮度信號(hào)全部知識(shí)測(cè)量出Gamma特性參數(shù)，這里的Gamma環(huán)節(jié)可以是 單個(gè)Gamma環(huán)節(jié)，也可以是級(jí)聯(lián)的Gamma環(huán)節(jié)。 但是，非盲測(cè)量方法在實(shí)際應(yīng)用中的適用范圍是非常有限的，也就是說(shuō)， 上述前提條件在很多情況下是不能滿足的，下面例舉目前常見(jiàn)的三種不能滿足 上述前提條件的應(yīng)用。應(yīng)用情景一對(duì)于IPTV( Internet Protocol Television )等流i某體業(yè)務(wù)和應(yīng)用， 由于節(jié)目制作過(guò)程中，已經(jīng)受到了視頻輸入設(shè)備的Gamma特性的影響，在節(jié)目 播出的時(shí)候，尤其是點(diǎn)播等情況，已經(jīng)無(wú)法獲得原來(lái)節(jié)目制作時(shí)候用于采集視 頻信號(hào)的視頻輸入設(shè)備的Gamma特性，而且，也不可能對(duì)視頻輸入設(shè)備的 Gamma特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量了 。應(yīng)用情景二對(duì)于數(shù)據(jù)會(huì)議等應(yīng)用也存在上述問(wèn)題。目前，視頻會(huì)議的發(fā) 展和數(shù)據(jù)會(huì)議的發(fā)展同步，兩者完善的結(jié)合，對(duì)于協(xié)作應(yīng)用(collaborative applications)有4艮大的意義。在企業(yè)等環(huán)境中，上述協(xié)作應(yīng)用業(yè)務(wù)有強(qiáng)烈的市 場(chǎng)需求。但是，在數(shù)據(jù)會(huì)議應(yīng)用中，很多多媒體資料比如圖片等的來(lái)源是不可 考的，很難獲得當(dāng)時(shí)生成這些數(shù)據(jù)的視頻輸入設(shè)備的Gamma特性，而且，也不 可能對(duì)視頻輸入設(shè)備的Gamma特性參數(shù)進(jìn)行測(cè)量了 。應(yīng)用情景三對(duì)于面向千萬(wàn)家庭用戶的公眾視頻通信業(yè)務(wù)來(lái)說(shuō)，為了降低 成本和視頻通信業(yè)務(wù)使用門檻，往往大量的采用廉價(jià)攝像頭，尤其是那些非常 便宜的USB接口攝像頭。這些廉價(jià)的視頻輸入設(shè)備的Gamma特性曲線和標(biāo)準(zhǔn)的 L。ut= Li^s相差很遠(yuǎn)，甚至根本不是冪函數(shù)的形式。而且從這些廉價(jià)攝像頭的 出廠技術(shù)資料中一般無(wú)法獲取其Gamma特性參數(shù)。甚至有些廉價(jià)的攝像頭根本 就沒(méi)有出廠技術(shù)資料。用戶在家里使用這些攝像頭時(shí)，也不可能通過(guò)上述確定 Gamma特性參數(shù)的方法來(lái)獲得Gamma特性參數(shù)。以上三種應(yīng)用是非常重要的，而且，上述三種應(yīng)用都有;f艮大的市場(chǎng)潛力， 尤其是IPTV和協(xié)作數(shù)據(jù)會(huì)議市場(chǎng)的發(fā)展非常快。視頻通信要真正用于巨大的市 場(chǎng)，必須依靠走公眾運(yùn)營(yíng)的道路來(lái)吸引千家萬(wàn)戶，這樣就要求入門條件一定要 非常低，視頻輸入設(shè)備的價(jià)格要非常低廉。目前確定Gamma特性參數(shù)的非盲測(cè)
量方法使Gamma校正難于應(yīng)用，而且，通過(guò)專用儀器測(cè)量的方法提高了視頻通 信業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)成本。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于，提供一種視頻通信伽瑪特性的校正方法和裝置，利用 輸出亮度信號(hào)的直方圖來(lái)確定伽瑪特性參數(shù)，以實(shí)現(xiàn)降低視頻通信成本，提高 Gamma校正易用性的目的。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種視頻通信伽瑪特性的校正方法，包括a、 獲取輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖，并將其轉(zhuǎn)換為輸出亮度信號(hào)亮度分布 概率密度函數(shù)；b、 選取輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式；c、 將所述輸出亮度信號(hào)的亮度分布概率密度函數(shù)、所述輸入亮度信號(hào)亮度 分布概率密度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式、以及輸入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)、Gamma 特性函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系描述轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；d、 根據(jù)Gamma特性函數(shù)、輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)自身的特 性設(shè)置一組約束條件，將所述約束條件結(jié)合所述數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)得到有約束 的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題；e、 求解所述有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題，以確定伽瑪特性參數(shù)；f、 根據(jù)所述伽瑪特性參數(shù)對(duì)伽瑪環(huán)節(jié)進(jìn)行伽瑪校正。 所述伽瑪環(huán)節(jié)為單個(gè)給定伽瑪環(huán)節(jié)、或者多個(gè)給定伽瑪環(huán)節(jié)的級(jí)聯(lián)組合。 所述步驟a中轉(zhuǎn)換為輸出亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的步驟包括獲得輸出亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)在其定義域區(qū)間[O， l]上的一組等間隔 離散函數(shù)采樣值<formula>formula see original document page 11</formula>其中，r為輸出亮度信號(hào)的幅值，N為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖所包含
的項(xiàng)數(shù)，hr(k)為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖。所述步驟c包括輸入、輸出亮度信號(hào)各自的亮度分布概率密度函數(shù)f;(x，t)、 f"x，t)與Gamma 特性函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系為 d(e;p)fr(r) = fe(e); 其中r = g(e,p),We
; 數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函^t為J(p， c) = g (d(g-' ; P); P)fr (^i) - fe (g-' P); c))2S 2N 2N 2N其中N為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖的項(xiàng)數(shù)，p表示g(e;p)中的參數(shù)向 量，且？ = [; 1,/;2,; 3,...^1^]7， C表示fe(e)中的參數(shù)向量，且c = [cd,cd—,，….，c,，c。]7 , Cd，cw， cd.2， .....， Co為d+l個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)。 步驟d中 一組約束條件包括 g(l;P) = 1;S i + lk(cd, cd—,,..." c, ， c。 ) 2 0，對(duì)于任意Cd ， cd_,,.…，c,, c0其中k(cd,cd—,，….，c,，c。)是決定函數(shù)fe(e)在區(qū)間[O, l]上的最小值依賴于參數(shù)Cd，Cw，....,C,，C。的函數(shù)關(guān)系。所述步驟e中求解所述有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題為確定有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化 問(wèn)題中數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的全局最小點(diǎn)pglbm， cglbm。所述步驟e的求解方法為拉格朗日乘子方法、或者懲罰函^:方法、或者 松弛因子方法、或者有約束的蠻力搜索方法、或者有約束的組合優(yōu)化方法、或 者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。本發(fā)明還提供一種視頻通信伽瑪特性的校正裝置，所述裝置包括獲取并 轉(zhuǎn)換模塊、存儲(chǔ)模塊、建立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題模塊、Gamma特性參數(shù)求解模 塊和伽瑪校正模塊；獲取并轉(zhuǎn)換模塊獲取輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖，并將其轉(zhuǎn)換為輸出亮 度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)；存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式，以及輸 入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)與Gamma特性函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系和一組 約束條件，所述約束條件是根據(jù)Gamma特性函數(shù)、輸入亮度信號(hào)亮度分布概率 密度函數(shù)自身的特性設(shè)置的；建立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題模塊將獲取并轉(zhuǎn)換模塊中的輸出亮度信號(hào)亮度 分布概率密度函數(shù)、存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的 數(shù)學(xué)形式、以及輸入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)與Gamma特性函數(shù)三者之間 的數(shù)學(xué)關(guān)系描述轉(zhuǎn)化為有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題；Gamma特性參數(shù)求解模塊用于對(duì)所述有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解計(jì) 算，以確定伽瑪特性參數(shù)；伽瑪校正模塊用于根據(jù)所述伽瑪特性參數(shù)對(duì)伽瑪環(huán)節(jié)進(jìn)行伽瑪校正。所述建立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題模塊中的數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為J(P，c) = |;(d(g-'(^l;P);P)fr(^Vfe(g-'(^sp);c))2 S 2N 2N 2N其中N為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖的項(xiàng)數(shù)，p表示g(e;p)中的參數(shù)向量， 且P:[A，/J"P3，…，Pm]7 ' c表示fe(e)中的參數(shù)向量'JLc = [cd，cd—"…"c,，c?！絩, Cd, Cd小 cd.2， .....， Co為d+l個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)；存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的一組約束條件包括 g(l;P) = 1;i + lk(cd ， Cd一, ， …，c,, c。)》0，對(duì)于任意Cd ， cd—,"…，c, ， c。
其中k(cd，cd—,，....,c,，c。)是決定函數(shù)fe(e)在區(qū)間
上的最小值如何依賴于參數(shù)Cd，Cd-1...,c,，c。的函數(shù)關(guān)系。所述裝置位于視頻數(shù)據(jù)源設(shè)備中、和/或位于視頻通信網(wǎng)絡(luò)的中間設(shè)備中、 和/或4立于4見(jiàn)頻數(shù)4居目的i殳備。通過(guò)上述技術(shù)方案的描述可知，本發(fā)明提供的Gamma校正方法僅需要輸 出亮度信號(hào)的直方圖即可，這樣，本發(fā)明的Gamma參數(shù)確定方法可以稱為全 盲測(cè)量方法；由于本發(fā)明不需要輸入亮度信號(hào)的任何知識(shí)，因此，本發(fā)明的 Gamma校正方法具有很高的應(yīng)用可行性；本發(fā)明的伽瑪校正方法特別適用于 IPTV、協(xié)作數(shù)據(jù)會(huì)議、廣泛使用低端視頻輸入設(shè)備的公眾視頻通信；從而通過(guò) 本發(fā)明提供的技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)了降低Gamma校正適用的前提條件要求，提高 Gamma校正易用性，拓寬Gamma校正的應(yīng)用范圍，提高用戶體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量 的目的。


圖l是環(huán)節(jié)Gamma特性的模型示意圖；圖2 (a)是Gamma特性示意圖一；圖2 (b)是Gamma特性示意圖二；圖3是多個(gè)環(huán)節(jié)級(jí)聯(lián)的Gamma特性的模型示意圖；圖4是對(duì) 一 個(gè)Gamma環(huán)節(jié)的Gamma校正原理示意圖；圖5是對(duì)多個(gè)Gamma環(huán)節(jié)的Gamma校正原理示意圖；圖6是現(xiàn)有技術(shù)中的非盲測(cè)量方法的實(shí)現(xiàn)原理示意圖；圖7是本發(fā)明實(shí)施例的全盲Gamma特性參數(shù)確定方法的實(shí)現(xiàn)原理示意圖；圖8是視頻信號(hào)的亮度直方圖示例圖。
具體實(shí)施方式
在很多應(yīng)用場(chǎng)景中，輸出亮度信號(hào)的具體數(shù)值即全部知識(shí)是可知的，而輸
入亮度信號(hào)的具體數(shù)值是不可知的，甚至輸入亮度信號(hào)的任何知識(shí)均不可知。本發(fā)明僅利用了輸出亮度信號(hào)的知識(shí)來(lái)確定Gamma特性參數(shù)，以進(jìn)行Gamma 校正的。由于在本發(fā)明的技術(shù)方案中，沒(méi)有利用輸入亮度信號(hào)的任何知識(shí)，所 以，本發(fā)明技術(shù)方案中確定Gamma特性參數(shù)的方法可以稱為全盲Gamma特性參 數(shù)確定方法。本發(fā)明的全盲Gamma特性參數(shù)確定方法的實(shí)現(xiàn)原理如附圖7所示。 圖7中，對(duì)于需要確定Gamma特性的環(huán)節(jié)，本發(fā)明根據(jù)已知的輸出亮度信 號(hào)的知識(shí)來(lái)確定該環(huán)節(jié)的Gamma特性參數(shù)。在本發(fā)明的全盲Gamma特性參數(shù)確 定方法中，輸出亮度信號(hào)的全部知識(shí)是已知的，但是，本發(fā)明并不一定利用輸 出亮度信號(hào)的全部知識(shí)。在根據(jù)輸出亮度信號(hào)的知識(shí)確定了Gamma特性參數(shù)后，就能夠根據(jù)Gamma 特性參數(shù)對(duì)Gamma環(huán)節(jié)進(jìn)行Gamma校正了 。在本發(fā)明中，需要確定Gamma特 性的環(huán)節(jié)可以為單個(gè)給定的Gamma環(huán)節(jié)，也可以為多個(gè)給定的Gamma環(huán)節(jié)的級(jí) 聯(lián)組合。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明提供的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)描述。首先，本發(fā)明需要獲取輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖，亮度直方圖如附圖8所示。圖8中，設(shè)定圖像的亮度為0到255個(gè)等級(jí)，則不同亮度等級(jí)均對(duì)應(yīng)于一個(gè)亮度分布概率。直方圖是圖像處理技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)術(shù)語(yǔ)，其實(shí)，直方圖就是一種離散形式 的分布概率密度函數(shù)。視頻信號(hào)是由一幀一幀的連續(xù)圖像組成的，輸出亮度信號(hào)的直方圖可以從 某一幀圖像中獲得。從圖像中獲得亮度信號(hào)的直方圖的方法屬于常規(guī)技術(shù)，在 此不再詳細(xì)描述。獲取輸出亮度信號(hào)的直方圖也可以在其它階段進(jìn)行，如在輸出亮度信號(hào)還 在一維信號(hào)的時(shí)候，獲取輸出亮度信號(hào)的直方圖，此時(shí)，輸出亮度信號(hào)并沒(méi)有
轉(zhuǎn)化成圖像。本發(fā)明獲取直方圖的過(guò)程可以借助現(xiàn)有的商用集成電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于直方 圖計(jì)算是基本的圖像處理功能之一，所以，很多視頻通信設(shè)備的外圍電路，都 能夠進(jìn)行直方圖的計(jì)算，尤其是在數(shù)碼相機(jī)行業(yè)，存在進(jìn)行多功能處理的芯片， 這些芯片能夠?qū)崿F(xiàn)直方圖統(tǒng)計(jì)、均衡、圖像增強(qiáng)、運(yùn)動(dòng)模糊處理等等操作。本 發(fā)明可以借助這些目前已有的電路來(lái)進(jìn)行直方圖的計(jì)算。直方圖信息和連續(xù)的分布概率密度函數(shù)之間存在著密切的關(guān)系。 一般來(lái)說(shuō)，由連續(xù)的分布概率密度函數(shù)可以直接得到亮度直方圖；反過(guò)來(lái)，由亮度直 方圖，也可以通過(guò)lt據(jù)插值或者擬合等方法來(lái)得到連續(xù)的分布概率密度函數(shù)。 事實(shí)上，直方圖信息和連續(xù)的分布概率密度函數(shù)存在嚴(yán)格的比例數(shù)量關(guān)系。以 上關(guān)系說(shuō)明如下。對(duì)于單個(gè)給定Gamma環(huán)節(jié)或者多個(gè)給定Gamma環(huán)節(jié)的級(jí)聯(lián)組合來(lái)說(shuō)，亮度 信號(hào)的全體集合是(s(t)ltER，05s(t)^1),其中，R表示全體實(shí)數(shù)集合。也就是說(shuō)， 亮度信號(hào)的全體集合是全體信號(hào)幅值(amplitude)小于等于l的非負(fù)值時(shí)間信 號(hào)的集合。這里的亮度信號(hào)的取值為非負(fù)，亮度信號(hào)的取值是根據(jù)物理意義確 定的，因?yàn)樨?fù)亮度沒(méi)有物理意義。任何信號(hào)在經(jīng)過(guò)規(guī)一化處理之后， 一定會(huì)滿 足信號(hào)幅值小于等于l的條件。這里的亮度信號(hào)是普遍意義上的亮度信號(hào)，因 此下面的描述對(duì)于輸入亮度信號(hào)、輸出亮度信號(hào)都適用。為了描述簡(jiǎn)單起見(jiàn)， 下面以輸出亮度信號(hào)為例，對(duì)直方圖信息和連續(xù)的分布概率密度函數(shù)之間的關(guān) 系進(jìn)4iS兌明。由于存在隨機(jī)干擾，所以，這些輸出亮度信號(hào)可以看成是隨機(jī)過(guò)程。這些 輸出亮度信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性可能各不相同，但是，按照信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性，特別是 按照分布概率特性，可以對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行分類。任何信號(hào)作為一個(gè)隨機(jī)過(guò)程都 有一個(gè)分布概率密度函數(shù)與之對(duì)應(yīng)，如果隨機(jī)過(guò)程是平穩(wěn)的(這里的平穩(wěn)是嚴(yán) 格意義上的平穩(wěn))，那么這個(gè)分布概率密度函數(shù)和時(shí)間無(wú)關(guān)；如果隨機(jī)過(guò)程不
是平穩(wěn)的，那么這個(gè)分布概率密度函數(shù)可能和時(shí)間有關(guān)。因此， 一般來(lái)說(shuō)，對(duì) 于一個(gè)隨機(jī)過(guò)程S(t) (teR，0$S(t)5l )來(lái)說(shuō)，可以用fs(x,t)，teR表示其分布概率密度函數(shù)。如果是嚴(yán)格意義上的平穩(wěn)的隨機(jī)過(guò)程，則f;(x，t)，teR和t無(wú)關(guān)，即分布概率密度函數(shù)不隨時(shí)間變化而變化，此時(shí)，fs(x,t) = fs(x)。信號(hào)的少見(jiàn)一化處理方法如下如果一個(gè)信號(hào)S(t)不滿足條件tER，(^S(t)^1，那么，需要對(duì)該信號(hào)進(jìn)行規(guī)一 化處理，使其滿足tGR，OSs(t)Sl。例如如果信號(hào)實(shí)際的取值范圍是[O， Smax]，則規(guī)一化處理后的信號(hào)Sn(t)為sn(t)=s(t)/ Smax ( 4 )公式(4)中的下標(biāo)n表示英文normalized，意思為規(guī)一化。 相應(yīng)地，如果將信號(hào)從規(guī)一化的值還原到實(shí)際的取值，即對(duì)信號(hào)進(jìn)行逆規(guī) 一化處理，其計(jì)算公式如下s(t) = S隨sn(t) ( 5 )根據(jù)分布概率密度函數(shù)的定義，分布概率密度函數(shù)有如下屬性 [f;(x，t)cb^l,對(duì)于任何t并且 (6) f;(x，t)^0,對(duì)于任何t而且，對(duì)于信號(hào)幅值小于等于l的非負(fù)值信號(hào)，滿足 fs(x，t)-0，x〈0或者xM (7) 也就是說(shuō)，信號(hào)值大于1或者小于0是不可能的，概率為零。 作為一個(gè)自然推論就是f fs(x，t)dx二l,對(duì)于任何t (8)按照概率密度函數(shù)的定義，對(duì)于很小的區(qū)間長(zhǎng)度5和區(qū)間
上一點(diǎn)xo來(lái) 說(shuō)，fs(x0，t)"Prob{x0 "(t)"。+W (9)或者等效地<formula>formula see original document page 18</formula>其中符號(hào)Prob表示概率(Probability)。其直觀意義是說(shuō)，在時(shí)刻t，亮度信號(hào)落在區(qū)間[x。，x。+S]或者[x。-^，x。+p]的概率近似等于f;(x。,t)^。這其實(shí)是一種把連續(xù)分布概率密度函數(shù)變成離散概率 密度的方法。由此可知，由連續(xù)概率密度函數(shù)，通過(guò)這樣的離散化可以得到信 號(hào)的亮度直方圖。對(duì)于規(guī)一化的亮度信號(hào)，可以把[O， l]區(qū)間等分成N個(gè)子區(qū)間，每個(gè)子區(qū)間 的長(zhǎng)度是1/N。第k(k二0,l,2，….，N-l)個(gè)子區(qū)間是[k/N，(k+l)/N]。如果N足夠大，1/N 足夠小，那么，可以認(rèn)為<formula>formula see original document page 18</formula>于是，可以形成一個(gè)相無(wú)率序列(sequence):<formula>formula see original document page 18</formula>如果信號(hào)還原到其非規(guī)一化的信號(hào)空間中，如在視頻通信中通常亮度信號(hào) 取0-255的整數(shù)，共256級(jí)亮度，當(dāng)然，也可以將亮度信號(hào)一般化為2D級(jí)亮度的 情況，此時(shí)，需要將單位區(qū)間即[O， 1]線性映射成集合{0， 1, 2， 3， ...，2D-2, 2D-1}，每個(gè)子區(qū)間相應(yīng)擴(kuò)大2D倍，成為(1/N)2D。于是相應(yīng)的概率序列變成 連續(xù)概率密度函數(shù)<formula>formula see original document page 18</formula>根據(jù)公式(8)和公式(10),顯然可以得出<formula>formula see original document page 18</formula>公式(13)中的這個(gè)概率序列就叫做亮度信號(hào)s(t)的直方圖。 從上述推導(dǎo)中可以明顯看出直方圖是可以由信號(hào)亮度的連續(xù)分布概率密
度函數(shù)直接得到的，反過(guò)來(lái)，亮度信號(hào)的連續(xù)分布概率密度函數(shù)也可以由直方 圖經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)插值、擬合等處理后得到。
下面給出一個(gè)直方圖的具體例子。當(dāng)信號(hào)的亮度包括256亮度級(jí)時(shí)，概率 序列和直方圖中具體數(shù)值的對(duì)應(yīng)關(guān)系為 h(0)=0 h(l)=0h(64)=0.005 h(65)=0.006h(190)=0.006 h( 191 )=0.005 h(192)=0.001 h(193)=0h(255)=0在本發(fā)明中，設(shè)定伽碼特性函數(shù)的具體表現(xiàn)形式是明確知道的，可以從本 發(fā)明作為實(shí)施例的兩種形式中選擇一種來(lái)用。當(dāng)然也可以是其它形式的函數(shù)， 只要滿足連續(xù)光滑并且至少二階可導(dǎo)即可。
下面用函數(shù)y = g(x; P)， P = [A ， A ，…， ]7來(lái)表示Gamma特性參數(shù)未知的 Gamma環(huán)節(jié)的Gamma特性，這里的Gamma環(huán)節(jié)包括單個(gè)Gamma環(huán)節(jié)或者多個(gè) Gamma環(huán)節(jié)的級(jí)聯(lián)組合的情況。上述Gamma特性函數(shù)的表示方式中， P^A，/72，…，/^f是一個(gè)參數(shù)向量， 一般情況下，參數(shù)向量由M個(gè)參數(shù)組成。這 些參數(shù)的全部或者部分是需要確定的。因此，按照這個(gè)很一般的形式，Gamma 特性函數(shù)幾乎可以是任何形式的函數(shù)，只要滿足函數(shù)是連續(xù)的條件即可，而且， 一般來(lái)說(shuō)，Gamma特性函數(shù)是光滑可導(dǎo)的，至少是分段光滑可導(dǎo)的，因此，假 設(shè)Gamma特性函數(shù)關(guān)于變量x的 一階和二階導(dǎo)函數(shù)存在是合理的。Gamma特性
函數(shù)的一階導(dǎo)函數(shù)可以用如下符號(hào)表示dx (15)并且，Gamma特性函數(shù)，還應(yīng)該滿足 g(i;P)" (16)一般來(lái)說(shuō)，Gamma特性函數(shù)可以用如下兩種常用的方式來(lái)表示 方式一、冪函數(shù) y = g(x;p) = p,xP2 +p3，p = [a，/j2,; 3:f方式二、多項(xiàng)式函數(shù)y = g(x;p) = p,xK +p2xK-' +.... + pKx + pK+lJ*' p-[a,P2,P3，…,Pk+, 上述公式(18)也可以變換成公式(19)的表達(dá)形式 y = g(x;p) = p, (x-x0)K + p2 (x-x0)K-1 +….+pK (x-x0) + pK+l其中，P^/^P^'.-.'Pk+pXo]7:如果用e(t)和r(t)分別表示輸入亮度信號(hào)和輸出亮度信號(hào)，那么，e(t) 和r (t)各自對(duì)應(yīng)的分布概率密度函數(shù)是fe(x， t)和f"x, t),并且，e(t)、 r (t)和Gamma特性函數(shù)之間存在如下關(guān)系r(t) = g(e(t);p)，p = [p,,/^,;^.,/^]7 。根據(jù)概率理論，可以推導(dǎo)出(20)(17)(18)(19)d(e;p)ff(r)-f;(e),其中 r = g(e;p)，We
推導(dǎo)出公式(20)的具體過(guò)程可以參見(jiàn)常用的概率書(shū)籍，在本實(shí)施例中不 再詳細(xì)描述。從公式(20)可以看出，公式(20)和時(shí)間變量t無(wú)關(guān)。其實(shí)，Gamma特性 函數(shù)本身和時(shí)間變量無(wú)關(guān)，因此，只要在一段相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)測(cè)定一次Gamma 特性參數(shù)，在整個(gè)通信過(guò)程中就可以一直使用這組Gamma特性參數(shù)，如在IPTV 中， 一個(gè)節(jié)目的Gamma特性參數(shù)可以認(rèn)為是相同的，這樣，最多在每個(gè)節(jié)目開(kāi) 始的時(shí)候測(cè)量一次Gamma特性參數(shù)就可以了 。
本發(fā)明首先需要獲得輸出亮度信號(hào)的直方圖。對(duì)于視頻信號(hào)，是由一幀一 幀的圖像組成的，對(duì)于某一幀圖像，可以獲得其輸出亮度信號(hào)直方圖。從圖像獲得其直方圖的方法屬于常規(guī)技術(shù)，這里不再描述。設(shè)定本發(fā)明獲得的輸出亮度信號(hào)的直方圖為{hr(k)|k=0，l，2，....，N-l}。也就 是說(shuō)，每個(gè)直方圖中包含有N個(gè)項(xiàng)，在直方圖術(shù)語(yǔ)中，每一個(gè)項(xiàng)叫做"柱"(bin)。根據(jù)公式(12)可以由輸出圖像亮度直方圖獲得輸出亮度信號(hào)亮度分布概 率密度函數(shù)<formula>formula see original document page 21</formula>
對(duì)于均勻分布在[O, l]區(qū)間上的N個(gè)點(diǎn)a!^^i，k:^l，2，….，N,可以得到函數(shù)fjx)在這些離散點(diǎn)上的數(shù)值，即<formula>formula see original document page 21</formula>,從而，獲得了輸出亮2N度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)在其定義域區(qū)間[O， l]上的一組等間隔離散函數(shù) 采樣值。其中，r為輸出亮度信號(hào)的幅值，N為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖所 包含的項(xiàng)數(shù)，hr(k)為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖。本發(fā)明在確定Gamma參數(shù)時(shí)不需要輸入亮度信號(hào)的任何知識(shí)，因此，設(shè)定 輸入亮度信號(hào)的直方圖為{he(k)|k=0，l，2，....,N-l}，本發(fā)明可以選取多項(xiàng)式函 數(shù)的數(shù)學(xué)形式來(lái)表示輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)。用多項(xiàng)式函數(shù)近似表示的輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)為 <formula>formula see original document page 21</formula>( 22 )其中cd, c化cd.2,....,co.為多項(xiàng)式系數(shù)， 一共涉及到d+l個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)。 顯然，輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的導(dǎo)數(shù)為<formula>formula see original document page 21</formula> ( 23 )
根據(jù)概率分布密度函數(shù)的性質(zhì)可以得出
Jlf"e)de = 1 (24)結(jié)合公式(22)就能夠得到"c。ic,^1 (25)d + l 'd-'d"d-l '2" S 'i + l另外，本發(fā)明引入一個(gè)函數(shù)k(cd,cd—".…,c,，c。)，該函數(shù)定義為 k(cd，cd—，c,，c。) = minfe (e;cd,cd—,，..."c,，Co) ( 26 )關(guān)系(26)的含義為函數(shù)fe(e)在區(qū)間[O， l]上的最小值是其參數(shù) cd，cd——,，.…，c,，c。的函凄丈用函凄丈k(Cd，(v,"…，c,，c。)表示，Wk(cd，cd—,，….，c,，c。)是決定函凄tfe(e)在區(qū)間[O， 1]上的最小值如何依賴于參數(shù)Cd，Cd—,，.…，C,，C。的函數(shù)關(guān)系。也就是說(shuō)，函數(shù)fe(e)在區(qū)間[O, l]上的最小值，取決于它的各個(gè)參數(shù)，這樣從函數(shù)的觀點(diǎn)來(lái)看，最小值可以看成是Cd,Cd—，.…,C,，C。的一個(gè)函數(shù)，在數(shù)學(xué)上，只要一個(gè)變量以來(lái)于另外一組變量，則該變量就是它所依賴的一組變量的函數(shù)。雖然函數(shù)k(Cd，Cd一,，.…，C,，C。)不一定存在解析形式，但是， 一定可以用數(shù)值計(jì) 算的方法，對(duì)于任意一組數(shù)值Cd,CV,，.…，C,，C。，計(jì)算出函數(shù)值k(Cd,Cd—,，….，c,，c。)。顯然，對(duì)于fe(e)來(lái)說(shuō)，對(duì)于任意(Ke《1，需要滿足fe(e)X)，這個(gè)條件等效 于k(cd，cd—p….，c,，c。)20,對(duì)于^f壬意Cd，Cd—p….，CpC。 (27)本發(fā)明將確定Gamma參數(shù)的問(wèn)題轉(zhuǎn)化為一個(gè)數(shù)學(xué)優(yōu)化的問(wèn)題，本發(fā)明使用 參數(shù)P = [A ， P2, A，…,PM ]7來(lái)表征g(e;p),用參數(shù)c = [cd，cd—,，…"c, ，c。]'來(lái)表征fe(e)，這 樣，本發(fā)明結(jié)合關(guān)系(20)可以描述轉(zhuǎn)換為一個(gè)關(guān)于以上兩個(gè)需要確定的參數(shù) 向量的數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，或者稱代價(jià)函數(shù)J(P，C) = g(d(g-'(^l;P);P)fr(^Vfe(g-'，;p);c))2g 2N 2N 2N (28 )對(duì)于上述數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)來(lái)說(shuō)，其全局最小點(diǎn)Pg,bm，Cg,bm即為本發(fā)明需要獲得的求解參數(shù)值，即全局最小點(diǎn)即為本發(fā)明需要獲得的Gamma特性參數(shù)。當(dāng)
然，全局最小點(diǎn)只是數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的一個(gè)最優(yōu)解，本發(fā)明不排除全局最小點(diǎn)之外的其他解。上述數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)中，下標(biāo)glb表示英文global minimum, 是全局最小的意思。上述數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)是有約束條件的，這個(gè)約束條件來(lái)源于Gamma特性 函數(shù)、輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)自身的特性，即約束條件可以來(lái)自 關(guān)系(16) 、 (25) 、 (27)。這樣，上述數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題其實(shí)是一個(gè)有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題。完整表示這 個(gè)有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題的形式是(Pglbm ， cglbm) = argmin J(p， c) = g (d(g-1 ; p); p)fr (^) - fe (g-' ; p); c))2<formula>formula see original document page 23</formula>
公式(29)屬于一個(gè)典型的帶有等式約束條件和不等式約束條件的混合約 束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題。對(duì)帶有約束條件的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題的求解方法比較多，典型的方法有拉格朗 日乘子方法、懲罰函數(shù)方法、松弛因子方法、有約束的蠻力搜索方法、有約束 的組合優(yōu)化方法、或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等。這些求解的方法屬于現(xiàn)有技術(shù)，在此 不再詳細(xì)描述。本發(fā)明在確定Gamma特性函數(shù)的參數(shù)向量過(guò)程中，涉及到數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題的 求解，該求解過(guò)程可以通過(guò)采用DSP (Digital Signal Processor,即數(shù)字信號(hào)處 理器)芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。當(dāng)數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題采用所謂的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)如Hopfield網(wǎng)絡(luò)來(lái)求 解時(shí)，可以利用目前已經(jīng)存在的商用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)數(shù)字集成電路芯片。在通過(guò)上述方法確定了 Gamma特性函數(shù)的參數(shù)向量后，就能夠?qū)amma 環(huán)節(jié)進(jìn)行Gamma校正了 。本發(fā)明可以利用硬件電路即Gamma校正集成電路芯片 來(lái)實(shí)現(xiàn)YUV顏色空間的伽瑪校正。本發(fā)明的Gamma校正集成電路芯片是可以支 持多路視頻信號(hào)的校正的，并且允許用戶通過(guò)指令配置其在伽瑪校正過(guò)程中所需要使用到的參數(shù)，如Gamma特性函數(shù)的參數(shù)向量等。這里，需要進(jìn)行Gamma 校正的環(huán)節(jié)可以為視頻數(shù)據(jù)源設(shè)備，也可以為視頻通信網(wǎng)絡(luò)中的中間設(shè)備，還 可以為視頻數(shù)據(jù)目的設(shè)備。從上述技術(shù)方案的描述中可以看出，本發(fā)明提供的Gamma校正方法僅需要 知道輸出亮度信號(hào)的直方圖和一組寬松的,i設(shè)條件就可以確定給定Gamma環(huán) 節(jié)的Gamma特性參數(shù)，從而為多媒體通信系統(tǒng)提供了 一種易于實(shí)現(xiàn)的Gamma 校正方法，本發(fā)明提供的Gamma校正方法具有很高的應(yīng)用可行性，從而大大拓 寬了Gamma校正的應(yīng)用范圍，特別能夠針對(duì)IPTV、協(xié)作數(shù)據(jù)會(huì)議、廣泛使用低 端視頻輸入設(shè)備的公眾視頻通信提供了很好的Gamma校正功能，大大提高用戶 體驗(yàn)和服務(wù)質(zhì)量，進(jìn)一步提升上述業(yè)務(wù)的竟?fàn)幜Γ瑸殡娦胚\(yùn)營(yíng)商、服務(wù)提供商 和設(shè)備廠商帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益。本發(fā)明提供的視頻通信伽瑪特性的校正裝置主要包括獲取并轉(zhuǎn)換模塊、 存儲(chǔ)模塊、建立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題模塊、Gamma特性參數(shù)求解模塊和伽瑪校 正模塊。獲取并轉(zhuǎn)換模塊主要用于獲取輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖，并將其轉(zhuǎn)換為 輸出亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)。獲取并轉(zhuǎn)換模塊可以獲得輸出亮度信號(hào) 亮度分布概率密度函數(shù)在其定義域區(qū)間[O， l]上的一組等間隔離散函數(shù)采樣值，即&(^ili);t-o山2…,w —i，其中，r為輸出亮度信號(hào)的幅值，N為輸出亮度信號(hào) 2N的亮度直方圖所包含的項(xiàng)數(shù)，hr(k)為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖。具體如上述 方法中的描述。存儲(chǔ)模塊主要用于存儲(chǔ)預(yù)先選取的輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式，以及輸入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)與Gamma特性函數(shù)三者之 間的數(shù)學(xué)關(guān)系和一組約束條件，所述約束條件是根據(jù)Gamma特性函數(shù)、輸入亮 度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)自身的特性設(shè)置的。具體如上述方法中的描述。
存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式為多 項(xiàng)式函數(shù)的形式，i。fe(e) = cded+cd—2ed-2 +..…+ c,e +c。，其中Cd， Cd.i, cd.2".…c0.為多項(xiàng)式系數(shù)， 一共涉及到d+1個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)。存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的輸入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)與Gamma特性函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系為d(e;P)f々)=""其中。r = g(e;p),Vee
存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的一組約束條件包括g(l;P)"; d 1 臺(tái)i + lk(cd，cd—,，.…，c,, c。) 2 0,對(duì)于任意Cd，cd—' ，..."c,，c0其中k(cd，cd—,，.…，c,，c。)是決定函數(shù)fe(e)在區(qū)間
上的最小值如何依賴于 參數(shù)Cd,v,，....，c,，c。的函數(shù)關(guān)系。建立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題模塊主要用于將獲取并轉(zhuǎn)換模塊中的輸出亮度 信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)、存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密 度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式、以及輸入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)與Gamma特性函數(shù) 三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系描述轉(zhuǎn)化為有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題。建立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化 問(wèn)題模塊中的數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為J(P，C) = g(d(g-'(^l;P);P)fr(^Vfe(g-'(^p);c)" S 2N 2N 2N其中N為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖的項(xiàng)數(shù)，p表示g(e; p)中的參數(shù)向量， iLp = [A，P2，P3，-"PM]7'' c表示fe(e)中的參數(shù)向量'且C-[Cd,Cd—,Cl，C。]r， cd， cd"， cd.2, .....， Co為d+l個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)。Gamma特性參數(shù)求解模塊主要用于結(jié)合存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的約束條件，對(duì)建 立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題模塊中的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解計(jì)算，如確定數(shù)學(xué)優(yōu)化 目標(biāo)函數(shù)的全局最小點(diǎn)Pg她，Cg馳，這個(gè)全局最小點(diǎn)即是本發(fā)明確定的伽瑪特性
參數(shù)。Gamma特性參數(shù)求解模塊可以采用拉格朗日乘子方法、懲罰函數(shù)方法、 松弛因子方法、有約束的蠻力搜索方法、有約束的組合優(yōu)化方法、或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法等來(lái)確定全局最小點(diǎn)Pg,bm，Cg脇。具體如上述方法中的描述。伽瑪校正模塊主要用于根據(jù)Gamma特性參數(shù)求解模塊確定的伽瑪特性參 數(shù)對(duì)伽瑪環(huán)節(jié)進(jìn)行伽瑪校正。具體如上述方法中的描述。本發(fā)明提供的裝置位于視頻設(shè)備中，如位于視頻數(shù)據(jù)源設(shè)備中、位于視頻 通信網(wǎng)絡(luò)的中間設(shè)備中，再如位于視頻數(shù)據(jù)目的設(shè)備中。雖然通過(guò)實(shí)施例描繪了本發(fā)明，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員知道，本發(fā)明有許多 變形和變化而不脫離本發(fā)明的精神，本發(fā)明的申請(qǐng)文件的權(quán)利要求包括這些變 形和變化。
權(quán)利要求
1、一種視頻通信伽瑪特性的校正方法，其特征在于，包括a、獲取輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖，并將其轉(zhuǎn)換為輸出亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)；b、選取輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式；c、將所述輸出亮度信號(hào)的亮度分布概率密度函數(shù)、所述輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式、以及輸入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)、Gamma特性函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系描述轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)；d、根據(jù)Gamma特性函數(shù)、輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)自身的特性設(shè)置一組約束條件，將所述約束條件結(jié)合所述數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)得到有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題；e、求解所述有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題，以確定伽瑪特性參數(shù)；f、根據(jù)所述伽瑪特性參數(shù)對(duì)伽瑪環(huán)節(jié)進(jìn)行伽瑪校正。
2、 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述伽瑪環(huán)節(jié)為單個(gè)給定 伽瑪環(huán)節(jié)、或者多個(gè)給定伽瑪環(huán)節(jié)的級(jí)聯(lián)組合。
3、 如權(quán)利要求l所述的方法，其特征在于，所述步驟a中轉(zhuǎn)換為輸出亮度 信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的步驟包括獲得輸出亮度信號(hào)亮度分布概率密度 函數(shù)在其定義域區(qū)間
上的一組等間隔離散函數(shù)采樣值<formula>formula see original document page 2</formula>其中，r為輸出亮度信號(hào)的幅值，N為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖所包含 的項(xiàng)數(shù)，hr(k)為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖。
4、 如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，所述步驟c包括輸入、輸出亮度信號(hào)各自的亮度分布概率密度函數(shù)f;(x,t)、 f;(x，t)與Gamma特性函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系為d(e;p)fr(r) = fe(e); 其中r = g(e,p)，We
;數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為J(p，c)^(d(g-'(^i;p函^Vfe(g-'(^l;p);c)" ^ 2N 2N 2N其中N為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖的項(xiàng)數(shù)，p表示g(e;p)中的參數(shù)向量，且P-[A，/^，A"…，Pm:T' c表示fe(e)中的參數(shù)向量，JU = [cd，cd—,"…，Ci，Co]7 , cd，為d+l個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)。
5、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，步驟d中一組約束條件包括 g(l;P) = l;<formula>formula see original document page 3</formula>，對(duì)于任意Cd，Cd屮…"c,，c。其中k(Cd，cv,，.…,c,，c。)是決定函數(shù)fe(e)在區(qū)間[O, l]上的最小值依賴于參數(shù)Cd,Cd屮…"C,，Co的函數(shù)關(guān)系。
6、 如權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于，所述步驟e中求解所述有約束 的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題為確定有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題中數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)的全局最小點(diǎn)Pglbm， Cgibm。
7、 如權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于，所述步驟e的求解方法為拉 格朗日乘子方法、或者懲罰函數(shù)方法、或者松弛因子方法、或者有約束的蠻力 搜索方法、或者有約束的組合優(yōu)化方法、或者神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法。
8、 一種視頻通信伽瑪特性的校正裝置，其特征在于，所述裝置包括獲 取并轉(zhuǎn)換模塊、存儲(chǔ)模塊、建立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題模塊、Gamma特性參數(shù)求解模塊和伽瑪校正模塊；獲取并轉(zhuǎn)換模塊獲取輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖，并將其轉(zhuǎn)換為輸出亮 度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)；存儲(chǔ)模塊存儲(chǔ)輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式，以及輸 入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)與Gamma特性函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系和一組 約束條件，所述約束條件是根據(jù)Gamma特性函數(shù)、輸入亮度信號(hào)亮度分布概率 密度函數(shù)自身的特性設(shè)置的；建立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題模塊將獲取并轉(zhuǎn)換模塊中的輸出亮度信號(hào)亮度 分布概率密度函數(shù)、存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的 數(shù)學(xué)形式、以及輸入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)與Gamma特性函數(shù)三者之間 的數(shù)學(xué)關(guān)系描述轉(zhuǎn)化為有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題；Gamma特性參數(shù)求解模塊用于對(duì)所述有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解計(jì) 算，以確定伽瑪特性參數(shù)；伽瑪校正模塊用于根據(jù)所述伽瑪特性參數(shù)對(duì)伽瑪環(huán)節(jié)進(jìn)行伽瑪校正。
9、如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述建立有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題模塊中的數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為<formula>formula see original document page 4</formula>其中N為輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖的項(xiàng)數(shù)，p表示g(e;p)中的參數(shù)向量, 且P^A，P"A,…,Pm]7 ' c表示fe(e)中的參數(shù)向量'JLc = [cd，cd—,，….,c,，c。]7 ， cd, Cd.,， cd-2， ....., Co為d+l個(gè)多項(xiàng)式系數(shù)；存儲(chǔ)模塊中存儲(chǔ)的 一組約束條件包括 g(l;P)";k(cd ， cd—,，…"c, ， cQ) 2 0，對(duì)于任意Cd, ，..." c, ， c0 其中k(cd,cd—,，....，c,，c。)是決定函數(shù)fe(e)在區(qū)間
上的最小值如何依賴于參數(shù) Cd，Cd—,，.…，C,，C。的函數(shù)關(guān)系。
10、如權(quán)利要求8或9所述的裝置，其特征在于，所述裝置位于視頻數(shù)據(jù)源 設(shè)備中、和/或位于視頻通信網(wǎng)絡(luò)的中間設(shè)備中、和/或位于視頻數(shù)據(jù)目的設(shè)備。
全文摘要
本發(fā)明提供一種視頻通信伽瑪特性的校正方法和裝置獲取輸出亮度信號(hào)的亮度直方圖，并將其轉(zhuǎn)換為輸出亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)，選取輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)的數(shù)學(xué)形式；根據(jù)輸入、輸出亮度分布概率密度函數(shù)，以及Gamma特性函數(shù)三者之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，進(jìn)行問(wèn)題描述的轉(zhuǎn)化，從而建立數(shù)學(xué)優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，得到一個(gè)有約束的數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題；其中的約束條件由Gamma特性函數(shù)、輸入亮度信號(hào)亮度分布概率密度函數(shù)自身的特性得到；對(duì)于所述的有約束數(shù)學(xué)優(yōu)化問(wèn)題進(jìn)行求解，以確定伽瑪特性參數(shù)；根據(jù)所述伽瑪特性參數(shù)對(duì)伽瑪環(huán)節(jié)進(jìn)行伽瑪校正。本發(fā)明全盲的伽碼特性參數(shù)確定方法降低了Gamma校正適用的前提條件要求，從而提高了Gamma校正易用性，拓寬了Gamma校正的應(yīng)用范圍。
文檔編號(hào)H04N9/69GK101132538SQ20061011181
公開(kāi)日2008年2月27日 申請(qǐng)日期2006年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2006年8月23日
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