專利名稱：改善屏幕對比度的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及視頻后處理領(lǐng)域，尤其是數(shù)字電視視頻后處理領(lǐng)域的一種應(yīng)用于電視接收系統(tǒng)的改善屏幕對比度的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
眾所周知，數(shù)字電視視頻后處理領(lǐng)域，如機頂盒，數(shù)字電視一體機等由于受到攝像器材，攝像錄制環(huán)境視頻傳輸路徑等諸多客觀條件的限制，實際傳輸?shù)綑C頂盒/ 一體機的視頻信息可能會存在對比度范圍較小，圖像局部或整體偏暗，偏亮等諸多不足?，F(xiàn)有技術(shù)中在做對比度增強系統(tǒng)時一般都采用不同的RAM/R0M對視頻信號進行亮度統(tǒng)計，積分運算，Gamma表亮度轉(zhuǎn)換，或者采用非動態(tài)(非自適應(yīng))方式對所有輸入視頻進行同樣的對比度展寬。當(dāng)然，前者需要消耗過多的寄存器或RAM/R0M資源，而后者的處理痕跡則過于明顯，并且在處理質(zhì)量上有明顯不足。鑒于以上的問題，一種實用性好、可操作性能更高的實現(xiàn)自適應(yīng)對比度增強的方法及裝置的發(fā)明是勢在必行的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題主要是現(xiàn)有技術(shù)在做對比度增強電路時一般都采用不同的RAM/R0M對視頻信號進行亮度統(tǒng)計，積分運算，Gamma表亮度轉(zhuǎn)換，或者采用非動態(tài)(非自適應(yīng))方式對所有輸入視頻進行同樣的對比度展寬。前者需要消耗過多的寄存器或RAM/ROM資源，而后者的處理痕跡明顯，并且在處理質(zhì)量上有明顯不足等。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種應(yīng)用于電視接收系統(tǒng)的改善屏幕對比度的系統(tǒng)，其包括截斷直方圖統(tǒng)計，對整個屏幕的亮度信號分布特征做出統(tǒng)計；累計概率分布函數(shù)，得到對截斷區(qū)間內(nèi)的亮度信號的累計概率分布函數(shù)；Ga_a映射表，由累計概率分布函數(shù)得出對當(dāng)前屏幕顯示內(nèi)容的Ga_a映射表，查找該表得出基于直方圖統(tǒng)計的亮度映射值。即ー種改善屏幕對比度的方法，其實現(xiàn)包括如下步驟截斷直方圖統(tǒng)計，對整個屏幕的亮度信號分布特征做出統(tǒng)計；累計概率分布函數(shù)，得到對截斷區(qū)間內(nèi)的亮度信號的累計概率分布函數(shù)；生成Gamma映射表，由累計概率分布函數(shù)得出對當(dāng)前屏幕顯示內(nèi)容的Gamma映射表，查找該表得出基于直方圖統(tǒng)計的亮度映射值。所述方法的實現(xiàn)過程中僅使用一片靜態(tài)存儲器。所述靜態(tài)存儲器為256X24bit，其中256X 16bit用來存儲統(tǒng)計直方圖的亮度信息，256X8bit用來存儲亮度累計概率函數(shù)和Gamma映射表。所述靜態(tài)存儲器在實時視頻流的不同時間窗口內(nèi)對圖像進行直方圖的統(tǒng)計，計算亮度累計概率統(tǒng)計函數(shù)，并生成Ga_a映射表。根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述視頻圖像的亮度Gamma映射表每幀會根據(jù)當(dāng)前幀的亮度信號統(tǒng)計分布更新，以實現(xiàn)動態(tài)自適應(yīng)調(diào)整對比度。所述截斷直方圖的統(tǒng)計是在視頻圖像有效期間進行的，其他三個過程都在圖像的消隱期進行。ー種改善屏幕對比度的裝置，其包括如下模塊直方圖統(tǒng)計模塊，截斷直方圖統(tǒng)計，對整個屏幕的亮度信號分布特征做出統(tǒng)計；累計概率函數(shù)計算模塊，累計概率分布函數(shù)，得到對截斷區(qū)間內(nèi)的亮度信號的累計概率分布函數(shù)；Gamma映射表計算模塊,生成Gamma映射表，由累計概率分布函數(shù)得出對當(dāng)前屏幕顯示內(nèi)容的Gamma映射表，查找該表得出基于直方圖統(tǒng)計的亮度映射值。所述裝置的主要功能模塊在實現(xiàn)過程中僅使用一片靜態(tài)存儲器。 所述靜態(tài)存儲器為256X24bit，其中256X 16bit用來實現(xiàn)統(tǒng)計直方圖功能，256X8bi t用來實現(xiàn)亮度累計概率函數(shù)功能和Ga_a映射表。所述靜態(tài)存儲器在實時視頻流的不同時間窗口內(nèi)對圖像進行直方圖的統(tǒng)計，計算亮度累計概率統(tǒng)計函數(shù)，并生成Ga_a映射表。所述視頻圖像的亮度Gamma映射表每幀會根據(jù)當(dāng)前幀的亮度信號統(tǒng)計分布更新，以實現(xiàn)動態(tài)自適應(yīng)調(diào)整對比度。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過對原始視頻信息的統(tǒng)計分析，動態(tài)的調(diào)整輸出視頻的對比度，從而達到提升輸出視頻對比度范圍的目的，視頻圖像的質(zhì)量也會得到相應(yīng)改善。本發(fā)明采用一種動態(tài)自適應(yīng)的方式對整幅視頻圖像進行亮度值的重新統(tǒng)計分布，能夠?qū)討B(tài)對比度范圍進行有效擴展，并且人眼感知無明顯處理痕跡，播放動態(tài)視頻自然流暢。本發(fā)明僅采用一片256 X 24bit的SRAM即可完成動態(tài)自適應(yīng)對比度提升的所有處理功能，這樣做的硬件設(shè)計在消耗的硬件資源上具備相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。


通過以下對本發(fā)明的實施例結(jié)合其附圖的描述，可以進一歩理解其發(fā)明的目的、具體結(jié)構(gòu)特征和優(yōu)點。其中，附圖為圖I是本發(fā)明改善屏幕對比度的方法的流程示意圖；圖2是本發(fā)明改善屏幕對比度的方法對應(yīng)的裝置的模塊示意圖；圖3是本發(fā)明直方圖統(tǒng)計模塊裝置示意圖；圖4是本發(fā)明亮度直方示意圖；圖5是本發(fā)明改善屏幕對比度的方法的操作示意圖。
具體實施例方式本發(fā)明應(yīng)用于數(shù)字電視視頻后處理領(lǐng)域，如機頂盒，數(shù)字電視一體機等。本發(fā)明通過對原始視頻信息的統(tǒng)計分析，動態(tài)的調(diào)整輸出視頻的對比度，從而達到提升輸出視頻對比度范圍的目的，視頻圖像的質(zhì)量也會得到相應(yīng)改善。如圖1-5所示，本發(fā)明采用一種動態(tài)自適應(yīng)的方式對整幅視頻圖像進行亮度值的重新統(tǒng)計分布，能夠?qū)討B(tài)對比度范圍進行有效擴展，并且人眼感知無明顯處理痕跡，播放動態(tài)視頻自然流暢。本發(fā)明僅采用一片256 X 24bit的SRAM即可完成動態(tài)自適應(yīng)對比度提升的所有處理功能，其中256X16bit的SRAM用來存儲統(tǒng)計直方圖的亮度信息，256 X 8bit用來存儲亮度累計概率函數(shù)和Ga_a映射表，分別用同一片SRAM的低16位和高8位來實現(xiàn)，SRAM的控制信號線使用同一組即可。這樣做的硬件設(shè)計在消耗的硬件資源上具備相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。本發(fā)明是一種應(yīng)用于電視接收系統(tǒng)的改善屏幕對比度的方法及裝置，其包括直方圖統(tǒng)計模塊，截斷直方圖統(tǒng)計，對整個屏幕的亮度信號分布特征做出統(tǒng)計；累計概率函數(shù)計算模塊，累計概率分布函數(shù)，得到對截斷區(qū)間內(nèi)的亮度信號的累計概率分布函數(shù)；Ga_a映射表計算模塊，生成Ga_a映射表，由累計概率分布函數(shù)得出對當(dāng)前屏幕顯示內(nèi)容的Gamma映射表，查找該表得出基于直方圖統(tǒng)計的亮度映射值。該查找表會根據(jù)圖像內(nèi)容動態(tài) 更新。查找該表得出基于直方圖統(tǒng)計的亮度映射值，輸入視頻信號經(jīng)此Gamma映射表查找得出新的亮度值重現(xiàn)到屏幕上，即得到對比度動態(tài)展寬后的視頻信號。本發(fā)明利用了視頻信號的特征，對處理過程中需要緩存的數(shù)據(jù)進行了有效的時分復(fù)用處理，在視頻信號有效傳輸期間統(tǒng)計亮度信號分布，在視頻信號消隱期由同一片SRAM進行累積概率分布函數(shù)的計算和Gamma映射表的產(chǎn)生。整個處理電路僅使用了一片256 X 24bi t 的 SRAM。由于本發(fā)明涉及到的視頻接收設(shè)備處理的都是實時視頻流，所以無法由當(dāng)前幀的信息來對當(dāng)前幀的對比度進行調(diào)整。根據(jù)圖I所示，當(dāng)前視頻幀的動態(tài)對比度Gamma映射表是根據(jù)前一視頻幀的亮度信號統(tǒng)計得到的，由于視頻信號的連續(xù)性以及本發(fā)明在處理時采用的幀間平滑處理方式，這樣的準(zhǔn)實時方式在效果上可以做到非常接近實時處理。在實際操作中，可實現(xiàn)的具體實施方式
如下首先，過程一直方圖統(tǒng)計模塊，對當(dāng)前幀圖像的亮度信號進行截斷直方圖統(tǒng)計。如亮度精度為8bit，即亮度值區(qū)間為0 255，則對整幅圖像在0 255亮度區(qū)間內(nèi)進行計數(shù)統(tǒng)計。若在某一亮度值的統(tǒng)計計數(shù)大于某閾值(如整幅圖像總像素數(shù)的1% )，則認(rèn)為該點的亮度權(quán)重值過大，需要將多余的像素累加統(tǒng)計值計入剩余像素數(shù)iCountSurplus,在亮度閾值以內(nèi)的像素則計入統(tǒng)計值iValueCountln。令dNumAdd = iCountSurplus/256,該值為亮度區(qū)間范圍內(nèi)每點的平均剰余像素數(shù)。同時，也需對輸入像素亮度和進行累加統(tǒng)計以便計算出圖像的平均亮度VaTC。其次，過程ニ 累計概率函數(shù)計算模塊，計算累計亮度概率函數(shù)。設(shè)定最低和最高兩個閾值孔，TH，按照亮度值從低到高的順序?qū)財嘀狈綀D內(nèi)的統(tǒng)計點數(shù)進行累加，在累加值分別達到TL和TH時的亮度值就是圖I中所示典型最高和最低亮度。并且，在累加過程中進行亮度累計統(tǒng)計概率的計算dCDF[i] = (Count[i] + (1+i)*dNumAdd)*f (公式 I)其中i是當(dāng)前統(tǒng)計到的亮度值，Count[i]為統(tǒng)計到當(dāng)前亮度值時的累計統(tǒng)計個數(shù)，f為ー幀圖像總點數(shù)的倒數(shù)。接著，過程三計算理想平均亮度和調(diào)整系數(shù)Lemda，K及調(diào)整后的平均亮度。理想平均亮度由如下公式定義Vpsudo = (iValueCountIn+128*iCountSurplus)*f (公式 2)
定義非線性Gamma平均移動控制常數(shù)為5，直方圖均衡系數(shù)為0. 3，若0. 3* I Vave-Vpseudo I 小于 5，則調(diào)整系數(shù) Lemda = 0.3,否則 Lemda = 5* | Vave-Vpseudo | /256。調(diào)整后的平均亮度 Vadj = Lemda* | Vave-Vpseudo | +Vave調(diào)整系數(shù)K是個小于等于I. 5的常數(shù)，該值由典型最高和最低亮度值以及調(diào)整后的平均亮度Vatu經(jīng)由一系列公式演變之后得到。最后,過程四Ga_a映射表計算模塊,計算得出Ga_a映射表,對輸入的下一中貞視頻信號經(jīng)由當(dāng)前幀得出的Ga_a表重新映射，即可得到對比度自適應(yīng)增強的視頻信號。Gamma由前三個過程得到的中間變量經(jīng)由以下公式得出 Pl= (dCDF[i]*256_i)*Lemda ;P2 = (i-Vave) *K+VadJ ； (公式 3)G(i) = Pl*K+p2 ;為了保證輸出圖像的連續(xù)性,計算Gamma映射表過程中的參數(shù)Lemda和K均需要取連續(xù)若干幀的平均值。在整個處理過程中，只有過程一，即截斷直方圖的統(tǒng)計是在視頻圖像有效期間進行的，其他三個過程都在圖像的消隱期進行。一片256X24bit的SRAM在過程一中存儲直方圖在每ー個亮度值時的統(tǒng)計數(shù)值，以高清視頻信號為例，一幀圖像像素總數(shù)的I %為1920X1080X0.01 = 20376，故用SRAM的低16bi t即可完成對亮度信號截斷直方圖的統(tǒng)計。在過程ニ中，SRAM的高8bi t存儲256級亮度區(qū)間內(nèi)的每ー級亮度的累計亮度概率，在過程四中存儲亮度Gamma表映射值。具體的存儲方式如下所述過程ー如圖3-5所示，SRAM低16bit每幀的開始都需要初始化為0，實時的視頻流中的亮度信號直接作為SRAM的讀地址rd-addr，SRAM在接收到讀地址后的下一個時鐘周期給出讀數(shù)據(jù)rd-data,若當(dāng)前亮度值LumaData_in或者y與下一個時鐘周期的亮度數(shù)據(jù)y-dl不等,且y與再下一個時鐘周期的亮度數(shù)據(jù)y_d2相當(dāng)，則wr-data值為rd_data加2,否則wr-data值為rd-data加I寫回到SRAM,而wr-addr為rd-addr時鐘周期打兩拍后的值。其結(jié)果就會得到類似圖4的亮度直方圖。過程ニ過程ー的亮度直方圖統(tǒng)計結(jié)束之后，在視頻信號消隱期的開始用同一片SRAM存儲累計亮度概率函數(shù)。按照亮度從0到255的順序，依次讀出SRAM低16bit中存儲的亮度數(shù)量值Count [i]，根據(jù)公式1，所得到的亮度概率函數(shù)。該函數(shù)是個0到I之間的小數(shù)，為了存儲方便以及還原精度的要求，公式I得到的概率函數(shù)會被放大256倍存儲到同一片SRAM的高8bit里。過程三過程ニ概率函數(shù)統(tǒng)計結(jié)束之后，同樣在視頻信號的消隱期間，按照亮度從0到255的順序，將SRAM中存儲的概率函數(shù)dCDF[i]讀出，根據(jù)公式3計算Gamma映射表值，該值的變化范圍也是0到255，故可將每ー個亮度值對應(yīng)的Ga_a映射值存入同一片SRAM的高8bit中。至此,姆巾貞更新的自適應(yīng)Gamma映射表已經(jīng)生成,下ー巾貞的視頻信號亮度值需要讀取SRAM中相應(yīng)的Gamma映射值來修正，從而達到對比度增強的目的。這個過程和過程ー是同步進行的，每ー個像素的實時視頻流進來，讀出SRAM的24bit數(shù)據(jù)，其中的高8b it用來進行Gamma映射，低16bit用來進行過程一的截斷直方圖統(tǒng)計。整個流程如圖I、圖5所
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上述優(yōu)選實施例的描述使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能制造或使用本發(fā)明。這些實施例的各種修改對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說是顯而易見的，這里定義的一般原理可以被應(yīng)用于其它實施例中而不背離本發(fā)明的精神或范圍。因此，本發(fā)明并不限于這里示出的實施例，而要符合與這里掲示的原理和新穎特 征一致的最寬泛的范圍。
權(quán)利要求
1.一種改善屏幕對比度的方法，其特征在于，其包括如下步驟 截斷直方圖統(tǒng)計，對整個屏幕的亮度信號分布特征做出統(tǒng)計； 累計概率分布函數(shù)，得到對截斷區(qū)間內(nèi)的亮度信號的累計概率分布函數(shù)； 生成Ga_a映射表，由累計概率分布函數(shù)得出對當(dāng)前屏幕顯示內(nèi)容的Ga_a映射表,查找該表得出基于直方圖統(tǒng)計的亮度映射值。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述方法的實現(xiàn)過程中僅使用一片靜態(tài)存儲器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于所述靜態(tài)存儲器為256X24bit，其中256X16bit用來存儲統(tǒng)計直方圖的亮度信息，256X8bit用來存儲亮度累計概率函數(shù)和Gamma映射表。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3任一所述的方法，其特征在于所述靜態(tài)存儲器在實時視頻流的不同時間窗口內(nèi)對圖像進行直方圖的統(tǒng)計，計算亮度累計概率統(tǒng)計函數(shù)，并生成Ga_a映射表。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述視頻圖像的亮度Gamma映射表每幀會根據(jù)當(dāng)前幀的亮度信號統(tǒng)計分布更新，以實現(xiàn)動態(tài)自適應(yīng)調(diào)整對比度。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的方法，其特征在于所述截斷直方圖的統(tǒng)計是在視頻圖像有效期間進行的，其他過程都在圖像的消隱期進行。
7.一種改善屏幕對比度的裝置，其特征在于，其包括如下模塊 直方圖統(tǒng)計模塊，截斷直方圖統(tǒng)計，對整個屏幕的亮度信號分布特征做出統(tǒng)計； 累計概率函數(shù)計算模塊，累計概率分布函數(shù)，得到對截斷區(qū)間內(nèi)的亮度信號的累計概率分布函數(shù)； Gamma映射表計算模塊,生成Ga_a映射表，由累計概率分布函數(shù)得出對當(dāng)前屏幕顯示內(nèi)容的Gamma映射表，查找該表得出基于直方圖統(tǒng)計的亮度映射值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述裝置的主要功能模塊在實現(xiàn)過程中僅使用一片靜態(tài)存儲器。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于所述靜態(tài)存儲器為256X24bit，其中256父1613^用來實現(xiàn)統(tǒng)計直方圖功能，256\813^用來實現(xiàn)亮度累計概率函數(shù)功能和Gamma映射表。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9任一所述的裝置，其特征在于所述靜態(tài)存儲器在實時視頻流的不同時間窗口內(nèi)對圖像進行直方圖的統(tǒng)計，計算亮度累計概率統(tǒng)計函數(shù)，并生成Ga_a映射表。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述視頻圖像的亮度Gamma映射表每幀會根據(jù)當(dāng)前幀的亮度信號統(tǒng)計分布更新，以實現(xiàn)動態(tài)自適應(yīng)調(diào)整對比度。
12.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其特征在于所述截斷直方圖的統(tǒng)計是在視頻圖像有效期間進行的，其他過程都在圖像的消隱期進行。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種改善屏幕對比度的方法，其實現(xiàn)包括如下步驟截斷直方圖統(tǒng)計，對整個屏幕的亮度信號分布特征做出統(tǒng)計；累計概率分布函數(shù)，得到對截斷區(qū)間內(nèi)的亮度信號的累計概率分布函數(shù)；生成Gamma映射表，由累計概率分布函數(shù)得出對當(dāng)前屏幕顯示內(nèi)容的Gamma映射表，查找該表得出基于直方圖統(tǒng)計的亮度映射值；本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明通過對原始視頻信息的統(tǒng)計分析，動態(tài)的調(diào)整輸出視頻的對比度，從而達到提升輸出視頻對比度范圍的目的，視頻圖像的質(zhì)量也會得到相應(yīng)改善；本發(fā)明僅采用一片256×24bit的SRAM即可完成動態(tài)自適應(yīng)對比度提升的所有處理功能，這樣做的硬件設(shè)計在消耗的硬件資源上具備相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。
文檔編號H04N5/57GK102801938SQ201210307768
公開日2012年11月28日 申請日期2012年8月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月27日
發(fā)明者劉宇軒, 劉志恒, 孫軍, 戴楊, 管云峰 申請人:上海高清數(shù)字科技產(chǎn)業(yè)有限公司