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CN1477880A - 带有色彩保存的自适应对比度和亮度的增强 - Google Patents

带有色彩保存的自适应对比度和亮度的增强 Download PDF

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CN1477880A
CN1477880A CNA03125022XA CN03125022A CN1477880A CN 1477880 A CN1477880 A CN 1477880A CN A03125022X A CNA03125022X A CN A03125022XA CN 03125022 A CN03125022 A CN 03125022A CN 1477880 A CN1477880 A CN 1477880A
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Abstract

提供了一种用于根据输入的视频信号的电平选择性地增强对比度同时保存色彩的方法和装置。一种用于增强在显示器设备上显示的视频信号的对比度和亮度的装置，包括：一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，降低亮度信号电平以响应第一控制信号，并输出色调信号和电平已经降低的亮度信号；一图像转换电路，其从第一亮度电平变换单元接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及一第二亮度电平变换电路，其从图像转换电路接收RGB视频信号，同时增加RGB视频信号的各个电平以响应第二控制信号，并输出电平已经增加的RGB视频信号。期望所述显示设备可以是彩色显象管(“CDT”)、薄膜电阻液晶显示器(“TFT－LCD”)、或者等离子显示面板(“PDP”)。

Description

带有色彩保存的自适应对比度和亮度的增强
技术领域
本发明涉及视频图像信号处理，尤其涉及一种用于保存在显示设备显示图像的色彩的自适应对比度和亮度增强方法和装置。
背景技术
在视频图像信号处理方面，在输出到显示设备的视频图像的动态范围受到限制的环境中，通过线性函数控制或者转换输入视频图像的电平以增强这些视频图像的对比度是公知的。在此情况下，该非线性函数是事先固定的或者是根据输入视频图像的直方图可变的。
在通过非线性函数直接变换输入的视频图像电平的情况下，将产生不希望的白色成分，而且饱和度降低。在所限定范围内的视频图像的特定电平处的对比度可以提高，但是，为了提高对比度同时保持色调，已经提出了根据输入的视频图像的RGB矢量的亮度方向分量调整增益的方法。此方法涉及增加由于它的亮度方面的分量大而接近无彩色信号的扩展增益，同时降低具有高饱和和大色差分量的信号扩展增益。
此技术可能增加整体亮度同时维持色饱和。不过，它的缺点在于使得仅仅根据图像色彩调整增益使得取决于视频图像的亮度电平的选择性扩展成为不可能，而且，由于动态范围的扩展会出现饱和。
因此，存在对于根据输入视频信号的电平同时保存彩色选择性地提高对比度的一种系统和方法的需求。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种用于增强在显示设备上显示的视频信号的对比度和亮度的装置。该装置包括一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，降低亮度信号电平以响应第一控制信号，并输出色调信号和电平已经降低的亮度信号；一图像转换电路，其从第一亮度电平变换单元接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及一第二亮度电平变换电路，其从图像转换电路接收RGB视频信号，同时增加RGB视频信号的各个电平以响应第二控制信号，并输出电平已经增加的RGB视频信号。这里，显示设备可以是彩色显象管(″CDT″)，薄膜电阻液晶显示器(″TFT-LCD″)，或者等离子显示面板(″PDP″)。
或者，所述装置可以包括：一第一图像转换电路，其将输入的RGB视频信号转换成亮度和色调信号；一最大值输出电路，其接收RGB视频信号，比较彼此的RGB信号电平，并且输出红、绿，和蓝信号中具有最大电平的一个；一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，降低亮度信号电平以响应第一控制信号，并输出色调信号和电平已经降低的亮度信号；一第二图像转换电路，其从第一亮度电平变换单元接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及一第二亮度电平变换电路，其从第二图像转换电路接收RGB视频信号，同时增加各个RGB视频信号的电平以响应最大值输出电路的输出信号和第二控制信号，并输出电平已经增加的RGB视频信号。
一种用于增强在根据本发明的显示设备上所显示的视频信号的对比度和亮度的装置，它可以包括：一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，利用色调信号的统计特性降低亮度信号电平并输出其结果；一色调控制电路，其从第一亮度电平变换电路接收输出信号，旋转并转换该色调信号，以响应控制信号，并输出结果；一图像转换电路，其从控制电路接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及一第二亮度电平变换电路，其从图像转换电路接收RGB视频信号，并利用亮度信号的统计特性增加RGB视频信号的各个电平。这里，显示设备可以是CDT、TFT-LCD或者PDP。色调信号的统计特性是指色调信号的平均值，而亮度信号的统计特性是指亮度信号的平均值。
该装置可以包括：一第一图像转换电路，其将输入的RGB视频信号转换成亮度和色调信号；一最大值输出电路，其接收RGB视频信号，比较彼此的RGB信号电平，并且，输出红、绿，和蓝信号中具有最大电平的一个；一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，利用色调信号的统计特性降低亮度信号电平，并输出其结果；一色调控制电路，其从第一亮度电平变换电路接收输出信号，旋转并转换该色调信号，以响应控制信号，并输出结果；一第二图像转换电路，其从色调控制电路接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及一第二亮度电平变换电路，其利用最大值输出电路的输出信号以及亮度信号的统计特性增加各个RGB视频信号的电平。
根据本发明的另一方面，提供一种用于增强在显示设备上显示的视频信号的对比度和亮度的方法。该方法包括步骤：
接收包括亮度和色调信号的第一视频信号，降低亮度信号电平以响应第一控制信号，并输出包括电平已经降低的亮度信号的第二视频信号；接收该第二视频信号，并将它们转换成RGB视频信号；以及接收RGB图像信号，同时增加RGB视频信号的各个电平以响应第二控制信号，并输出电平已经增加的RGB视频信号。
这里，第一和第二控制信号分别从用于当前帧的色调信号和亮度信号的统计特性中产生。这些统计特性可以是最小值、平均值、最大值或者直方图。
或者，第一控制信号也可以从以前和当前的帧的色调信号的平均值的加权平均产生。
一种用于增强在根据本发明的显示设备上所显示的视频信号的对比度和亮度的方法，它可以包括步骤：(a)将输入的RGB图像信号转换成亮度和色调信号；(b)接收RGB视频信号，比较彼此的RGB信号电平，并且，输出红、绿，和蓝信号中具有最大电平的一个；(c)接收亮度和色调信号，降低亮度信号电平以响应第一控制信号，并输出电平已经降低的亮度信号以及色调信号；(d)接收在步骤(c)中的电平已经降低的亮度信号以及色调信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及(e)接收在步骤(d)中所输出的RGB信号，同时增加RGB视频信号的各个电平以响应在步骤(b)中所产生的输出信号和第二控制信号，并且输出电平已经增加的RGB视频信号。
附图说明
本发明的上述目的和优点将通过参照附图及对其优选实施例的详细描述而变得更加清楚，其中：
图1显示根据本发明的第一个实施例的对比度和亮度增强装置的框图；
图2显示在根据本发明的第一亮度电平变换电路中所使用的示范性过渡函数的图表；
图3显示在根据本发明的第一亮度电平变换电路中所使用的示范性亮度电平转换函数的图表；
图4显示在根据本发明的第二亮度电平变换电路中所使用的示范性过渡函数的图表；
图5显示在根据本发明的第二亮度电平变换电路中所使用的示范性亮度电平转换函数的图表；
图6显示根据本发明的第二实施例的对比度和亮度增强装置的框图；
图7显示根据本发明的第二实施例的对比度和亮度增强装置的框图；
具体实施方式
现在参照显示本发明优选实施例的附图描述本发明的实施例。不同附图中的相同参考编号代表相同元素。
参照图1，根据本发明的第一实施例的对比度和亮度增强装置100包括：一第一图像转换电路10，一最大值输出电路20，一第一亮度电平变换电路30，一第二图像转换电路40，一第二亮度电平变换电路50，和一电平平滑电路60。
第一图像转换电路10接收输入的RGB视频信号(RGB)，将RGB信号转换成YCbCr彩色空间，并将数字亮度Y和色调信息输出到第一亮度电平变换电路30。该色调信息包括两个色差分量Cb和Cr。Cb代表蓝色信号和参考信号的差值，而，Cr代表红色信号和参考信号的差值。因此，第一图像转换电路10将8比特RGB数据转换成8比特YCbCr数据。最大值输出电路20接收输入的RGB视频信号(RGB)，比较RGB视频信号的彼此电平，并且将RGB视频信号(RGB)中具有最大电平的信号M1输出到第二亮度电平变换电路50。在具有第一和第二比较器的最大值输出电路20的情形中，第一比较器接收蓝色B和绿色G视频信号(RGB)，比较这些视频信号的彼此电平，并且输出比较结果。所述第二比较器接收红色R视频信号和来自第一比较器的输出信号，比较这些信号的彼此电平，并输出其比较结果。因此，第二比较器的输出信号M1是具有R、G和B视频信号中的最大电平的视频信号。
第一亮度电平变换电路30从第一图像转换电路10接收输出信号YCbCr，利用图2和3所示的函数和下面的等式(1)仅仅降低亮度信息Y的电平(或者亮度信号)以响应第一控制信号CHM，并将结果Y′CbCr输出到第二图像转换电路40。即，第一亮度电平变换电路30仅仅将亮度信号Y的电平降低预定增益C_gain。
图2显示在根据本发明的第一亮度电平变换电路30中所使用的、由参考编号120所示的过渡函数f(CHM)或者f(WCHM)的例子。如图2所示的过渡函数f(CHM)或者f(WCHM)的斜率，或者值D或者E可以根据对比度和亮度的增强装置100的制造商而变化。输入值CHM或者WCHM可以在从0至255的范围内设置。
图3显示了在根据本发明的第一亮度电平变换电路30中所使用的、由参考编号130所示的亮度电平转换函数f(CM)的例子。函数f(A′)、f(B′)和f(C′)分别对应图2的f(A)、f(B)和f(C)。输入值CM可以是从0至255中的值。
参照图2和3，如果第一控制信号CHM具有值A、B和C，则亮度电平转换函数分别是f(A)、f(B′)和f(C′)。分别对应于第一控制信号CHM的值A、B和C的函数f(A′)、f(B′)和f(C′)可以由对比度和亮度的增强装置100的制造商和用户预先定义。
因此，第一亮度电平变换电路30利用如图2和3所示的函数通过等式(1)降低输入亮度信号Y，并将结果Y′CbCr输出到第二转换电路40。同样，第一亮度电平变换电路30通过等式(1)所计算的增益输出到第二亮度电平变换电路50。
    C_gain＝f(CM)/CM
    Y′＝Y/C_gain                     …(1)这里，CM表示两个色差分量(或者信号)Cb和Cr的最大值，而F(CM)是CM的输出值。Y和Y′分别表示第一亮度电平变换电路30的输入和输出信号。
为了防止在转换亮度电平时亮度信号Y超出颜色范围，第一亮度电平变换电路30将降低亮度信号Y的电平。由第二亮度电平变换电路50来补偿亮度信号Y的电平的降低。
参照图2和3，随着第一控制信号CHM增加，增益C_gain降低。例如，假定第一控制信号CHM的值是A而两个色差信号Cb和Cr的最大值是CM，则第一亮度电平变换电路30利用函数f(A′)计算增益C_gain(＝f(CM_A/CM))，并利用该增益降低亮度信号Y的电平。第二信号转换电路40接着从第一亮度电平变换电路30接收输出信号Y′CbCr，并将它们转换成RGB视频信号，并且将结果R1G1B1输出给第二亮度电平变换电路50。第二亮度电平变换电路50接收最大值输出电路20的输出信号M1、来自第一亮度电平变换电路30的增益C_gain、来自第二图像转换电路40的视频信号R1G1B1以及第二控制信号LUM，利用下面的等式(2)和(3)增加视频信号R1G1B1的增益，并且将结果R2G2B2输出到电平平滑电路60。第二亮度电平变换电路50生成启动信号EN，用于启动电平平滑电路60，并将其输出到电平平滑电路60。
     Gain＝f(M1)/M1
     Y__gain＝Min{(Gain×Y/C_gain，255/Max(R1，G1，B1))}  …(2)
图4显示在根据本发明的第二亮度电平变换电路50中所使用的、由参考编号140所示的过渡函数f(LUM)或者f(WLUM)的例子。过渡函数f(LUM)或者f(WLUM)的斜率，或者如图4所示的值E或者I可以根据对比度和亮度的增强装置100的制造商或者用户而变化。
图5显示在根据本发明的第二亮度电平变换电路50中所使用的并且一般由参考编号150所示的亮度电平转换函数f(M1)的例子。如图5所示的函数f(F′)、f(G′)和f(H′)分别对应图4的f(F)、f(G)和f(H)。函数f(F′)、f(G′)和f(H′)可以由对比度和亮度的增强装置100的制造商和用户预先定义。
参照图4和5，第二控制信号LUM的值越大，则由等式(2)所获得的增益越小。
为了确保色彩的保存，第二亮度电平变换电路50计算Gain×C_gain和255/Max(R1，G1，B1)中的较小增益Y_gain，增加R1，G1，B1视频信号的增益，并将结果R2G2B2输出到电平平滑电路60。
             R2＝Y_gain×R1
             G2＝Y_gain×G1
             B2＝Y_gain×B1    …(3)
电平平滑电路60一个象素一个象素地过滤出第二亮度电平变换电路50的输出信号R2G2B2以响应启动信号EN，并将结果R3G3B3输出到诸如彩色显象管(CDT)、薄膜电阻液晶显示器(TFT-LCD)或者等离子显示面板(PDP)的显示设备。
电平平滑电路60利用加权值过滤出原来的和当前的象素值。因此，如果激活启动信号EN或者如果第二亮度转换电路50的输出信号R2G2B2的电平被扩展，则电平平滑电路60以扩展亮度电平的间隔选择性地执行平滑。
即，在转换亮度信号电平时，为了抑制亮度信号的电平的间隔处的噪声放大，在电平被扩展的区域选择性地进行低通滤波。通过如此处理，电平平滑电路60将防止第二亮度电平变换电路50的输出信号R2G2B2的突变。
或者，对比度和亮度的增强装置100可以包括第一图像转换电路10、第一亮度电平变换电路30、第二图像转换电路40、第二亮度电平变换电路50以及电平平滑电路60。10、30、40、50和60的各个电路的操作和功能和上述电路10、30、40、50和60基本相同。
图6是根据本发明的第二实施例的对比度和亮度增强装置200的框图。参照图6，对比度和亮度增强装置200包括：一第一图像转换电路10，一最大值输出电路20，一图像统计估计电路250，一第一亮度电平变换电路30，一色调控制电路210，一第二图像转换电路220，一第二亮度电平变换电路230和一电平平滑电路240。
第一图像转换电路10接收输入的RGB视频信号，并将RGB信号转换成YCbCr彩色空间，并将数字亮度信息(或者信号)Y和色调信息(或者信号)输出到图像统计估计电路250和第一亮度电平变换电路30。色调信息和信号包括两个色差分量(或者信号)Cb和Cr。Cb表示蓝色信号和参考信号的差值，而Cr表示红色和参考信号的差值。最大值输出电路20和图1的对应元件20具有相同的结构和功能，从而略去对其的详细描述。
图像统计估计电路250包括一亮度统计计算单元251和一色调统计计算电路253。亮度统计计算单元251从第一图像转换电路10仅仅接收输出信号YCbCr中的亮度信息Y，计算当前帧的亮度信息Y的平均值，并且将结果LUM输出到第二亮度电平变换电路230。例如，如果用8个比特表示亮度信息Y，则亮度统计计算电路251输出作为LUM电平的256个电平中的一个。色调统计计算电路253从第一图像转换电路10中接收输出信号YCbCr中的色调信息Cb和Cr，计算当前帧的色调信息的平均值，并且将结果CHM输出到第一亮度电平变换电路30。例如，如果用8个比特表示色调信息Cb和Cr，则色调统计计算电路253输出作为CHM电平的256个电平中的一个。这里，色调统计计算电路253可以计算两个色差信号Cb和Cr的最大值的平均Mean(Max(Cb，Cr))，或者两个色差信号Cb和Cr的最大值Max(Max(Cb，Cr))，并输出所述结果。
第一亮度电平变换电路30从第一图像转换电路10接收输出信号YCbCr，利用图2和图3所示的函数以及上述的等式(1)仅仅降低亮度信息Y(或者亮度信号)的电平以响应来自色调统计计算电路253的输出信号CHM，并且将所述结果Y′CbCr输出到色调控制电路210。此外，第一亮度电平变换电路30将利用等式(1)所计算的增益C_gain输出到第二亮度电平变换电路230。
这里，在第一亮度电平变换电路30中用来降低亮度信息Y的电平的原理和在图1的亮度电平转换电路30中所用的原理一样。因此，类似地，第一亮度电平变换电路30能够利用图2和3所示的函数降低亮度信息Y的电平。
为了防止在转换期间亮度信号Y超出颜色范围，第一亮度电平变换电路30将降低亮度信号Y的电平。由第二亮度电平变换电路230补偿在亮度信号Y中的降低。
色调控制电路210接收来自第一亮度电平变换电路30的输出信号Y′CbCr，并利用等式(4)旋转和转换两色差分量Cb和Cr，以响应控制信号θ，并且将结果Y″Cb′Cr′输出到第二图像转换电路220。从外部输入控制信号θ。
例如，可以通过屏上显示(on screen display)控制信号θ。控制信号θ是用于旋转两个色差信号Cb和Cr的坐标一个预定角度的变量。控制信号θ可以被设置为一预定角度，cosθ，和sinθ。色调控制电路210可以包括与控制信号θ的查询表。
          Y″＝0.5×Y′
          Cb′＝0.5×(cosθ×Cb+sinθ×Cr)
          Cr′＝0.5×(-sinθ×Cb+cosθ×Cr)    …(4)
色调控制电路210利用等式(4)降低两个色差信号Cb和Cr的亮度电平Y′以防止它们超出颜色范围。在等式(4)中所使用的标度因子(scaling factor)(0.5)可以变化。
第二图像转换电路220从色调控制电路210接收输出信号Y″Cb′Cr′，将它们转换成RGB视频信号，并将结果R1G1B1输出到第二亮度电平变换电路230。
第二亮度电平变换电路230从最大值输出电路20接收输出信号M1、从第一亮度电平变换电路30接收增益C_gain、从第二图像转换电路220接收视频信号R1G1B1、并从亮度统计计算电路251接收亮度信号LUM，利用如下的等式(3)和等式(5)增加视频信号R1G1B1的各个增益，并将结果R2G2B2输出到电平平滑电路240。
而且，第二亮度电平变换电路230生成用于启动电平平滑电路240的启动信号EN，并把它输出到电平平滑电路240。
    Gain＝f(M1)/M1
    Y_gain＝Min((Gain×C_gain×2)，255/Max(R1 G1，B1))  …(5)
在第二亮度电平变换电路230中用于计算增益的原理和在图1的第二亮度电平变换电路50中用于计算增益的原理基本上一致。因此，和图1的转换电路50类似，第二亮度电平变换电路230能够利用图4所说明的过渡函数，和在图5中所说明的各个亮度电平转换函数f(F′)、f(G′)和f(H′)计算最大值输出电路30的输出信号M1的增益。
第二亮度电平变换电路230输出Gain×C_gain×2和255/Max(R1，G1，B1)中的最小一个增益Y_gain以确保色彩的保存。而且，第二亮度电平变换电路230用Gain和标度因子即增益C_gain相乘，以补偿在第一亮度电平变换电路30和色调控制电路210的增益降低。
电平平滑电路240的配置和功能与图1的对应部分60相同，因此省略详细描述。
图6的对比度和亮度增强装置200能够利用诸如平均值、最小值、最大值以及以帧为单位输入的视频信号(或者图像)的直方图的统计特性，自适应地控制亮度信号Y和色差信号Cb和Cr。根据本发明的装置200能够自适应地控制在整个显示器或者其一部分上所显示的静止图像的对比度和亮度。因此，装置200能够利用如图3和5所示的非线性函数控制输入象素的对比度而抑制在控制对比度时可能出现的饱和度的变化。
图7是根据本发明的第三实施例的对比度和亮度增强装置300的框图。参照图7，对比度和亮度增强装置300包括：一第一图像转换电路10、一最大值输出电路20、一图像统计估计电路250、一第一亮度电平变换电路31、一色调控制电路210、一第二图像转换电路220、一第二亮度电平变换电路230、以及一电平平滑电路240。
第一图像转换电路10接收输入的RGB视频信号，并将该RGB信号转换成YCbCr颜色空间，并将数字亮度信息(或者信号)Y和色调信息(或者信号)输出到图像统计估计电路250和第一亮度电平变换电路31。最大值输出电路20的配置和功能与图1的对应元件一致，因此，将省略对其的详细描述。
图像统计估计电路250由下述电路组成：第一和第二亮度统计计算电路251和253以及第一和第二色调统计计算电路255和257。第一亮度统计计算电路251仅仅接收第一图像转换电路10的输出信号YCbCr中的亮度信息Y，计算用于当前帧的亮度信息Y的统计特性(例如，平均值)，并将结果LUM输出到第二亮度统计计算电路253。第二亮度统计计算电路253接着计算用于在先和当前的帧的亮度信息Y的统计特性(例如，平均值)的加权平均(或者均值)，并将结果WLUM输出到第二亮度电平变换电路231。利用加权平均的目的在于抑制当前帧的亮度信息Y的统计特性的快速变化。因此，第二亮度统计计算电路253可以累积计算用于全部帧的亮度信息Y的统计特性(平均值)。
在第二亮度统计计算电路253中所使用的加权平均可以利用如下等式(6)计算：
         加权平均＝(1-w)×M_cf+w×M_pf  …(6)其中，w、M_cf和M_pf分别表示加权、用于当前帧的亮度信息Y的平均值和用于以前帧的亮度信息Y的平均值。这里，w大于等于0而小于1。
第一和第二亮度统计特性计算电路251和253能够计算包括亮度信息Y的最小值、平均值、最大值和直方图的任何或者全部统计特性。
第一色调统计计算电路255从图像转换电路10中接收输出信号YCbCr中的色调信息Cb和Cr，计算用于当前帧的色调信息的统计特性(例如，平均值)，并将结果CHM输出到第二色调统计计算电路257。这里，第一色调统计计算电路255可以计算两个色差信号Cb和Cr的最大值的平均值Mean(Max(Cb，Cr))从第一图像转换电路10中接收输出信号YCbCr中的色调信息Cb和Cr，或者两个色差信号Cb和Cr的最大值Max(Max(Cb，Cr))，并输出所述结果。
第二色调统计计算电路257计算用于以前和当前帧的色调信息的统计特性(例如，平均值)的加权平均(或者，均值)，并将结果WCHM输出到第一亮度电平变换电路31。因此，第二色调统计计算电路257可以累积计算用于所有帧的色调信息的统计特性(平均值)。
在第二色调统计计算电路257中所使用的加权平均可以利用上述等式(6)计算。在此情况下，M_cf和M_pf分别表示当前和以前帧的色调信息Y的平均值。
例如，当第一和第二色调统计计算电路255和257每一个都可以两个色差信号Cb和Cr的最大值的均值时，第二色调统计计算电路257可以累积计算用于所有帧的两个色差分量的较大值的均值。
第一亮度电平变换电路31的功能和图6的对应部分30相同。第一亮度电平变换电路31从第一图像转换电路10接收输出信号YCbCr，利用图2和3所示的函数和上述等式(1)仅仅降低亮度信息Y的电平，以响应来自第二色调统计计算电路257的输出信号，并将结果Y′CbCr输出给色调控制电路210。
色调控制电路210的操作和功能和图6的相同元件210一样。具体地讲，色调控制电路210从第一亮度电平变换电路31接收输出信号Y′CbCr，利用上述等式(4)旋转和转换两个色差分量Cb和Cr，以响应控制信号θ。并将结果Y″Cb′Cr′输出到第二图像转换电路220。第二图像转换电路220从色调控制电路210接收输出信号Y″Cb′Cr′，将它们转换成RGB视频信号，并将结果R1G1B1输出到第二亮度电平变换电路231。即，第二图像转换电路220将YCbCr数据转换成RGB信号。
第二亮度电平变换电路的功能和操作和图6的对应部分230一样。即，第二亮度电平变换电路230从最大值输出电路20接收输出信号M1，从第一亮度电平变换电路31接收增益C_gain、从第二图像转换电路220接收视频信号R1G1B1、并从第二亮度统计计算电路253接收亮度信号WLUM，利用等式(3)和等式(5)增加视频信号R1G1B1的增益，并将结果R2G2B2输出到电平平滑电路240。
电平平滑电路240一个象素一个象素地过滤出第二亮度电平变换电路231的输出信号R2G2B2，以响应启动信号EN，并将结果R3G3B3输出到诸如彩色显象管(CDT)、薄膜电阻液晶显示器(TFT-LCD)或者等离子显示面板(PDP)。电平平滑电路240具有和图6的相应元件240相同的配置。
图7的对比度和亮度增强装置300具有能够利用诸如以帧为单位输入的视频图像的平均值、最小值、最大值和直方图的统计特性，来自适应地控制亮度信号Y和/或色差信号Cb和Cr。根据本发明的装置300能够自适应地对在整个显示屏或者其部分屏上所显示的运动图像的对比度和亮度进行控制。
根据本发明的公开的用于保存图像色彩的自适应对比度和亮度增强方法可以参照图1至4被更清楚地理解。根据本发明的实施例的对比度和亮度增强装置可以在单个芯片或者在芯片上设计的系统中实现。
如上所述，用于保存视频图像的自适应对比度和亮度增强方法和装置根据输入的视频图像的电平促进对比度的增强，而抑制在扩展对比度时可以出现的色彩变化。
相关技术领域的普通技术人员根据在此的启示可以容易地确定本披露的这些和其他的特性和优点。可以理解，本公开的启示可以用硬件、软件、固件、专用处理器或者它们的组合来实现。
例如，本发明可以用计算机可读介质中的计算机可读代码来实现。这里，计算机可读介质可以是能够存储由计算机系统能够读出的数据的任何一种记录装置，例如，只读存储器(“ROM”)、随机存储器(“RAM”)磁带、软盘、光数据存储设备等。此外，例如，计算机可读介质可以是通过因特网传输数据的载波。计算机可读记录介质能够分散地安装在连接到网络的计算机系统，并通过分布式计算环境存储和实现计算机可读代码。
而且，本公开的启示最好用软硬件组合来实现。并且，软件最好以程序存储单元明白地实现的应用程序实现。该应用程序可以由包括任何适当的结构的机器加载和执行。最好，本机器在具有诸如一个或者多个中央处理器(“CPU”)、随机存储存储器(“RAM”)以及输入/输出(“I/O”)接口的硬件的计算机平台上实现。计算机平台也可以包括操作系统和微指令代码。在此描述的各种处理和功能可以要么是微指令代码部分、要么是应用程序红色部分，或者它们的组合，它们都能够由计算机来执行。此外，各种其他的外设单元可以被连接到诸如附加的数据存储单元和打印单元的计算机平台。
尽管参照附图已经在此描述了说明性实施例，但是要懂得本披露不限于那些明确的实施例，在不脱离本披露的范围和实质的情况下，相关领域的普通技术人员可以实施各种变化和修改。所有这些修改和变化包括在如所附的权利要求书所提出的本公开的范围内。

Claims (35)

1.一种用于增强在显示设备上显示的视频信号的对比度和亮度的装置，该装置包括：
一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，降低亮度信号电平以响应第一控制信号，并输出色调信号和电平已经降低的亮度信号；
一图像转换电路，其从第一亮度电平变换单元接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及
一第二亮度电平变换电路，其从图像转换电路接收RGB视频信号，同时增加RGB视频信号的各个电平以响应第二控制信号，并输出电平已经增加的RGB视频信号。
2.如权利要求1所述的装置，其中，显示设备可以是彩色显象管，薄膜电阻液晶显示器，或者等离子显示面板。
3.一种用于增强显示器设备所显示的视频信号的对比度和亮度的装置，该装置包括：
一第一图像转换电路，其将输入的RGB视频信号转换成亮度和色调信号；
一最大值输出电路，其接收RGB视频信号，比较彼此的RGB信号电平，并且，输出红、绿，和蓝信号中具有最大电平的一个；
一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，降低亮度信号电平以响应第一控制信号，并输出色调信号和电平已经降低的亮度信号；
一第二图像转换电路，其从第一亮度电平变换单元接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及
一第二亮度电平变换电路，其从第二图像转换电路接收RGB视频信号，同时增加各个RGB视频信号的电平以响应最大值输出电路的输出信号和第二控制信号，并输出电平已经增加的RGB视频信号。
4.一种用于增强在显示设备显示的视频信号的对比度和亮度的装置，该装置包括：
一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，利用色调信号的统计特性降低亮度信号电平并输出其结果；
一色调控制电路，其从第一亮度电平变换电路接收输出信号，旋转并转换该色调信号以响应控制信号，并输出结果；
一图像转换电路，其从控制电路接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及
一第二亮度电平变换电路，其从图像转换电路接收RGB视频信号，并利用亮度信号的统计特性增加RGB视频信号的各个电平。
5.如权利要求4所述的装置，其中，所述显示设备是彩色显象管、薄膜电阻液晶显示器或者等离子显示面板。
6.如权利要求4所述的装置，其中，所述色调信号是两个色差信号Cb和Cr。
7.如权利要求4所述的装置，其中，所述色调信号的统计特性是色调信号的平均值。
8.如权利要求4所述的装置，其中，所述亮度信号的统计特性是亮度信号的平均值。
9.一种用于增强在显示设备上显示的视频信号的对比度和亮度的装置，该装置包括：
一第一图像转换电路，其将输入的RGB视频信号转换成亮度和色调信号；
一最大值输出电路，其接收RGB视频信号，比较彼此的RGB信号电平，并且，输出红、绿，和蓝信号中具有最大电平的一个；
一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，利用色调信号的统计特性降低亮度信号电平，并输出其结果；
一色调控制电路，其从第一亮度电平变换电路接收输出信号，旋转并转换该色调信号，以响应控制信号，并输出结果；
一第二图像转换电路，其从色调控制电路接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及
一第二亮度电平变换电路，其利用最大值输出电路的输出信号以及亮度信号的统计特性增加各个RGB视频信号的电平。
10.如权利要求1所述的装置，其中，所述色调信号的统计特性是当前帧的色调信号的平均值。
11.如权利要求9所述的装置，其中，所述亮度信号的统计特性是当前帧的亮度信号的平均值。
12.如权利要求9所述的装置，其中，所述色调信号的统计特性是以前帧和当前帧的色调信号的平均值的加权平均。
13.如权利要求9所述的装置，其中，所述亮度信号的统计特性是以前帧和当前帧的亮度信号的平均值的加权平均。
14.如权利要求9所述的装置，其中，所述色信号的统计特性是对所有帧所计算的累积加权平均，并且，所述加权平均由下述等式表示：
          加权平均＝(1-w)×M_cf+w×M_pf其中，w、M_cf和M_pf分别表示权、用于当前帧的色调信息的平均值和用于以前帧的色调信息的平均值，并且w大于等于0而小于1。
15.如权利要求9所述的装置，其中，所述亮度信号的统计特性是对包括所有帧的色调信号所计算的累积加权平均，并且所述加权平均由下述等式表示：
          加权平均＝(1-w)×M_cf+w×M_pf其中，w、M_cf和M_pf分别表示加权、用于当前帧的亮度信息的平均值和用于以前帧的亮度信息的平均值，并且w大于等于0而小于1。
16.如权利要求9所述的装置，其中，所述色调控制电路降低来自第一亮度电平变换电路的输出信号电平，以防止它们在旋转和转换所述色调信号时超过所述颜色范围，并输出所述色调结果。
17.一种用于增强在显示设备上显示的视频信号的对比度和亮度的装置，该装置包括：
一第一图像转换电路，其将输入的RGB视频信号转换成亮度和色调信号；
一最大值输出电路，其接收RGB视频信号，比较彼此的RGB信号电平，并且，输出红、绿，和蓝信号中具有最大电平的一个；
一信号统计估计电路，其分别接收亮度和色调信号，分别计算所接收信号的统计特性，并输出第一和第二参数；
一第一亮度电平变换单元，其接收亮度和色调信号，降低亮度信号电平以响应所述第一参数，并输出其结果；
一色调控制电路，其从第一亮度电平变换电路接收输出信号，旋转并转换该色调信号，以响应控制信号，并输出色调结果；
一第二图像转换电路，其从色调控制电路接收输出信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号，并输出RGB结果；以及
一第二亮度电平变换电路，其增加从第二图像转换电路所输出的各个RGB视频信号的增益，以响应所述第二参数，并且输出从最大值输出电路输出的信号和从第二图像转换电路输出的RGB视频信号。
18.如权利要求17所述的装置，其中，所述第一参数是当前帧的色调信号的平均值。
19.如权利要求17所述的装置，其中，所述第二参数是当前帧的亮度信号的平均值。
20.如权利要求17所述的装置，其中，所述第一参数是以前帧和当前帧的色调信号的平均值的加权平均。
21.如权利要求17所述的装置，其中，所述第二参数是以前帧和当前帧的亮度信号的平均值的加权平均。
22.一种用于增强在显示设备上显示的视频信号的对比度和亮度的方法，该方法包括：
接收包括亮度和色调信号的第一视频信号，降低所述亮度信号电平以响应第一控制信号，并输出包括色调信号和电平已经降低的亮度信号的第二视频信号；
接收所述第二视频信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及
接收所述RGB视频信号，同时增加RGB视频信号的各个电平以响应第二控制信号，并输出电平已经增加的RGB视频信号。
23.如权利要求22所述的方法，其中，所述第一控制信号从当前帧的色调信号的统计特性中产生。
24.如权利要求22所述的方法，其中，所述统计特性是最小值、平均值、最大值或者直方图。
25.如权利要求22所述的方法，其中，所述第二控制信号从用于当前帧的亮度信号的统计特性中产生。
26.如权利要求25所述的方法，其中，所述统计特性是最小值、平均值、最大值或者直方图。
27.如权利要求22所述的方法，其中，所述第一控制信号从以前帧和当前帧的色调信号的平均值的加权平均中产生。
28.如权利要求22所述的方法，其中，所述第二控制信号从以前帧和当前帧的亮度信号的平均值的加权平均中产生。
29.一种用于增强在显示设备上显示的视频信号的对比度和亮度的方法，该方法包括：
(a)将输入的RGB视频信号转换成亮度和色调信号；
(b)接收RGB视频信号，比较彼此的RGB信号电平，并且输出红、绿，和蓝信号中具有最大电平的一个；
(c)接收亮度和色调信号，降低所述亮度信号的电平以响应第一控制信号，输出电平已经降低的亮度信号和色调信号；
(d)接收在步骤(c)中输出的电平已经降低的亮度信号和色调信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及
(e)接收在步骤(d)中输出的所述RGB视频信号，同时增加RGB视频信号的各个电平，以响应在步骤(b)中所产生的输出信号和第二控制信号，并输出电平已经增加的所述RGB视频信号。
30.如权利要求29所述的方法，其中，所述第一控制信号是当前帧的色调信号的平均值。
31.如权利要求29所述的方法，其中，所述第二控制信号是当前帧的所述亮度信号的平均值。
32.如权利要求29所述的方法，其中，所述第一控制信号是从以前帧和当前帧的所述色调信号的平均值的加权平均中产生。
33.如权利要求29所述的装置，其中，所述第二参数是以前帧和当前帧的所述亮度信号的平均值的加权平均中产生。
34.一种机器可读的程序存储设备，具体包括有由所述机器可执行的指令程序，以执行用于增强在显示设备上显示的视频信号的对比度和亮度的程序步骤，所述程序步骤包括：
接收包括亮度和色调信号的第一视频信号，降低所述亮度信号电平以响应第一控制信号，并输出包括色调信号和电平已经降低的亮度信号的第二视频信号；
接收所述第二视频信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及
接收所述RGB视频信号，同时增加RGB视频信号的各个电平以响应第二控制信号，并输出电平已经增加的RGB视频信号。
35.一种机器可读的程序存储设备，具体包括有由所述机器可执行的指令程序，以执行用于增强在显示设备所显示的视频信号的对比度和亮度的程序步骤，所述程序步骤包括：
(a)将输入的RGB视频信号转换成亮度和色调信号；
(b)接收RGB视频信号，比较彼此的RGB信号电平，并且，输出红、绿，和蓝信号中具有最大电平的一个；
(c)接收亮度和色调信号，降低所述亮度信号的电平以响应第一控制信号，输出电平已经降低的亮度信号和色调信号；
(d)接收在步骤(c)中输出的电平已经降低的亮度信号和色调信号，并将所接收的信号转换成RGB视频信号；以及
(e)接收在步骤(d)中输出的所述RGB视频信号，同时增加RGB视频信号的各个电平，以响应在步骤(b)中所产生的输出信号和第二控制信号，并输出电平已经增加的所述RGB视频信号。
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