專利名稱：任意過渡函數的實現的制作方法
技術領域：
本發明涉及用來按照給定函數FY=F(X)響應輸入值X提供輸出值Y的裝置和方法。本發明可以用于例如以數字方式進行γ校正的圖像處理系統。
開篇中定義的裝置可以用表格實現。例如，該表格可以包含每一個不同的輸入值X所要求的輸出值Y。若有較多不同的輸入值X，則表格會比較大。例如，具有10位的輸入值X需要含有1024個不同的輸出值的表格。
以下原理有可能使表格的尺寸減小。假定輸入值具有10位。5個較高位用于表格中。該表格含有32個表值。響應5個較高位，該表提供一個表值。該表值形成粗輸出值。輸入值的5個較低位用于內插器。響應5個較低位，內插器提供內插值。例如，內插器把5個較低位乘以內插系數。把內插值加到表值上，以便獲得輸出值。因此，這種實現任意過渡函數的原理被稱作“制表與內插”。屬于Trimedia家族的集成電路TM2700的特點就是按照這種原理進行γ校正。
本發明的一個目的是提供一種降低成本的方法。
本發明考慮到以下方面。“制表與內插”原理只能求出所需要的函數的近似值。假定輸入值的較低位為全零(0)。在這種情況下，便沒有內插。輸出值只由響應較高位而提供的表值形成。因而，輸出值的準確度只決定于表值的位數。
現在假定，較低位中至少有一位為1(1)。在這種情況下，就要根據較低位進行內插。這種內插產生內插值。輸出值將由表值和內插值形成。輸出值的準確度取決于內插的準確度和內插值對輸出值的貢獻。
內插的準確度一般隨著從一個輸入值間隔到另一個而改變。將存在一些其中所述準確度比較高的間隔和一些其中所述準確度比較差的間隔。
內插值對輸出值的貢獻取決于內插據以進行的較低位的位數。隨著內插據以進行的較低位的位數增大，內插值對輸出值提供較大的貢獻，因而輸出值的準確度降低。
假定采用先有技術的“制表與內插”原理。如何能夠達到令人滿意的準確度？于是必須識別出內插準確度較低的輸入值間隔。隨后，必須以這個間隔根據小到足以達到令人滿意的準確度的較低位位數進行內插。這就意味著在其他間隔的情況下準確度將會更好。不用于內插的位，亦即較高位應用于表格中。令整數K為應用于表格中的較高位的位數。在那種情況下，表格的尺寸將是2的K次冪。因而，表格的尺寸與可以以要求的準確度進行內插的位數直接相關。
按照本發明，一種裝置用以下方式按照給定的函數響應輸入值而提供輸出值。輸入部分從輸入值求出表輸入值和內插輸入值。輸入部分包括間隔檢測器，后者定義多個輸入值間隔。所述檢測器提供表示輸入值所處的間隔的間隔指示。輸入部分還包括輸入值形成器，后者用來隨著所述間隔指示而變地形成表輸入值和內插輸入值。表輸入值和內插輸入值根據間隔指示分別由輸入值的較高位部分和一些可變值的互補的較低位部分確定。表格響應所述表輸入值而提供表值。內插器響應所述內插輸入值而提供內插值。輸出部分把所述表值和所述內插值組合以獲得輸出值。
這樣，按照本發明，用來進行內插的位數是可變的，而在先有技術中所述位數是固定的。這就有可能在內插準確度較低的輸入值間隔的情況下使用較少的較低位來進行內插。同時，在內插較準確的輸入值間隔的情況下使用較多的較低位。這意味著在這樣的間隔的情況下，構成表格輸入值的較高位的位數較少。這樣，按照本發明所述表格將比先有技術小。
在某種程度上，可以說本發明使準確度在所有輸入值范圍內均等化，而且這對較小的表格有利。確實，按照本發明的裝置的輸入部分不像先有技術裝置的輸入部分那麼簡單，先有技術的輸入部分通過簡單的接線構成。但是表格尺寸的縮小在成本降低上的好處一般將大大超過較簡單的輸入部分的成本。因此，本發明有可能獲得成本的降低。
下面將參照附圖比較詳細地描述本發明和使本發明得以更有利地實施的其他特征。
圖1是舉例說明第一權利要求所定義的本發明的基本特征的概念圖；圖2是舉例說明按照本發明的圖像處理系統的方框圖；圖3是舉例說明γ校正函數以及用內插法求出這樣的函數的近似值的示意圖；以及圖4是舉例說明按照本發明的γ校正電路的方框圖。
以下的說明涉及參考符號。在所有附圖中相似的實體標以相同的參考符號。多個相似的實體可以出現在一個圖上。在那種情況下，參考符號后附的數字用來區分相似的實體。為了方便起見所述數字或后綴可以省略。這對說明書和權利要求書都適用。
圖1舉例說明本發明的上述基本特征。一種裝置用以下方法按照給定的函數F響應輸入值X提供輸出值Y。輸入部分INP從輸入值X求出表輸入值XT和內插輸入值XI。表TBL響應表輸入值XT提供表值YT。內插器INT響應內插輸入值XI提供內插值YI。輸出部分OUT把表值YT和內插值YI組合起來，以獲得輸出值Y。
輸入部分INP包括間隔檢測器DET，它定義多個輸入值間隔I1,I2。所述檢測器DET提供表示輸入值X所處的間隔I1的間隔指示IND。所述輸入部分INP還包括輸入值形成器IVC，后者用來根據間隔指示IND形成表輸入值XT和內插輸入值XI。表輸入值XT和內插輸入值XI根據間隔指示IND分別用輸入值的較高位部分MSP和一些可變值的互補的較低位部分LSP確定。
示于圖1中的特征可以用于例如圖像處理系統。許多圖像處理系統包括γ校正，用來補償圖像傳感器或顯示裝置的非線性。γ校正是一個非線性函數。
圖2說明圖像處理系統。該系統包括圖像解碼器DEC、顯示準備電路DPC和γ校正電路GCA。其基本工作過程如下。圖像解碼器DEC對編碼數據CD進行解碼，以便獲得代表一些圖像的解碼數據DD。顯示準備電路DPC處理解碼數據，以便例如通過關于每個圖像的行數和每行的像素數目的格式轉換來獲得所需要的顯示。另一個可能的處理操作時把正文、標記或圖像插入主圖像。顯示準備電路DPC以一連串二進制數值的形式提供視頻信號VS。γ校正電路GCA按照γ校正函數處理該視頻信號VS，以便獲得校正后的視頻信號CVS。校正后的視頻信號CVS可以例如通過數模轉換器加在顯示裝置上。
圖3用實線表示γ校正函數Fγ。圖3是曲線圖，其水平軸代表輸入值X，而其垂直軸代表輸出值Y。輸入值X包括8位。因而，有256個不同的輸入值0至255。
圖3還用點線表示在各段中采用線性內插的傳統的γ校正函數的近似值≈Fγ。每一段包括16個輸入值。有16段一段包括16個輸入值0-15，另一段包括輸入值16-31等等。在每一段中獨立地進行線性內插。這意味著有16個內插系數。
圖3還以虛線的形式舉例說明傳統近似方法的準確度如下。更準確地說，虛線曲線代表傳統近似方法的絕對誤差Δ。在包括輸入值0-15的一段，準確度比較低。相反，在其他段準確度則比較高。
圖4表示圖2所示的圖像處理系統的γ校正電路GCA。γ校正電路GCA按照圖3所示的γ校正函數響應輸入值X而提供輸出值Y。該裝置包括間隔檢測器DET、地址發生器AG、位選擇器SB、存儲器MEM、乘法器MUL和加法器ADD。已經指出，輸入值包括8位。最高位用b7表示，而最低位用b0表示。這樣，位的參考符號中的數字就表示它的權重。
圖4所示的γ校正電路GCA操作如下。間隔檢測器DET根據輸入值X而提供間隔指示IND。若輸入值處于0和15之間，則間隔指示等于0。若輸入值處在16-255之間，則間隔指示等于1。間隔檢測器DET可以非常簡單。它適合于對輸入值X的4個較高位使用OR函數IND=b7 ORb6 ORb5 ORb4。
地址發生器根據輸入值X和間隔指示IND產生地址ADR。更準確地說，若間隔指示IND為0，則地址發生器AG只考慮輸入值X的位b3,b2。這樣，對于處于0-15之間的輸入值，地址發生器AG便產生4個不同的地址。對于輸入值0-3有地址ADR1，對于輸入值4-7有地址ADR2，對于輸入值8-11有地址ADR3，對于輸入值12-15有地址ADR4。
若間隔指示IND為1，則地址發生器AG只考慮4個較高位b7-b4。于是，地址發生器AG為處于16-255的輸入值產生15個不同的地址。對于輸入值16-31有地址ADR5，對于輸入值32-47有地址ADR6等等。這樣，最后的地址將是關于輸入值240-255的地址ADR19。地址發生器AG可以例如由比較簡單的邏輯電路形成。
在每一個地址ADR，存儲器MEM存儲一個表值YT和一個內插系數IC。因此，存儲器包含19個表值YT和19個內插系數IC。作為地址發生器AG所產生的地址ADR的函數，存儲器MEM提供存儲在在該地址上的表值YT和內插系數IC。
位選擇器SB根據輸入值X和間隔指示IND提供內插輸入值XI。若間隔指示IND為0，則位選擇器SB只使用輸入值X的兩個較低位b1,b0。這兩個位將形成內插輸入值XI。若內插指示IND為1，則位選擇器SB將只使用輸入值X的4個較低4位b3-b0。這些位將形成內插輸入值XI。
若有必要，位選擇器SB用代表較高位的邏輯0對輸入值X的2個或4個位求補。這樣，位選擇器SB保證內插輸入值包括給定的需要的位數目。位選擇器SB可以非常簡單。只要用以下方法把輸入值X的位b3-b0加在乘法器MUL相應的權重的輸入上即可。位b3,b2中的每一個都通過接收間隔指示IND的AND邏輯電路。位b1,b0直接加在乘法器MUL上。
乘法器MUL把內插輸入值XI與來自存儲器MEM的內插系數IC相乘。這個相乘的結果形成內插值YI。若有必要，對該相乘的結果進行移位，以便獲得內插值YI。這樣移位的效果是形成所述相乘結果的所有位的權重改變1個或多個單位(這樣的操作一般稱作“位移位”)。
加法器ADD把內插值YI和來自存儲器MEM的表值YT相加。這個相加的結果形成輸出值Y。
圖4所示的γ校正電路GCA是實現示于圖1中的特征的實例。檢測器DET定義了兩個輸入間隔。處于0-15之間的輸入值形成第一間隔I1。處于16和255之間的輸入值形成第二間隔I2。兩個間隔I1,I2不重疊。
示于圖1中的輸入值形成器IVC采取一組方框的形式，這些方框包括圖4中的地址發生器AG和位選擇器SB。圖1的表輸入值XT采取圖4地址ADR的形式。所述地址在間隔I1的情況下由包括6個較高位b7-b2的較高位部分MSP確定，而在間隔I2的情況下由包括4個較高位b7-b4的較高位部分MSP確定。內插輸入值XI在間隔I1的情況下由包括2個較低位b1-b0的互補的較低位部分LSP確定，而在間隔I2的情況下由包括4個較低位的互補的較低位部分LSP確定。
圖1中的表TBL在圖4中以存儲器MEM的形式實現。圖1所示的內插器INT采取乘法器MUL的形式。圖1所示的輸出部分OUT采取圖4中的加法器ADD的形式。
事實上，圖4所示的γ校正電路GCA把間隔I1分成4段，每一段包括4個輸入值。它把間隔I2分成15段，每一段包括16個輸入值。該裝置獨立地為每一段進行內插。在間隔I1的情況下，這些段是比較小的，其中內插準確度比較差。在間隔I2的情況下，這些段是比較大的，其中內插準確度比較高。這樣，與圖3所示的傳統近似方法相比，就能夠達到較高的準確度，而又不需要大得多的存儲空間。
這些附圖及其描述是為了舉例說明而給出的，并不限制本發明。顯然，在后附的權利要求書的范圍內有許許多多種可供選擇的方案。最后，在這方面作一些說明。
有許多種表示一個數值的方法。圖4只表示一種可能性，其中輸入值用二進制數表示。也可以用十進制數表示輸入值。表示輸入值的方法與本發明關系不大。
有許多種進行內插的方法。原則上，可以按照任何一個函數進行內插。圖4只表示一種可能性，其中內插是按照線性函數進行的。還可以按照，例如，三次函數進行內插。此外，內插可以是固定的或可變的。圖4只表示一種可能性，其中內插隨著從表中獲得的內插系數而變。內插也可以是固定的。在這種情況下，不必在表中存儲內插系數。還要指出，有許多種方法可以使內插值變化。例如，可以從多個相鄰的表值推算出內插系數。在那種情況下，在表中不必存儲內插系數。
有許多實現表格的方法。圖4只表示一種可能性，其中所述表格用存儲器實現。作為另一方案，可以用可編程邏輯電路(稱作可編程陣列邏輯)實現表格。
有許多種定義輸入值間隔的方法。圖4只表示一種可能性，其中定義了兩個間隔。還可以定義更多的間隔。
有許多種用硬件、軟件或兩者的組合實現函數的方法。在這個方面，這些附圖是高度示意的，每一個附圖只代表一種可能性。這樣，盡管一個圖以一些單獨的方框的形式表示不同的功能，但是，這并不排除單一的硬件或軟件項目完成多種功能的事實。這也不排除一種功能可以通過若干種硬件或軟件項目的組合來實現的事實。
權利要求書中括弧中給出的任何一個參考符號都不應被解釋為限制性的。“包括”一詞并不排除使用權利要求中定義的其它元件或步驟。一個元件或步驟之前的不定冠詞“a”并不排除使用多個這些元件或步驟。
權利要求
1．一種圖像處理系統，它包括用來按照γ校正函數(F)Y=F(X)、響應輸入值(X)提供輸出值(Y)的γ校正電路，所述γ校正電路包括-輸入部分(INP)，用來從所述輸入值(X)求出表輸入值(XT)和內插輸入值(XI)；-表格(TBL)，用來響應所述表輸入值(XT)而提供表值(YT)；-內插器(INT)，用來響應所述內插輸入值(XI)而提供內插值(YI)；和-輸出部分(OUT)，用來把所述表值(YT)和所述內插值(YI)組合以獲得輸出值(Y)，其特征在于所述裝置的所述輸入部分(INP)包括-間隔檢測器(DET)，它確定多個輸入值間隔(I1,I2)，用來提供表示所述輸入值(X)所處的間隔(I1,I2)的間隔指示(IND)；-輸入值形成器(IVC)，用來隨著間隔指示(IND)而變地形成表輸入值(XT)和內插輸入值(XI)，所述表輸入值(XT)和所述內插輸入值(XI)根據所述間隔指示(IND)分別由所述輸入值的較高位部分(MSP)和一些可變值的互補的較低位部分(LSP)確定。
2．一種按照給定的函數(F)Y=F(X)、響應輸入值(X)提供輸出值(Y)的方法，所述方法包括以下步驟-從所述輸入值(X)求出表輸入值(XT)和內插輸入值(XI)；-根據所述表輸入值(XT)在表(TBL)中進行查找操作以便獲得表值(YT)；-根據所述內插輸入值(XI)進行內插(INT)以便獲得內插值(YI)；和-把所述表值(YT)和所述內插值(YI)組合(OUT)以便獲得輸出值(Y)，其特征在于所述方法還包括以下步驟-在多個輸入值間隔(I1,I2)中檢測(DET)所述輸入值(X)所處的間隔(I1,I2)；-以所述輸入值(X)所處的間隔(I1,I2)的函數的形式形成(IVC)所述表輸入值(XT)和所述內插輸入值(XI)，所述表輸入值(XT)和所述內插輸入值(XI)分別根據間隔(I1,I2)由所述輸入值的較高位部分(MSP)和一些可變值的互補的較低位部分(LSP)確定。
3．一種用來按照給定的函數(F)Y=F(X)、響應輸入值(X)提供輸出值(Y)的裝置，所述裝置包括-輸入部分(INP)，用來從所述輸入值(X)求出表輸入值(XT)和內插輸入值(XI)；-表格(TBL)，用來響應所述表輸入值(XT)提供表值(YT)；-內插器(INT)，用來響應所述內插輸入值(XI)提供內插值(YI)；和-輸出部分(OUT)，用來把所以表值(YT)和所述內插值(YI)組合以獲得輸出值(Y)，其特征在于所述裝置的所述輸入部分(INP)包括-間隔檢測器(DET)，它定義多個輸入值間隔(I1,I2)，用來提供表示所述輸入值(X)所處的間隔(I1,I2)的間隔指示(IND)；-輸入值形成器(IVC)，用來以所述間隔指示(IND)的函數的形式形成所述表輸入值(XT)和所述內插輸入值(XI)，所述表輸入值(XT)和所述內插輸入值(XI)根據間隔指示(IND)分別由所述輸入值的較高位部分(MSP)和一些可變值的互補的較低位部分(LSP)確定。
全文摘要
一種裝置按照給定的函數F響應輸入值X提供輸出值Y。函數F可以是例如視頻信號的γ校正函數。所述裝置操作如下。輸入部分(INP)從輸入值(X)求出表輸入值(XT)和內插器輸入值(XI)。表格(TBL)響應表輸入值(XT)提供表值(YT)。內插器(INT)響應內插器輸入值(XI)提供內插值(YI)。輸出部分(OUT)把表值(YT)和內插值(YI)組合以獲得輸出值(Y)。輸入部分(INP)包括間隔檢測器(DET)和根據間隔指示(IND)形成表輸入值(XT)和內插器輸入值(XI)的輸入值形成器(IVC)。
文檔編號H04N1/407GK1298161SQ0013449
公開日2001年6月6日 申請日期2000年11月27日 優先權日1999年11月30日
發明者J·戈博特 申請人:皇家菲利浦電子有限公司