信號處理裝置和信號處理方法
【專利摘要】本發明涉及信號處理裝置和信號處理方法。所述信號處理裝置包括代表值計算單元和低通分量提取值計算單元。所述代表值計算單元被設置為：當將通過以多個像素為單位分割幀圖像獲得的區域各自都假設為區塊時，所述代表值計算單元基于輸入視頻信號計算各區塊內的像素值的平均值作為該區塊的代表值。所述低通分量提取值計算單元被設置用來使用位于作為低通分量提取值的計算對象的像素附近的所述區塊的代表值進行樣條插補，以計算所述計算對象的所述低通分量提取值。根據本發明，能夠大幅減小電路尺寸，進而能夠有效避免因電路尺寸而限制LPF的強度的情況。
【專利說明】信號處理裝置和信號處理方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種對輸入視頻信號進行信號處理的信號處理裝置和信號處理方法，更具體地，涉及一種用于提取視頻的低通分量(low pass component)的技術。
【背景技術】
[0002]一些視頻信號處理裝置對輸入視頻信號進行LPF(Low Pass Filter，低通濾波器)處理。
[0003]作為一個示例，為了所謂的動態對比度校正(dynamic contrast correction)而執行這樣的LPF處理，在該動態對比度校正中，將與輸入視頻信號的像素值和經過LPF處理后獲得的值這二者之差相適應的增益施加至該輸入視頻信號，以進行對比度調整。
[0004]在該動態對比度校正中，可對具有高頻分量的圖案以限定的方式施加增益，從而能夠生成高對比度圖像(例如，參照日本專利申請特開第2011-3048號公報)。
[0005]這里，例如，在如上所述的動態對比度校正中，為了獲得更高對比度的圖像，需要對輸入視頻信號應用相對較強的LPF(低通濾波器)(即，應用截止頻率較低的LPF)。
[0006]然而，一般情況下，當對輸入視頻信號應用較強的LPF時，就需要大的TAP數(大量的乘法器)，這導致了電路尺寸增大。
[0007]換言之，在常規的LPF中僅僅使用對象像素附近的數據，因此，隨著LPF的截止頻率變低，濾波器的TAP數增加。
[0008]由于這樣的電路尺寸的增大，存在著可用的LPF的強度受到限制的擔憂。
【發明內容】
[0009]鑒于上述問題，期望在抑制電路尺寸增大的同時實現對視頻信號的LPF處理。
[0010]根據本發明的實施例，提供了一種按照如下方式配置而成的信號處理裝置。
[0011]具體來說，本發明實施例的信號處理裝置包括代表值計算單元，所述代表值計算單元被設置為:當將通過以多個像素為單位分割幀圖像而獲得的區域各自都假設為區塊時，所述代表值計算單元基于輸入視頻信號計算各所述區塊內的像素值的平均值作為該區塊的代表值。
[0012]此外，所述信號處理裝置還包括低通分量提取值計算單元，所述低通分量提取值計算單元被設置為使用位于作為低通分量提取值的計算對象的像素附近的所述區塊的代表值進行樣條插補(spline interpolation),以計算所述計算對象的所述低通分量提取值。
[0013]根據本發明的實施例，提供了一種信號處理方法，其包括以下各步驟:當將通過以多個像素為單位分割幀圖像而獲得的區域各自都假設為區塊的時候，基于輸入視頻信號計算各區塊內的像素值的平均值作為該區塊的代表值；以及使用位于作為低通分量提取值的計算對象的像素附近的所述區塊的代表值來進行樣條插補，以計算所述計算對象的所述低通分量提取值。[0014]如上所述，在本發明中，對于輸入視頻，求得由多個像素構成的各區塊的像素值的平均值，并通過使用所述平均值進行樣條插補以求得對象像素的低通分量提取值。換言之，通過所述樣條插補而由此求得的值替代了 LPF的輸出結果。
[0015]通過本發明實施例的這樣的低通分量提取技術，相比于常規的LPF(僅使用了對象像素附近的像素值的LPF)的情況，能夠大幅減小電路尺寸。
[0016]根據本發明，相比于常規的LPF的情況，能夠大幅減小電路尺寸。因此，能夠有效避免因電路尺寸而限制LPF的強度的情況。
[0017]如附圖所示，根據下文中對本發明的最佳實施例的詳細說明，本發明的上述這些以及其它的目的、特征和優點將變得更加明顯。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是關于使用本發明實施例的低通分量提取技術進行動態對比度校正的概要的說明圖；
[0019]圖2A、圖2B、圖2C和圖2D是本發明實施例的低通分量提取技術的說明圖；
[0020]圖3是關于作為計算對象的像素位置和插補值讀出區塊(interpolation valuereadout block)之間的關系的說明圖；
[0021]圖4是樣條插補的概念圖；
[0022]圖5A和圖5B是關于有效視頻區域的邊界和各區塊的邊界相互不一致的情況的對策的說明圖；
[0023]圖6舉例說明了在對位于有效視頻區域的端部處的像素位置進行的樣條插補中使用的代表值；
[0024]圖7不出了用于代表值的外插技術的不例；
[0025]圖8舉例說明了用于根據亮度值與低通分量提取值之差求得增益的函數；
[0026]圖9A和圖9B分別舉例說明了用于根據RGB最大值求得增益的函數；
[0027]圖10是示出了本發明實施例的信號處理裝置的內部構造的框圖；并且
[0028]圖11是示出了為了實現作為實施例的低通分量提取技術而要執行的處理步驟的流程圖。
【具體實施方式】
[0029]下面，將說明本發明的實施例。
[0030]應當注意，將會按照如下順序進行說明。
[0031 ] 1、實施例的低通分量提取技術的適用例
[0032]2、實施例的低通分量提取技術
[0033]3、動態對比度校正的具體示例
[0034]4、實施例的信號處理裝置的構造
[0035]5、變形例
[0036]1、實施例的低通分量提取技術的適用例
[0037]圖1是關于使用本發明實施例的低通分量提取技術進行動態對比度校正的概要的說明圖。[0038]應當注意，在圖1中，以橫軸為像素位置且以縱軸為亮度值，由實線表示輸入像素值(在此例下，為亮度值)，由虛線表示且LPF (低通濾波器)輸出值。
[0039]在動態對比度校正中，首先，為每個像素位置求得輸入像素值與LPF輸出值之差。在圖1中，垂直方向上的每個箭頭對應于所述差值。
[0040]然后，將適合于由此求得的差值的增益施加至相應像素位置的輸入視頻信號。
[0041]根據這種動態對比度校正，可將增益以限定的方式施加給具有高頻分量的圖案，因此能夠生成高對比度圖像。
[0042]在本實施例中，例如，將在這種動態對比度校正中執行的LPF處理作為對輸入視頻信號進行的LPF處理來舉例說明。
[0043]應當注意，稍后將說明關于動態對比度校正的具體內容。
[0044]2、實施例的低通分量提取技術
[0045]這里，當想要獲得更高對比度的圖像時，需要在動態對比度校正中應用相對較強的LPF。具體來說，例如，需要在水平方向和垂直方向上應用相對較強的LPF，諸如參照數十個鄰近像素的LPF(例如，大約32個水平像素X 32個垂直像素的移動平均濾波器)。
[0046]然而，當在水平方向和垂直方向上應用相對較強的LPF(諸如參照數十個鄰近像素的LPF)時僅僅采用常規技術下的LPF的情況下，需要有與像素數一樣多的TAP數(乘法器的數量)。同時，為了在垂直方向上保持視頻，需要準備有與在LPF中被參照的垂直方向像素的數量基本上一樣多的線存儲器。
[0047]在這些狀況下，人們認為在可用的電路尺寸中實現這樣的TAP數或線存儲器容量是非常困難的。換言之，人們認為幾乎不可能在實際電路尺寸中應用如上所述的較強的LPF。
[0048]在這方面，本實施例提出了一種低通分量提取技術來代替常規的LPF。該低通分量提取技術能夠抑制電路尺寸的增大。
[0049]圖2A、圖2B、圖2C和圖2D是實施例的低通分量提取技術的說明圖。
[0050]首先，下面將大致說明該實施例的低通分量提取技術的步驟。
[0051](步驟I)
[0052]以多個像素，S卩α個水平像素X α個垂直像素為單位來分割輸入視頻信號(在本例中，以32個水平像素Χ32個垂直像素為單位來分割)。然后，計算如此獲得的各區域(下文中，各所述區域稱作區塊)內的像素值的平均值作為代表值(圖2Α)。
[0053](步驟2)
[0054]使用位于作為低通分量提取值的計算對象的像素(在圖2Β中具有坐標(n，m))附近的多個區塊的所述代表值進行樣條插補，以計算作為所述計算對象的像素的低通分量提取值Olpf (圖2C和圖2D)。
[0055]這里，在本說明書中，作為低通分量提取值Olpf的計算對象的像素的位置由坐標(n，m)表示。在此情況下，“η”是代表在水平方向上的像素位置(Η_η)的值(即，代表與垂直線的差別的值)，且“m”為代表在垂直方向上的像素位置(V_m)的值(即，代表與水平線的差別的值)。
[0056]首先，將具體說明上述步驟I。
[0057]在本例中，假設包含32個水平像素X 32個垂直像素的區域為一個區塊，并且利用區塊來分割視頻顯示區域。
[0058]在上述步驟I中，對每個區塊而言，求得構成所述區塊的各像素的亮度值的平均值作為所述區塊的代表值。
[0059]將該代表值作為所述區塊的中心位置的值來管理。具體來說，例如，將所述代表值作為如下這樣的值來管理:即，由所述區塊內的水平方向上的第16個像素位置(H_bl6)和垂直方向上的第16個像素位置(V_bl6)所確定的像素位置(bl6，bl6)的值。
[0060]在上述步驟I中，將由此為每個區塊求得的代表值(中心值)存儲在預定的存儲器中。
[0061]接下來，在上述步驟2中，作為所述樣條插補，進行圖2C所示的在垂直方向上的樣條插補(也稱作V方向樣條插補)以及基于在V方向樣條插補中求得的值的在水平方向上的樣條插補(也稱作H方向樣條插補)(圖2C和圖2D)。
[0062]具體地，在這些樣條插補中，如圖2B中的粗框“RB”所示，讀出位于作為低通分量提取值Olpf的計算對象的像素位置(n，m)附近的多個區塊的代表值。
[0063]這里，在執行樣條插補時，在下文中將從中讀出了代表值的多個區塊稱作“插補值讀出區塊RB”。
[0064]這里，這樣的插補值讀出區塊RB是根據作為計算對象的像素位置確定的。
[0065]將參照圖3說明作為計算對象的像素位置與插補值讀出區塊RB之間的關系。
[0066]應當注意，在圖3中，以多個區塊為單位對顯示屏的一部分進行劃分。
[0067]在該樣條插補中，假設最少使用4個值(稍后描述的表達式I)。
[0068]如圖2D所示，在最終計算出低通分量提取值Olpf的H方向樣條插補中，使用了 4個值來計算。因此，必須在水平方向上的4個位置處進行在H方向樣條插補之前執行的圖2C所示的V方向樣條插補。
[0069]因此，為了實現本例中的樣條插補，需要使用總計16個區塊(4X4 = 16)的代表值以進行V方向樣條插補，所述V方向樣條插補應當在水平方向上布置的4個位置處進行。換言之，插補值讀出區塊RB的區塊數為16(4X4 = 16)。
[0070]如圖3所示，在插補值讀出區塊RB中，設定了其中心區域CR。具體來說，該中心區域CR是通過連接2個水平區塊X 2個垂直區塊這4個區塊的中心位置所形成的區域，所述4個區塊形成于讀出區塊RB的中心處。應當注意，為了證實，本例中的中心位置是由如上所述的區塊內的水平方向上的第16個像素位置和垂直方向上的第16個像素位置所確定的像素位置。
[0071]當作為對象的像素位置(n，m)位于這樣確定的中心區域CR內時，選擇(確定)包括所述中心區域CR的插補值讀出區塊RB作為與作為對象的像素位置(n，m)相對應的讀出區塊RB。
[0072]返回圖2A至圖2D進行說明。
[0073]在進行圖2C所示的V方向樣條插補時，從上述存儲器中讀出構成插補值讀出區塊RB的各區塊的代表值，該插補值讀出區塊RB是如上所述基于作為計算對象的像素位置(n，m)而確定的。
[0074]然后，如此讀出的16個代表值被用來在水平方向上布置的4個位置處進行垂直方向樣條插補，從而求得在與作為對象的像素位置(n，m)處于同一水平線上的4個位置處的值(低通分量提取值)。
[0075]具體來說，假設將插補值讀出區塊RB內的在垂直方向上排列的4個區塊看作“列”，則對該4 “列”中的每一列進行使用4個代表值的樣條插補。
[0076]這樣，得到了 4個位置處的低通分量提取值。所述低通分量提取值是基于在各列中的中心位置(在本例中，構成該列的各區塊的水平方向上的第16個像素位置)和作為對象的像素位置(n，m)的在垂直方向上的像素位置(V_m)而確定的。從左側開始以Al、A2、A3和A4表示位于4個位置處的這些低通分量提取值(V方向樣條插補的結果值)。
[0077]為了證實，這里將說明所述樣條插補的具體內容。
[0078]圖4為所述樣條插補的概念圖。
[0079]如圖4所示，所述樣條插補是這樣的插補技術:該插補技術使用以規則間隔α布置的4個信號值SI~S4來計算位于中心處的信號值S2和信號值S3之間的任意位置的信號值。
[0080]這里，假設從信號值S2到作為計算對象的任意位置(在圖4中以叉號表示)的距離為“X”，那么使用該值“X”和信號值S1、S2、S3、S4通過下面的表達式I來進行樣條插補(混合樣條，Blend Spline)。應當注意，在本例中，根據上面的說明可以得知α為32。
[0081][表達式I]
[0082]
【權利要求】
1.一種信號處理裝置，其包括: 代表值計算單元，所述代表值計算單元被設置為:當將通過以多個像素為單位分割幀圖像而獲得的區域各自都假設為區塊的時候，所述代表值計算單元基于輸入視頻信號計算各所述區塊內的像素值的平均值作為該區塊的代表值；以及 低通分量提取值計算單元，所述低通分量提取值計算單元被設置用于使用位于作為低通分量提取值的計算對象的像素附近的所述區塊的代表值來進行樣條插補，以計算所述計算對象的所述低通分量提取值。
2.如權利要求1所述的信號處理裝置，其中，所述低通分量提取值計算單元使用位于作為所述計算對象的像素附近的4個水平區塊X4個垂直區塊這16個區塊的代表值來進行所述樣條插補。
3.如權利要求2所述的信號處理裝置，其中，當將所述16個區塊中的在垂直方向上排列的4個區塊假設為列時，所述低通分量提取值計算單元被設置用于: 通過使用構成各所述列的4個區塊的代表值對該列進行垂直方向樣條插補，以計算作為所述計算對象的像素所處的水平線上的4個位置的所述低通分量提取值，并且 通過使用所述4個位置的所述低通分量提取值進行水平方向樣條插補，以計算作為所述計算對象的像素的所述低通分量提取值。
4.如權利要求1至3中任一項所述的信號處理裝置，其中，所述低通分量提取值計算單元被設置用于:在作為所述計算對象的像素是位于有效視頻區域的端部處的像素的情況下，所述低通分量提取值計算單元基于根據所述有效視頻區域內的像素值求得的所述區塊的代表值，使用通過外插位于所述有效視頻區域的所述端部處的像素的代表值而求得的代表值來進行所述樣條插補。
5.如權利要求1至3中任一項所述的信號處理裝置，其中，所述低通分量提取值計算單元被設置成使用對于一幀之前的視頻信號計算出的代表值來進行所述樣條插補。
6.如權利要求1至3中任一項所述的信號處理裝置，其中，所述代表值計算單元被設置用來計算各所述區塊的亮度值的平均值作為該區塊的像素值的平均值。
7.如權利要求1至3中任一項所述的信號處理裝置，其中，所述代表值計算單元被設置用來計算各所述區塊的RGB信號值的最大絕對值的平均值作為該區塊的像素值的平均值。
8.如權利要求1至3中任一項所述的信號處理裝置，還包括增益計算和施加單元，所述增益計算和施加單元被設置用來對所述輸入視頻信號的像素值施加增益，所述增益是基于所述輸入視頻信號的像素值與所述像素值的像素位置處的所述低通分量提取值之間的差值來確定的。
9.如權利要求8所述的信號處理裝置，其中， 所述增益計算和施加單元被設置用來基于所述差值和第一函數來求得差值增益，所述差值增益是與所述差值相適應的增益，并且 所述第一函數被設定用來抑制與所述差值的最大值附近和最小值附近相適應的增益。
10.如權利要求8所述的信號處理裝置，其中，所述增益計算和施加單元被設置用于: 基于所述輸入視頻信號的像素值與所述像素位置處的所述低通分量提取值之間的差值來計算差值增益，且基于所述像素位置的RGB信號值的最大絕對值和所述像素位置的亮度值中的一者來計算比較用增益，并且基于所述差值增益和所述比較用增益來確定將要施加至所述輸入視頻信號的增益。
11.如權利要求10所述的信號處理裝置，其中，所述增益計算和施加單元被設置用來將所述差值增益和所述比較用增益中的較小值確定為將要施加至所述輸入視頻信號的增.、Mo
12.—種信號處理方法，其包括以下各步驟: 當將通過以多個像素為單位分割幀圖像而獲得的區域各自都假設為區塊的時候，基于輸入視頻信號計算各區塊內的像素值的平均值作為該區塊的代表值；以及 使用位于作為低通分量提取值的計算對象的像素附近的所述區塊的代表值來進行樣條插補，以計算所述計算對象的所述低通分量提取值。
13.如權利要求12所述的信號處理方法，還包括如下步驟: 計算作為所述計算對象的像素的亮度值與該像素的所述低通分量提取值之差值； 基于所述差值和第一增益導出函數，求得差值增益； 基于作為所述計算對象的像素的RGB最大值和第二增益導出函數，求得比較用增益；以及 將所述差值增益和所述比較用增益中的較小值確定為將要被施加至作為所述計算對象的像素的最終增益，并將所 述最終增益施加至該像素的視頻信號。
【文檔編號】H04N5/14GK103546706SQ201310277039
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月3日 優先權日:2012年7月10日
【發明者】市坪太郎, 平川孝 申請人:索尼公司