專利名稱：基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及圖像后處理技術，尤其涉及一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì) 改善方法及裝置。
背景技術：
傳統(tǒng)的電視接收的是模擬信號，由于信號傳輸帶寬的限制以及傳輸過程中噪 聲的干擾，在電視終端顯示出的圖像會出現(xiàn)邊緣模糊，圖像不清晰的現(xiàn)象。原 本突變的信號經(jīng)過采樣傳輸?shù)竭_終端變成了變化平緩的信號，表現(xiàn)在圖像上是 顏色之間的過渡帶變寬，邊緣不清晰，視覺效果變差，如圖1所示清晰的邊緣 變成了緩慢連續(xù)變化的邊緣。隨著數(shù)字電視的出現(xiàn)，人們對圖像畫質(zhì)要求越來 越高，高清晰度，高畫質(zhì)成為很大的賣點。目前彩色電視的顏色系統(tǒng)分為亮度
信號和色度信號，而色度信號又有u和v兩個信號。研究結果表明，圖像的邊
緣能給人強烈的視覺感受，而圖像的瞬態(tài)增強處理縮小了顏色之間過渡區(qū)域， 增大圖像了色度和亮度變化率，更突出了邊緣，使圖像看起來更銳利。目前常 用的瞬態(tài)增強的方法是根據(jù)原圖像產(chǎn)生一個校正信號，然后把校正信號與原圖 像相加。校正信號一般是圖像一階導數(shù)和二階導數(shù)的函數(shù)， 一階導數(shù)乘以可調(diào)
的增益系數(shù)得到校正信號的絕對值，二階導數(shù)決定校正信號的符號；還有通過 用與當前像素鄰近的像素中的最大值或最小值與當前像素的值做減法，得到的
校正信號的絕對值然后乘以可調(diào)的增益系數(shù)，其符號由二階導數(shù)決定。圖像瞬 態(tài)增強后還要進行抑制過沖和下沖處理，如圖2所示的過沖和下沖。過沖和下 沖在圖像上的表現(xiàn)是邊緣兩側往往會出現(xiàn)兩條細線，噪聲也更明顯，畫質(zhì)可能 會變得更差，對它們的抑制有幾種方法， 一種是瞬態(tài)增強后的像素以其鄰近的 像素中的最大值與最小值作為上限和下限，若超過上限則取最大值，若小于下 限則取最小值； 一種是通過平移得到其鄰近像素的值，取原像素的值、瞬態(tài)增 強后的像素的值和平移后得到的值的中間一個值作為圖像的輸出；還有其它的 在產(chǎn)生校正信號的過程中就抑制了過沖和下沖。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對由于信號傳輸帶寬限制和傳輸過程的干擾導致畫質(zhì)變 差，邊緣模糊的情況，提供一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善方法及裝置。 基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善方法包括如下步驟； 1)計算輸入圖像亮度信號的增益；2) 將亮度信號的增益乘以數(shù)值可調(diào)的增益系數(shù)g得到校正信號；
3) 由校正信號和圖像的亮度信號得到瞬態(tài)增強后的亮度信號并處理瞬態(tài)增 強后的亮度信號的溢出，亮度信號得到瞬態(tài)增強；
4) 對瞬態(tài)增強的亮度信號做過沖和下沖抑制處理，使畫質(zhì)得到改善。 所述步驟l)包括；
a) 當水平方向瞬態(tài)增強時，p(zV')是圖像中第z'行第/列像素的亮度值， ; (V-to; )是圖像中第/行第(Z-to/7)列像素的亮度值，p(zV+to; )是圖像中第/行第 (Z+top)列像素的亮度值，亮度信號的增益G(zV')由以下公式計算，其中top值可 調(diào)，to/ 小于等于4，
W力=2p(/， /) - ; (> ， y -啤)-p(/, /+鄉(xiāng))
b) 當豎直方向瞬態(tài)增強時，/7(v)是圖像中第/行第_/列像素的亮度值， /7(/-鄉(xiāng)力是圖像中第(/-鄉(xiāng))行第_/列像素的亮度值，/ 0'+鄉(xiāng)力是圖像中第0'+嘩)
行第7'列像素的亮度值，G(z'力由以下公式計算，其中top值可調(diào)，to/7小于等于 4，
G(i力=2/ (/， - p(Z—top, /) - / (/ + to/ ，力。 所述步驟2)包括；
c) 將亮度信號的增益G(/力與可調(diào)的增益系數(shù)g相乘得到校正信號
o>^re"/o (/,力=G(/， /) x g 。
所述步驟3)包括；
d) cwre"/ow(zV)與原圖像亮度信號相加得到瞬態(tài)增強后的信號j9/力V)，恢復 圖像中的高頻信號，改善圖像畫質(zhì)，；^(!V)有可能大于像素值上限255或者小于 像素值下限0，所以要對^似)做溢出處理，處理后的結果為》"(/,_/)，
/ ",(i，力 0 <= />/',(/， _/) <= 255 255 / /,,0.，_/)>255 ,
0 / /,,(/,力>0
所述步驟4)包括；
e) 當水平方向瞬態(tài)增強時，從輸入圖像的像素集合 {A:) I -啤<=(A -力<=to; ，* e 〃}中找出亮度最大的值pwa)C和亮度最小的值;
f) 當豎直方向瞬態(tài)增強時，從輸入圖像的像素集合(;^,力I -啤<=-i) <=鄉(xiāng)，A:e 中找出亮度最大的值/ 羅和亮度最小的值
g)計算/Wc與 "的差戸，P乘以一個可調(diào)的增益系數(shù)W得到控制過沖程 度的值/ v,并由如下公式計算p'皿和p;，
h)通過;/歸和p'加,"抑制盧,(/，力過沖和下沖并得到處理后的值p。",(ij)，; Uij') 作為圖像的第/行第/列的亮度值輸出，
基于瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善裝置是圖像輸入到延時寄存器組進行延時，延 時寄存器組輸出到校正信號產(chǎn)生器產(chǎn)生校正信號，校正信號與原圖像亮度信號 經(jīng)過第一加法器得到瞬態(tài)增強后的值，再經(jīng)過第一比較器和第二比較器處理瞬 態(tài)增強后的值的溢出，其處理結果輸出到第三比較器，最大最小值產(chǎn)生器從延 時寄存器組中得到最大值和最小值并輸入到過沖和下沖程度控制器得到上限和 下限，第三比較器比較增強后的值與上限和下限得到最終輸出。
所述的校正信號產(chǎn)生器的電路為第一選擇器根據(jù)top的值從延時寄存器組 中選擇三個像素的亮度值p(/力，/ (zV-to; )和力V+to; )，第二加法器輸出/7(zV-to/ ) 和力V+to/7)的和，第一減法器實現(xiàn)(2WJ)-p(!'，卜鄉(xiāng))-WJ +啤))/2功能，輸出 到第一乘法器與可調(diào)的增益系數(shù)g相乘得到校正信號cwrec^w(/^。
所述的最大最小值產(chǎn)生器的電路為第四比較器、第五比較器、第六比較 器和第七比較器都有三個輸入信號并輸出其中最大的值，第八比較器、第九比 較器、第十比較器和第十一比較器也都有三個輸入信號并輸出其中最小的值， 第二選擇器和第三選擇器根據(jù)top的值選擇其中一個值，第四比較器和第八比較 器分別輸出像素集^(a)l"4《(ifc-力<=4}中的最大值和最小值，第五比較器和第 九比較器分別輸出像素集{力'，"卜3<=("力<=3}中的最大值和最小值，第六比較 器和第十比較器分別輸出像素集^(")卜2<=("/)<= 2}中的最大值和最小值，第 七比較器和第十一比較器分別輸出像素集^(W)l-l《Ot-力<=1}中的最大值和
= J9mar — ^加w ， pv =戸X US ，最小值。
所述的過沖和下沖程度控制器電路為第二減法器計算戸p皿-p,，第二乘法器將戸與可調(diào)的系數(shù)W相乘得到值，，第四加法器將Pm^與，相加經(jīng)第
十二比較器得到上限值P'皿，第三減法器將;^,"與pv相減并經(jīng)第十三比較器得
到下限值p;。
本發(fā)明通過計算像素的增益并與可調(diào)的增益系數(shù)相乘得到校正信號，將校正信號與該像素相加來恢復圖像的高頻部分，圖像的瞬態(tài)變化得到增強。在瞬態(tài)增強的同時伴隨中過沖和下沖，由像素中的最大值和最小值以及另一可調(diào)的增益系數(shù)得出上限和下限，通過調(diào)節(jié)增益系數(shù)控制過沖和下沖的程度，能更好的調(diào)節(jié)圖像效果。本發(fā)明既可以用以水平方向也可以用以垂直方向，既可以處理亮度信號也可以處理色度信號。


圖1為圖像邊緣清晰到邊緣模糊示意圖2為瞬態(tài)增強后的過沖和下沖示意圖3為本發(fā)明基于瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善流程圖4為本發(fā)明的抑制過沖和下沖流程圖5為本發(fā)明的基于瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善電路圖6為本發(fā)明的校正信號產(chǎn)生器電路圖7為本發(fā)明的最大最小值產(chǎn)生器電路圖8為本發(fā)明的過沖和下沖程度控制器；
圖9為本發(fā)明的第一個基于瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善的一個實例圖；圖IO為本發(fā)明的第二個基于瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善的一個實例圖。
具體實施例方式
如圖3所示，基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善方法包括如下步驟；
1) 計算輸入圖像亮度信號的增益；
2) 將亮度信號的增益乘以數(shù)值可調(diào)的增益系數(shù)g得到校正信號；
3) 由校正信號和圖像的亮度信號得到瞬態(tài)增強后的亮度信號并處理瞬態(tài)增強后的亮度信號的溢出，亮度信號得到瞬態(tài)增強；
4) 對瞬態(tài)增強的亮度信號做過沖和下沖抑制處理，使畫質(zhì)得到改善，如圖2所示的過沖和下沖。
所述步驟l)包括；
a)當水平方向瞬態(tài)增強時，p(zV)是圖像中第f行第y列像素的亮度值，pO;'-to/ )是圖像中第z'行第(Z-top)列像素的亮度值，p(zV+to/ )是圖像中第z'行第(Z+to;;)列像素的亮度值，亮度信號的增益G(/力由以下公式計算，其中to^值可調(diào)，to/ 小于等于4，
G(,. y) = 2p(/, /) — j (Z， j' 一 top) — y + top)
b)當豎直方向瞬態(tài)增強時，p(^)是圖像中第Z行第列像素的亮度值，/Kz'-to/V)是圖像中第(/-啤)行第_/列像素的亮度值，/</+鄉(xiāng)2/)是圖像中第(/+啤)行第1/列
像素的亮度值，C70/)由以下公式計算，其中top值可調(diào)，^p小于等于4，
W力=2 j 0'， /) - p(/ — top, /) — p(/ + top, /)。
所述步驟2)包括；
C)將亮度信號的增益C7(V)與可調(diào)的增益系數(shù)g相乘得到校正信號
awrecriow(/， y) = G(i， x g 。
所述步驟3)包括；
d) cwre"/o"OV)與原圖像亮度信號相加得到瞬態(tài)增強后的信號pUW,恢復圖像中的高頻信號，改善圖像畫質(zhì)，/^(/力有可能大于像素值上限255或者小于像素值下限0，所以要對/7,力V')做溢出處理，處理后的結果為盧,(/,/),
p,"(!.,力=p(i，y) + cwre"/ow(!',力，
p/,,(/， _/) 0 <= / /"(/, 7.) <= 255255 ;%,(!-,/)> 255
0 ，'0'，力>0
如圖4所示，所述步驟4)包括；
e) 當水平方向瞬態(tài)增強時，從輸入圖像的像素集合{p(/， A) I -鄉(xiāng)<=-力 <=鄉(xiāng)，"iV}中找出亮度最大的值p,和亮度最小的值p油；
f) 當豎直方向瞬態(tài)增強時，從輸入圖像的像素集合{/^，川-top <= (A:-0 <=^a S W中找出亮度最大的值Auu和亮度最小的值P;^;
g) 計算PM似與A^的差戸，戸乘以一個可調(diào)的增益系數(shù)W得到控制過沖程
度的值pv，并由如下公式計算;j',和; '，，
= Pmax — J7肌"，/7V =戸X VS ，
{/ 扁一 pV />腳>=/7V
，0 / m切< "h)通過//臓和抑制》"仏力過沖和下沖并得到處理后的值pUi，j)，p。w(i，j)作為圖像的第/行第/列的亮度值輸出，
如圖5所示，基于瞬態(tài)改善的畫質(zhì)增強裝置是圖像輸入到延時寄存器組進行延時，延時寄存器組輸出到校正信號產(chǎn)生器產(chǎn)生校正信號，校正信號與原圖像亮度信號經(jīng)過第一加法器得到瞬態(tài)增強后的值，再經(jīng)過第一比較器和第二比較器處理瞬態(tài)增強后的值的溢出，其處理結果輸出到第三比較器，最大最小值產(chǎn)生器從延時寄存器組中得到最大值和最小值并輸入到過沖和下沖程度控制器得到上限和下限，第三比較器比較增強后的值與上限和下限得到最終輸出。
如圖6所示，所述的校正信號產(chǎn)生器的電路為第一選擇器根據(jù)to;p的值從延時寄存器組中選擇三個像素的亮度值p(/力，p(zV-to; )和/^V'+top)，第二加法器輸出； 0V'-to/7)和/ 0V+to/ )的和，第一減法器實現(xiàn)(2戶(/，/)-/7(/,_/-啤)-/ (/，_/+啤》/2功能，輸出到第一乘法器與可調(diào)的增益系數(shù)g相乘得到校正信號corw"/o^V')。
如圖7所示，所述的最大最小值產(chǎn)生器的電路為第四比較器、第五比較器、第六比較器和第七比較器都有三個輸入信號并輸出其中最大的值，第八比較器、第九比較器、第十比較器和第十一比較器也都有三個輸入信號并輸出其中最小的值，第二選擇器和第三選擇器根據(jù)top的值選擇其中一個值，第四比較器和第八比較器分別輸出像素集^(a)l"4《("力《4，"W中的最大值和最小值，第五比較器和第九比較器分別輸出像素集^(!'，fc)卜3《(/t-力《3，"W中的最大值和最小值，第六比較器和第十比較器分別輸出像素集^(/,^-22，" W中的最大值和最小值，第七比較器和第十一比較器分別輸出像素集{P(!'， 卜l <= (" J) <-1,"中的最大值和最小值。
如圖8所示，所述的過沖和下沖程度控制器電路為第二減法器計算p-p皿-;^，第二乘法器將戸與可調(diào)的系數(shù)W相乘得到值pv,第四加法器將;w與戸相加經(jīng)第十二比較器得到上限值p'賄，第三減法器將/7油與戸相減并
經(jīng)第十三比較器得到下限值/7;。
如圖9所示對像素pOV')的增強處理，可調(diào)的參數(shù)top等于2。由校正信號產(chǎn)生器產(chǎn)生校正信號twre"/o"(V)， cwrecft'o"OV)與原信號p(/力相加并做溢出處理得到瞬態(tài)增強后的值。最大最小值產(chǎn)生器獲得集合(; (a)卜2《^-7')<=2，"^}中的最大值和最小值，由圖9得到p,，(zV+top)，A^-p(zV-to/ )。過沖程度控制器產(chǎn)生值i/,和值;/目，得到瞬態(tài)增強后的上限和下限，如圖9所示。通過比較器抑制過沖和下沖，由于;/,"(/，y)大于p'^，所以A^(/力取P',的值，防止了像素值過大使圖像畫質(zhì)變差。與圖9中對p(i,j)的處理類似，圖10中由于//,"(/,力小于下限p'冊"，所以最終輸出/7。w(!V)取p'鵬的值，對下沖進行了抑制。
權利要求
1.一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善方法，其特征在于包括如下步驟；1)計算輸入圖像亮度信號的增益；2)將亮度信號的增益乘以數(shù)值可調(diào)的增益系數(shù)g得到校正信號；3)由校正信號和圖像的亮度信號得到瞬態(tài)增強后的亮度信號并處理瞬態(tài)增強后的亮度信號的溢出，亮度信號得到瞬態(tài)增強；4)對瞬態(tài)增強的亮度信號做過沖和下沖抑制處理，使畫質(zhì)得到改善。
2. 如權利要求1所述的一種基于瞬態(tài)改善的畫質(zhì)增強方法，其特征在于， 所述步驟l)包括；a) 當水平方向瞬態(tài)增強時,/^V)是圖像中第z'行第y列像素的亮度值，^V-top) 是圖像中第f行第(/'-top)列像素的亮度值，p(zV'+top)是圖像中第/行第(Z+to/7)列像 素的亮度值，亮度信號的增益G(zV')由以下公式計算，其中top值可調(diào)，to/ 小于 等于4，廣,；- 、 — 力一■/ - ";0 - p(z',)+似/ ) G(! ，"=-^-;b) 當豎直方向瞬態(tài)增強時,/</ /)是圖像中第/行第_/列像素的亮度值,/7(/-鄉(xiāng)1/) 是圖像中第(Z'-to/7)行第7列像素的亮度值，/ (i+to/V)是圖像中第(i+to/7)行第_/列像素的亮度值，G(。')由以下公式計算，其中啤值可調(diào)，啤小于等于4，鄰力=2PG', ■/) -_似A ■/) —+ ■/)。
3. 如權利要求1所述的一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善方法，其特征在于，所述步驟2)包括；c) 將亮度信號的增益G(/力與可調(diào)的增益系數(shù)g相乘得到校正信號 co reWo (/j/)，correc/z'ow(z', _/) = G(/, /) x g 。
4. 如權利要求1所述的一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善方法，其特征在于，所述步驟3)包括；d) cw cft》"(/力與原圖像亮度信號相加得到瞬態(tài)增強后的信號p/"V)，恢復 圖像中的高頻信號，改善圖像畫質(zhì)，/^0V)有可能大于像素值上限255或者小于 像素值下限0，所以要對;^!V)做溢出處理，處理后的結果為<formula>formula see original document page 2</formula>
5.如權利要求1所述的一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善方法，其特征在于，所述步驟4)包括；e) 當水平方向瞬態(tài)增強時，從輸入圖像的像素集合 (;Ki，左)I -鄉(xiāng)<=-<=啤,"中找出亮度最大的值/ 皿和亮度最小的值f) 當豎直方向瞬態(tài)增強時，從輸入圖像的像素集合{/^，川-鄉(xiāng)<=(*-!')《鄉(xiāng),"A^中找出亮度最大的值p畫和亮度最小的值p牆；g) 計算P,與A^的差戸，^乘以一個可調(diào)的增益系數(shù)w得到控制過沖程 度的值pv，并由如下公式計算p;和/7;，h)通過p',和;^ 抑制/ ',,,仏/)過沖和下沖并得到處理后的值/^^),/ 0 ^) 作為圖像的第z'行第_/列的亮度值輸出，
6. —種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善裝置，其特征在于圖像輸入到延時 寄存器組進行延時，延時寄存器組輸出到校正信號產(chǎn)生器產(chǎn)生校正信號，校正 信號與原圖像亮度信號經(jīng)過第一加法器得到瞬態(tài)增強后的值，再經(jīng)過第一比較 器和第二比較器處理瞬態(tài)增強后的值的溢出，其處理結果輸出到第三比較器， 最大最小值產(chǎn)生器從延時寄存器組中得到最大值和最小值并輸入到過沖和下沖 程度控制器得到上限和下限，第三比較器比較增強后的值與上限和下限得到最 終輸出。
7. 如權利要求6所述的一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善裝置，其特征 在于所述的校正信號產(chǎn)生器的電路為第一選擇器根據(jù)top的值從延時寄存器組 中選擇三個像素的亮度值j90V')， /^V-top)和P(AZ+top)，第二加法器輸出/7(V-top) 和； 0V+top)的和，第一減法器實現(xiàn)(2p(U)-P(/,/-鄉(xiāng))-P(U'+啤))/2功能，輸出 到第一乘法器與可調(diào)的增益系數(shù)g相乘得到校正信號co;recrio"(^/)。
8. 如權利要求6所述的一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善裝置，其特征在于所述的最大最小值產(chǎn)生器的電路為第四比較器、第五比較器、第六比較 器和第七比較器都有三個輸入信號并輸出其中最大的值，第八比較器、第九比 較器、第十比較器和第十一比較器也都有三個輸入信號并輸出其中最小的值， 第二選擇器和第三選擇器根據(jù)toP的值選擇其中一個值，第四比較器和第八比較 器分別輸出像素集^(a)l"4《^-力<=4}中的最大值和最小值，第五比較器和第 九比較器分別輸出像素集^(i，it)卜3《(^-力<=3}中的最大值和最小值，第六比較 器和第十比較器分別輸出像素集b(/,W卜2《0t-力<=2}中的最大值和最小值，第 七比較器和第十一比較器分別輸出像素集{/>(^)卜1<=(*-力<=1}中的最大值和 最小值。
9.如權利要求6所述的一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善裝置，其特征 在于所述的過沖和下沖程度控制器電路為第二減法器計算p-;;皿-pb，第二 乘法器將戸與可調(diào)的系數(shù)W相乘得到值pv，第四加法器將A^與pv相加經(jīng)第 十二比較器得到上限值p'皿，第三減法器將與/7V相減并經(jīng)第十三比較器得 到下限值p、,"。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于亮度信號瞬態(tài)增強的畫質(zhì)改善方法及裝置。首先計算輸入圖像中當前處理的像素的增益，與可調(diào)的增益系數(shù)相乘得到當前像素的校正值并與當前像素值相加得到瞬態(tài)增強后的值。從當前像素及其周圍同一行上找出像素最大值和最小值，最大值減去最小值并與另一增益系數(shù)相乘，將得到的結果與最大值和最小值做加減運算得到像素值上限和下限。若瞬態(tài)增強后的值大于上限或者小于下限則選擇上限或下限作為輸出，若瞬態(tài)增強后的值在上下限之間，則選擇瞬態(tài)增強后的值作為輸出。該電路結構包括以下幾個模塊延時寄存器組，校正信號產(chǎn)生器，第一加法器，第一比較器，第二比較器，最大最小值產(chǎn)生器，過沖和下沖程度控制器和第三比較器。
文檔編號H04N5/14GK101662575SQ20091010111
公開日2010年3月3日 申請日期2009年7月23日 優(yōu)先權日2009年7月23日
發(fā)明者勇 丁, 萬民永, 嚴曉浪, 劉明宇, 李源深 申請人:浙江大學