專利名稱：：擴(kuò)展數(shù)字電視色域的色差信號非線性量化方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明屬于涉及數(shù)字電視技術(shù)、寬色域技術(shù)，尤其涉及擴(kuò)展數(shù)字電視色域的色差信號非線性量化方法。
背景技術(shù)：
：隨著現(xiàn)代科技和工業(yè)的迅速發(fā)展，近年來多種新型顯示器件和顯示技術(shù)不斷涌現(xiàn)，除傳統(tǒng)的陰極射線管(CRT)外，液晶顯示器(LCD)、等離子體顯示器(PDP)、數(shù)字光學(xué)處理器(DLP)、硅基液晶顯示器(LCoS)、發(fā)光二極管背光源液晶顯示器(LED-LCD)等多種新型顯示器件已實(shí)用化或已研制成功。在顯示方式方面，除直視型外，前投影、背投影和激光投影顯示等也已投入實(shí)用。這些新型高端顯示器件和顯示方式基于不同原理，采用不同材料、器件和技術(shù)，彩色還原能力在增強(qiáng)，性能在提高，一些"未來型"顯示器還將涌現(xiàn)。另一方面消費(fèi)市場對顯示效果也有了越來越高的要求，僅僅提高清晰度已不能滿足人們對真實(shí)再現(xiàn)場景的要求，彩色還原能力也在成為衡量顯示器顯示效果的重要指標(biāo)。目前通用的電視系統(tǒng)仍基于早年科技成果，按CRT特性選定系統(tǒng)參數(shù)，限制了自然界存在、人工能合成或計(jì)算機(jī)能產(chǎn)生，而又能被視覺感知、因而電視系統(tǒng)應(yīng)傳輸和重現(xiàn)的色域?qū)挾龋鼓壳暗纳蚋采w率不足視覺能感受色域范圍的40%。也不能滿足衛(wèi)星DTV(數(shù)字電視)、有線DTV和地面DTV開播，數(shù)字電視正在取代模擬電視的要求。而當(dāng)代攝像和顯像技術(shù)的進(jìn)步、計(jì)算機(jī)和數(shù)字信號處理技術(shù)深入數(shù)字電視領(lǐng)域已使拓寬數(shù)字電視色域成為可能。鑒于此，構(gòu)建寬色域電視系統(tǒng)的原理、寬色域電視信號的傳輸和重現(xiàn)方式等，已成為目前國際學(xué)術(shù)界的熱點(diǎn)課題和相關(guān)產(chǎn)業(yè)界的新增長點(diǎn)，寬色域電視技術(shù)對于下一代數(shù)字電視編碼、傳輸和接收顯示會產(chǎn)生重大影響。
發(fā)明內(nèi)容為克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于由于要求寬色域數(shù)字電視系統(tǒng)的色域不再局限于由CRT顯像基色三角形限定的范圍，使得需傳輸?shù)男盘柗确秶龀Ｒ?guī)色域電視系統(tǒng)的可傳輸信號范圍，本發(fā)明提出一種非線性量化方法解決該問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是一種擴(kuò)展數(shù)字電視色域的色差信號非線性量化方法，并包括下列步驟.ra訓(xùn)^[193.0502x5^+112.5251]—0.57775￡e<—0.5=<ro!^[224x4+128]-0.5^^0.5在發(fā)送端，根據(jù)公式LL^」e對已經(jīng)y即伽馬校正、編碼的色差信號進(jìn)行量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的亮度信號量化方程4W=nnmd[219xE;+16]對亮度信號進(jìn)行量化，得到量化范圍為[l，254]的亮度和色差信號；((De-112.5251)/193,05021^De"5(Dc-128)/22416^D:^240(D"—149.9099)/1肌1匿2415D「5240在接収端，根據(jù)公式Vc7c對接收到的色差信號進(jìn)行反量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的亮度信號反量化方程Ey—(Dy—16)/219對亮度信號進(jìn)行反量化，然后再對亮度、色差信號進(jìn)行解碼、反y校正，得到可在屏幕上顯示的RGB信號，4代表藍(lán)色差信號E^和紅色差信號EcR，"^為8比特量化后的色差信號，函數(shù)ro皿d為四舍五入取整函數(shù)，E〖示亮度信號，^^是8比特量化后的亮度信號，IEC61966-2-4是國際電工委員會IEC制訂并公布的規(guī)范。所述根據(jù)公式對已經(jīng)y校正、編碼的色差信號進(jìn)行量化，是將[-0.5777，-0.5]擴(kuò)展色域范圍內(nèi)的色差信號量化到[1，16]共16個(gè)量化級，將擴(kuò)展色域范圍內(nèi)的色差信號量化到[240，254]共15個(gè)量化級。所述根據(jù)公式對已經(jīng)y校正、編碼的色差信號進(jìn)行量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的量化方程，量化后的亮度和色差信號是倌號一白一黃一音一綠P品紅一紅一藍(lán)一黑一d;一2，扁^1sw73一l一2s^2，1，As-IPIIP11w，其中，Uy是8比特量化后的亮度信號，UcB表示8比特量化后的藍(lán)色差信號，Ucr表示8比特量化后的紅色差信號。本發(fā)明可以帶來以下效果使用本發(fā)明提出的色差信號非線性量化方法，對常規(guī)色域[-0.5，0.5]范圍內(nèi)的色差信號采用與現(xiàn)行常規(guī)色域一致的量化方法，保證了本方法能夠與現(xiàn)行常規(guī)色域電視系統(tǒng)兼容。擴(kuò)展色域[-O.5777,-0.5]范圍內(nèi)的色差信號，將會被量化到[l，16]的16個(gè)量化級中，擴(kuò)展色域[O.5，0.5777]范圍內(nèi)的色差信號，將會被量化到[240，254]的15個(gè)量化級中。[-0.0685，1.0868]范圍內(nèi)的亮度信號將使用IEC61966-2-4中定義的線性方法量化，這樣，表l中所示的彩條信號的亮度和色差信號都可以被量化到[1，254]范圍內(nèi)。具體實(shí)施例方式對傳輸8比特量化精度DTV信號的DTV系統(tǒng)，xvYCC允許使用從l到254的量化范圍，如5果量化是線性的，則Y(伽馬)校正后的亮度信號E;的歸一化幅度范圍[-0.0685，1.0868]，校正后的藍(lán)(紅)色差信號E^(E^)的歸一化幅度范圍為[-0.5670，0.5625]。因?yàn)樯钚盘柺菍ΨQ的，所以擴(kuò)展的色差信號的可傳輸范圍為[-0.5625，0.5625]。根據(jù)彩條信號中白條和黑條的E;應(yīng)分別等于最大和最小值、E^(E^)應(yīng)等于o的限制，可以由E《根據(jù)彩條的配色比例來計(jì)算彩條的信號范圍。根據(jù)HDTV色空間轉(zhuǎn)換方程「l.,OO.O畫1.574S.5ff=l.,O-0.1873-0.4681及。'l.咖O1.85560.0000白條的hRh(^B應(yīng)等于最大值L0868，黑條的~1^1^應(yīng)等于最小值—o.0685。對于100/0/100/0彩條信號，根據(jù)相加混色原理和彩條信號的配色比例，可以算出其它顏色條的E"^^。然后根據(jù)如下所示的色空間轉(zhuǎn)換公式<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>可以計(jì)算得到每種彩色的，如表1所示。表1在S比持線性量化擴(kuò)展的憤^下，HDTVL0aW10Q/D彩條倌號的信號傻，<table>tableseeoriginaldocumentpage6</column></row><table>，從表l中可以看出，^BhcR的范圍是士0.5777。該范圍大于擴(kuò)展的8比特線性量化系統(tǒng)的可傳輸范圍士0.5625，超出的部分傳輸時(shí)將被截?cái)?，在接收端將會產(chǎn)生彩色畸變。這是由于E;在高電平端擴(kuò)展的量化級數(shù)是19，而E^E^在高電平端只擴(kuò)展了M個(gè)量化級。為解決這一問題，本發(fā)明提出一種非線性(分段線性)量化方法來壓縮色差信號的動態(tài)范圍。具體方法如下根據(jù)表l中所示的色差信號的動態(tài)范圍，考慮到與當(dāng)前電視系統(tǒng)兼容的必要，8比特量化情況下色差信號的非線性量化方程為ra—193.0502x5c+l12.5251224128rewWIISO.1S02x5^+149.9099-0.5777S&<-0._0.50.5<5"0.5777(，式中，^表示藍(lán)色差信號紅色差信號EcR，"c為8比特量化后的色差信號。函數(shù)round為四舍五入取整函數(shù)。根據(jù)公式(3)，對[-0.5，0.5]常規(guī)色域范圍內(nèi)的色差信號將采用常規(guī)色域量化方法進(jìn)行量化，以保證本發(fā)明提出的量化方案能與當(dāng)前常規(guī)色域電視系統(tǒng)兼容。而[-0.5777,-0.5]擴(kuò)展色域范圍內(nèi)的色差信號將會被量化到[l，16]共16個(gè)量化級，擴(kuò)展色域范圍內(nèi)的色差信號將會被量化到[240，254]共15個(gè)量化級。對[-0.0685，1.0868]范圍內(nèi)的亮度信號Ey仍采用IEC61966-2-4中規(guī)定的線性量化方法，如(4)所示D;=round[219xE;+16](4)式中，叫表示量化后的E;。這樣，表1中所示的彩條信號的亮度和色差信號都可以被量化到[1，254]范圍內(nèi)。采用本發(fā)明提出的量化方法量化后的亮度和色差信號如表2所示。表28比特非線性(分段線性)量化擴(kuò)展情況下的hdtv100/0/100/0彩條信號量化值信號白黃青綠品紅黑d;2542362001827355191a.128115828228982541284128140111244254116128由表2可知，采用本發(fā)明提出的色差信號非線性量化方法，寬色域亮度和色差信號的t化值均在[l，254]范圍內(nèi)，可在現(xiàn)行常規(guī)色域電視系統(tǒng)中兼容傳輸。接收端收到寬色域彩色電視信號后，可用下述方程(5)和(6)進(jìn)行反量化、De-112.5251)/193,0502'(Dc-128)/224JD"_149.9099)/180.1802241SD「5240ACJC(5)1SDeS1516^^2407EY=(DY-16)/219在發(fā)送端，根據(jù)公式(3)對已經(jīng)y(伽馬)校正、編碼的色差信號進(jìn)行量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的亮度信號量化方程(4)對亮度信號進(jìn)行量化，得到量化范圍為[l，254]的亮度和色差信號。IEC61966-2-4是國際電工委員會(IEC)制訂并公布的"面向視頻應(yīng)用的擴(kuò)展色域YCC彩色空間-xvYCC"規(guī)范。在接收端，根據(jù)公式(5)對接收到的色差信號進(jìn)行反量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的亮度信號反量化方程(6)對亮度信號進(jìn)行反量化，然后再對亮度、色差信號進(jìn)行解碼、反Y校正，得到可在屏幕上顯示的RGB信號。權(quán)利要求權(quán)利要求1一種擴(kuò)展數(shù)字電視色域的色差信號非線性量化方法，其特征是，包括下列步驟在發(fā)送端，根據(jù)公式對已經(jīng)γ即伽馬校正、編碼的色差信號進(jìn)行量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的亮度信號量化方程對亮度信號進(jìn)行量化，得到量化范圍為[1，254]的亮度和色差信號；在接收端，根據(jù)公式對接收到的色差信號進(jìn)行反量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的亮度信號反量化方程對亮度信號進(jìn)行反量化，然后再對亮度、色差信號進(jìn)行解碼、反γ校正，得到可在屏幕上顯示的RGB信號，E’C代表藍(lán)色差信號和紅色差信號為8比特量化后的色差信號，函數(shù)round為四舍五入取整函數(shù)，表示亮度信號，是8比特量化后的亮度信號，IEC61966-2-4是國際電工委員會IEC制訂并公布的規(guī)范。2根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種擴(kuò)展數(shù)字電視色域的色差信號非線性量化方法，其特征是，所述根據(jù)公式對已經(jīng)y校正、編碼的色差信號進(jìn)行量化，是將[-0.5777，-0.5]擴(kuò)展色域范圍內(nèi)的色差信號量化到[1，16]共16個(gè)量化級，將擴(kuò)展色域范圍內(nèi)的色差信號量化到[240，254]共15個(gè)量化級。3.根據(jù)權(quán)利要求l所述的一種擴(kuò)展數(shù)字電視色域的色差信號非線性量化方法，其特征是，所述根據(jù)公式對已經(jīng)y校正、編碼的色差信號進(jìn)行量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的量化方程，量化后的亮度和色差信號是<table>tableseeoriginaldocumentpage3</column></row><table>，其中，"^是8比特量化后的亮度信號，DcB表示8比特量化后的藍(lán)色差信號，Dcr表示8比特量化后的紅色差信號。全文摘要本發(fā)明涉及擴(kuò)展數(shù)字電視色域的色差信號非線性量化方法。為解決需傳輸?shù)男盘柗确秶龀Ｒ?guī)色域電視系統(tǒng)的可傳輸信號范圍問題。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是在發(fā)送端，根據(jù)公式對已經(jīng)γ伽馬校正、編碼的色差信號進(jìn)行量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的量化方程對亮度信號進(jìn)行量化，得到亮度和色差信號，IEC61966-2-4是國際電工委員會制訂并公布的規(guī)范。在接收端，根據(jù)公式對接收到的色差信號進(jìn)行反量化，根據(jù)IEC61966-2-4中定義的亮度信號反量化方程對亮度信號進(jìn)行反量化，然后再對亮度、色差信號進(jìn)行解碼、反γ校正，得到可在屏幕上顯示的RGB信號。本發(fā)明主要用于數(shù)字電視信號傳播。文檔編號H04N11/04GK101534454SQ20091030196公開日2009年9月16日申請日期2009年4月29日優(yōu)先權(quán)日2009年4月29日發(fā)明者巖徐,奕李,彥李,李桂苓,王學(xué)珍申請人:天津大學(xué)