專利名稱：一種led顯示屏視頻信號的色域修正ip核及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種LED顯示屏視頻處理技術(shù)，尤其涉及一種LED顯示屏視頻信號處 理中對視頻信號的色域進行修正的IP核及其方法。
背景技術(shù)：
LED顯示屏視頻處理系統(tǒng)中的色域修正電路完成現(xiàn)有視頻信號源制式與LED顯 示屏的色域匹配，改善因二者色域不同而造成的LED顯示屏顯示失真。對視頻源信號進行 色域修正是LED顯示屏視頻處理系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)之一，色域修正的方法及效率直接影響 LED顯示屏的顯示質(zhì)量。現(xiàn)有的色域修正方法有兩種，第一種方法根據(jù)視頻源的三原色系 統(tǒng)、LED顯示屏的三原色系統(tǒng)與CIE1931 XYZ表色系統(tǒng)的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從LED顯示屏的色域向 視頻源制式的色域映射，縮小LED顯示屏三基色與視頻源三基色的差別，達到改善LED顯示 屏顏色失真的目的；第二種方法是將現(xiàn)有視頻源色域作為目標色域，使LED顯示屏色域中 的不同色品對應(yīng)多組不同的轉(zhuǎn)移矩陣，并映射到視頻源色域中，得到LED實際的驅(qū)動電流 值?，F(xiàn)有方法的缺點是在色域修正方法上，現(xiàn)有修正技術(shù)縮減了 LED顯示屏的色域范圍； 在實現(xiàn)上，硬件實現(xiàn)未形成代碼可重用、參數(shù)可配置的專用視頻處理IP核，導(dǎo)致系統(tǒng)的設(shè) 計周期變長。

發(fā)明內(nèi)容
為解決現(xiàn)有技術(shù)存在的上述問題，本發(fā)明要提出一種LED顯示屏視頻信號色域修 正的IP核及其方法，既可以擴展視頻源信號的色域范圍使之與LED顯示屏的色域相符合、 突出LED顯示屏色彩表現(xiàn)力強的優(yōu)勢，又可以實現(xiàn)代碼可重用、參數(shù)可配置的目的。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下一種LED顯示屏視頻信號色域修正的IP核，包括sink模塊、三階RGB2XYZ并行 處理模塊、XYZ2xyz規(guī)格化模塊、三階色域修正并行處理模塊、三階方陣運算模塊、xyz2XYZ 反規(guī)格化模塊、三階XYZ2RGB并行處理模塊、source模塊，所述的sink模塊輸入端接上 級IP核、輸出端與三階RGB2XYZ并行處理模塊連接，三階RGB2XYZ并行處理模塊的輸出端 與XYZ2xyz規(guī)格化模塊連接，XYZ2xyz規(guī)格化模塊的輸出端與三階色域修正并行處理模塊 的輸入端連接，三階色域修正并行處理模塊的另一輸入端接三階方陣運算模塊、輸出端與 xyz2XYZ反規(guī)格化模塊連接，xyz2XYZ反規(guī)格化模塊的輸出端與三階XYZ2RGB并行處理模塊 連接，XYZ2RGB并行處理模塊的輸出端與source模塊連接，source模塊的輸出端與下級IP 核連接，所述的三階RGB2XYZ并行處理模塊、三階色域修正并行處理模塊和三階XYZ2RGB并 行處理模塊均包括3個結(jié)構(gòu)相同的乘加器，所述的乘加器包括3個并行乘法器、2個加法器 及1個單位延時單元。一種基于IP核的LED顯示屏色域修正的方法，包括以下步驟A、用sink模塊接收上級IP核發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)及控制信息，并將視頻數(shù)據(jù)以RGB 格式傳送給三階RGB2XYZ并行處理模塊；
B、用三階RGB2XYZ并行處理模塊進行視頻源信號的三基色RGB到XYZ色彩空間的 變換，RGB到XYZ的變換公式為 三階RGB2XYZ并行處理模塊用塊尺寸為3的三階并行處理，完成矩陣乘法運算，公 式⑴系數(shù)矩陣的元素an a33由現(xiàn)有視頻源制式?jīng)Q定，用9個乘法器并行處理數(shù)據(jù)、3個 時鐘周期完成；完成后將XYZ值傳送到XYZ2xyz規(guī)格化模塊；C、用XYZ2xyz規(guī)格化模塊進行XYZ顏色空間到Y(jié)xy色度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，XYZ轉(zhuǎn)換為 xyz的公式為 XYZ2xyz規(guī)格化模塊最少用3個時鐘周期完成；完成后輸出信號xyz到三階色域 修正并行處理模塊。D、用三階色域修正的并行處理模塊實現(xiàn)在色度坐標中對視頻數(shù)據(jù)的色域修正三 階色域修正并行處理模塊用塊尺寸為3的三階并行處理，完成矩陣乘法運算，擴展視頻源 色域；用9個乘法器并行處理數(shù)據(jù)，用3個時鐘周期完成；三階色域修正并行處理模塊內(nèi)轉(zhuǎn) 移矩陣中的元素bn b33由三階方陣運算模塊的輸出決定；用三階方陣運算模塊得到色域 擴展的轉(zhuǎn)移矩陣，其輸入輸出關(guān)系如下 其中，L3^為LED三基色的色品坐標矩陣，P3 為視頻源制式的三基色的色品坐標 矩陣，二者均為三階方陣；E、用xyz2XYZ反規(guī)格化模塊將三階色域修正并行處理模塊處理后的信號從Yxy色 度系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到XYZ顏色空間，最少用2個時鐘就可實現(xiàn)；F、用三階XYZ2RGB并行處理模塊實現(xiàn)XYZ到RGB的變換，變換關(guān)系為

并且輸出修正后的視頻數(shù)據(jù)；三階色域修正并行處理模塊用塊尺寸為3的三階并 行處理，完成矩陣乘法運算，公式⑷中的系數(shù)C11 C33取決于LED顯示屏的三基色特性；G、用source模塊將修正后的視頻數(shù)據(jù)及控制信號傳送到下級視頻處理IP核。本發(fā)明步驟B、D、F所述的矩陣乘法運算的步驟如下三個乘加器同時工作，每個 乘加器中，第一個時鐘周期內(nèi)進行3個乘法運算，第二個時鐘周期內(nèi)將其中的2個乘積相加并將第3個乘積延時一個時鐘周期，第三個時鐘周期內(nèi)完成3個乘積的相加。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下有益效果1、本發(fā)明以LED顯示屏的色域作為目標色域，用公式(3)所得的轉(zhuǎn)移矩陣將視頻 源信號的色品坐標映射到目標色域中，擴展了視頻源信號的色域范圍，突出LED顯示屏色 彩表現(xiàn)力強的優(yōu)勢；2、本發(fā)明用軟IP核實現(xiàn)色域修正，三階XYZ2RGB并行處理模塊和三階色域修正并 行處理模塊的系數(shù)均可由用戶自定義設(shè)置，實現(xiàn)代碼可重用、參數(shù)可配置的目標，可以用于 其他寬色域顯示設(shè)備；3、本發(fā)明中的各模塊對視頻數(shù)據(jù)進行并行處理，且色域修正并行處理模塊僅用乘 法、加法運算，使得其輸出與輸入為線性關(guān)系，減少了資源利用率，提高了處理速度及實時 性；4、本發(fā)明設(shè)計的IP核基于Avalon-ST接口，包含sink模塊和source模塊，無需 改造硬件，在SOPC下通過簡單連接即可實現(xiàn)與現(xiàn)有視頻處理IP核的互連。


本發(fā)明共有附圖2張，其中圖1是本發(fā)明IP核的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的產(chǎn)品應(yīng)用功能框圖。圖中，ll、sink模塊，12、三階RGB2XYZ并行處理模塊，13、XYZ2xyz規(guī)格化模塊，14、 三階色域修正并行處理模塊，15、三階方陣運算模塊，16、xyz2XYZ反規(guī)格化模塊，17、三階 XYZ2RGB 并行處理模塊，18、source 模塊，21、Clocked video input IP 核，22、視頻處理 IP 核，23、色域修正 IP 核，24、Clocked video output IP 核，25、NiosII 處理器，26、DMA 控制 器，27、SDRAM控制器，28、Flash控制器，29、以太網(wǎng)。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進行進一步地描述。如圖1所示，一種LED顯示屏視頻信號 色域修正的IP核，包括Sink模塊11、三階RGB2XYZ并行處理模塊12、XYZ2xyz規(guī)格化模塊 13、三階色域修正并行處理模塊14、三階方陣運算模塊15、xyz2XYZ反規(guī)格化模塊16、三階 XYZ2RGB并行處理模塊17、source模塊18，所述的sink模塊11輸入端接上級IP核、輸出端 與三階RGB2XYZ并行處理模塊12連接，三階RGB2XYZ并行處理模塊12的輸出端與XYZ2xyz 規(guī)格化模塊13連接，XYZ2xyz規(guī)格化模塊13的輸出端與三階色域修正并行處理模塊14的 輸入端連接，三階色域修正并行處理模塊14的另一輸入端接三階方陣運算模塊15、輸出端 與xyz2XYZ反規(guī)格化模塊16連接，xyz2XYZ反規(guī)格化模塊16的輸出端與三階XYZ2RGB并 行處理模塊17連接，XYZ2RGB并行處理模塊的輸出端與source模塊18連接，source模塊 18的輸出端與下級IP核連接，所述的三階RGB2XYZ并行處理模塊12、三階色域修正并行處 理模塊14和三階XYZ2RGB并行處理模塊17均包括3個結(jié)構(gòu)相同的乘加器，所述的乘加器 包括3個并行乘法器、2個加法器及1個單位延時單元。一種基于IP核的LED顯示屏色域修正的方法，包括以下步驟A、用sink模塊11接收上級IP核發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)及控制信息，并將視頻數(shù)據(jù)以
其中，L3^為LED三基色的色品坐標矩陣，P3 為視頻源制式的三基色的色品坐標 矩陣，二者均為三階方陣；E、用xyz2XYZ反規(guī)格化模塊16將三階色域修正并行處理模塊14處理后的信號從 Yxy色度系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到XYZ顏色空間，最少用2個時鐘就可實現(xiàn)；F、用三階XYZ2RGB并行處理模塊17實現(xiàn)XYZ到RGB的變換，變換關(guān)系為
RGB格式傳送給三階RGB2XYZ并行處理模塊12 ；B、用三階RGB2XYZ并行處理模塊12進行視頻源信號的三基色RGB到XYZ色彩空 間的變換，RGB到XYZ的變換公式為三階RGB2XYZ并行處理模塊12用塊尺寸為3的三階并行處理，完成矩陣乘法運 算，公式1系數(shù)矩陣的元素an a33由現(xiàn)有視頻源制式?jīng)Q定，用9個乘法器并行處理數(shù)據(jù)、 3個時鐘周期完成；完成后將XYZ值傳送到XYZ2xyz規(guī)格化模塊13 ；C、用XYZ2xyz規(guī)格化模塊13進行XYZ顏色空間到Y(jié)xy色度系統(tǒng)的轉(zhuǎn)換，XYZ轉(zhuǎn)換 為xyz的公式為
XYZ2xyz規(guī)格化模塊13最少用3個時鐘周期完成；完成后輸出信號xyz到三階色 域修正并行處理模塊14。 D、用三階色域修正的并行處理模塊實現(xiàn)在色度坐標中對視頻數(shù)據(jù)的色域修正三 階色域修正并行處理模塊14用塊尺寸為3的三階并行處理，完成矩陣乘法運算，擴展視頻 源色域；用9個乘法器并行處理數(shù)據(jù)，用3個時鐘周期完成；三階色域修正并行處理模塊14 內(nèi)轉(zhuǎn)移矩陣中的元素bn b33由三階方陣運算模塊15的輸出決定；用三階方陣運算模塊 15得到色域擴展的轉(zhuǎn)移矩陣，其輸入輸出關(guān)系如下 并且輸出修正后的視頻數(shù)據(jù)；三階色域修正并行處理模塊14用塊尺寸為3的三階 并行處理，完成矩陣乘法運算，公式4中的系數(shù)C11 C33取決于LED顯示屏的三基色特性；G、用source模塊18將修正后的視頻數(shù)據(jù)及控制信號傳送到下級視頻處理IP核。本發(fā)明步驟B、D、F所述的矩陣乘法運算的步驟如下三個乘加器同時工作，每個乘加器中，第一個時鐘周期內(nèi)進行3個乘法運算，第二個時鐘周期內(nèi)將其中的2個乘積相加 并將第3個乘積延時一個時鐘周期，第三個時鐘周期內(nèi)完成3個乘積的相加。圖2所示是本發(fā)明應(yīng)用于LED視頻處理系統(tǒng)的一種FPGA實現(xiàn)方式，通過Avalon總 線與NiosII處理器25構(gòu)成SOPC系統(tǒng)，通過Avalon-ST接口傳送視頻及控制數(shù)據(jù)。其中， 色域修正IP核23為本發(fā)明所設(shè)計。Avalon-ST接口中，Clocked video input IP核21接收視頻數(shù)據(jù)，將時鐘視頻 (Clocked video)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成Avalon-ST視頻，并傳送到下級——視頻處理IP核22 ；視頻 處理IP核22完成視頻圖像的處理，如運動檢測、gamma校正等；色域修正IP核23完成視 頻數(shù)據(jù)的色域擴展；Clocked video output IP核24將修正后的Avalon-ST視頻轉(zhuǎn)換成時 鐘視頻(clocked video)數(shù)據(jù)。FPGA片內(nèi)處理器與外設(shè)之間通過Avalon交換式總線連接。DMA控制器26把 Clocked video output IP核24的輸出數(shù)據(jù)通過SDRAM控制器27轉(zhuǎn)移到SDRAM中，也可以 通過以太網(wǎng)29 口進行數(shù)據(jù)的傳輸。Nios II處理器25的作用是初始化DMA控制器26、通 過總線設(shè)置各IP核，通過設(shè)置色域修正IP核23的參數(shù)，使得該IP核具有通用性，可實現(xiàn) 多種寬色域顯示設(shè)備的色域修正問題。
權(quán)利要求
一種LED顯示屏視頻信號色域修正的IP核，包括sink模塊(11)、三階RGB2XYZ并行處理模塊(12)、XYZ2xyz規(guī)格化模塊(13)、三階色域修正并行處理模塊(14)、三階方陣運算模塊(15)、xyz2XYZ反規(guī)格化模塊(16)、三階XYZ2RGB并行處理模塊(17)、source模塊(18)，所述的sink模塊(11)輸入端接上級IP核、輸出端與三階RGB2XYZ并行處理模塊(12)連接，三階RGB2XYZ并行處理模塊(12)的輸出端與XYZ2xyz規(guī)格化模塊(13)連接，XYZ2xyz規(guī)格化模塊(13)的輸出端與三階色域修正并行處理模塊(14)的輸入端連接，三階色域修正并行處理模塊(14)的另一輸入端接三階方陣運算模塊(15)、輸出端與xyz2XYZ反規(guī)格化模塊(16)連接，xyz2XYZ反規(guī)格化模塊(16)的輸出端與三階XYZ2RGB并行處理模塊(17)連接，XYZ2RGB并行處理模塊的輸出端與source模塊(18)連接，source模塊(18)的輸出端與下級IP核連接，其特征在于所述的三階RGB2XYZ并行處理模塊(12)、三階色域修正并行處理模塊(14)和三階XYZ2RGB并行處理模塊(17)均包括3個結(jié)構(gòu)相同的乘加器，所述的乘加器包括3個并行乘法器、2個加法器及1個單位延時單元。
2.一種基于IP核的LED顯示屏色域修正的方法，其特征在于包括以下步驟A、用sink模塊(11)接收上級IP核發(fā)送的視頻數(shù)據(jù)及控制信息，并將視頻數(shù)據(jù)以RGB 格式傳送給三階RGB2XYZ并行處理模塊(12)；B、用三階RGB2XYZ并行處理模塊(12)進行視頻源信號的三基色RGB到XYZ色彩空間 的變換，RGB到XYZ的變換公式為 并且輸出修正后的視頻數(shù)據(jù)；三階色域修正并行處理模塊(14)用塊尺寸為3的三階并 行處理，完成矩陣乘法運算，公式⑷中的系數(shù)C11 C33取決于LED顯示屏的三基色特性; G、用source模塊(18)將修正后的視頻數(shù)據(jù)及控制信號傳送到下級視頻處理IP核。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于IP核的LED顯示屏色域修正的方法，其特征在于 步驟B、D、F所述的矩陣乘法運算的步驟如下三個乘加器同時工作，每個乘加器中，第一個 時鐘周期內(nèi)進行3個乘法運算，第二個時鐘周期內(nèi)將其中的2個乘積相加并將第3個乘積 延時一個時鐘周期，第三個時鐘周期內(nèi)完成3個乘積的相加。 其中，L3 為LED三基色的色品坐標矩陣，P3 為視頻源制式的三基色的色品坐標矩陣， 二者均為三階方陣；E、用xyz2XYZ反規(guī)格化模塊(16)將三階色域修正并行處理模塊(14)處理后的信號從 Yxy色度系統(tǒng)轉(zhuǎn)換到XYZ顏色空間，最少用2個時鐘就可實現(xiàn)；F、用三階XYZ2RGB并行處理模塊(17)實現(xiàn)XYZ到RGB的變換，變換關(guān)系為
全文摘要
本發(fā)明公開了一種LED顯示屏視頻信號色域修正的IP核及其方法，所述的IP核包括sink模塊、三階RGB2XYZ并行處理模塊、XYZ2xyz規(guī)格化模塊、三階色域修正并行處理模塊、xyz2XYZ反規(guī)格化模塊、三階XYZ2RGB并行處理模塊、source模塊，以上模塊順序連接，三階色域修正并行處理模塊的另一輸入端接三階方陣運算模塊。該IP核用較少硬件資源擴展了視頻源信號的色域，且代碼可重用，參數(shù)可配置，可用于多種寬色域顯示設(shè)備，并可與視頻處理電路、現(xiàn)有視頻處理IP核兼容。
文檔編號H04N9/64GK101882419SQ201010193028
公開日2010年11月10日 申請日期2010年6月3日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月3日
發(fā)明者彭周華, 王丹, 王瑜, 胡曉靜 申請人:大連海事大學(xué)