專利名稱：一種基于浮動(dòng)像素的數(shù)字半調(diào)視頻處理系統(tǒng)及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字圖像尤其是彩色圖像處理技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種基于浮動(dòng)像素的數(shù)字半調(diào)視頻處理系統(tǒng)及其方法。
背景技術(shù)：
半調(diào)技術(shù)(Halftoning)是把連續(xù)色調(diào)、多級(jí)灰度的彩色圖像,轉(zhuǎn)換為只有二級(jí)灰度的黑白圖像，轉(zhuǎn)換后的黑白圖像能較為準(zhǔn)確的表達(dá)彩色圖像，最大程度上保留彩色圖像的各種細(xì)節(jié)。它起源于19世紀(jì)，伴隨著印刷技術(shù)的發(fā)展，半調(diào)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。半調(diào)圖像是一幅由黑點(diǎn)和白點(diǎn)組成的二值圖像。黑點(diǎn)的疏密程度表示我們看到的圖像灰度的高低。根據(jù)這種二值表示方法和人眼視覺(jué)低通特性，解決了如何在紙面上呈現(xiàn)連續(xù)色調(diào)灰度圖像的問(wèn)題。
隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，數(shù)字半調(diào)技術(shù)(Digital Halftoning)開始逐漸取代模擬半調(diào)技術(shù)成為主流。它利用數(shù)學(xué)、計(jì)算機(jī)等工具，以人眼視覺(jué)系統(tǒng)(Human Visual System)和圖像成像特性為基礎(chǔ)，把連續(xù)色調(diào)的圖像編碼轉(zhuǎn)換成二值圖像技術(shù)，即生成一幅二值編碼的圖像，使之看起來(lái)和連續(xù)色調(diào)的圖像具有相同的效果。
數(shù)字半調(diào)技術(shù)在最近20多年得到了廣泛的發(fā)展，出現(xiàn)了各種算法，包括抖動(dòng)法 (Dithering)、誤差擴(kuò)散法(Error Diffusion)、點(diǎn)擴(kuò)散法(Dot Diffusion)、藍(lán)噪聲掩模板法(Blue Noise Masks)、綠噪聲半調(diào)法(Green Noise Halftoning)、直接二元搜索法 (Direct Binary Search)等?，F(xiàn)在,這些算法使數(shù)字半調(diào)技術(shù)廣泛運(yùn)用于印刷和出版業(yè)、顯示行業(yè)、圖像壓縮和傳輸領(lǐng)域、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域等行業(yè)中。
常見的抖動(dòng)算法中，使用的抖動(dòng)模板都是固定的。因此在處理圖像時(shí)，在每幀的相同位置使用同一模板進(jìn)行處理，使得在一幀圖像中，任意抖動(dòng)模板大小的圖像區(qū)域內(nèi)會(huì)有抖動(dòng)模板的痕跡。經(jīng)過(guò)多幀畫面疊加后，使得輸出圖像的亮度發(fā)生變化，在任意抖動(dòng)模板區(qū)域內(nèi)呈現(xiàn)規(guī)律性變化，具有明顯的模板處理過(guò)的痕跡，這樣會(huì)使輸出圖像在一定區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生相鄰像素相關(guān)性上的失真，并在圖像上產(chǎn)生塊狀效應(yīng)。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于減少在相鄰像素區(qū)域內(nèi)產(chǎn)生的相關(guān)性失真，提供一種帶有浮動(dòng)像素的數(shù)字半調(diào)視頻處理系統(tǒng)和方法，通過(guò)每處理完一幀圖像后，浮動(dòng)像素的位置發(fā)生變化，改變抖動(dòng)模板，使處理相鄰幀圖像的抖動(dòng)模板發(fā)生變化。經(jīng)過(guò)圖像疊加后，減少相鄰圖像間的線性失真，去除圖像處理過(guò)程的塊狀效應(yīng)，最大程度的保留原始圖像信息。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一、一種基于浮動(dòng)像素的數(shù)字半調(diào)視頻處理系統(tǒng)(簡(jiǎn)稱系統(tǒng))本系統(tǒng)包括CXD傳感器、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、FPGA圖像處理單元、顯示設(shè)備；其連接關(guān)系是(XD傳感器、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、FPGA圖像處理單元、顯示設(shè)備依次連接。
工作原理CCD傳感器獲取外部圖像信號(hào)；模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并提供圖像處理所需要的行、場(chǎng)同步信號(hào)；FPGA圖像處理單元在接收到數(shù)字信號(hào)和行、場(chǎng)同步信號(hào)后對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將輸入數(shù)據(jù)的低位數(shù)據(jù)與抖動(dòng)模塊中相應(yīng)的數(shù)值進(jìn)行比較，得到該像素高位數(shù)據(jù)的修正信息，并對(duì)高位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將處理后的數(shù)據(jù)輸出到顯示設(shè)備中。FPGA圖像處理單元每處理完一幀圖像后，改變抖動(dòng)模塊中浮動(dòng)像素的位置，使該抖動(dòng)模板用于處理下一幀圖像數(shù)據(jù)。
二、一種基于浮動(dòng)像素的數(shù)字半調(diào)視頻處理方法(簡(jiǎn)稱方法)本方法包括下列步驟①接收行、場(chǎng)同步信號(hào)并對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；②生成處理一幀圖像區(qū)塊的抖動(dòng)模板；③根據(jù)所生成的抖動(dòng)模板對(duì)輸入圖像的低位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；④分為A、B兩路A、處理完一幀圖像后，抖動(dòng)像素變換位置，形成新的抖動(dòng)模板，準(zhǔn)備處理下幀圖像區(qū)塊的數(shù)據(jù)；再將新生成的抖動(dòng)模板跳轉(zhuǎn)到步驟③；B、將已處理完的圖像區(qū)塊修正信息反饋到該圖像區(qū)塊，并對(duì)高位數(shù)據(jù)進(jìn)行修正； 再輸出已處理的圖像數(shù)據(jù)。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果1、通過(guò)改變抖動(dòng)模板中浮動(dòng)像素的位置降低相鄰幀圖像之間的線性相關(guān)性失真，經(jīng)過(guò)圖像疊加后，去除圖像處理過(guò)程的塊狀效應(yīng)。
2、本發(fā)明適用于各種數(shù)字視頻壓縮和色彩增強(qiáng)處理領(lǐng)域。


圖1是本系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)方框圖；圖中10— CXD傳感器；20—模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片；30—FPGA圖像處理單元，31—輸入數(shù)據(jù)處理模塊，32—系統(tǒng)控制模塊，33—帶浮動(dòng)像素的抖動(dòng)模板模塊，34 —圖像數(shù)據(jù)比較模塊，35—圖像信息修正模塊；`40—顯不設(shè)備；圖2是本方法的工作流程圖；圖3是抖動(dòng)矩陣中浮動(dòng)像素變化示意圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和實(shí)施例詳細(xì)說(shuō)明一、系統(tǒng)1、總體如圖1，本系統(tǒng)包括CXD傳感器10、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片20、FPGA圖像處理單元30、顯示設(shè)備40 ；其連接關(guān)系是(XD傳感器10、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片20、FPGA圖像處理單元30和顯示設(shè)備40依次連接。
2、功能部件1)CCD傳感器10CXD傳感器10選用Kodak的KA1-02150或其他能完成此功能的器件；2)模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片20模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片20選用ADI的AD9920A或其他能完成此功能的芯片；3)FPGA圖像處理單元30FPGA圖像處理單元30是整個(gè)系統(tǒng)的邏輯控制和視頻處理部分；(I)FPGA圖像處理單元30的硬件配置FPGA圖像處理單元30硬件可選用Xilinx公司的Spartan6_XC6SLX45或能實(shí)現(xiàn)此功能的其它裝置。
(2) FPGA圖像處理單元30如圖1，F(xiàn)PGA圖像處理單元30包括輸入數(shù)據(jù)處理模塊31、系統(tǒng)控制模塊32、帶浮動(dòng)像素的抖動(dòng)模板模塊33、圖像數(shù)據(jù)比較模塊34和圖像信息修正模塊35 ；其交互關(guān)系是系統(tǒng)控制模塊32控制FPGA圖像處理單元30中的其它4個(gè)模塊的工作狀態(tài)；輸入數(shù)據(jù)處理模塊31將處理完的高位數(shù)據(jù)輸出到圖像信息修正模塊35，將低位數(shù)據(jù)輸出到圖像數(shù)據(jù)比較模塊34 ;帶浮動(dòng)像素的抖動(dòng)模板模塊33將生成的抖動(dòng)模板輸出到圖像數(shù)據(jù)比較模塊34 ;圖像數(shù)據(jù)比較模塊34將像素比較后得出圖像修正信息輸出到圖像信息修正模塊35 ； 圖像信息修正模塊35將修正后的圖像數(shù)據(jù)輸出到顯示設(shè)備40。
①輸入數(shù)據(jù)處理模塊31對(duì)模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片20輸入的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和存儲(chǔ)，并將數(shù)據(jù)分為高位數(shù)據(jù)和低位數(shù)據(jù)；②系統(tǒng)控制模塊32對(duì)模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片20輸入的行、場(chǎng)同步信號(hào)來(lái)判斷當(dāng)前輸入數(shù)據(jù)在一幀圖像中的位置，并對(duì)整個(gè)FPGA圖像處理單元30的內(nèi)部模塊的操作進(jìn)行控制；③帶浮動(dòng)像素的抖動(dòng)模板模塊33根據(jù)系統(tǒng)控制模塊32輸入的當(dāng)前`幀的狀態(tài)，帶浮動(dòng)像素的抖動(dòng)模板模塊33輸出相應(yīng)位置的浮動(dòng)模板值，并在完成一幀圖像處理變換抖動(dòng)像素的位置，生成新的抖動(dòng)模板；④圖像數(shù)據(jù)比較模塊34將帶浮動(dòng)像素的抖動(dòng)模板模塊33輸出值模板像素值與相應(yīng)圖像低位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較， 得到圖像修正信息；⑤圖像信息修正模塊35根據(jù)圖像數(shù)據(jù)比較模塊34輸出的圖像修正信息，對(duì)輸入數(shù)據(jù)處理模塊31輸出的相應(yīng)位置的圖像高位數(shù)據(jù)進(jìn)行修正，并將修正后數(shù)據(jù)輸出到顯示設(shè)備40。
4)顯示設(shè)備40顯示設(shè)備40選用市面上通用的顯示設(shè)備,如LE1902X。
二、方法如圖2，本方法實(shí)現(xiàn)步驟如下①接收行、場(chǎng)同步信號(hào)并對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理一 I在外部場(chǎng)同步、行同步信號(hào)的控制下，當(dāng)場(chǎng)同步信號(hào)(VD)和行同步信號(hào)(HD)同時(shí)有效時(shí)，輸入的數(shù)據(jù)作為處于有效狀態(tài)并對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；將輸入的有效數(shù)據(jù)分兩部分，一部分作為待處理信號(hào)(有效數(shù)據(jù)的高位)保存在系統(tǒng)中，一部分作為待比較信號(hào)(有效數(shù)據(jù)的低位)輸入到圖像比較模塊。
②生成處理一幀圖像區(qū)塊的抖動(dòng)模板一 2根據(jù)待比較信號(hào)的位寬產(chǎn)生對(duì)應(yīng)大小的抖動(dòng)模板；若待比較數(shù)據(jù)的位寬為2bit，則需要產(chǎn)生一個(gè)2X2的矩陣；若待比較數(shù)據(jù)的位寬為3bit，則需要產(chǎn)生一個(gè)3X3的矩陣，以此類推；同時(shí)，設(shè)置抖動(dòng)模板中的浮動(dòng)像素，選擇抖動(dòng)矩陣中較為接近抖動(dòng)模板中像素均值的一個(gè)或多個(gè)像素作為浮動(dòng)像素；若是一個(gè)2X2的矩陣，浮動(dòng)像素可以是I或2 ;若是一個(gè) 3X3的矩陣，浮動(dòng)像素可以是3、4、5三個(gè)值中的一個(gè)或多個(gè)值。
③根據(jù)所生成的抖動(dòng)模板對(duì)輸入圖像的低位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理一 3將生成的抖動(dòng)模板進(jìn)行貼瓷磚處理,這樣抖動(dòng)模板的分辨率和輸入圖像分辨率相同； 將待比較數(shù)據(jù)與相應(yīng)位置的抖動(dòng)模板中的值相比較，若待比較數(shù)據(jù)小于抖動(dòng)矩陣中相對(duì)應(yīng)像素位置的值，則比較結(jié)果為O ;若待比較數(shù)據(jù)大于或等于抖動(dòng)矩陣中相對(duì)應(yīng)像素位置的值，則比較結(jié)果為I ;同時(shí)，將得到的比較結(jié)果輸出。
④分為A、B兩路A、處理完一幀圖像后，抖動(dòng)像素變換位置，形成新的抖動(dòng)模板，準(zhǔn)備處理下幀圖像區(qū)塊的數(shù)據(jù)一 4在比較完抖動(dòng)矩陣大小的一幀圖像區(qū)塊后，抖動(dòng)矩陣中浮動(dòng)像素位置發(fā)送變化；浮動(dòng)像素與其相鄰的像素交換位置；在同一個(gè)圖像處理系統(tǒng)中，浮動(dòng)像素變化的方向要保值一致；浮動(dòng)像素變換位置的方向可按照順時(shí)針?lè)较蚧蚰鏁r(shí)針?lè)较?；浮?dòng)像素的變換位置后的抖動(dòng)模板則用于下一幀圖像區(qū)塊的處理；圖3則展示了 2bit抖動(dòng)矩陣中，抖動(dòng)值為2的像素作為浮動(dòng)像素，在順時(shí)針?lè)较蛏虾拖噜徬袼亟粨Q位置后抖動(dòng)模板變化的示意圖；再將新生成的抖動(dòng)模板跳轉(zhuǎn)到步驟③；B、將已處理完的圖像區(qū)塊修正信息反饋到該圖像區(qū)塊，并對(duì)高位數(shù)據(jù)進(jìn)行修正一5 在圖像修正過(guò)程中，將待修正數(shù)據(jù)與相對(duì)應(yīng)的圖像修正信息進(jìn)行處理；當(dāng)圖像 修正信息為O時(shí)，表示待修正的數(shù)據(jù)所包含的圖像信息能正確反映原圖像信息，圖像色彩不需要進(jìn)行增強(qiáng)處理；當(dāng)圖像修正信息為I時(shí)，表示待修正的數(shù)據(jù)所包含的圖像信息不能正確反映原圖像信息，圖像色彩需要進(jìn)行增強(qiáng)處理；在圖像修正信息為I時(shí)，使待修正數(shù)據(jù)的灰度值提高I個(gè)灰度；再輸出已處理的圖像數(shù)據(jù)一6。
權(quán)利要求
1.一種基于浮動(dòng)像素的數(shù)字半調(diào)視頻處理系統(tǒng)，包括CXD傳感器(10)、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(20)和顯示設(shè)備(40);其特征在于 設(shè)置有FPGA圖像處理單元(30)； CXD傳感器(10)、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片(20)、FPGA圖像處理單元(30)和顯示設(shè)備(40)依次連接； 所述的圖像處理單元(30)包括輸入數(shù)據(jù)處理模塊(31)、系統(tǒng)控制模塊(32)、帶浮動(dòng)像素的抖動(dòng)模板模塊(33)、圖像數(shù)據(jù)比較模塊(34)和圖像信息修正模塊(35)； 其交互關(guān)系是 系統(tǒng)控制模塊(32)控制FPGA圖像處理單元(30)中的其它4個(gè)模塊的工作狀態(tài)；輸入數(shù)據(jù)處理模塊(31)將處理完的高位數(shù)據(jù)輸出到圖像信息修正模塊(35)，將低位數(shù)據(jù)輸出到圖像數(shù)據(jù)比較模塊(34);帶浮動(dòng)像素的抖動(dòng)模板模塊(33)將生成的抖動(dòng)模板輸出到圖像數(shù)據(jù)比較模塊(34);圖像數(shù)據(jù)比較模塊(34)將像素比較后得出圖像修正信息輸出到圖像信息修正模塊(35 );圖像信息修正模塊(35 )將修正后的圖像數(shù)據(jù)輸出到顯示設(shè)備(40 )。
2.基于權(quán)利要求1所述數(shù)字半調(diào)視頻處理系統(tǒng)的數(shù)字半調(diào)視頻處理方法，其特征在于包括下列步驟 ①接收行、場(chǎng)同步信號(hào)并對(duì)輸入數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(I); ②生成處理一幀圖像區(qū)塊的抖動(dòng)模板(2)； ③根據(jù)所生成的抖動(dòng)模板對(duì)輸入圖像的低位數(shù)據(jù)進(jìn)行處理(3); ④分為A、B兩路 A、處理完一幀圖像后，抖動(dòng)像素變換位置，形成新的抖動(dòng)模板，準(zhǔn)備處理下幀圖像區(qū)塊的數(shù)據(jù)(4)； 再將新生成的抖動(dòng)模板跳轉(zhuǎn)到步驟③； B、將已處理完的圖像區(qū)塊修正信息反饋到該圖像區(qū)塊，并對(duì)高位數(shù)據(jù)進(jìn)行修正(5)； 再輸出已處理的圖像數(shù)據(jù)(6)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于浮動(dòng)像素的數(shù)字半調(diào)視頻處理系統(tǒng)及其方法，涉及數(shù)字圖像尤其是彩色圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。本系統(tǒng)包括CCD傳感器、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片和顯示設(shè)備；設(shè)置有FPGA圖像處理單元；CCD傳感器、模數(shù)信號(hào)轉(zhuǎn)換芯片、FPGA圖像處理單元和顯示設(shè)備依次連接；所述的圖像處理單元包括輸入數(shù)據(jù)處理模塊、系統(tǒng)控制模塊、帶浮動(dòng)像素的抖動(dòng)模板模塊、圖像數(shù)據(jù)比較模塊和圖像信息修正模塊。本發(fā)明通過(guò)改變抖動(dòng)模板中浮動(dòng)像素的位置降低相鄰幀圖像之間的線性相關(guān)性失真，經(jīng)過(guò)圖像疊加后，去除圖像處理過(guò)程的塊狀效應(yīng)；適用于各種數(shù)字視頻壓縮和色彩增強(qiáng)處理領(lǐng)域。
文檔編號(hào)H04N5/367GK103051904SQ20131000378
公開日2013年4月17日 申請(qǐng)日期2013年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月7日
發(fā)明者陳若愚 申請(qǐng)人:武漢烽火眾智數(shù)字技術(shù)有限責(zé)任公司