专利名称：动态对比伸张电路与方法
技术领域：
本发明有关于一种动态对比伸张的方法，且特别有关于一种利用阀值 (Threshold Value)来进行动态对比伸张的方法。
背景技术：
动态对比伸张(Dynamic Contrast Enhancement)是指将输入影像的灰阶进行 重新的分配，其最大的目的是增加影像重点部份的动态范围，并且提高在视觉上影 像特性的对比。以8位元的256灰阶影像为例，其灰阶会在0-255的范围内平均分 布。但在实际的应用上，通常影片中影像的灰阶分布并非一成不变。以影像处理而言，统计直方图均衡化是很经典且有效的图像增强技术。当接 收到-一画面数据时，传统上会对此画面的影像特性经过--定的变换后，使其成为均 匀。众所皆知的，图像的统计直方图是图像中各像素对应的灰阶等级分布的近似机 率密度函数。直方均衡化的意义在于，画面通过处理之后可以使得分布在每一个灰 阶等级上的像素个数相等或大致上相等。然而，由于电路的限制，并没有办法做到 每个灰阶统计的情况。因此，现有的技术是将接收到画面分段来进行统计。图1A为某个画面的灰阶 分布图，图1B则是依据现有技术所得到的图1A进行动态对比伸张的转换曲线图。 请合并参照图1A和1B，在现有的技术中，会先将画面灰阶分布分为几个区间，以 图1A而论，是分为n1(0-63)、 n2(64-127)、 n3(128-191)、 n4 (192-255)四个区间。 接着，统计每一区间内像素的个数，而得到图1B所绘示的直方图。假设，每一区间的统计值分别是nl为575、 n2为374、 n3为393、 n4为97。 因此，每个区间平均来说，应该分到360个像素。此时，在现有的技术中，会将每 个区间的统计值除以360，而得到每个区间最新的斜率。以nl区间来说，则是将 该区间的统计值575除以360，而获得1.6的斜率值。当每个区间的斜率值都计算 出来后，就可以得到如图1B所绘示的转换曲线101。藉此，每个区间的像素个数都可以依据此转换曲线进行调整，而对画面进行动态对比伸张。然而，并不是每个影像的灰阶分布都有如图1A所绘示般。图2A绘示了另一画面的灰阶分布图。请参照图2A，在有些画面中，大部分的像素有可能集中在某 一灰阶的范围中，而依据上述现有的技术，就会得到如图2B的转换曲线。请参照图2B，可以很明显的看出，由于在图2A中，像素的个数都集中在灰阶 分布的第-一个区间内。因此，会导致转换曲线201在一开始就会急遽的上升。而在 其他的区间内，转换曲线201的斜率几近为0。图2C为依据图2B的转换曲线201而得到最新的灰阶分布图。请参照图2C， 我们可以很清楚的看到，若是利用现有技术来进行对比伸张，灰阶分布的第一个区 间内，像素个数的分布比例明显地与原来不同，这就是画面被过度伸张而导致的失 真现象。另外，现有的技术也不适合用来处理具有黑底区域的画面影像。图3为一种 具有黑底区域的画面的示意图。在有些画面中，会有正常显示区域301，以及不会 显示画面而以全黑显现的区域303和305，我们称这些全黑的区域303和305就是 黑底区域。在现有的技术中，当要计算出转换曲线以对具有黑底区域的画面进行动态对 比伸张时，会将黑底区域的像素个数一并统计。由于黑底区域并不是一个有效的显 示区域，因此现有技术将黑底区域的像素个数列入统计的动作，有可能会使会面在 进行动态对比伸张时而产生严重的失真。发明内容因此，本发明供一种动态对比伸张电路，可以利用一阀值来对画面进行动态 对比伸张，使之不会有过度伸张的情形发生。本发明也提供一种动态对比伸张的方法，可以避免画面进行对比伸张而导致失真。本发明又提供一种动态对比伸张的方法，可以适当地处理具有黑底区域的画 面，而不会使画面失真。本发明所提供的动态对比伸张电路，包括灰阶统计单元、运算单元和转换单 元。其中，灰阶统计单元会接收一画面，并且将该画面的灰阶分布分成多个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并得到多个统计值。当这些统计值其中任 一大于一阀值时，运算单元会依据超过阀值的统计值与阀值间的差值来调整每一统 计值。藉此，转换单元就可以依据调整后的统计值而产生一转换数据，以对该画面 进行动态对比伸张。在较佳的实施例中，本发明所提供的伸张电路还包括比较器、比例縮放单元 和分配器。其中，比较器可以接收画面的各种色彩灰阶值，并将其中最大者送至转 换单元，以依据转换数据而得到转换后的色彩灰阶值。另外，比例縮放单元可以接 收所有的色彩灰阶值，并依据转换单元的输出而计算出最大色彩灰阶值的縮放倍 率，再将所接收到的色彩灰阶值乘以此縮放倍率，以得到縮放后的色彩灰阶值。而 分配器则是电性连接比例縮放单元和转换单元，以用来依据比较器的运算结果而将 转换后的色彩灰阶值和縮放后的色彩灰阶值输出。从另一观点来看，本发明提供一种动态对比伸张的方法，包括将 -画面的灰 阶分布分为N个统计区间，而N为正整数。另外，统计每一统计区间内像素的个数， 并且得到多个统计值。当这些统计值其中任一大于一阀值时，则依据超过阀值的统 计值与阀值之间的差值来调整每一统计值，以获得一转换数据来对画面进行动态对 比伸张。在本发明的一个实施例中，获得转换数据的步骤还包括将超过阀值的统计值 减去阀值，而获得二者间的差值，并且将超过阀值的统计区间的统计值以阀值取代。另外，将所获得的差值除以N而得到一调整值，并且将每一统计值加上调整值而获得最新的统计值，使得本发明能依据最新的统计值而获得转换数据。另外，本发明所提供的方法还包括接收画面的多个色彩灰阶数据，并且定义其中最大者为一最大灰阶数据，而其余的定义为多个较小灰阶数据。另外，本发明 将最大灰阶数据依据转换数据进行转换，而得到最新的最大灰阶数据，并且也将最 新的最大灰阶数据除以原始的最大灰阶数据，并获得一縮放倍率。藉此，本发明就 可以将较小灰阶数据乘以此縮放倍率，并得到最新的较小灰阶数据，并且输出最新 的最大灰阶数据和较小灰阶数据。从另一观点来看，本发明另外提供一种动态对比伸张的方法，适于处理具有 一正常显示区域和一黑底区域的画面。本发明包括将正常显示区域的灰阶分布分为N个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并且获得多个统计值。另外，本发明也会统计黑底区域的像素的个数，并且得到一黑底统计值。本发明会将黑底 统计值除以N而得到一黑底调整值，并且将每一统计值加上黑底调整值，以对画面 进行动态对比伸张。从另一观点来看，本发明所提供的方法包括接收一画面，并且检测此画面是 否有一黑底区域。若是检测出画面中没有黑底区域时，则将画面的灰阶分布区分为 N个统计区间，以统计每一统计区间内像素的个数，并且得到多个统计值。而当这 些统计值其中任一大于一阀值时，则依据超过阀值的统计值与阀值之间的差值来调 整每一统计值，以获得一转换数据来对画面进行动态对比伸张。相对地，当检测画面具有该黑底区域时，则将该画面除了黑底区域之外的正常显示区域的灰阶分布分为N个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并且获得多个统计值。另外，本发明也会统计黑底区域的像素的个数，并且得到一黑底统计值。本发明会将黑底统计值除以N而得到一黑底调整值，并且将每一统计值加上黑底调整值，以对画面进行动态对比伸张。从以上可知，由于本发明依据超过阀值的统计值与阀值之间的差值，来调整 每一统计区间的统计值。藉此，就可以避免画面因为过度伸张而产生的失真。另外， 由于本发明会独立处理黑底区域的数据。因此，本发明在处理具有黑底区域的画面 时，就可以避免失真。为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实 施例，并配合附图作详细说明如下。
图1A为某个画面的灰阶分布图。图1B则为依据现有技术所得到的图1A进行动态对比伸张的转换曲线图。 图2A为另一画面的灰阶分布图。图2B为依据现有技术所得到的图2A进行动态对比伸张的转换曲线图。 图2C为依据图2B的转换曲线而得到最新的灰阶分布图。 图3为一种具有黑底区域的画面的示意图。图4为依照本发明的一较佳实施例的一种动态对比伸张的方法的步骤流程图。 图5为依照本发明的一较佳实施例的一种动态对比伸张的方法的示意图。图6为依照本发明的一较佳实施例的一种获得转换数据的步骤流程图。 图7为依照本发明较佳实施例的一种转换曲线图。图8为依照本发明另一较佳实施例的一种动态对比伸张的方法的步骤流程图。 图9为依照本发明一较佳实施例的一种动态对比调整电路的电路方块图。 图10为依照本发明一选择实施例的一种动态对比调整电路的电路方块图。 图11为依照本发明一较佳实施例的一种同吋进行色彩转换的动态对比伸张的 步骤流程图。
具体实施方式
图4为依照本发明一较佳实施例的一种动态对比伸张方法的步骤流程图，适 于处理一画面信息。请参照图4，当接收到一画面时，本发明会如步骤S401所述， 将接收的画面的灰阶分布分为N个统计区间，并且如步骤S403所述，统计每个统 计区间内的像素的个数，并获得多个统计值。其中，N为正整数。假设本发明要对图2A所描述的画面信息进行动态对比伸张时，会先将图2A 的灰阶分布分为N个统计区间，以图2A来说，N等于4。也就是说，本发明可以将 图2A中的灰阶分布分为nl、 n2、 n3和ri4四个统计区间，然后再统计每个统计区 间内的像素个数。虽然在本实施例中，是将灰阶分布分为四个统计区间，然而在此 领域具有通常知识者应当知道，任何数目的统计区间都为本发明所包括。图5为依照本发明一较佳实施例的----种动态对比伸张方法的示意图。请合并 参照图4和图5，当统计完每个统计区间内像素的个数后，会产生多个统计值，例 如图5中方块501、 503、 505和507，分别代表每个统计区间的统计值。接着，进 行步骤S405，就是判断是否所有的统计值都不大于一阀值TH1。若是所有的统计值 都不大于阀值TH1时，则如步骤S407所述，使该画面进行现有的动态对比伸张。相对地，假设有任何的统计值超过阀值，则如步骤S409所述，依据超过阀值 TH1的统计值与阀值TH1之间的差值而获得一转换数据来对画面进行动态对比伸 张。图6为依照本发明一较佳实施例的一种获得转换数据的步骤流程图。请合并 参照图5和图6，假设在图5中，每个统计区间的原始统计值如下所示 nl:1360n2:70n3:5n4:5而阀值TH1假设为540。因此，统计区间nl的统计值明显高于阀值。此时， 就如步骤S601所述，将超过阀值的统计值减去阀值而得到二者的差值。因此，将 统计区间nl的统计值减去阀值TH1之后，可以得到二者的差值为820。接着，将 此超过阀值的统计区间内的统计值，以阀值取代。因此，统计区间内的统计值就更 改为540。接着，进行步骤S603，就是将二者的差值除以N而获得一调整值。在本实施 例中，N等于四。因此，差值除以4之后，可以得到统计值为205。接着，如步骤 S605将每一统计值加上调整值而获得最新的统计值，例如图5中，方块511、 513、 515和517所代表的值。详细的计算式如下nl:540+205=745n2:70+205=275n3:5+205=210n4: 5+205=210至此，本发明就可以如步骤S607所述，依据最新的统计值而获得转换数据。 如图7所示，其为依照本发明较佳实施例的一种转换曲线图。请参照图7，转换曲 线701是依照图5中最新的统计值所获得的转换曲线。与图2C所绘示的转换曲线 201相比，本发明所获得的转换曲线更接近l:l的比例。因此，画面较不易失真。图8为依照本发明另一较佳实施例的一种动态对比伸张方法的步骤流程图。 请参照图8，当本发明检测到所接收的画面具有黑底区域时，则可以先如步骤S801 所述，将除了黑底区域之外其他正常显示画面的灰阶分布分为N个统计区间。同样 地，本发明会先统计每一统计区间内像素的个数，并且获得多个统计值，也就是步 骤S803所述。接下来较特别的是，如步骤S805所述，统计黑底区域内像素的个数，并且得 到一黑底统计值。假设，N等于4，也就是将所接收到的画面的灰阶分布分为四个 统计区间(nl、 n2、 n3和n4)，而每个统计区间的统计值如下nl:560假设，黑底统计值为800。此时，800除以4就可以得到一黑底调整值200， 就如步骤S807所述。接着，如步骤S809所述，将每一统计值都加上黑底调整值， 而获得新的统计值，例如nl:560+200=760 接着，本发明可以将每一统计区间内新的统计值如图4和图6所述的步骤流 程进行处理，以对画面进行动态对比伸张。图9为依照本发明-一较佳实施例的一种动态对比调整电路的电路方块图。请 参照图9，为了要实现上述的方法，本发明提出了动态对比调整电路900，包括灰 阶统计单元902、运算单元904和转换单元906。请继续参照图9，灰阶统计单元902用来接收--画面，并且将此画面的灰阶分 布分为数个统计区间，并且统计每个统计区间内像素的个数，并且获得数个统计值 数据。而灰阶统计单元902会将这些统计值数据ND送至运算单元904。在有些选择实施例中，灰阶统计单元902还可以检测所接收的画面是否有黑 底区域。若是检测出所接收的画面具有黑底区域时，则灰阶统计单元902还可以统 计出黑底区域的像素个数，并且获得一黑底统计值BD给运算单元904进行处理。当运算单元904接收到灰阶统计单元902所输出的统计数据后，就会将这些 统计数据与阀值TH1进行如图4、图6或图8的处理，并且获得新的统计值数据Cl 给转换单元906。藉此，转换单元906就可以依据新的统计值数据而获得例如转换 曲线等的转换数据TD，以对画面进行动态对比伸张。由于画面在进行动态对比伸张时，其色彩灰阶也有可能产生颜色的离异，而 使得画面看起来非常的不自然。因此，图10为依照本发明一选择实施例的-一种动 态对比调整电路的电路方块图。请参照图10，在一些选择实施例中，动态对比调 整电路900还可以包括比较器1002、比例縮放单元1004和分配器1006，用来同步处理画面的色彩灰阶的转换。图11为依照本发明一较佳实施例的一种同时进行色彩转换的动态对比伸张的 步骤流程图。请合并参照图10和图11，比较器1002是用来接收画面的各色彩灰 阶数据。在本实施例中，这些色彩灰阶数据例如是红色色彩灰阶数据R、绿色色彩灰阶数据G和蓝色色彩灰阶数据B，然而本发明并不以此为限。另外，定义这些色 彩灰阶数据中最大者为最大灰阶数据Max，而其余的色彩灰阶数据则定义为较小灰 阶数据Min一a和Min一b，就如步骤S1101所述。当比较器1002接收到这些色彩灰阶数据后，会将最大灰阶数据送至转换单元 906。藉此，转换单元906就如步骤S1103所述，依据转换数据来转换最大灰阶数 据，而得到最新的最大灰阶数据，并且转换单元906将此最新的最大灰阶数据传送 至比例縮放单元1004。在本实施例中，比例縮放单元1004包括除法器1112和乘法器1114。当转换 单元906将输出送至比例縮放单元1004时，除法器1112会如步骤S1105所述，将 最新之最大灰阶数据除以原始之最大灰阶数据Max，而获得一縮放倍率K1，并且送 至乘法器1114。藉此，乘法器1114会进行步骤S1107，就是将较小灰阶数据乘以 此縮放倍率Kl，而得到最新的较小灰阶数据。另外，比例縮放单元1004会如步骤S1109所述，输出最新的最大灰阶数据和 较小灰阶数据给分配器1006。而分配器1006则依据比较器1002所产生的选择信 号SEL，而将转换后的色彩灰阶数据R' 、 G'和B'输出。综上所述，本发明至少有以下优点1. 由于本发明是利用超过阀值之统计区间的统计值与阀值间的差值来产生转 换数据，因此就可以使得画面在进行动态对比伸张时不致产生失真。2. 由于本发明另外对黑底区域的数据进行处理，因此也可以避免在处理具有 黑底区域的画面时所造成的画面失真。3. 本发明同时也对各色彩灰阶进行同步的转换，因此画面较不会产生颜色的 离异而造成失真。虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习 此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许更动与润饰，因此本发明 的保护范围当以权利要求所界定的为准。
权利要求
1. 一种动态对比伸张电路，包括一灰阶统计单元，接收一画面，并将该画面的灰阶分布分成多个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并得到多个统计值；一运算单元，电性连接该灰阶统计单元，用以当该些统计值其中任一大于一阀值时，依据超过该阀值的统计值与该阀值之间的差值来调整每一统计值；以及一转换单元，电性连接该运算单元，依据该些调整后的统计值而产生一转换数据，以对该画面进行动态对比伸张。
2. 如权利要求1所述的动态对比伸张电路，其特征在于，还包括 一比较器，接收该画面的多个色彩灰阶值，并将其中最大者送至该转换单元，以依据该转换数据而得到转换后的色彩灰阶值；一比例缩放单元，接收所有该些色彩灰阶值，并依据该转换单元的输出而计 算出该最大色彩灰阶值的一縮放倍率，再将除了该最大色彩灰阶值外的其余色彩灰 阶值乘以该縮放倍率，以得到縮放后的色彩灰阶值；以及-分配器，电性连接该比例縮放单元和该转换单元，用以依据该比较器的运 算结果而将转换后的色彩灰阶值和縮放后的色彩灰阶值输出。
3. 如权利要求2所述的动态对比伸张电路，其特征在于，该比例縮放单元包括 一除法器，用以将转换后的最大的色彩灰阶值除以原始的最大的色彩灰阶值，而获得该缩放倍率；以及一乘法器，将除了最大的色彩灰阶值之外的其余色彩灰阶值乘以该縮放倍率， 而得到縮放后的色彩灰阶值。
4. 如权利要求2所述的动态对比伸张电路，其特征在于，该些色彩灰阶值包括 红色色彩灰阶值、绿色色彩灰阶值和蓝色色彩灰阶值。
5. 如权利要求1所述的动态对比伸张电路，其特征在于，该转换数据包括一转 换曲线。
6. —种动态对比伸张的方法，包括下列步骤 将一画面的灰阶分布分为N个统计区间，其中N为正整数； 统计每一统计区间内像素的个数，并得到多个统计值；以及当该些统计值其中任一大于--J阀值时，则依据超过该阀值的统计值与该阀值 之间的差值来调整每一该些统计值，以获得一转换数据来对该画面进行动态对比伸张。
7. 如权利要求6所述的动态对比伸张之方法，其特征在于，获得该转换数据的 步骤，包括下列步骤-将超过阀值的统计值减去该阀值，而获得二者间的差值，并将超过该阀值的 统计区间的统计值以该阀值取代；将该差值除以N而获得一调整值；将每一该些统计值加上该调整值而获得多个最新的统计值；以及 依据该些最新的统计值而获得该转换数据。
8. 如权利要求6所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，还包括下列步骤 接收该画面的多个色彩灰阶数据，并定义其中最大者为 -最大灰阶数据，而其余的定义为多个较小灰阶数据；将该最大灰阶数据依据该转换数据进行转换，而得到一最新的最大灰阶数据； 将该最新的最大灰阶数据除以原始的该最大灰阶数据，并获得一縮放倍率； 将该些较小灰阶数据乘以该縮放倍率，并得到最新的该些较小灰阶数据；以及输出该最新的最大灰阶数据和该些较小灰阶数据。
9. 如权利要求8所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，该些色彩灰阶数据 包括红色色彩灰阶值、绿色色彩灰阶值和蓝色色彩灰阶值。
10. 如权利要求6所述的动态对比伸张之方法，其特征在于，该转换数据为一 转换曲线。
11. 一种动态对比伸张的方法，适于处理一画面，而该画面分为一正常显示区 域和一黑底区域，该动态对比伸张的方法包括下列步骤将该正常显示区域的灰阶分布分为N个统计区间，其中N为正整数； 统计每一统计区间的像素的个数，并获得多个统计值； 统计该黑底区域的像素的个数，并得到一黑底统计值； 将该黑底统计值除以N而得到一黑底调整值；以及将每一该些统计值加上该黑底调整值，以对该画面进行动态对比伸张。
12. 如权利要求11所述的动态对比伸张的方法，其特征在下，还包括下列步骤 接收该画面的多个色彩灰阶数据，并定义其中最大者为一最大灰阶数据，而其余的定义为多个较小灰阶数据；将该最大灰阶数据依据该转换数据进行转换，而得到- 最新的最大灰阶数据； 将该最新的最大灰阶数据除以原始的该最大灰阶数据，并获得一縮放倍率； 将该些较小灰阶数据乘以该缩放倍率，并得到最新的该些较小灰阶数据；以及输出该最新的最大灰阶数据和该些较小灰阶数据。
13. 如权利要求12所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，该些色彩灰阶数 据包括红色色彩灰阶值、绿色色彩灰阶值和蓝色色彩灰阶值。
14. 如权利要求11所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，该转换数据为一 转换曲线。
15. —种动态对比伸张的方法，包括下列步骤 接收一画面；检测该画面中是否有一黑底区域；当该画面中没有该黑底区域时，则将该画面的灰阶分布区分为N个统计区间，其中N为正整数；统计每一统计区间内像素的个数，并得到多个统计值；以及 当该些统计值其中任一大于一阀值时，则依据超过该阀值的统计值与该阀值之间的差值来调整每一统计值，以获得一转换数据来对该画面进行动态对比伸张。
16. 如权利要求15所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，获得该转换数据 的步骤，包括下列步骤将超过阀值的统计值减去该阀值，而获得二者间的差值，并将超过该阀值的统计区间的统计值以该阀值取代；将该差值除以N而获得一调整值；将每一该些统计值加上该调整值而获得多个最新的该些统计值；以及 依据该些最新的统计值而获得该转换数据。
17. 如权利要求15所述的动态对比伸张的方法，其特征在于，当检测该画面具有该黑底区域时，则包括下列步骤将该画面除了该黑底区域之外的正常显示区域的灰阶分布分为N个统计区间；统计每一统计区间的像素的个数，并获得多个统计值； 统计该黑底区域的像素的个数，并得到-一黑底统计值； 将该黑底统计值除以N而得到一黑底调整值；以及将每一该些统计值加上该黑底调整值，以对该画面进行动态对比伸张。
全文摘要
本发明公开了一种动态对比伸张电路，包括灰阶统计单元、运算单元和转换单元。其中，灰阶统计单元会接收一画面，并且将该画面的灰阶分布分成多个统计区间，以统计每一统计区间的像素的个数，并得到多个统计值。当这些统计值其中任一大于一阀值时，运算单元会依据超过阀值的统计值与阀值间的差值来调整每一统计值。藉此，转换单元就可以依据调整后的统计值而产生一转换数据，以对该画面进行动态对比伸张。
文档编号G06T5/40GK101221659SQ20071000388
公开日2008年7月16日 申请日期2007年1月11日 优先权日2007年1月11日
发明者沈自强, 高盟超 申请人:中华映管股份有限公司