专利名称：直方图发生器的制作方法
技术领域：
本发明涉及直方图发生器领域，尤其涉及输入数据如输入视频信号电平分布的检测。
背景技术：
一般情况下，直方图是在电视信号的信号处理电路中产生用以获取视频信号的特征的。过去，人们已经引入了产生直方图的应用技术。一例产生这种技术的装置见日本专利公开号为S58-63989的专利申请。
图17描绘了一例根据取样值的大小将取样得到的输入信号分成多组的直方图。图17中，取样得到的信号被分成四组。为了对取样值进行分组，设置阈值a1、a2和a3，并按照这些阈值形成四个区间A1、S2、S3和S4。对连续的输入视频信号进行取样，并将取样值分配到区间S1、S2、S3和S4中的一个区间。根据区间S1、S2、S3和S4产生直方图，并将计数得到的取样数(频率)分配到每一区间。
然而，在上述现有技术的直方图发生器中，产生的直方图可能不稳定。由于如噪声等因素，位于阈值a1的小邻域中的输入信号的取样值可以由某一时刻属于区间S1的而另一时刻属于区间S2的直方图发生器来判断。
发明概述按照本发明的直方图发生装置采用几个如边界的阈值通过将最大的输入信号的范围划分成几个区间来寻找输入视频信号的频率。直方图发生装置包含对阈值附近出现的取样进行加权的加权电路，和对加权电路的输出信号进行计数的计数电路。
附图简述图1是按照本发明第一个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图2是按照本发明第二个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图3是按照本发明第三个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图4是按照本发明第四个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图5是按照本发明第五个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图6是按照本发明第六个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图7是按照本发明第七个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图8是按照本发明第八个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图9是按照本发明第九个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图10是按照本发明第十个典型实施例的直方图发生器的方框图。
图11A-E是本发明典型实施例中用作产生直方图的加权函数的顺序。
图12A-E是本发明典型实施例中用作产生直方图的加权函数的顺序。
图13A-E是本发明典型实施例中用作产生直方图的加权函数的顺序。
图14A-D是本发明典型实施例中用作产生直方图的加权函数的顺序。
图15A-C是本发明典型实施例中用作产生直方图的加权函数的顺序。
图16描绘的是本发明典型实施例中产生直方图的加权函数。
图17是用现有技术产生的直方图。
较佳实施例的描述假设下阈值(第一阈值)用A表示，而上阈值(第二阈值)用B表示，在A和B之间形成区间。在传统的直方图发生器(见图16)中，直方图是通过按照输入视频信号S是否属于由阈值A和B定义的区间来划分输入视频信号而得到的。另一方面，按照本发明，直方图发生装置在位于阈值A和B之间区间的两端设置了一个阈值宽度W。从而在如图16中实线所示的冗余量±W内，阈值A和B具有与之相关的坡度；从而产生加权函数。加权函数对数据进行加权，随后对这些数据计数而产生一直方图。
换言之，当输入视频信号S的电平靠近与A或B相关联的加权函数的中心时，被加权的数据不变，而当输入视频信号S在阈值A或B周围时，被加权的数据取与中心的距离成正比的值。
图16中，范围±W内实线所示的阶梯由装置用来处理数字数据。当处理模拟数据时，或在数字数据中增加位数时，台阶(图16)近似为一直线。在阈值A向下的邻域内，覆盖(A-W)到A的相应区间与覆盖A到(A+W)的向上的邻域具有相同的宽度。所以，如果类似地地安排阈值B的邻域，则采用加权函数可以计算频率，而组合计数的频率可以产生所要求的直方图。
下面描述直方图多个区间中的一个区间。该区间具有与之相关的第一阈值A以及第二阈值B(A＜B)。
第一个典型实施例图1是本发明第一个典型实施例产生视频信号直方图的直方图发生器的方框图。
第一典型实施例的直方图发生器包含第一加权电路100、第二加权电路200、最小检测器电路(MIN电路)11，以及计数器12。图1所示结构视频信号的直方图发生器接收输入视频信号S，并输出输入视频信号S的取样数(频率)F。例如，输入视频信号是一个亮度信号。
首先描述第一加权电路的结构和运行。
第一减法器1减去阈值宽度W，该阈值宽度W是在外部设置，并且用来分配与也是在外部设置的第一阈值A关联的宽度。将相减值(A-W)输出到第二减法器2。
第二减法器2从输入视频信号S中减去第一减法器1的输出，并将相减值(S-(A-W))输出到第一零限幅器(zero limiter)3。
第一零限幅器3ⅰ)在第二减法器2的输出为零或负值时，输出0，或ⅱ)如果第二减法器2的输出为正值时，输出第二减法器2的输出值，换言之，第一零限幅器3响应于输入视频信号S输出0或(S-(A-W))。
按照上述运行，与产生的阈值A相关的加权函数如图11A所示。图11A-E中，输入视频信号S的电平为横轴，而通过加权函数确定的加权数据的幅度为纵轴F。图11A-E中，阈值邻域中的加权函数如斜线所示，但在处理数据时成台阶形状。
第一限幅器5接收第一零限幅器3的输出以及在外部设置的极限电平L，并ⅰ)在第一零限幅器3的输出小于极限电平L时，输出第一零限幅器3的输出，或者ⅱ)在第一零限幅器3的输出大于或等于极限电平L时，输出极限电平L。换言之，第一限幅器5响应于输入视频信号S输出0、(S-(A-W))或L。在本典型实施例中L等于2W。
按照上述运行，第一加权电路100输出靠近如图11B所示极限电平L限制的阈值A的加权数据。图11A-E中，极限电平L沿纵轴方向。
下面说明第二加权电路200的结构和运行。
第一加法器6加入在外部设置并具有宽度W的第二阈值B，并将相加的值(B+W)输出到第三减法器7。
第三减法器7从加法器6的输出中减去输入视频信号S，并将相减的值(B+W-S)输出到第二零限幅器8。
第二零限幅器8ⅰ)当第三减法器7的输出(B+W-S)为正值时，输出第三减法器7的输出值(B+W-S)，或ⅱ)当第三减法器7的输出值(B+W-S)为0或负值时，输出0。
按照上述运行，与靠近阈值B的数据相关的加权函数如图11C所示。
第二限幅器10接收第二零限幅器8的输出和极限电平L，并ⅰ)当第二零限幅器8的输出小于极限电平L时，输出第二零限幅器8的输出，或ⅱ)当第二零限幅器8的输出大于或等于极限电平L时输出极限电平L。
按照上述运行，第二加权电路200输出如图11D所示靠近极限电平L限制的阈值B的加权数据值。
最小检测器电路(MIN电路)11接收第一限幅器5的输出和第二限幅器10的输出，并输出其中的较小者。
按照上述运行，得到如图11E中实线所示的梯形加权函数。
计数器12累加地叠加最小检测器电路11的输出信号。
按照上述一帧或一场视频信号的运行，产生采用如图11E所示梯形加权函数的视频信号的直方图。
本发明的直方图发生器用加权数据对数据进行计数，通过分配靠近第二阈值的宽度，该加权函数在靠近第一阈值的阈值宽度内增加，在靠近第二阈值的阈值宽度内下降，而在阈值之间的中心附近为常数。
因此，通过分配阈值宽度并采用靠近阈值的加权函数，第一个典型实施例可以产生稳定的直方图。接着该直方图用作获取视频信号的特征。
第二个实施例图2描绘的是本发明第二个典型实施例中视频信号直方图发生器的结构。图2中具有与第一个典型实施例(图1)中相同标号的元件的结构和运行与第一个典型实施例中是相同的，因此其描述从略。
首先说明第一加权电路101的结构和运行。
第一减法器1和第二减法器2的结构和运行与第一个典型实施例中的是相同的，其说明从略。
第三限幅器15接收第二减法器2的输出值(S-(A-W))以及外部设置的极限电平L，并且，ⅰ)当第二减法器2的输出小于极限电平L时，输出第二减法器2的输出，或者ⅱ)当第二减法器2的输出大于或等于极限电平L时，输出极限电平L。
按照上述运行，第三限幅器15的输出值如图12A所示。
第三零限幅器13ⅰ)当第三限幅器15的输出为零或负值时，输出0，或者ⅱ)当第三限幅器15的输出为正值时，输出第三限幅器15的输出。
按照上述运行，第一加权电路101输出加权数据值，这些加权数据值靠近阈值A，并由极限电平L限幅，如图12B所示。
下面说明第二加权电路201的结构和运行。
第一加法器6和第三加法器7的结构和运行与第一个实施例中的是相同的，因此其说明从略。
第四限幅器20接收第三减法器7的输出值(B+W-S)和极限电平L，并且ⅰ)如果第三减法器7的输出小于极限电平L，则输出第三减法器7的输出，或者ⅱ)如果第三减法器7的输出大于或等于极限电平，则输出极限电平L。本典型实施例中，L等于2W。
按照上述运算的第四限幅器20的输出值如图12C所示。
第四零限幅器18的输出如下ⅰ)如果第四限幅器20的输出是零或负值，则输出0，或者ⅱ)如果第四限幅器20的输出是正值，则输出第四限幅器20的输出。
按照上述运算，第二加权电路201输出如图12D所示的加权数据值。
最小值检测器电路11接收第一加权电路101和第二加权电路201的输出，并输出其中的较小者。
计数器12将最小值检测器电路11的输出信号累加。
按照上述运算，产生如图12E所示基于有梯形加权函数加权的值的直方图。
第三典型实施例图3是本发明第三个典型实施例中产生视频信号直方图的直方图发生器的方框图。
首先说明第一加权电路102的运行和结构。
第二加法器22将第一阈值A和阈值宽度W相加。将相加值(A+W)输出到第四减法器24。
第四减法器24从第二加法器22的输出中减去输入视频信号S，并将相减值(A+W-S)输出到第一零限幅器3。
第一零限幅器3用在第一个典型实施例中，并将计算值输出到第一限幅器5。第一限幅器5用在第一个典型实施例中，并将如图13A所示的计算值输出到第七减法器27。
按照上述运算的第一加权电路102的输出如图13B所示。
下面说明第二加权电路202的结构和运行。
第五减法器25从第二阈值B中减去阈值宽度W，并将相减值(B-W)输出到第六减法器26。
第六减法器26从输入视频信号S中减去第五减法器25的输出，并将相减值(S-(B-W))输出到第二零限幅器8。
第二零限幅器8与在第一个典型实施例中所起作用相同，并将计算结果输出到第二限幅器10。第二限幅器10用在第一个典型实施例中，并将如图13C所示的计算值输出到第八减法器28。
第八减法器28从极限电平L中减去第二限幅器10的输出。本典型实施例中，L等于2W。
按照上述运算的第二加权电路202的输出如图13D所示。
最小值检测器电路11接收第一加权电路102和第二加权电路202的输出，并输出其中的较小者。计数器12将最小值检测器电路11的输出信号累加。
按照上述运算，产生基于如图13E所示的由梯形加权函数加权值的直方图。
第四个典型实施例图4是本发明第四个典型实施例中产生视频信号直方图的直方图发生器的方框图。图4中与第二和第三典型实施例(图2和图3)中标号相同的元件的结构和运行与第二和第三典型实施例中的是相同的，因此其说明从略。
首先说明第一个加权电路103的结构和运行。
第二加法器22和第四加法器24的结构和运行与第三个典型实施例(图3)是相同的，第三限幅器15和第三零限幅器13的结构和运行与第二个典型实施例(图2)中的是相同的。
第三限幅器15接收第四减法器24的输出和极限电平L，并将计算值输出到第三零限幅器13。按照上述运算得到如图13A所示的输出。第七减法器27从极限电平L中减去第三零限幅器13的输出。
按照上述运算的第一加权电路103的输出如图13B所示。
下面说明第二加权电路203的结构和运行。
第五减法器25和第六减法器26的结构和运行与第三个典型实施例(图3)中的是相同的，第四限幅器20和第四零限幅器18的结构和运行与第二典型实施例(图2)中的是相同的。
第四限幅器20接收第六减法器26的输出值(S-(B-W))，并将计算值输出到第四零限幅器18。按照上述运算获得的输出值如图13C所示。
第八减法器28从极限电平L中减去第四零限幅器18的输出。按照上述运算得到的第二加权电路203的输出值如图13D所示。本典型实施例中，L等于2W。
最小值检测器电路11接收第一加权电路103和第二加权电路203的输出，并输出其中的较小者。计数器12将最小值检测器电路11的输出信号累加。
按照上述运算，产生基于图13E所示由梯形加权函数加权的值的直方图。
上文的说明中，描述了图1到图4中第一到第四典型实施例中与下阈值A相关的四种类型的加权电路和与上阈值B相关的四种类型的加权电路。然而，也可以将与图1到图4中下阈值相关的加权电路中的任何一个与图1到图4中与上阈值B相关的加权电路中的任何一个组合起来。
第五典型实施例图5描述的是本发明第五个典型实施例中视频信号直方图发生器的结构。与第一个典型实施例(图1)的差异是没有连接第一限幅器5，并且第一零限幅器3是直接与最小值检测器11相连的。其他元件的结构和运行与第一个典型实施例中的是相同的，因此其说明从略。
第一加权电路104的运行产生的输出如图11A所示。
第二加权电路200的运行产生的输出如图11D所示。本典型实施例中，L等于2W。
最小值检测器电路11接收第一加权电路104和第二加权电路200的输出，并输出其中的较小者。计数器12将最小值检测器电路11的输出信号累加。
按照上述运算，产生基于如图11E所示由梯形加权函数加权的值的直方图。
第六典型实施例图6绘出的是本发明第六个典型实施例中视频信号直方图发生器的结构。与第四个典型实施例(图4)的差异是没有连接第三零限幅器13，第三限幅器15的输出直接与减法器27相连。第三限幅器15的输出如图14A所示。其余的结构和运行与第四个典型实施例中的是相同的，因此其说明从略。
第三限幅器15的输出如图14A所示，第一加权电路105的运行产生的输出如图14B所示。
第二加权电路203的运行产生的输出如图14C所示。本典型实施例中，L等于2W。
按照最小值检测器11和计数器12的运行，产生基于如图14D所示梯形加权函数加权的值的直方图。
然而，也可以将与第五和第六典型实施例中下阈值A相关的加权电路中的一个和与第一到第四典型实施例中上阈值B相关的加权电路中的一个组合起来。
第七个典型实施例图7绘出的是本发明第七个典型实施例中视频信号的直方图发生器的结构。与第一个典型实施例(图1)的差异是没有连接第二限幅器10，并且第二零限幅器8的输出是直接与最小值检测器11相连。其余结构和运行与第一个典型实施例中的是相同的，因此其描述从略。
第一加权电路100产生的输出如图11B所示，而第二加权电路204的运行产生的输出如图11C所示。本典型实施例中，L等于2W。
按照最小值检测器11和计数器12的运行，产生基于如图11E所示梯形加权函数加权的值的直方图。
第八典型实施例图8绘出的是本发明第八个典型实施例中视频信号直方图发生器的结构。与第四个典型实施例(图4)的不同点是没有连接第四零限幅器18，而第四限幅器20的输出直接与第八减法器28相连。其余结构和运行与第四个典型实施例中的是相同，因此其描述从略。
第一加权电路103产生的输出如图15A所示，而第二加权电路205的运行产生的输出如图15B所示。本典型实施例中，L等于2W。
按照最小值检测器11和计数器12的运行，实现基于如图15C所示梯形加权函数加权的值的直方图。
然而，也可以将与第七和第八典型实施例中的上阈值B相关的加权电路中的一个和与第一到第四典型实施例中下阈值A相关的加权电路中的一个组合起来。
第九个典型实施例图9绘出本发明第九个典型实施例中视频信号直方图发生器的结构。与第三个典型实施例(图3)的第一加权电路106的不同在于在第一零限幅器3和第一限幅器5之间连接有第一除法器(divider)4。与第一个典型实施例(图1)中的第二加权电路206的不同点在于在第二零限幅器8和第二限幅器10之间连接有第二除法器9。
首先说明第一加权电路106的结构和运行。
第一除法器4将第一零限幅器3的输出(A+W-S)或0被从外部设置的斜率(slope)设定值G除，并输出相除后得到的值。换言之，第一除法器4根据输入视频信号S输出(A+W-S)/G或0。
第一限幅器5接收第一除法器4的输出和极限电平L，并将结果输出到第七减法器27。这里，极限电平L的值与第一到第八个典型实施例的极限电平是不同的。
斜率设定值将加权函数限定在靠近阈值A，从而如果输入数据的值是(A-W)，则加权数据是0，而如果输入数据的值是(A+W)，则加权数据是L。
第二加权电路206的结构和运行基本上与上述的是相同的，因此其解释从略。第二加权电路206中，斜率设定值G是确定靠近阈值B的加权函数的值，从而如果输入数据的值是(B-W)，则加权数据是L，而如果输入数据的值是(B+W)，则加权数据是0。
除以斜率设定值G的除法器可以连接在与图9所示位置不同的位置上；例如，连接在最小值检测器11的合适位置的上游(upstream)。图16中的符号st表示沿纵坐标F方向的一个阶梯，并且st=G*(L/(2*W))。这里，(L/(2*W))是靠近阈值处加权函数的斜率。
除以外部设定的斜率设定值G的除法器可以连接在第一到第八个实施例中，并与这些典型实施例相组合。
第十个典型实施例图10绘出的是本发明第十个典型实施例中视频信号直方图发生器的结构。与第九个典型实施例(图9)的差异是连接有第三除法器40。第三除法器40将来自计数器12的输出除以极限电平L。本实施例的其余结构和运行与第九个典型实施例中的是相同的，因此其描述从略。
第三除法器40将计数器12的输出被极限电平L除。该过程使MIN(最小值)电路12的输出归一化。在计数器12的下游(downstream)而不是在上游方向方向放置该第三除法器40的一个目的是为了使第三除法器40执行的乘法运算产生的四舍五入误差为最小。
上述第十个典型实施例使得能够为产生图16实线所示的直方图而产生阶梯加权函数。本例中，纵坐标上表示的L变成1。
按照本发明的结构和运行，用图11E、12E、13E、14D、15C和16中实线所示的梯形加权函数产生直方图。本典型实施例中纵坐标F上表示的L为1。
采用本典型实施例，使得可以产生一直方图，而同时抑制与归一化相关的运算期间的误差。另外，可以由归一化减小输出数据的幅度，使得在本发明的直方图发生器以后的下游电路的规模减小。
工业应用性本发明可以应用于获取视频信号特征的视频设备中。本发明使得通过分配用于产生直方图的宽度对阈值比，以及通过加权靠近阈值的数据而使直方图发生器的稳定性提高。因此，可以解决在其他直方图发生器中可能出现的有噪声引起的靠近阈值的区间内取样集中而使直方图不正确产生的问题。
本发明的直方图发生器详细地表示了与下阈值相关的加权电路和与上阈值相关的加权电路，与下阈值相关的加权电路通过增大每一区间下阈值邻域中线性函数或阶梯函数对输入信号进行加权，而与上阈值相关的加权电路通过降低每一区间上阈值邻域内的线性函数或阶梯函数对输入信号进行加权。然而，所使用的函数类型并不仅限于线性函数或阶梯函数，也可以采用任意的函数。正如本发明的说明中指出的那样，沿阈值两侧延伸的阈值宽度不一定必须是对称于阈值的。典型实施例中采用的是如本发明直方图发生器结构的硬线结构。对本领域的技术人员来说，上述典型实施例也可以用硬线、软件或其组合来实现。本发明还可以应用于除电视机以外的其他设备，包括各种显示装置如PC监视器。所以，上述较佳实施例仅是描述性的，而非限定性的。本发明的保护范围有权利要求限定，各种修正包括在权利要求的精神范围内。
权利要求
1．一种直方图发生装置，所述直方图发生装置用来计算多个输入值中的至少一个的出现的频率，所述输入值对应于由多个阈值定义的多个区间中的至少一个区间内的输入数据信号，其特征在于，所述直方图发生装置包含ⅰ)加权装置，用来根据所述输入数据信号和所述多个阈值输出与加权的数据信号对应的多个输出值；以及ⅱ)计数装置，用来对与所述加权数据信号对应的所述输出值的总数进行统计。
2．如权利要求1所述的直方图发生装置，其特征在于，所述加权装置包含ⅰ)第一加权装置，用来根据一加权函数对大体等于第一阈值的数据进行加权，并产生第一输出；ⅱ)第二加权装置，用来根据所述加权函数对大体等于第二阈值的数据进行加权，并产生第二输出；ⅲ)最小值检测装置，它输出所述第一输出和所述第二输出中的较小者。
3．如权利要求2所述的直方图发生装置，其特征在于，当与所述加权数据信号对应的所述输出值中的一个大体等于所述多个区间中的一个区间的中心时，所述加权装置输出一恒定值。
4．如权利要求2所述的直方图发生装置，其特征在于，所述第一加权装置根据一预定的斜率设定值对所述输入数据进行加权，并且所述第二加权装置根据所述预定斜率设定值对所述输入数据信号进行加权。
5．如权利要求3所述的直方图发生装置，其特征在于，所述第一加权装置根据一预定斜率设定值对所述输入数据信号进行加权，而所述第二加权装置根据所述预定斜率设定值对所述输入数据信号进行加权。
6．如权利要求1所述的直方图发生装置，其特征在于，所述计数装置还包含产生计数信号的装置，并且所述直方图发生装置还包含使所述计数装置的所述计数信号归一化的除法器。
7．如权利要求1所述的发生装置，其特征在于，所述输入数据信号是一视频数据信号。
8．如权利要求1所述的直方图发生装置，其特征在于，所述加权数据信号是根据与所述输入数据信号和所述多个阈值中的至少一个阈值对应的所述输入值中的每一个之间的距离来计算的。
全文摘要
直方图发生器产生检测视频信号特征的直方图。直方图发生器使得减少了其他直方图发生器中可能存在的噪声所引起的不稳定性问题。对产生直方图中使用的阈值分配一宽度,并对靠近阈值处下降的信号值加权以后对信号值进行计数。
文档编号H04N5/20GK1216193SQ98800100
公开日1999年5月5日 申请日期1998年3月5日 优先权日1997年3月6日
发明者竹岛正弘, 影山敦久, 川端稔, 杉本浩子 申请人:松下电器产业株式会社