色彩空间转换方法与流程

本发明是有关于一种色彩空间转换方法，特别是指一种应用在驱动集成电路(Driver IC)触控集成电路(Touch IC)能节省芯片面积与演算时间且在三原色(RGB)色彩空间与分量色差(YCbCr)色彩空间两者之间作转换的色彩空间转换方法。

现有技术

传统上，对影像作处理的时候，会先将在三原色(RGB)色彩空间(Domain)的R值、G值、及B值先转换成在分量色差(YCbCr)色彩空间的Y值、Cb值、及Cr值再作运算。待运算完成后，再将在分量色差(YCbCr)色彩空间所运算后的新Y值、新Cb值、及新Cr值转换回在三原色(RGB)色彩空间的新R值、新G值、及新B值。

现有技术将R值、G值、及B值转换成Y值、Cb值、及Cr值的关系式分别如公式(1)、公式(2)、及公式(3)所示。其中，R值、G值、及B值的范围都是介于0至255之间的整数(包含0及255)，Y值的范围是介于16至235之间的整数(包含16及235)，Cb值及Cr值都是介于16至240之间的整数(包含16及240)。

Y值＝0.257*R值+0.504*G值+0.098*B值+16...公式(1)

Cb值＝-0.148*R值-0.291*G值+0.439*B值+128...公式(2)

Cr值＝0.439*R值-0.368*G值-0.071*B值+128...公式(3)

而现有技术将Y值、Cb值、及Cr值转换成R值、G值、及B值的关系式分别如公式(4)、公式(5)、及公式(6)所示。其中，R值、G值、及B值的范围也都是介于0至255之间的整数(包含0及255)。

R值＝1.164*Y值+1.596*Cr值-222.921...公式(4)

G值＝1.164*Y值–0.392*Cb值-0.813*Cr值+135.576.公式(5)

B值＝1.164*Y值+2.017*Cb值-276.836...公式(6)

由公式(1)至(6)可知，不论是将在三原色色彩空间的R值、G值、及B值转换成在分量色差色彩空间的Y值、Cb值、及Cr值，还是将在分量色差色彩空间的Y值、Cb值、及Cr值转换成在三原色色彩空间的R值、G值、及B值，在以逻辑电路的硬件实现时，都需要使用乘法器，进而导致硬件的计算时间增加或硬件在集成电路上所占用的面积变大，而成为一个待解决的问题。

技术实现要素：

因此，本发明的目的，即在提供一种节省芯片面积与演算时间的色彩空间转换方法。

于是，本发明色彩空间转换方法，适用于将第一色彩空间的第一分量、第二分量、及第三分量转换成第二色彩空间的第四分量、第五分量、及第六分量。定义该第四分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以第一系数、第二系数、及第三系数与第一参数的总和。定义该第五分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以第四系数、第五系数、及第六系数与第二参数的总和。定义该第六分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以第七系数、第八系数、及第九系数与第三参数的总和。该色彩空间转换方法借由一个逻辑电路单元实施，并包含步骤(a)～(c)。

(a)分别选择第一系数、第二系数、第三系数、第四系数、第五系数、第六系数、第七系数、第八系数、第九系数、第一参数、第二参数、及第三参数的新第一系数、新第二系数、新第三系数、新第四系数、新第五系数、新第六系数、新第七系数、新第八系数、新第九系数、新第一参数、新第二参数、及新第三参数，其中，该新第一系数至该新第九系数，及该新第一参数至该新第三参数与其原值的差的绝对值小于0.005，且该新第一系数至该新第九系数，及该新第一参数至该新第三参数是一种二进有理数。

(b)获得新第四分量、新第五分量、及新第六分量。该新第四分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以新第一系数、新第二系数、及新第三系数与新第一参数的总和。该新第五分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以新第四系数、新第五系数、及新第六系数与新第二参数的总和。该新第六分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以新第七系数、新第八系数、及新第九系数与新第三参数的总和。

(c)将新第一系数至新第三系数与新第一参数、新第四系数至新第六系数与新第二参数、及新第七系数至新第九系数与新第三参数分别通分化简，使得该逻辑电路单元使用多个加法器及多个选择器，且不使用乘法器而计算新第四分量、新第五分量、及新第六分量。

在一些实施例中，第一色彩空间为三原色(RGB)色彩空间，第一分量至该第三分量分别为R值、G值、及B值。第二色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间，第四分量至第六分量分别为Y值、Cb值、及Cr值。第一系数至第九系数分别为0.257、0.504、0.098、-0.148、-0.291、0.439、0.439、-0.368、及-0.071，第一参数至第三参数分别为16、128、及128。其中，在步骤(a)中，新第一系数至新第九系数分别为0.2578125、0.5、0.09375、-0.1484375、-0.2890625、0.4375、0.4375、-0.3671875、及-0.0703125，新第一参数至新第三参数分别为16、128、及128。

在一些实施例中，其中，在步骤(c)中，定义新第四分量、新第五分量、及新第六分量分别为新Y值、新Cb值、及新Cr值，

新Y值＝(R值<<5+R值+G值<<6+B值<<3+B值<<2)>>7+16，

新Cb值＝(B值<<6-B值<<3-G值<<5-G值<<2-G值-R值<<4-R值<<1-R值)>>7+128，

新Cr值＝(R值<<6-R值<<3-G值<<6+G值<<4+G值-B值<<3-B值)>>7+128。

在一些实施例中，第一分量至第三分量的范围介于0至255之间，第四分量的范围介于16至235之间，第五分量及第六分量的范围介于16至240之间。其中，在步骤(b)及(c)中，新第四分量的范围介于16至235之间，新第五分量及新第六分量的范围介于16至240之间。

在另一些实施例中，第一色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间，第一分量至第三分量分别为Y值、Cb值、及Cr值。第二色彩空间为三原色(RGB)色彩空间，第四分量至第六分量分别为R值、G值、及B值。第一系数至第九系数分别为1.164、0、1.596、1.164、-0.392、-0.813、1.164、2.017、及0，第一参数至第三参数分别为-222.921、135.576、及-276.836。其中，在步骤(a)中，新第一系数至新第九系数分别为1.1640625、0、1.59375、1.1640625、-0.390625、-0.8125、1.1640625、2.015625及0，新第一参数至新第三参数分别为-222.921875、135.578125、及-276.8359375。

在一些实施例中，其中，在步骤(c)中，定义新第四分量、新第五分量、及新第六分量分别为新R值、新G值、及新B值，

新R值＝Y值+(Y值<<4+Y值<<2+Y值)>>7+Cr值-222+(Cr值<<6+Cr值<<3+Cr值<<2-118)>>7，

新G值＝Y值+(Y值<<4+Y值<<2+Y值)>>7+135-(Cb值<<5+Cb值<<4+Cb值<<2+Cr值<<6+Cr值<<5+Cr值<<3)>>7，

新B值＝Y值+(Y值<<4+Y值<<2+Y值)>>7+Cb值<<1+(Cb值<<1-107)>>7-276。

在一些实施例中，第一分量的范围介于16至235之间，第二分量及第三分量的范围介于16至240之间，第四分量至第六分量的范围介于0至255之间。其中，在步骤(b)及(c)中，新第四分量至新第六分量的范围介于0至255之间。

本发明至少具有以下功效：借由选择属于二进有理数的新第一系数至新第九系数，及新第一参数至新第三参数，以获得新第四分量至新第六分量，且借由将新第一系数至新第九系数分别与新第一参数至新第三参数分别通分化简，使得逻辑电路单元使用多个加法器及多个选择器，且不使用乘法器而计算新第四分量至新第六分量，以节省逻辑电路单元的硬件使用面积及演算时间。

附图说明

本发明的其他的特征及功效，将于参照图式的实施方式中清楚地呈现，其中：

图1是一个流程图，说明本发明色彩空间转换方法的一个实施例的步骤；

图2是一个电路示意图，说明实施例的新Y值的运算电路；

图3是一个电路示意图，说明实施例的新Cb值的运算电路；及

图4是一个电路示意图，说明实施例的新Cr值的运算电路。

附图符号说明

S1～S3…步骤

R[7:0]…R值

G[7:0]…G值

B[7:0]…B值

Y…新Y值

Cb…新Cb值

Cr…新Cr值

Y_tmp[15:0]…中间值

Cb_tmp[15:0]…中间值

Cr_tmp[15:0]…中间值

51～55…加法器

61～65…加法器

71～79…缓冲器

81～84…加法器

91～93…寄存器

R[7:0],5'b0…R值<<5的运算

R[7:0],4'b0…R值<<4的运算

R[7:0],1'b0…R值<<1的运算

G[7:0],6'b0…G值<<6的运算

G[7:0],2'b0…G值<<2的运算

G[7:0],5'b0…G值<<5的运算

B[7:0],2'b0…B值<<2的运算

B[7:0],3'b0…B值<<3的运算

B[7:0],6'b0…B值<<6的运算

8'd16…与16做加法运算

8'd128…与128做加法运算

具体实施方式

在本发明被详细描述之前，应当注意在以下的说明内容中，类似的组件是以相同的编号来表示。

参阅图1，本发明色彩空间转换方法的一个实施例，适用于将第一色彩空间的第一分量、第二分量、及第三分量转换成第二色彩空间的第四分量、第五分量、及第六分量。定义第四分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以第一系数、第二系数、及第三系数与第一参数的总和。定义第五分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以第四系数、第五系数、及第六系数与第二参数的总和。定义第六分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以第七系数、第八系数、及第九系数与第三参数的总和。

更具体地说，当第一色彩空间为三原色(RGB)色彩空间，且第二色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间时，第一分量至第三分量分别为R值、G值、及B值，且第四分量至第六分量分别为Y值、Cb值、及Cr值。第一系数至第九系数分别为0.257、0.504、0.098、-0.148、-0.291、0.439、0.439、-0.368、及-0.071，第一参数至第三参数分别为16、128、及128，其关系式分别如下列的公式(1)～(3)，其中，第一分量至第三分量，即R值、G值、及B值的范围介于0至255之间，第四分量，即Y值的范围介于16至235之间，第五分量及第六分量，即Cb值及Cr值的范围介于16至240之间。

Y值＝0.257*R值+0.504*G值+0.098*B值+16...公式(1)

Cb值＝-0.148*R值-0.291*G值+0.439*B值+128...公式(2)

Cr值＝0.439*R值-0.368*G值-0.071*B值+128...公式(3)

反之，当第一色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间，且第二色彩空间为三原色(RGB)色彩空间时，第一分量至第三分量分别为Y值、Cb值、及Cr值，且第四分量至第六分量分别为R值、G值、及B值。第一系数至第九系数分别为1.164、0、1.596、1.164、-0.392、-0.813、1.164、2.017、及0，第一参数至第三参数分别为-222.921、135.576、及-276.836，其关系式分别如下列的公式(4)～(6)，其中，第一分量，即Y值的范围介于16至235之间，第二分量及第三分量，即Cb值及Cr值的范围介于16至240之间，第四分量至第六分量，即R值、G值、及B值的范围介于0至255之间。另外，要特别补充说明的是：在本实施例中，公式(4)～(6)的最后一项系数分别是-222.921、135.576、及-276.836，而在其他实施例中，由于计算过程中所保留小数字数的差异，公式(4)～(6)的最后一项系数也可以分别是-222.912、135.488、及-276.928，不在此限。

R值＝1.164*Y值+1.596*Cr值-222.921...公式(4)

G值＝1.164*Y值-0.392*Cb值-0.813*Cr值+135.576.公式(5)

B值＝1.164*Y值+2.017*Cb值-276.836...公式(6)

色彩空间转换方法借由逻辑电路单元实施，并包含S1～S3。

于步骤S1，分别选择第一系数、第二系数、第三系数、第四系数、第五系数、第六系数、第七系数、第八系数、第九系数、第一参数、第二参数、及第三参数的新第一系数、新第二系数、新第三系数、新第四系数、新第五系数、新第六系数、新第七系数、新第八系数、新第九系数、新第一参数、新第二参数、及新第三参数。其中，该新第一系数至该新第九系数，及该新第一参数至该新第三参数与其原值的差值的绝对值小于0.005，且新第一系数至新第九系数，及新第一参数至新第三参数是一种二进有理数。更详细地说，二进有理数是指一个十进制的数值以二进制表示时会等于a/2^b，其中，a是整数，b是自然数。

更具体地说，当第一色彩空间为三原色(RGB)色彩空间，且第二色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间时，新第一系数至新第九系数分别为0.2578125、0.5、0.09375、-0.1484375、-0.2890625、0.4375、0.4375、-0.3671875、及-0.0703125，新第一参数至新第三参数分别为16、128、及128。

反之，当第一色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间，且第二色彩空间为三原色(RGB)色彩空间时，新第一系数至新第九系数分别为1.1640625、0、1.59375、1.1640625、-0.390625、-0.8125、1.1640625、2.015625及0，新第一参数至新第三参数分别为-222.921875、135.578125、及-276.8359375。

于步骤S2，获得新第四分量、新第五分量、及新第六分量。新第四分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以新第一系数、新第二系数、及新第三系数与新第一参数的总和。新第五分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以新第四系数、新第五系数、及新第六系数与新第二参数的总和。新第六分量等于第一分量、第二分量、及第三分量分别乘以新第七系数、新第八系数、及新第九系数与新第三参数的总和。

更具体地说，当第一色彩空间为三原色(RGB)色彩空间，且第二色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间时，定义新第四分量至新第六分量分别为新Y值、新Cb值、及新Cr值，其关系式分别如下列的公式(7)～(9)，其中，新第四分量的范围介于16至235之间，新第五分量及新第六分量的范围介于16至240之间。

新Y值＝0.2578125*R值+0.5*G值+0.09375*B值+16.公式(7)

新Cb值＝-0.1484375*R值-0.2890625*G值+0.4375*B值+128...公式(8)

新Cr值＝0.4375*R值-0.3671875*G值-0.0703125*B值+128...公式(9)

反之，当第一色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间，且第二色彩空间为三原色(RGB)色彩空间时，定义新第四分量至新第六分量分别为新R值、新G值、及新B值，其关系式分别如下列的公式(10)～(12)，其中，新第四分量至新第六分量的范围介于0至255之间。

新R值＝1.1640625*Y值+1.59375*Cr值-222.921875......公式(10)

新G值＝1.1640625*Y值-0.390625*Cb值-0.8125*Cr值+135.578125...公式(11)

新B值＝1.1640625*Y值+2.015625*Cb值-276.8359375...公式(12)

于步骤S3，将新第一系数至新第三系数与新第一参数、新第四系数至新第六系数与新第二参数、及新第七系数至新第九系数与新第三参数分别通分化简，使得逻辑电路单元使用多个加法器及多个选择器，且不使用乘法器而计算新第四分量、新第五分量、及新第六分量。

更具体地说，当第一色彩空间为三原色(RGB)色彩空间，且第二色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间时，公式(7)～(9)分别作下列的通分化简，以获得公式(13)～(15)。其中，「>>」表示作移位运算，如>>2是向右移位2个位，类似地，「<<」也是表示作移位运算，如<<3是向左移位3个位。

新Y值＝0.2578125*R值+0.5*G值+0.09375*B值+16.公式(7)

＝(33/128*R值)+(64/128*G值)+(12/128*B值)+16

＝(33*R值+64*G值+12*B值)/128+16

＝(32*R值+R值+64*G值+8*B值+4*B值)/128+16

＝(R值<<5+R值+G值<<6+B值<<3+B值<<2)>>7+16......公式(13)

新Cb值＝-0.1484375*R值-0.2890625*G值+0.4375*B值+128...公式(8)

＝-(19/128*R值)-(37/128*G值)+(56/128*B值)+128

＝(56*B值-37*G值-19*R值)/128+128

＝(32*B值+16*B值+8*B值-32*G值-4*G值-G值-16*R值-2*R值-R值)/128+128

＝(B值<<5+B值<<4+B值<<3-G值<<5-G值<<2-G值-R值<<4-R值<<1-R值)>>7+128

＝(B值<<6-B值<<3-G值<<5-G值<<2-G值-R值<<4-R值<<1-R值)>>7+128...公式(14)

新Cr值＝0.4375*R值-0.3671875*G值-0.0703125*B值+128...公式(9)

＝(56/128*R值)-(47/128*G值)-(9/128*B值)+128

＝(56*R值-47*G值-9*B值)/128+128

＝(32*R值+16*R值+8*R值-32*G值-8*G值-4*G值-2*G值-G值-8*B值-B值)/128+128

＝(R值<<5+R值<<4+R值<<3-G值<<5-G值<<3-G值<<2-G值<<1-G值-B值<<3-B值)>>7+128

＝(R值<<6-R值<<3-G值<<6+G值<<4+G值-B值<<3-B值)>>7+128...公式(15)

再参阅图2，图2是一电路示意图，以8位的R值、G值、及B值，示例性地说明实施例的新Y值的公式(13)如何借由硬件的运算电路实现。缓冲器71接收R值(R[7:0])后，产生第一输出值，即R[7:0]，及第二输出值，即R[7:0],5'b0，至加法器(Full Adder；FA)81作相加，其中，R[7:0],5'b0就是作R值<<5的运算。缓冲器72接收G值(G[7:0])后，产生第三输出值，即G[7:0],6'b0，就是作G值<<6的运算，并输出至加法器83。缓冲器73接收B值(B[7:0])后，产生第四输出值，即B[7:0],3'b0，及第五输出值，即B[7:0],2'b0，至加法器82作相加，其中，B[7:0],3'b0就是作B值<<3的运算，B[7:0],2'b0就是作B值<<2的运算。加法器83将缓冲器72的第三输出值与加法器81、82的相加结果再相加，产生第六输出值，即Y_tmp[15:0]，也就是作(R值<<5+R值+G值<<6+B值<<3+B值<<2)的运算。寄存器91接收第六输出值并产生第七输出值，即Y_tmp[15:7]，也就是作(R值<<5+R值+G值<<6+B值<<3+B值<<2)>>7的运算。加法器84将第七输出值与8'd16相加，也就是作(R值<<5+R值+G值<<6+B值<<3+B值<<2)>>7+16的运算，进而产生新Y值。再参阅图3与图4，与图2的说明类似，图3示例性地说明实施例的Cb值的公式(14)如何借由缓冲器74～76、加法器61～65、及寄存器92来实现。而图4示例性地说明实施例的Cr值的公式(15)如何借由缓冲器77～79、加法器51～55、及寄存器93来实现。

反之，当第一色彩空间为分量色差(YCbCr)色彩空间，且第二色彩空间为三原色(RGB)色彩空间时，公式(10)～(12)分别作下列的通分化简，以获得公式(16)～(18)。其中，定义Yt值＝Y值+(Y值<<4+Y值<<2+Y值)>>7

新R值＝1.1640625*Y值+1.59375*Cr值-222.921875......公式(10)

＝(149/128)*Y值+(204/128)*Cr值-222-(118/128)

＝(149*Y值+204*Cr值-118)/128-222

＝(128*Y值+16*Y值+4*Y值+Y值+128*Cr值+64*Cr值+8*Cr值+4*Cr值-118)/128-222

＝Y值+Cr值-222+(16*Y值+4*Y值+Y值+64*Cr值+8*Cr值+4*Cr值-118)/128

＝Y值+(Y值<<4+Y值<<2+Y值)>>7+Cr值-222+(Cr值<<6+Cr值<<3+Cr值<<2-118)>>7

＝Yt值+Cr值-222+(Cr值<<6+Cr值<<3+Cr值<<2-118)>>7...公式(16)

新G值＝1.1640625*Y值-0.390625*Cb值-0.8125*Cr值+135.578125...公式(11)

＝(149/128)*Y值-(50/128)*Cb值-(104/128)*Cr值+135+(74/128)

＝(149*Y值-50*Cb值-104*Cr值+74)/128+135

＝(128*Y值+16*Y值+4*Y值+Y值-32*Cb值-16*Cb值-2*Cb值-64*Cr值-32*Cr值-8*Cr值+74)/128+135

＝Y值+135+(16*Y值+4*Y值+Y值-32*Cb值-16*Cb值-2*Cb值-64*Cr值-32*Cr值-8*Cr值+74)/128

＝Y值+135+(Y值<<4+Y值<<2+Y值-Cb值<<5-Cb值<<4-Cb值<<2-Cr值<<6-Cr值<<5-Cr值<<3)>>7

＝Yt值+135-(Cb值<<5+Cb值<<4+Cb值<<2+Cr值<<6+Cr值<<5+Cr值<<3)>>7...公式(17)

新B值＝1.1640625*Y值+2.015625*Cb值-276.8359375...公式(12)

＝(149/128)*Y值+(258/128)*Cb值-276-(107/128)

＝(149*Y值+258*Cb值-107)/128-276

＝(128*Y值+16*Y值+4*Y值+Y值+256*Cb值+2*Cb值-107)/128-276

＝Y值+2*Cb值+(16*Y值+4*Y值+Y值+2*Cb值-107)/128-276

＝Y值+Cb值<<1+(Y值<<4+Y值<<2+Y值+Cb值<<1-107)>>7-276

＝Yt值+Cb值<<1+(Cb值<<1-107)>>7-276...公式(18)

原本的公式(1)～(6)都需要作乘法的浮点运算，在经由本发明色彩转换空间方法所获得的公式(13)～(18)可知，每个公式仅包含「+」、「-」、「>>」、或「<<」四种运算符号，且所有系数都是整数，也就是说，逻辑电路单元只需要使用加法器(Adder)及选择器分别作「+」、「-」与「>>」、「<<」的逻辑运算与整数运算，即能实现三原色(RGB)色彩空间与分量色差(YCbCr)色彩空间之间的转换，而完全不需要使用任何一个乘法器，进而节省硬件所占用的面积及演算时间。

此外，特别补充说明的是：在本实施例中，本发明色彩转换空间方法是应用在驱动集成电路(Driver IC)及触控集成电路(Touch IC)作锐利度(Sharpness)处理的时候，需先将在三原色色彩空间的R值、G值、及B值转换成在分量色差色彩空间的Y值、Cb值、及Cr值作运算，再将在分量色差色彩空间处理过的Y值、Cb值、及Cr值转换成在三原色色彩空间的新一组R值、G值、及B值。而在其他实施例中，本发明色彩转换空间方法也可以应用在任何图案的图像处理上，以改善影像的锐利度，不在此限。

综上所述，由公式(1)～(6)可知，现有技术在三原色(RGB)色彩空间与分量色差(YCbCr)色彩空间作转换时，都需要使用到乘法器作浮点运算，而乘法器在逻辑电路单元中是会增加硬件计算时间或导致所要的硬件面积。然而，借由本发明色彩空间转换发方法所获得的公式(13)～(18)，只需要以特定系数乘以RGB值或YCbCr值再移位(Shift)2的幂次方作整数运算来达成，也就因此能借由逻辑电路单元根据公式(13)～(18)使用加法器及选择器，而不使用乘法器实现色彩空间转换，以节省逻辑电路单元的硬件面积及演算时间，故确实能达成本发明的目的。

惟以上所述者，仅为本发明的实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，凡是依本发明申请专利范围及专利说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。