用于处理视频图像的方法和装置的制作方法
专利名称：用于处理视频图像的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于处理视频图像、特别用于动态假轮廓效应补 偿的方法和装置。
背景技术：
等离子显示技术使得能够实现不具有任何视角约束的大尺寸和
有限深度的彩色平板。屏幕的尺寸可以远大于曾经出现的典型CRT图像 显像管。
等离子显示面板(或PDP)使用放电单元矩阵阵列，该放电单元 仅能够为"点亮"或"熄灭"。因此，与阴极射线管显示设备或液晶显 示设备(其中通过对发光的模拟控制来表示灰度等级)不同，PDP通过 对每一个单元进行脉宽调制来控制灰度等级。这个时间调制由眼睛在
与眼睛时间反应相对应的时段上进行积分。单元在给定时帧内点亮越 频繁，其亮度或照度越大。假设需要针对每个颜色设置8比特的亮度等 级，g卩255个等级。在这种情况下，每一个等级可以由具有如下权重的 8个比特的组合来表示
1 - 2 - 4 - 8 _ 16 - 32 - 64 - 128
为了实现这种编码，可以把帧周期划分为8个发光子周期，被称 作子场，每一个均与比特和亮度等级相对应。针对比特"2"的光脉冲 数目是针对比特"1"的两倍；针对比特"4"的光脉冲数目是针对比 特"2"的两倍，等等。利用这8个子周期，能够通过组合来构建256 个灰度等级。观看者的眼睛在帧周期上对这些子周期进行积分，以捕 捉正确的灰度等级的印象。图1示出了这种具有8个子场的帧。发光图案引起与灰度等级和颜色的干扰相对应的图像品质劣化 的新种类。这被定义为"动态假轮廓效应"，因为其与当PDP屏幕上的 观察点移动时在图像中出现彩色边缘的灰度等级和颜色的干扰相对 应。图像上的这种故障导致在均匀区域上出现较强的轮廓印象。当图 像具有平滑的层次(例如像皮肤)时，以及当发光周期超过若干毫秒 时，这种劣化更为强烈。
当PDP屏幕上的观察点移动时，眼睛跟随这个移动。因此，眼睛
不再基于帧对相同的单元进行积分(静态积分)，而是对来自位于移动 轨迹上的不同单元的信息进行积分，并且把所有这些光脉冲混合在一 起，这导致了出错的信号信息。
基本上，当存在从一个等级到具有完全不同的子场编码的另一个
等级的过渡时，会出现假轮廓效应。欧洲专利申请EP 1256924提出了 一种具有n个子场的编码，其允许实现p个灰度等级，典型地p二256， 而且当进行编码时，从2-个可能的子场排列中选择m个灰度等级，或 者当在视频等级上工作时从P个灰度等级中选择m个灰度等级，其中 m〈p，使得接近的等级具有接近的子场编码，即具有接近的时间质心的 子场码。从上文可以看出，人眼对通过脉宽调制而发射的光进行积分。 所以，如果考虑使用基本码对所有视频等级进行编码，则针对子场码 的光产生的时间重心不随视频等级而增长。这由图2示出。与视频等 级2相对应的子场码的时间重心CG2先于与视频等级3相对应的子场 码的时间重心CG3，即使3比2更亮也一样。这个发光图案中的不连 续性(增长的等级不具有增长的重心)引起了假轮廓。码的重心CG(码) 被定义为由其维持权重进行加权的'点亮的'子场的重心.-
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中_ sfWi是第i个子场的子场权重；
-如果第i个子场对于所选码是'点亮的'，Si等于l，否则等于O;而且 - SfCGi是第i个子场的重心，即其时间位置。
图3中示出了图l中的帧的前7个子场的重心SfCGi。
所以，利用这个定义，图4中示出了针对11个子场码的256个视频 等级的时间重心，其具有如下权重，1 2 3 5 8 12 18 27 41 58 80。 从中可见，这个曲线是非单调的，而且出现了多个跳跃。这些跳跃对 应于假轮廓。专利申请EP 1256924的思想是，通过仅选择重心平滑增 长的某些等级，对这些跳跃进行抑制。这可以通过跟踪先前图形上没 有跳跃的单调曲线、并选择最近的点来完成。
图5示出了这种单调曲线。不能选择对于低等级具有增长的重心 的等级，因为可能的等级数为低，所以如果仅选择增长重心等级，则 其不足以获得黑色等级中良好的视频品质，因为人眼在黑色等级中非 常敏感。另外，暗区域中的假轮廓是可以忽略的。在高等级中，重心 出现减小。所以，所选等级中也会出现减小，但这并不重要，因为人 眼在高等级下不敏感。在这些区域中，眼睛不能区分不同的等级，而 且假轮廓等级对于视频等级是可以忽略的(如果考虑Webe:r-Fechner 法则，眼睛仅对相对幅度敏感)。由于这些原因，曲线的单调性仅对于 最大视频等级的10%和80%之间的视频等级是必需的。
在这种情况下，从256个可能的等级中选择40个等级(m二40)。这 40个等级能够保持良好的视频品质(灰度范围描绘)。这是当工作在视 频等级时能够做出的选择，因为仅有很少的等级(典型地为256个)是 可用的。但是当在编码时做出该选择时，存在2"个不同的子场排列， 所以可以选择更多的等级，如图6所示，每一个点与子场排列相对应(存 在给出相同视频等级的不同子场排列)。
这种重心编码(被称作GCC)的主要思想是，选择特定数目的码 字，以形成假轮廓效应的抑制(很少的码字)与抖动噪声的抑制(更 多的码字意味着更少的抖动噪声)之间的良好折衷。
问题是，整个图像具有取决于其内容的不同性状。确实，在具有 平滑层次的区域中(例如皮肤上)，获得尽可能多的码字以减小抖动噪 声是重要的。此外，这些区域主要基于相邻等级的连续层次，这个连续层次非常适于GCC的一般概念，如图7所示。在这幅图中展现出皮肤 区域的视频等级。容易看出，所有等级均比较接近，而且可以从所表 现的GCC曲线上容易地被找到。图8示出了红、蓝和绿的视频等级范围， 其强制用于再现图7所示的女士前额上的平滑皮肤层次。在这个示例 中，GCC基于40个码字。可以看出，来自一个颜色分量的所有等级很近 地靠在一起，而且非常适于GCC的概念。在这种情况下，如果存在足够 的码字，例如40个，则在该区域中几乎不存在假轮廓效应，而且具有 很好的抖动噪声性状。
然而，现在分析女士前额和女士头发之间的边界上的情况，如图 9所示。在这种情况下，获得两个平滑区域(皮肤和头发)，其间具有 强烈的过渡。两个平滑区域的情况与上述情况类似。在该情况下，由 于使用了40个码字，所以利用GCC可以实现几乎不存在假轮廓以及良好 的抖动噪声性状。过渡处的性状非常不同。确实，产生过渡所需的等 级是强烈分散在皮肤等级至头发等级中的等级。换句话说，这些等级 不再平滑地前进，而是跳得非常厉害，图10示出了红色分量的情况。
在图10中，可以看出红色分量中从86至53的跳跃。没有使用其间 的等级。在该情况下，不能够直接使用GCC的主要思想，即限制光的重 心的改变。的确，这些等级彼此过远，而且在该情况下，重心的概念 不再有用。换句话说，在过渡区域中，假轮廓再次变得可以察觉。此 外还有，抖动噪声在强梯度区域中较不易察觉，这使得能够在该区域 中使用更适于假轮廓的较少的GCC码字。
所以， 一种解决方案是针对图像中的每个区域局部地选择最佳编 码方案(关注于噪声/动态假轮廓效应的权衡)。这样，欧洲专利申请 EP 1522964中公开的基于梯度的编码将会是当视频序列由EP 1256924 中的重心编码进行编码时用于减少或消除假轮廓效应的良好解决方 案。其思想是，针对具有信号等级中平滑层次(低梯度)的区域，使 用"常规"重心编码，而针对经历了信号等级中的高梯度变化的区域 (过渡)，使用精简码集(=常规重心码集的子集)。精简码集包括例如 图ll所示的ll个码字。这个精简集在这些区域的假轮廓方面具有最佳 性状，但必须仔细选择应用精简集的区域，使得不会引起抖动噪声。对应用精简码集的区域的选择由梯度提取滤波器来完成。图12示出了
由梯度提取滤波器在图7的图像中检测到的梯度区域。高梯度区域在这
个图像中以白色显示。其他区域以黑色显示。
所以，EP 1522964中公开的基于梯度的编码被看作用于减小图像 中的不同区域中的动态假轮廓效应的良好解决方案。但是，其仍在两 个区域之间(即，由精简集中的码(高梯度)编码的区域与由"常规" 集的码(低梯度)所编码的区域之间)的边界上留有某些动态假轮廓 效应。由于两个码集之间的移动，引起了动态假轮廓效应。这主要是 由于边界位置的非最佳选择而引起的，其中在该边界位置处，两个相 邻像素由两个不同的码而编码，这两个不同的码即使来自相同的框架 (skeleton)也并非完全不兼容。
发明内容
本发明的目的是消除余下的假轮廓效应中的至少一部分。 由于对高梯度区域进行编码所需的码集其自身是来自对图像中
其他区域进行编码所需的码集的子集，所以根据本发明提出针对每 一个水平像素行，把两个区域之间的边界进行移动，并且将其置于能 够由属于这两个码集的码而编码的像素处。所以，对由高梯度码集的 码所编码的图像区域进行延伸。经观察可以发现，由属于相同码集的 两个码所编码的任意两个相邻像素之间几乎不存在假轮廓效应。
所以，本发明涉及一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像
处理方法，所述视频图像的每一个像素具有至少一个颜色分量(RGB)， 由数字码字数字地编码该颜色分量的值，下文将所述数字码字称作子 场码字，其中，向子场码字的每一个比特分配一定的持续时间，下文 将所述持续时间称作子场，在该持续时间期间像素的颜色分量可被激
活以产生光，所述方法包括步骤
-根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为至少第一类型区 域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型的区域相关联，
-把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把第二子场码字集 分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子集，-使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素进行编码，使用 第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，
其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至 少一个水平像素行，对第二类型区域进行延伸，直到第一类型区域中 的下一个像素是由同时属于第一和第二子场码字集的子场码字所编码 的像素。
因此，如果能够对由两个不同码集所编码的两个区域之间的边界 进行移动，并将其置于能够由属于这两个码集的码所编码的像素处， 则完全消除了动态假轮廓效应。
优选地，所述第二类型区域的延伸被限制为P个像素。
在特定实施例中，P是被包括在最小数和最大数之间的随机数。
在特定实施例中，数P在每一行有所变化，或者数P在包括m个连
续行的每一组有所变化。
在特定实施例中，除了上至第一预定界限的低视频等级范围，和 /或第二预定界限以上的高视频等级范围以外，在每一个子场码字集 中，子场码字集的光产生的时间重心随着相应的视频等级而连续增大。 有利地，视频梯度范围是非交叠的，而且子场码字集中的码的数目随 着相应视频梯度范围的平均梯度增大而减小。
本发明还涉及一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像处
理装置，所述视频图像的每一个像素具有至少一个颜色分量(RGB)， 由数字码字数字地编码该颜色分量的值，下文将所述数字码字称作子 场码字，其中，向子场码字的每一个比特分配一定的持续时间，下文 将所述持续时间称作子场，在该持续时间期间像素的颜色分量可被激
活以产生光，所述装置包括
-划分模块，根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为至少 第一类型区域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型的区 域相关联，
-分配模块，把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把第二 子场码字集分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子集， -编码模块，使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素进行编码，使用第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，
其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至 少一个水平像素行，所述划分模块对第二类型区域进行延伸，直到第 一类型区域中的下一个像素是由属于第一和第二子场码字集两者的子 场码字所编码的像素。
本发明的典型实施例在附图中示出，并在下文更为详细地描述。 附图中
图1示出了包括8个子场的视频帧的子场构造； 图2示出了不同码字的时间重心；
图3示出了图1的子场构造中的每一个子场的时间重心；
图4是示出了针对使用权重1 2 3 5 8 12 18 27 41 58 80的11个 子场编码的视频等级的时间重心的曲线图5示出了码字集的选择，这些码字的时间重心随着其视频等级 平滑增长；
图6示出了针对包括n个子场的帧的2"个不同的子场排列的时间重
心；
图7示出了一副图像及该图像一部分的视频等级； 图8示出了用于再现该图像的这个部分的视频等级范围； 图9示出了图7中的图像，以及该图像的另一部分的视频等级； 图10示出了用于再现图9中的图像的一部分所执行的视频等级跳
跃；
图ll示出了用于再现高梯度区域的码字集的重心； 图12示出了由梯度提取滤波器在图7的图像中检测到的高梯度区
域；
图13示出了一副图像，其左部的像素由第一码集编码，而其右部 的像素由第二码集编码，第一码集包括在第二码集中；
图14示出了图13中的图像，其中根据本发明，针对每一个像素行， 由第一码集编码的像素区域延伸至由属于所述两个码集的码所编码的像素；
图15示出了图14中的图像，其中针对每一个像素行，扩展像素的
编号最大为4;
图16示出了图14中的图像，其中针对每一个像素行的扩展被限制
为4个像素；以及
图17示出了根据本发明的设备的功能示意图。
具体实施例方式
借助于图13，可以容易地理解本发明的原理。图13示出了图像的 一部分，包括6个具有20个像素的行。这些像素中的一些(表示为黄色) 由第一码集编码，而其他像素(表示为绿色)由第二码集编码。第二 码集是第一码集的子集，即第二码集中的所有码都包括在第一码集中。 例如，第二码集是用于如图5所示的图像中的高梯度区域的码集，而第 一码集是用于如图ll所示的低梯度区域的码集。在图13中，由第二码 集编码的像素位于图像的左部，而由第一码集编码的图像位于图像的 右部。由于第二码集是第一码集的子集，所以黄色区域中存在一些由 属于两个码集的码所编码的像素。这些像素在图13中由黄绿色来标识。
本发明的原理是，针对每一个水平像素行，移动由第二码集编码 的区域(由第一码集编码的区域和由第二码集编码的区域之间的边界 被移动)，直到其遇到可以由两个码集编码的像素(黄绿色像素)。这 个移动在图13中由黑色箭头表示。其确保了动态假轮廓效应被消除。 这个结果背后的原因是，相邻像素之间现在不存在光的不连续。图14 给出了把这个延伸应用于图13中的图像的结果。
在某些情况下，能够由两个码集编码的像素(黄绿色像素)可以 远离初始边界，而且其会在由第二码集编码的区域的延伸部分中引入 多余的噪声。因此，有利地，引入了用于限制由第二码集编码的像素 区域的延伸的准则，以减小这个噪声。所以，在优选实施例中，包括 由第二码集编码的像素的区域的延伸被限制为针对每一个水平行的P 个像素。在这种情况下，对由第二码集编码的区域进行延伸，直到其 遇到能够由两个码集编码的像素，或者已经延伸了P个像素。图15和16示出了针对每一行该延伸被限制为P二4个像素。图15与图 13相同，除了每一行的延伸像素的数目最大是4。在这个示例中，第三 和第五像素行的延伸超过了4个像素。图16示出了当针对每一行把延伸 限制为4个像素时所得到的结果。
在对码延伸做出限制后，即使该延伸之后没有跟随公共像素(可 以由两个码集编码的像素)，也不会看到动态假轮廓，因为延伸的末端 不一致。所述延伸以随机的方式停止。的确，如果不能够通过对第二 码集编码的区域延伸至最大为公共像素以消除动态假轮廓，则使动态 假轮廓效应变得分散是一种解决方案。如果初始边界是随机的，那么 动态假轮廓效应被分散。为了确保动态假轮廓效应被分散，针对n个可 能值的范围中的每一行或具有m个连续行的每一组，随机地选择延伸像 素的个数P是有利的。例如，该范围包括5个值[3，4，5，6，7]，因此P可 以随机地是这5个值中的一个。
图17示出了实现本发明的设备。输入的R、 G、 B图像被转送至执行
二次函数的伽马块l，例如执行输出-4095x(f^y其中Y大约为2.2，
最大
而最大表示最大可能的输入视频值。
这个块的输出信号有利地多于12比特，以便能够正确地表现低视 频等级。
该输出转送至划分块2 (例如典型的梯度提取滤波器)，以便把图 像划分为至少第一类型区域(例如高梯度区域)和第二类型区域(低 梯度区域)。理论上，还可以在伽马校正之前执行分区(partitioning) 或梯度提取。在梯度提取的情况下，其可以通过仅使用输入信号的最 高比特(MSB)(例如6个最高比特)而得以简化。分区信息被发送至分 配模块3，分配模块3分配用于对当前输入值进行编码的适当的子场码 集。例如，第一码集被分配给图像的低梯度区域，而第二码集(第一 码集的子集)被分配给高梯度区域。如上文定义的由第二码集编码的 区域的延伸在这个块中实现。取决于所分配的码集，需要把视频重新 縮放为该码集的等级数(例如，如果使用图ll所示的码集，则为ll个 等级，而如果使用图5所示的码集，则为40个等级)加上由抖动所表现
12的小部分。所以，基于这个所分配的码集，对重縮放LUT4和使用所分 配的码集把输入等级编码为子场码的编码LUT 6进行更新。它们之间的 抖动块7添加了多于4个比特的抖动，以正确地表现视频信号。
本发明不限于上述实施例。具体地，可以使用除了这里所示的之 外的第一和第二码集。
本发明可以应用于基于光发射的占空比调制(或脉宽调制-P丽) 的任何显示设备。具体地，本发明可以应用于基于等离子显示面板 (PDP)和DMD (数字微镜设备)的显示设备。
权利要求
1.一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像处理方法，所述视频图像的每一个像素具有至少一个颜色分量(RGB)，利用数字码字数字地编码该颜色分量的值，下文将所述数字码字称作子场码字，其中，向子场码字的每一个比特分配一定的持续时间，下文将所述持续时间称作子场，在该持续时间期间像素的颜色分量可被激活以产生光，所述方法包括步骤-根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为至少第一类型区域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型的区域相关联，-把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把第二子场码字集分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子集，-使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素进行编码，使用第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至少一个水平像素行，对第二类型区域进行延伸，直到第一类型区域中的下一个像素是由同时属于第一和第二子场码字集的子场码字所编码的像素。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二类型区域的延伸 被限制为P个像素。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，P是被包括在最小数和最大 数之间的随机数。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中，数P在每一行有所变化。
5. 根据权利要求2或3所述的方法，其中，数P在包括m个连续行的每一组有所变化。
6. 根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，除了上至第 一预定界限的低视频等级范围和/或第二预定界限以上的高视频等级 范围以外，在每一个子场码字集中，子场码字集的光产生的时间重心(CGi)随着相应视频等级而连续增大。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，视频梯度范围是非交叠的， 而且子场码字集中的码的数目随着相应视频梯度范围的平均梯度增大 而减小。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，第一类型区域包括具有小 于或等于梯度阈值的梯度值的像素，而第二类型区域包括具有大于所 述梯度阈值的梯度值的像素。
9. 一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像处理装置，所 述视频图像的每一个像素具有至少一个颜色分量(RGB)，利用数字码 字数字地编码该颜色分量的值，下文将所述数字码字称作子场码字， 其中，向子场码字的每一个比特分配一定的持续时间，下文将所述持 续时间称作子场，在该持续时间期间像素的颜色分量可被激活以产生 光，所述视频图像处理装置包括-划分模块(2)，根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为 至少第一类型区域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型 的区域相关联，-分配模块(3)，把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把 第二子场码字集分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子 集，-编码模块(6)，使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素 进行编码，使用第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至 少一个水平像素行，所述划分模块对第二类型区域进行延伸，直到第 一类型区域中的下一个像素是由同时属于第一和第二子场码字集的子 场码字所编码的像素。
全文摘要
本发明涉及一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像处理方法和装置。所述方法包括步骤根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为至少第一类型区域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型的区域相关联；把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把第二子场码字集分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子集；使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素进行编码，使用第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至少一个水平像素行，对第二类型区域进行延伸，直到第一类型区域中的下一个像素是由同时属于第一和第二子场码字集的子场码字所编码的像素。
文档编号G09G3/28GK101299266SQ20071018657
公开日2008年11月5日 申请日期2007年12月12日 优先权日2006年12月20日
发明者卡洛斯·科雷亚, 塞巴斯蒂安·魏特布鲁赫, 穆罕默德·阿卜杜拉 申请人:汤姆森许可贸易公司
技术领域：
本发明涉及一种用于处理视频图像、特别用于动态假轮廓效应补 偿的方法和装置。
背景技术：
等离子显示技术使得能够实现不具有任何视角约束的大尺寸和
有限深度的彩色平板。屏幕的尺寸可以远大于曾经出现的典型CRT图像 显像管。
等离子显示面板(或PDP)使用放电单元矩阵阵列，该放电单元 仅能够为"点亮"或"熄灭"。因此，与阴极射线管显示设备或液晶显 示设备(其中通过对发光的模拟控制来表示灰度等级)不同，PDP通过 对每一个单元进行脉宽调制来控制灰度等级。这个时间调制由眼睛在
与眼睛时间反应相对应的时段上进行积分。单元在给定时帧内点亮越 频繁，其亮度或照度越大。假设需要针对每个颜色设置8比特的亮度等 级，g卩255个等级。在这种情况下，每一个等级可以由具有如下权重的 8个比特的组合来表示
1 - 2 - 4 - 8 _ 16 - 32 - 64 - 128
为了实现这种编码，可以把帧周期划分为8个发光子周期，被称 作子场，每一个均与比特和亮度等级相对应。针对比特"2"的光脉冲 数目是针对比特"1"的两倍；针对比特"4"的光脉冲数目是针对比 特"2"的两倍，等等。利用这8个子周期，能够通过组合来构建256 个灰度等级。观看者的眼睛在帧周期上对这些子周期进行积分，以捕 捉正确的灰度等级的印象。图1示出了这种具有8个子场的帧。发光图案引起与灰度等级和颜色的干扰相对应的图像品质劣化 的新种类。这被定义为"动态假轮廓效应"，因为其与当PDP屏幕上的 观察点移动时在图像中出现彩色边缘的灰度等级和颜色的干扰相对 应。图像上的这种故障导致在均匀区域上出现较强的轮廓印象。当图 像具有平滑的层次(例如像皮肤)时，以及当发光周期超过若干毫秒 时，这种劣化更为强烈。
当PDP屏幕上的观察点移动时，眼睛跟随这个移动。因此，眼睛
不再基于帧对相同的单元进行积分(静态积分)，而是对来自位于移动 轨迹上的不同单元的信息进行积分，并且把所有这些光脉冲混合在一 起，这导致了出错的信号信息。
基本上，当存在从一个等级到具有完全不同的子场编码的另一个
等级的过渡时，会出现假轮廓效应。欧洲专利申请EP 1256924提出了 一种具有n个子场的编码，其允许实现p个灰度等级，典型地p二256， 而且当进行编码时，从2-个可能的子场排列中选择m个灰度等级，或 者当在视频等级上工作时从P个灰度等级中选择m个灰度等级，其中 m〈p，使得接近的等级具有接近的子场编码，即具有接近的时间质心的 子场码。从上文可以看出，人眼对通过脉宽调制而发射的光进行积分。 所以，如果考虑使用基本码对所有视频等级进行编码，则针对子场码 的光产生的时间重心不随视频等级而增长。这由图2示出。与视频等 级2相对应的子场码的时间重心CG2先于与视频等级3相对应的子场 码的时间重心CG3，即使3比2更亮也一样。这个发光图案中的不连 续性(增长的等级不具有增长的重心)引起了假轮廓。码的重心CG(码) 被定义为由其维持权重进行加权的'点亮的'子场的重心.-
<formula>formula see original document page 5</formula>
其中_ sfWi是第i个子场的子场权重；
-如果第i个子场对于所选码是'点亮的'，Si等于l，否则等于O;而且 - SfCGi是第i个子场的重心，即其时间位置。
图3中示出了图l中的帧的前7个子场的重心SfCGi。
所以，利用这个定义，图4中示出了针对11个子场码的256个视频 等级的时间重心，其具有如下权重，1 2 3 5 8 12 18 27 41 58 80。 从中可见，这个曲线是非单调的，而且出现了多个跳跃。这些跳跃对 应于假轮廓。专利申请EP 1256924的思想是，通过仅选择重心平滑增 长的某些等级，对这些跳跃进行抑制。这可以通过跟踪先前图形上没 有跳跃的单调曲线、并选择最近的点来完成。
图5示出了这种单调曲线。不能选择对于低等级具有增长的重心 的等级，因为可能的等级数为低，所以如果仅选择增长重心等级，则 其不足以获得黑色等级中良好的视频品质，因为人眼在黑色等级中非 常敏感。另外，暗区域中的假轮廓是可以忽略的。在高等级中，重心 出现减小。所以，所选等级中也会出现减小，但这并不重要，因为人 眼在高等级下不敏感。在这些区域中，眼睛不能区分不同的等级，而 且假轮廓等级对于视频等级是可以忽略的(如果考虑Webe:r-Fechner 法则，眼睛仅对相对幅度敏感)。由于这些原因，曲线的单调性仅对于 最大视频等级的10%和80%之间的视频等级是必需的。
在这种情况下，从256个可能的等级中选择40个等级(m二40)。这 40个等级能够保持良好的视频品质(灰度范围描绘)。这是当工作在视 频等级时能够做出的选择，因为仅有很少的等级(典型地为256个)是 可用的。但是当在编码时做出该选择时，存在2"个不同的子场排列， 所以可以选择更多的等级，如图6所示，每一个点与子场排列相对应(存 在给出相同视频等级的不同子场排列)。
这种重心编码(被称作GCC)的主要思想是，选择特定数目的码 字，以形成假轮廓效应的抑制(很少的码字)与抖动噪声的抑制(更 多的码字意味着更少的抖动噪声)之间的良好折衷。
问题是，整个图像具有取决于其内容的不同性状。确实，在具有 平滑层次的区域中(例如皮肤上)，获得尽可能多的码字以减小抖动噪 声是重要的。此外，这些区域主要基于相邻等级的连续层次，这个连续层次非常适于GCC的一般概念，如图7所示。在这幅图中展现出皮肤 区域的视频等级。容易看出，所有等级均比较接近，而且可以从所表 现的GCC曲线上容易地被找到。图8示出了红、蓝和绿的视频等级范围， 其强制用于再现图7所示的女士前额上的平滑皮肤层次。在这个示例 中，GCC基于40个码字。可以看出，来自一个颜色分量的所有等级很近 地靠在一起，而且非常适于GCC的概念。在这种情况下，如果存在足够 的码字，例如40个，则在该区域中几乎不存在假轮廓效应，而且具有 很好的抖动噪声性状。
然而，现在分析女士前额和女士头发之间的边界上的情况，如图 9所示。在这种情况下，获得两个平滑区域(皮肤和头发)，其间具有 强烈的过渡。两个平滑区域的情况与上述情况类似。在该情况下，由 于使用了40个码字，所以利用GCC可以实现几乎不存在假轮廓以及良好 的抖动噪声性状。过渡处的性状非常不同。确实，产生过渡所需的等 级是强烈分散在皮肤等级至头发等级中的等级。换句话说，这些等级 不再平滑地前进，而是跳得非常厉害，图10示出了红色分量的情况。
在图10中，可以看出红色分量中从86至53的跳跃。没有使用其间 的等级。在该情况下，不能够直接使用GCC的主要思想，即限制光的重 心的改变。的确，这些等级彼此过远，而且在该情况下，重心的概念 不再有用。换句话说，在过渡区域中，假轮廓再次变得可以察觉。此 外还有，抖动噪声在强梯度区域中较不易察觉，这使得能够在该区域 中使用更适于假轮廓的较少的GCC码字。
所以， 一种解决方案是针对图像中的每个区域局部地选择最佳编 码方案(关注于噪声/动态假轮廓效应的权衡)。这样，欧洲专利申请 EP 1522964中公开的基于梯度的编码将会是当视频序列由EP 1256924 中的重心编码进行编码时用于减少或消除假轮廓效应的良好解决方 案。其思想是，针对具有信号等级中平滑层次(低梯度)的区域，使 用"常规"重心编码，而针对经历了信号等级中的高梯度变化的区域 (过渡)，使用精简码集(=常规重心码集的子集)。精简码集包括例如 图ll所示的ll个码字。这个精简集在这些区域的假轮廓方面具有最佳 性状，但必须仔细选择应用精简集的区域，使得不会引起抖动噪声。对应用精简码集的区域的选择由梯度提取滤波器来完成。图12示出了
由梯度提取滤波器在图7的图像中检测到的梯度区域。高梯度区域在这
个图像中以白色显示。其他区域以黑色显示。
所以，EP 1522964中公开的基于梯度的编码被看作用于减小图像 中的不同区域中的动态假轮廓效应的良好解决方案。但是，其仍在两 个区域之间(即，由精简集中的码(高梯度)编码的区域与由"常规" 集的码(低梯度)所编码的区域之间)的边界上留有某些动态假轮廓 效应。由于两个码集之间的移动，引起了动态假轮廓效应。这主要是 由于边界位置的非最佳选择而引起的，其中在该边界位置处，两个相 邻像素由两个不同的码而编码，这两个不同的码即使来自相同的框架 (skeleton)也并非完全不兼容。
发明内容
本发明的目的是消除余下的假轮廓效应中的至少一部分。 由于对高梯度区域进行编码所需的码集其自身是来自对图像中
其他区域进行编码所需的码集的子集，所以根据本发明提出针对每 一个水平像素行，把两个区域之间的边界进行移动，并且将其置于能 够由属于这两个码集的码而编码的像素处。所以，对由高梯度码集的 码所编码的图像区域进行延伸。经观察可以发现，由属于相同码集的 两个码所编码的任意两个相邻像素之间几乎不存在假轮廓效应。
所以，本发明涉及一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像
处理方法，所述视频图像的每一个像素具有至少一个颜色分量(RGB)， 由数字码字数字地编码该颜色分量的值，下文将所述数字码字称作子 场码字，其中，向子场码字的每一个比特分配一定的持续时间，下文 将所述持续时间称作子场，在该持续时间期间像素的颜色分量可被激
活以产生光，所述方法包括步骤
-根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为至少第一类型区 域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型的区域相关联，
-把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把第二子场码字集 分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子集，-使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素进行编码，使用 第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，
其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至 少一个水平像素行，对第二类型区域进行延伸，直到第一类型区域中 的下一个像素是由同时属于第一和第二子场码字集的子场码字所编码 的像素。
因此，如果能够对由两个不同码集所编码的两个区域之间的边界 进行移动，并将其置于能够由属于这两个码集的码所编码的像素处， 则完全消除了动态假轮廓效应。
优选地，所述第二类型区域的延伸被限制为P个像素。
在特定实施例中，P是被包括在最小数和最大数之间的随机数。
在特定实施例中，数P在每一行有所变化，或者数P在包括m个连
续行的每一组有所变化。
在特定实施例中，除了上至第一预定界限的低视频等级范围，和 /或第二预定界限以上的高视频等级范围以外，在每一个子场码字集 中，子场码字集的光产生的时间重心随着相应的视频等级而连续增大。 有利地，视频梯度范围是非交叠的，而且子场码字集中的码的数目随 着相应视频梯度范围的平均梯度增大而减小。
本发明还涉及一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像处
理装置，所述视频图像的每一个像素具有至少一个颜色分量(RGB)， 由数字码字数字地编码该颜色分量的值，下文将所述数字码字称作子 场码字，其中，向子场码字的每一个比特分配一定的持续时间，下文 将所述持续时间称作子场，在该持续时间期间像素的颜色分量可被激
活以产生光，所述装置包括
-划分模块，根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为至少 第一类型区域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型的区 域相关联，
-分配模块，把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把第二 子场码字集分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子集， -编码模块，使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素进行编码，使用第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，
其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至 少一个水平像素行，所述划分模块对第二类型区域进行延伸，直到第 一类型区域中的下一个像素是由属于第一和第二子场码字集两者的子 场码字所编码的像素。
本发明的典型实施例在附图中示出，并在下文更为详细地描述。 附图中
图1示出了包括8个子场的视频帧的子场构造； 图2示出了不同码字的时间重心；
图3示出了图1的子场构造中的每一个子场的时间重心；
图4是示出了针对使用权重1 2 3 5 8 12 18 27 41 58 80的11个 子场编码的视频等级的时间重心的曲线图5示出了码字集的选择，这些码字的时间重心随着其视频等级 平滑增长；
图6示出了针对包括n个子场的帧的2"个不同的子场排列的时间重
心；
图7示出了一副图像及该图像一部分的视频等级； 图8示出了用于再现该图像的这个部分的视频等级范围； 图9示出了图7中的图像，以及该图像的另一部分的视频等级； 图10示出了用于再现图9中的图像的一部分所执行的视频等级跳
跃；
图ll示出了用于再现高梯度区域的码字集的重心； 图12示出了由梯度提取滤波器在图7的图像中检测到的高梯度区
域；
图13示出了一副图像，其左部的像素由第一码集编码，而其右部 的像素由第二码集编码，第一码集包括在第二码集中；
图14示出了图13中的图像，其中根据本发明，针对每一个像素行， 由第一码集编码的像素区域延伸至由属于所述两个码集的码所编码的像素；
图15示出了图14中的图像，其中针对每一个像素行，扩展像素的
编号最大为4;
图16示出了图14中的图像，其中针对每一个像素行的扩展被限制
为4个像素；以及
图17示出了根据本发明的设备的功能示意图。
具体实施例方式
借助于图13，可以容易地理解本发明的原理。图13示出了图像的 一部分，包括6个具有20个像素的行。这些像素中的一些(表示为黄色) 由第一码集编码，而其他像素(表示为绿色)由第二码集编码。第二 码集是第一码集的子集，即第二码集中的所有码都包括在第一码集中。 例如，第二码集是用于如图5所示的图像中的高梯度区域的码集，而第 一码集是用于如图ll所示的低梯度区域的码集。在图13中，由第二码 集编码的像素位于图像的左部，而由第一码集编码的图像位于图像的 右部。由于第二码集是第一码集的子集，所以黄色区域中存在一些由 属于两个码集的码所编码的像素。这些像素在图13中由黄绿色来标识。
本发明的原理是，针对每一个水平像素行，移动由第二码集编码 的区域(由第一码集编码的区域和由第二码集编码的区域之间的边界 被移动)，直到其遇到可以由两个码集编码的像素(黄绿色像素)。这 个移动在图13中由黑色箭头表示。其确保了动态假轮廓效应被消除。 这个结果背后的原因是，相邻像素之间现在不存在光的不连续。图14 给出了把这个延伸应用于图13中的图像的结果。
在某些情况下，能够由两个码集编码的像素(黄绿色像素)可以 远离初始边界，而且其会在由第二码集编码的区域的延伸部分中引入 多余的噪声。因此，有利地，引入了用于限制由第二码集编码的像素 区域的延伸的准则，以减小这个噪声。所以，在优选实施例中，包括 由第二码集编码的像素的区域的延伸被限制为针对每一个水平行的P 个像素。在这种情况下，对由第二码集编码的区域进行延伸，直到其 遇到能够由两个码集编码的像素，或者已经延伸了P个像素。图15和16示出了针对每一行该延伸被限制为P二4个像素。图15与图 13相同，除了每一行的延伸像素的数目最大是4。在这个示例中，第三 和第五像素行的延伸超过了4个像素。图16示出了当针对每一行把延伸 限制为4个像素时所得到的结果。
在对码延伸做出限制后，即使该延伸之后没有跟随公共像素(可 以由两个码集编码的像素)，也不会看到动态假轮廓，因为延伸的末端 不一致。所述延伸以随机的方式停止。的确，如果不能够通过对第二 码集编码的区域延伸至最大为公共像素以消除动态假轮廓，则使动态 假轮廓效应变得分散是一种解决方案。如果初始边界是随机的，那么 动态假轮廓效应被分散。为了确保动态假轮廓效应被分散，针对n个可 能值的范围中的每一行或具有m个连续行的每一组，随机地选择延伸像 素的个数P是有利的。例如，该范围包括5个值[3，4，5，6，7]，因此P可 以随机地是这5个值中的一个。
图17示出了实现本发明的设备。输入的R、 G、 B图像被转送至执行
二次函数的伽马块l，例如执行输出-4095x(f^y其中Y大约为2.2，
最大
而最大表示最大可能的输入视频值。
这个块的输出信号有利地多于12比特，以便能够正确地表现低视 频等级。
该输出转送至划分块2 (例如典型的梯度提取滤波器)，以便把图 像划分为至少第一类型区域(例如高梯度区域)和第二类型区域(低 梯度区域)。理论上，还可以在伽马校正之前执行分区(partitioning) 或梯度提取。在梯度提取的情况下，其可以通过仅使用输入信号的最 高比特(MSB)(例如6个最高比特)而得以简化。分区信息被发送至分 配模块3，分配模块3分配用于对当前输入值进行编码的适当的子场码 集。例如，第一码集被分配给图像的低梯度区域，而第二码集(第一 码集的子集)被分配给高梯度区域。如上文定义的由第二码集编码的 区域的延伸在这个块中实现。取决于所分配的码集，需要把视频重新 縮放为该码集的等级数(例如，如果使用图ll所示的码集，则为ll个 等级，而如果使用图5所示的码集，则为40个等级)加上由抖动所表现
12的小部分。所以，基于这个所分配的码集，对重縮放LUT4和使用所分 配的码集把输入等级编码为子场码的编码LUT 6进行更新。它们之间的 抖动块7添加了多于4个比特的抖动，以正确地表现视频信号。
本发明不限于上述实施例。具体地，可以使用除了这里所示的之 外的第一和第二码集。
本发明可以应用于基于光发射的占空比调制(或脉宽调制-P丽) 的任何显示设备。具体地，本发明可以应用于基于等离子显示面板 (PDP)和DMD (数字微镜设备)的显示设备。
权利要求
1.一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像处理方法，所述视频图像的每一个像素具有至少一个颜色分量(RGB)，利用数字码字数字地编码该颜色分量的值，下文将所述数字码字称作子场码字，其中，向子场码字的每一个比特分配一定的持续时间，下文将所述持续时间称作子场，在该持续时间期间像素的颜色分量可被激活以产生光，所述方法包括步骤-根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为至少第一类型区域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型的区域相关联，-把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把第二子场码字集分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子集，-使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素进行编码，使用第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至少一个水平像素行，对第二类型区域进行延伸，直到第一类型区域中的下一个像素是由同时属于第一和第二子场码字集的子场码字所编码的像素。
2. 根据权利要求1所述的方法，其中，所述第二类型区域的延伸 被限制为P个像素。
3. 根据权利要求2所述的方法，其中，P是被包括在最小数和最大 数之间的随机数。
4. 根据权利要求2或3所述的方法，其中，数P在每一行有所变化。
5. 根据权利要求2或3所述的方法，其中，数P在包括m个连续行的每一组有所变化。
6. 根据上述权利要求中任意一项所述的方法，其中，除了上至第 一预定界限的低视频等级范围和/或第二预定界限以上的高视频等级 范围以外，在每一个子场码字集中，子场码字集的光产生的时间重心(CGi)随着相应视频等级而连续增大。
7. 根据权利要求6所述的方法，其中，视频梯度范围是非交叠的， 而且子场码字集中的码的数目随着相应视频梯度范围的平均梯度增大 而减小。
8. 根据权利要求7所述的方法，其中，第一类型区域包括具有小 于或等于梯度阈值的梯度值的像素，而第二类型区域包括具有大于所 述梯度阈值的梯度值的像素。
9. 一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像处理装置，所 述视频图像的每一个像素具有至少一个颜色分量(RGB)，利用数字码 字数字地编码该颜色分量的值，下文将所述数字码字称作子场码字， 其中，向子场码字的每一个比特分配一定的持续时间，下文将所述持 续时间称作子场，在该持续时间期间像素的颜色分量可被激活以产生 光，所述视频图像处理装置包括-划分模块(2)，根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为 至少第一类型区域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型 的区域相关联，-分配模块(3)，把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把 第二子场码字集分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子 集，-编码模块(6)，使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素 进行编码，使用第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至 少一个水平像素行，所述划分模块对第二类型区域进行延伸，直到第 一类型区域中的下一个像素是由同时属于第一和第二子场码字集的子 场码字所编码的像素。
全文摘要
本发明涉及一种用于进行动态假轮廓效应补偿的视频图像处理方法和装置。所述方法包括步骤根据图像的视频梯度把每一个视频图像划分为至少第一类型区域和第二类型区域，特定的视频梯度范围与每一类型的区域相关联；把第一子场码字集分配给第一类型区域，而把第二子场码字集分配给第二类型区域，第二码字集是第一码字集的子集；使用第一子场码字集对第一类型区域中的像素进行编码，使用第二子场码字集对第二类型区域中的像素进行编码，其中，对于包括第一类型区域的像素和第二类型区域的像素的至少一个水平像素行，对第二类型区域进行延伸，直到第一类型区域中的下一个像素是由同时属于第一和第二子场码字集的子场码字所编码的像素。
文档编号G09G3/28GK101299266SQ20071018657
公开日2008年11月5日 申请日期2007年12月12日 优先权日2006年12月20日
发明者卡洛斯·科雷亚, 塞巴斯蒂安·魏特布鲁赫, 穆罕默德·阿卜杜拉 申请人:汤姆森许可贸易公司
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