一种色域映射实时处理方法及实时处理电路的制作方法
专利名称：一种色域映射实时处理方法及实时处理电路的制作方法
技术领域：
本发明属于颜色信号处理领域，具体来说，本发明涉及色域映射处理 方法及处理电路。
背景技术：
目前市场上的显示设备类型繁多，为了在具有不同色域和颜色特性的显 示设备之间实现色彩匹配，人们研究各种色域映射方法。在硬件处理上，色 域映射可以采用颜色映射查找表与三维插值相结合的方法来实现，该方法主要包括三个步骤打包，抽取和插值。其中，打包是指对原始颜色空间进行 三维网格离散采样；采样网格点对应的原始数据称为代表性原始颜色数据， 与这些原始数据对应的校正颜色数据(不同类型的显示设备有不同的校正颜 色数据)称为代表性校正颜色数据，代表性原始颜色数据与代表性校正颜色 数据之间的映射表就是所述颜色映射查找表。由于颜色数据通常由三个分量(如RGB分量)组成，所以颜色映射查找表常常是三维查找表。附图l中示 出了典型的均匀打包方法，即在颜色的三个分量方向上等间隔离散采样。打 包后将整个原始色域空间划分为多个由采样点(格点)组成的立方体，为方 便下文中的描述和理解，将由相邻格点组成的最小立方体称为立方体单元(最小采样立方体单元)。附图3给出了颜色映射查找表的示例。抽取，是 指从插值点(即输入的待校正的原始颜色数据在原始颜色空间中所处的位 置)周围选择若干采样网格点，这些点围成的封闭体能将该插值点包围在其 内部。抽取步骤中，所采用的内插算法不同，抽取格点的数目和选择方式也 不同。插值，即根据插值点与从抽取步骤得到的的采样网格格点之间的几何 关系和所采用的插值算法，在抽取步骤得到的采样网才各格点代表的原始颜色 数据对应的校正颜色数据之间进行内插，计算出输出颜色数据。相关的插值 算法包括金字塔插值、三线性插值(trilinear interpolation),四面体插 值等(tetrahedral interpolation)。在硬件上直接实现颜色映射查找表比 较困难，尤其是难以同时抽取出插值计算所需的若干网格点所对应的校正颜
色数据。Dongil Han在文献[J]. IEEE Trans, on Consumer Electronics, May 2004， Vol. 50， Issue 2， Page(s):691 698的 "Real—time Color Gamut Mapping Method for Digital TV Display Quality Enhancement",和[J〗. IEEE Trans, on Consumer Electronics, Feb. 2005, Vol. 51, Issue 1, Page(s):168174的，，A Cost Effective Color Gamut Mapping Architecture for Digital TV Color Reproduction Enhancement" 中介绍了将复杂的三维查找表转换成八个一维查找表并与三线性插值算法 (trilinear interpolation)相结合的实现色域映射的硬件算法结构。该方法的不足之处是三线性插值算法由于要对八个点进行迭代插值计算，运算 量较大，需要耗费大量硬件资源，因此也限制了允许的最高工作频率一一在 xilinx公司的FPGA芯片SpartanIII xc3s400上的实验表明，用Dongil Han 提出的八组一维查找表和三线性插值相结合实现的电路，其最高工作频率接 近6GM赫兹。发明内容本发明的目的是克服现有技术的不足，将颜色映射查找表与四面体插值 算法相结合，进而提供一种能够节约硬件资源、提高最高工作频率的色域映 射实时处理方法及处理电路。为实现上述发明目的，本发明提供的色域映射实时处理方法包括如下步骤1) 将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器；2) 输入待校正的原始颜色数据，根据该原始颜色数据在原始颜色空间中 抽取四个格点，并解码得到所述四个格点(即四个代表性原始颜色数据)的 存储地址；3) 根据存储地址分别找到所述四个格点的代表性校正颜色数据；4) 根据所述四个格点的代表性校正颜色数据以及输入的待校正的原始颜 色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。上述技术方案中，所述步骤l)中，对原始颜色空间进行三维网格离散 采样，然后将采样得到的格点的代表性校正颜色数据以一定的排序方式分别 存入四组查找表存储器中。上述技术方案中，所述步骤2)中，在原始色域空间抽取的所述四个格 点属于同一立方体单元，所述原始颜色数据对应的插值点位于所述四个格点 构成的四面体内部。上述技术方案中，所述步骤3)中，所述四组查找表存储器分别根据步 骤2)得出的存储地址将四个代表性校正颜色数据同步地输出至内插电路； 所述步骤4)中，所述内插电路根据待校正的原始颜色数据以及接收到的四 个代表性校正颜色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正 颜色数据。上述:f支术方案中，所述步骤2)中，所述地址解码器在抽取出所述的四 个格点后，将该四个格点的位置信息(即四个代表性原始颜色数据)输出给 所述内插电路，所述步骤4)中，所述内插电路根据所述四个格点的位置信 息计算插值权重。上述技术方案中，所述步骤l)中，所述将采样得到的格点的代表性校 正颜色数据分别存入四组查找表存储器中的方法如下将第一类格点的代表 性校正颜色数据存入第一组存储器中；将第二类格点的代表性校正颜色数据 存入第二组存储器中；将第三类格点的代表性校正颜色数据存入第三组存储 器中；将第四类格点的代表性校正颜色数据存入第四组存储器中；所述第一、 二、三、四类格点的定义如下4壬取原始色域空间中的一个立方体单元，该 立方体单元中的一个格点定义为第一类格点，位于所述第一类格点体对角线 上的另一格点定义为第二类格点，与所述第一类格点相邻的三个格点定义为 第三类格点，与所述第二类格点相邻的三个格点定义为第四类格点，原始色 域空间中的所有格点均被唯一地定义为第一、第二、第三或第四类格点。这 样的定义使得在抽取步骤中所得到的四个格点必然分别存储于四组存储器 中，即任何两个抽取出的格点不会位于同一组存储器中。上述技术方案中，所述步骤2)中，所述根据待校正原始颜色数据在原 始色域空间抽取属于同一最小采样立方体单元的四个格点的方法如下首先 找到包含该待校正原始颜色数据的最小采样立方体单元；再以该立方体单元 上属于第 一类格点的顶点和属于第二类格点的顶点为两个公共点，以不以上 述两个顶点中的任一个为端点的任意一条棱的两个端点为其余两个顶点，将 该立方体单元剖分为六个相互4并接的四面体；然后求解该待校正原始颜色数据被包含于哪个所述剖分出的四面体，该四面体的四个顶点即所求的四个格 点
为实现本发明的另一发明目的，本发明提供的色域映射实时处理电路包括地址解码器，查找表存储器和内插电路；所述查找表存储器共有四组，每一组存储器分别存储原始色域空间中的 一类格点的代表性校正颜色数据；所述地址解码器用于接收待校正的原始颜色数据，并根据原始颜色数据 在原始色域空间抽取属于同一立方体单元的四个格点，所述原始颜色数据对 应的插值点位于所述四个才各点构成的四面体内部；同时所述地址解码器解码 得出所述四个格点的代表性校正颜色数据在所述四组查找表存储器中的存 储地址；所迷内插电路分别从四组查找表存储器中得到所述四个格点的代表性 校正颜色数据，结合所述待校正的原始颜色数据，以四面体插值算法进行插 值运算，得出最终的校正颜色数据号。上述技术方案中，所述查找表存储器还为所述内插电路输出所述四个格 点的位置信息，用于计算插值权重。上迷技术方案中，所迷的查找表存储器中，第一组存储器存储第一类格 点的代表性校正颜色数据；第二组存储器存储第二类格点的代表性校正颜色 数据；第三组存储器存储第三类格点的代表性校正颜色数据；第四组存储器 存储第四类格点的代表性校正颜色数据；所述第一、二、三、四类格点的定义如下任取原始色域空间中的一个最小采样立方体单元，该立方体单元中 的一个格点定义为第一类格点，位于所述第一类格点体对角线上的另一格点 定义为第二类格点，与所述第一类格点相邻的三个格点定义为第三类格点， 与所述第二类格点相邻的三个格点定义为第四类格点，原始色域空间中的所 有格点均被唯一地定义为第一、第二、第三或第四类格点。上述技术方案中，所述每一组查找表存储器均包括三个存储器，分别存 储颜色lst据的三个颜色分量。上迷技术方案中，所述每一组查找表存储器可以由单个存储器构成，该 存储器的不同数据位上分别存储颜色数据的三个颜色分量。上述技术方案中，所述色域映射实时处理电路还包括同步器，该同步器 为所述地址解码器，查找表存储器和内插电路提供同步信号。与现有技术相比，本发明能够达到如下技术效果 本发明所述的方法将复杂的三维查找表转换成四组一维查找表，并提供了 地址解码方法，使得根据输入颜色数据同时抽取出四个代表性校正颜色数据 成为可能，进而为实时处理诸如四面体插值等需要抽取四个网格点的插值算 法提供了基础。采用上述方案实现的色域映射电路，在绝大部分应用中，可放在逻辑IC或ASIC芯片内部实现，从而简化单板设计，降低成本；若代表 性校正颜色数据量过大，不能放在逻辑IC或者ASIC芯片内部，则可以在逻 辑IC或ASIC外部配置一片存储器芯片作为查找表的数据存储器；本发明还 提供一种按上述方案实现的色域映射实时处理电路，该电路结构筒单，占用 硬件资源少，计算速度快。
图l是均匀打包的示意图；图2是四面体插值的示意图；图3是颜色映射表的示意图；图4为本发明一个实施例的流程图；图5是本发明一个实施例将代表性校正颜色数据分别存入为四组查找表存储器的示意图；图6是本发明一个实施例中第一类格点和第二类格点的示意图；图7是本发明一个实施例中定义第一类格点，第二类格点以及二者之间的位置关系示意图；图8是本发明一个实施例中定义第三类格点的示意图；图9是本发明一个实施例中定义第四类格点的示意图；图1 OA是本发明 一个实施例中偶数页上各组格点分布的示意图；图10B是本发明一个实施例中奇数页上各组格点分布的示意图；图11是本发明一个实施例的地址解码方法的流程图；图12是本发明一个实施例中，在最小采样立方体单元内部建立坐标系的示意图；图13是本发明一个实施例中，对最小采样立方体单元进行四面体剖分 的原理示意图；图14是本发明一个实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1图4是本发明方法实施流程图，包括如下步骤1) 将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器；2) 输入待校正的原始颜色数据，根据该原始颜色数据在原始颜色空间中 抽取四个格点，并解码得到所述四个格点(即四个代表性原始颜色数据)的 存储地址；3) 根据存储地址分别找到所述四个格点的代表性校正颜色数据；4) 根据所述四个格点的代表性校正颜色数据以及输入的待校正的原始颜 色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。上述四个步骤中，将代表性颜色数据分别存入四组查找表存储器的步骤 是前提步骤，后面3个步骤是具体的颜色数据映射的实时处理步骤。本实施例中涉及的查找表存储器可以在逻辑IC芯片如FPGA、 CPLD等， 或在专用集成电路ASIC内部实现；在代表性校正颜色数据太大时，也可以 通过外设存储器如EEPR0M来实现。所述步骤1 )中，所述代表性原始颜色数据是对原设备颜色空间进行三维 离散采样的采样数据集，通常通过打包步骤获得。常用的打包方法是均匀打 包。图l是对原始颜色空间进行均匀打包示意图。其采样网格格点对应的原 始颜色数据(称为代表性原始颜色数据)，可以为下述数据的集合低有效 位LSB ( least significant bits )全为零、高有效位MSB ( most significant bits)任意取值的颜色数据集；因为上述数据集合不能包括原始颜色空间中 的边界颜色数据，所以代表性原始数据还应包括下一组颜色数据集，即其中 至少有一个颜色分量取得最大值、其余颜色分量的低有效位LSB全为零的颜 色数据集。如用24位二进制表示的RGB颜色信号，可以分别取高3位作为 MSB,低5位作为LSB,则任一颜色分量上将分别在0、 32、 64、 96、 128、 160、 192、 224、 255处被采样，即每个采样方向上将获得9个采样灰阶，共 得到729个采样网格点。所述代表性原始颜色数据，与对应的校正颜色数据 (称为代表性校正颜色数据)之间，即构成颜色查找表，如附图3所示。图5所示是本实施例中将代表性校正颜色数据分别存入为四组查找表存 储器的示意图。本例中，所述将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存 储器是指将这729个采样点对应的代表性校正颜色数据分别存入四组存储 器。其中，每组存储器可以设置为三个，每个存储RGB颜色数据中的某一路
颜色数据；每组存储器也可以设置为一个，方法是将每组RGB颜色数据合并 为一个，如分别用8位二进制表示的三路RGB颜色数据合并为用24位二进 制表示的一路颜色数据。图6所示是在三维采样网格中定位第一类格点11，这类格点所代表的原 始颜色数据对应的代表性校正颜色数据将被存入第一组存储器。图6还表示 出了部分与第二类格点22,并在图7中对上述两类网格点间的位置关系进行 了进一步说明，即二者总是位于立方体单元的其中一条体对角线两端。图6 还表示出了第三类格点33和第四类格点44在同一立方体上单元的位置关 系，即它们分别相邻于第一类网格点11和第二类网格点22 (可参考图8和 图9)。所述将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器按下述方法进行 排序(1)所述三维采样网格沿某一颜色分量方向分解为若干层，每层称为一 页，并用该页上采样格点在该颜色分量上的最高有效位标志该页序号，当该 颜色分量取得最大值时，用其最高有效位加1的值标志该页序号；每一页再 按照其余两个颜色分量分为行和列，并以这两个颜色分量的最高有效位分别 标志行和列序号，当所考察颜色分量取得最大值时，用其最高有效位加l的 值标志该行或/和列序号；然后逐行逐列逐页依次访问所有采样格点，当被 访问到的格点属于第一类格点11或者第二类格点22时，将该格点按照被访 问到的先后顺序排列为一维序列，直到所有该类格点均净皮访问并排列完毕，'(2)对所述;三类格i、 依据其:相邻第一类格点ii的连线平:于哪个采样方向被分为三小类；再按照上述排列第一类格点和第二类格点的方 法分别对所述三小类格点进行排序，然后将经排序后的三小类格点连接为一 个一维序列，最后将该一维序列格点对应的校正颜色数据按照同样的排列顺 序存入第三组存储器3;(3)对所述第四类格点44,依据其与相邻第二类格点22的连线平行于哪 个采样方向被分为三小类；再按照上述排列第一类^f各点和第二类格点的方法 分别对所述三小类格点进行排序，然后将经排序后的三小类格点连接为一个 一维序列，最后将该一维序列格点对应的校正颜色数据按照同样的排列顺序 存入第四组存储器。 这样的分类是为了使得在抽取步骤中所得到的四个格点必然分别存储于 四组存储器中，即任何两个抽取出的格点不会位于同一组存储器中。本实施 例的分类方式并不是唯一 的。为方便理解，下面进一步描述本实施例中，将代表性校正颜色数据分别 存入四组查找表存储器的具体实现方式。本实施例中，将所述三维采样网格沿某一颜色分量方向(比如B分量方 向)分解为9层，每层称为一页，并用该页上采样格点在该颜色分量B上的 最高有效位MSB (本例中用3位二进制表示)标志该页序号，如将第一页标 志为0、第二页标志为1、…..、第八页标志为7，第九页上采样格点在该 颜色分量B上取J寻最大值，并且其高有效位与第八页的相同，故此时用其最 高有效位加1的值即8标志该页序号；每一页再按照其余两个颜色分量分为 行和列(比如令R分量上分为行，G分量上分为列)，并以这两个颜色分量的最高有效位分别标志行和列序号，同样，当所考察颜色分量取得最大值时， 用其最高有效位加1的值标志该行或/和列序号，附图IOA和IOB分别解释了其中偶数页和奇数页上采样网格的行列标志方法，并在图上标志了 一种网 格分类情况；然后逐行逐列逐页依次访问所有采样格点，当被访问到的格点 属于第一类格点11或者第二类格点22时，将该格点按照被访问到的先后顺 序排列为一维序列，直到所有该类格点均被访问并排列完毕，再将该类格点 对应的校正颜色数据按照同样的排列顺序存入对应的存储器；对所述第三类 格点33,依据其与相邻第一类格点11的连线平行于哪个采样方向被分为三 小类，如附图8所示，图中第一类格点11与相邻的第三类格点33之间的连 线共3组，分别平行于某采样方向(颜色分量方向)；再按照上述排列第一 类格点和第二类格点的方法分别对所述三小类格点进行排序，然后将经排序 后的三小类格点连接为一个一维序列，所述连接方法，比如先排第一小类格 点，紧接其后排列第二小类，接着第三小类，最后将该一维序列格点对应的 校正颜色数据按照同样的排列顺序存入第三组存储器3;对所述第四类格点 44,依据其与相邻第二类格点22的连线平行于哪个采样方向被分为三小类； 再按照上述排列第一类格点和第二类格点的方法分别对所述三小类格点进 行排序，然后将经排序后的三小类格点连接为一个一维序列，最后将该一维 序列格点对应的校正颜色数据按照同样的排列顺序存入第四组存储器。所述步骤2 )中，地址解码器根据输入颜色数据计算出访问四组查找表存 储器的四个地址。所述地址解码方法与上述代表性校正颜色数据存入存储器 的方法有关。附图11给出了本发明所述地址解码算法流程图。该图中所述
前三步都是为了唯一确定输入颜色数据领^^内的四个采样格点，从而获得对 应的四个校正颜色数据，完成所述抽取步骤。所述地址解码器从同 一输入颜色数据经地址解码后分别访问四组存储器 所得的四个校正颜色数据对应的四个采样格点属于采样网格中同 一个最小 立方体单元上的某四个顶点，且从第三组存储器和第四组存储器中所得两个校正颜色数据对应的两个采样格点属于相邻的位置关系，如此可将该立方体 单元剖分成六个相互拼接的四面体。该地址解码器的解码方法还进一步包括(1) 用输入颜色数据的高有效位MSB寻址该输入颜色数据在采样网 格中所在的最小立方体单元，并以该最小立方体单元上属于第 一类格点的顶点为原点，令属于第二类格点的顶点位于第一象 限，建立该最小立方体单元内部的坐标系；(2) 所述颜色数据有三个颜色分量，因此可以作为颜色矢量，故用 所述输入颜色数据的颜色矢量减去包含该输入颜色矢量的立方 体单元上属于第一类格点的顶点的颜色矢量，再将所得向量差 求绝对值，即求得该颜色矢量在上述立方体单元内部坐标系内 的坐标，设用(r、 g、 b)表示；(3) 设三个方向的采样间隔为M,AG，A5，则对所述四面体剖分方法 将立方体单元剖分为六个四面体，可根据上述坐标值(r、 g、 b) 之间的比较运算，确定输入颜色数据被包含于何四面体，如『己为I;A5g,则所述输入颜色数据属于某一个四面体，M口 AG, g,且g〉一6A5则所述输入颜色lt据属于另 一个四面体，记为II;乂 AG a ML 右g〉——r，且r〉——d M记为III;右g〉——6,且6 2—r A5 M则所述输入颜色数据属于另 一个四面体，则所述输入颜色数据属于另 一个四面体，记为V;
若<formula>formula see original document page 14</formula>,且<formula>formula see original document page 14</formula>,则所述输入颜色数据属于另一个四面体， AG M记为VI;其余情况下，所述输入颜色数据属于另一个四面体，记为VII; (4) 上述定位四面体的方法可以确定抽取出的四个格点，再通过对 所述存储器中的分组和排序的方法进行反演，可求得所述四个 格点经分组和排序后的地址，从而计算抽取出的四个校正颜色 数据在数据存储器中的存放地址，完成地址解码；同时将上述 四个才各点对应的四个原始颜色数据送至内插电路单元，进行内 插计算。需指出的是本实施例的排序方式、解码方式并不是唯一的。只要能够根 据输入的原始颜色数据顺利地计算出四个抽取出的格点的代表性校正颜色 数据的地址，任何排序方式、解码方式都属于本发明的范畴。在本实施例中，用输入颜色数据的高有效位MSB寻址该输入颜色数据在 采样网格中所在的最小立方体单元，是指保留该输入颜色数据的高有效位 MSB而令其低有效位全为零后所得的颜色数据0必定是包含该输入颜色数据 的最小采样立方体单元的八个顶点中最靠近原点的一个(即纯黑色颜色所在 的点，有可能属于所述四类格点中的任一类)，而所述所得颜色数据O的三 个颜色分量分别加上对应的采样间隔后得到的颜色数据P则代表颜色数据0 所在格点的体对角顶点，如此可唯一确定上述最小采样立方体单元。对上述 釆样格点数为729的实施例，如输入颜色数据为(R、 G、 B) = (19， 72， 38),则该颜色的MSB组合数据为(0、 2、 1)，其体对角格点的MSB组合数 据为(0 + 1、 2 + 1、 1 + 1)即(1、 3、 2)，它们对应的原始颜色数据为(0、 64、 32)和(32、 96、 64),其中(32、 96、 64)也可以通过(0、 64、 32) + ( 32, 32, 32 )来获得(32是三个采样方向上的采样间隔)。如果输入颜 色数据为(R、 G、 B) = ( 190, 253, 237 )，则该颜色的MSB组合数据为(5、 7、 7),其体对角格点的MSB组合数据为(6、 8、 8)，但本例中因MSB用三 位二进制表示，其最大值小于8，所以，其体对角格点的MSB组合数据应为 (6、 7、 7),但所述体对角格点对应的原始颜色数据应为(192、 255、 255 )。附图12解释了所述在最小采样立方体内部构造坐标系的方法。通过按所 述方法构造坐标系，可以统一四面体剖分以及定位输入颜色被包含于何四面 体的方法。根据所述在立方体单元内部构造坐标系的方法，首先应定位第一 类格点的分布。附图IOA和10B中的格点分类方法已假定所述行序号、列序 号和页序号均为偶数的格点属于第一类格点。如此，所述实施例的整个采样 网格中属于第一类格点的采样点共有25 x 5 = 125个。电路设计中，只要格 点上三个MSB数据的末位全为零，则该格点属于第一类格点。根据类似的方 法在电路上也很容易实现判断考察格点属于哪类格点。任一输入颜色数据的 MSB的最末位组合共有八种组合，其中只有一种组合对应第一类格点，即当 其组合为(0、 0、 0)时；当所述MSB最末位不全为0时，最末位不是0的 MSB数据加1,如此可在单位立方体内始终找到属于第一类格点的采样点。 并以所述输入颜色数据(向量)减去所述找到的属于第一类格点的采样点的 颜色向量，即求得所述坐标。如输入颜色为(R、 G、 B) = ( 19, 72, 38 )， 则该颜色的MSB组合数据为(0、 2、 1),显然包含输入数据的立方体单元中 属于第一类格点的MSB组合应为(0， 2， 1) + (0, 0, 1) = (0, 2， 2)， 则其代表的颜色数据为(0 , 64 ， 64 ), 故所求坐标为6) = |(19,72,38)-(0,64,64)| = (19,8,26)。再按所述定位四面体的方法，有b〉r〉g, 故该输入颜色点属于所述第VII类四面体。可才艮据四面体剖分方法确定该四 面体四个顶点的位置，并根据上述对各类格点进行分组并排序的方法，求解 格点经排序后的地址，即读取四组存储器中四个代表性校正颜色数据的地 址。另外，上述抽取出四面体四个顶点的位置信息对应四个原始颜色数据， 解码过程中求解出的这四个原始颜色数据被送至内插运算单元，以进行插值 运算。由于涉及到时序处理，电路设计中应采用同步设计，但上述四个原始 颜色数据和地址解码器从四组存储器中读取出的四个校正颜色数据同步到 达内插运算单元不是必要的，前者可以先前一个或若干时钟周期到达，以节 约时间进行插值权重的计算。附图13解释了所述对最小采样立方体进行四面体剖分的方法。按图所示， 可解释为找到立方体单元上分别属于第一类格点或/和第二类格点的两个 顶点，并以它们为将被剖分出的所有四面体的两个公共顶点，选择12条棱 中不以上述两顶点为端点的一条棱的两端为将被剖分出的某个四面体的剩 余的两个顶点，将该立方体剖分成六个相互拼^"的四面体。所述步骤4 )中，通过针对根据地址解码器在四组查找表存储器中查得的 四组代表性颜色校正数据进行内插，获得输出颜色数据。从空间离散数据中 抽取四个点的内插算法中，典型的如四面体插值算法。附图2为四面体插值 示意图。图中，某原始空间中四个采样格点A、 B、 C、 D被映射为目标空间 中的四个点(A,C',Z)'，包含于四面体ABCD中的插值点P被映射为四面体 J5'C力'中的点P'。设图中各点代表的值(可以是标量，或者矢量)用^ (z、4AC,D,尸,/,5',C',D'，户')表示，则四面体插值算法可以表示为式中，",々,^分別为四个点U，C',"'的插值权重，其计算方法是四个 小四面体BCDP、 ACDP、 ABDP、 ABCP与四面体ABCD的体积比。附图14提供了实现本发明的一种电路结构示意图，包括地址解码器、查 找表存储器和内插电路(即内插运算单元)，同时还包括一同步器，为所迷 地址解码器、查找表存储器和内插电路提供同步信号。本发明提供的色域映射实时处理方法及处理电路，适用于各种颜色实时 校正系统，比如激光全色显示的色域映射，手机显示与LCD显示的色域匹配 等，也适用于其它两个三维数据空间的映射领域。采用上述方案实现的色域 映射电路，在绝大部分应用中，可放在逻辑IC或ASIC芯片内部实现，从而 简化单板设计，降低成本；若代表性校正颜色数据量过大，不能放在逻辑IC 或者ASIC芯片内部，则可以在逻辑IC或ASIC外部配置一片存储器芯片作 为查找表的数据存储器。为了提高处理速度，可以在具体设计中采用多级流 水，以满足高速率实时数据处理的需要。在xilinx公司的FPGA芯片 Spartanin xc3s400上的实验表明，采用本发明所述的方法构造的电路，其 允许的最高工作频率可达80H赫兹。本实施例中，虽然采用的是RGB颜色数据，但可以理解本发明也可以用 于其它的三维颜色数据的色域映射或其它的三维数据映射。还需指出的是，本发明的采样并一定是均匀采样，也可以是不均匀采样， 当采用不均匀采样时，最小采样体积单元并不是立方体单元，而是普通的长 方体单元。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。 尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理 解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案 的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1. 一种色域映射实时处理方法，包括如下步骤1) 将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器；2) 输入待校正的原始颜色数据，根据该原始颜色数据在原始颜色空间中 抽取四个格点，并解码得到所述四个格点的存储地址；3) 根据存储地址分别找到所述四个格点的代表性校正颜色数据；4) 根据所述四个格点的代表性校正颜色数据以及输入的待校正的原始颜 色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。
2. 根据权利要求1所述的色域映射实时处理方法，所述步骤l)中， 对原始颜色空间进行三维网格离散采样，然后将采样得到的格点的代表性校 正颜色数据以一定的排序方式分别存入四组查找表存储器中。
3. 根据权利要求2所述的色域映射实时处理方法，所述步骤2)中， 在原始色域空间抽取的所述四个格点属于同一最小采样立方体单元，所述原 始颜色凄t据对应的插值点位于所述四个格点构成的四面体内部。
4. 根据权利要求3所述的色域映射实时处理方法，所述步骤3)中，颜色数据同步地输出至内插电路；所述步骤4)中，所述内插电路根据待校正 的原始颜色数据以及接收到的四个代表性校正颜色数据，以四面体插值算法 进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。
5. 根据权利要求4所述的色域映射实时处理方法，所述步骤2)中， 所述地址解码器在抽取出所述的四个格点后，将该四个格点的位置信息输出 给所述内插电路，所述步骤4)中，所述内插电路4艮据所述四个格点的位置 信息计算插值权重。
6. 根据权利要求1所述的色域映射实时处理方法，所述步骤l)中， 所述将采样得到的格点的代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器 中的方法如下将第一类格点的代表性校正颜色数据存入第一组存储器中； 将第二类格点的代表性校正颜色数据存入第二組存储器中；将第三类格点的 代表性校正颜色数据存入第三组存储器中；将第四类^f各点的代表性校正颜色 数据存入第四组存储器中；所述第一、二、三、四类格点的定义如下任取 原始色域空间中的一个最小采样立方体单元，该立方体单元中的一个格点定 义为第 一类格点，位于所述第 一类格点体对角线上的另 一格点定义为第二类 格点，与所述第一类格点相邻的三个格点定义为第三类格点，与所述第二类 格点相邻的三个格点定义为第四类格点，原始色域空间中的所有格点均被唯 一地定义为第一、第二、第三或第四类格点。
7. 根据权利要求3所述的色域映射实时处理方法，所述根据待校正原 始颜色数据在原始色域空间抽取属于同一最小采样立方体单元的四个格点 的方法如下首先找到包含该待4交正原始颜色数据的最小采样立方体单元； 再以该立方体单元上属于第一类格点的顶点和属于第二类格点的顶点为两 个公共点，以不以上述两个顶点中的任一个为端点的任意一条棱的两个端点 为其余两个顶点，将该立方体单元剖分为六个相互4并4妄的四面体；然后求解 该待校正原始颜色数据被包含于哪个所述剖分出的四面体，该四面体的四个 顶点即所求的四个格点。
8. —种色域映射实时处理电路，包括地址解码器，查找表存储器和 内才i电3各；所述查找表存储器共有四组，每一组存储器分别存储原始色域空间中的 一类格点的代表性校正颜色数据； 、所述地址解码器用于接收待校正的原始颜色数据，并根据原始颜色数据 在原始色域空间抽取属于同一最小采样立方体单元的四个格点，所述原始颜 色数据对应的插值点位于所述四个格点构成的四面体内部；同时所述地址解 码器解码得出所述四个格点的代表性校正颜色数据在所述四组查找表存储器中的存储地址；所述内插电路分别从四组查找表存储器中得到所述四个格点的代表性 校正颜色数据，结合所述待校正的原始颜色数据，以四面体插值算法进行插 值运算，得出最终的校正颜色数据号。
9. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，所述查找表存储器 还为所述内插电賴4lr出所述四个才各点的位置信息，用于计算插值权重。
10. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，所述四组查找表 存储器中，第一组存储器存储第一类格点的代表性校正颜色数据；第二组存 储器存储第二类格点的代表性校正颜色数据；第三组存储器存储第三类格点 的代表性校正颜色数据；第四组存储器存储第四类格点的代表性校正颜色数 据；所述第一、二、三、四类格点的定义如下任取原始色域空间中的一个 最小采样立方体单元，该立方体单元中的一个格点定义为第一类格点，位于 所述第 一类格点体对角线上的另 一格点定义为第二类格点，与所述第 一类格 点相邻的三个格点定义为第三类格点，与所述第二类格点相邻的三个格点定 义为第四类格点，原始色域空间中的所有格点均被唯一地定义为第一、第二、 第三或第四类才各点。
11. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，所述每一组查找 表存储器均包括三个存储器，分别存储颜色数据的三个颜色分量。
12. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，所述每一组查找 表存储器可以由单个存储器构成，该存储器的不同数据位上分别存储颜色数 据的三个颜色分量。
13. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，该实时处理电路 还包括同步器，所述同步器为所述地址解码器，查找表存储器和内插电路提 供同步信号。
全文摘要
本发明涉及一种色域映射实时处理方法及实时处理电路，其中处理方法包括1)将代表性颜色数据分别存入四组查找表存储器；2)输入待校正的原始颜色数据，根据该原始颜色数据在原始颜色空间中抽取四个格点，并解码得到所述四个格点的存储地址；3)根据存储地址分别找到所述四个格点的代表性校正颜色数据；4)根据所述四个格点的代表性校正颜色数据以及输入的待校正的原始颜色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。处理电路包括地址解码器，四组查找表存储器以及内插电路。与现有技术相比，本发明将颜色映射查找表与四面体插值算法相结合，节约了硬件资源，同时提高了工作频率，从而有效地提高了运算速度。
文档编号G09G5/02GK101123080SQ200710121830
公开日2008年2月13日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者张明勇, 勇 毕, 斌 王, 王延伟, 贾中达 申请人:北京中视中科光电技术有限公司;中国科学院光电研究院
技术领域：
本发明属于颜色信号处理领域，具体来说，本发明涉及色域映射处理 方法及处理电路。
背景技术：
目前市场上的显示设备类型繁多，为了在具有不同色域和颜色特性的显 示设备之间实现色彩匹配，人们研究各种色域映射方法。在硬件处理上，色 域映射可以采用颜色映射查找表与三维插值相结合的方法来实现，该方法主要包括三个步骤打包，抽取和插值。其中，打包是指对原始颜色空间进行 三维网格离散采样；采样网格点对应的原始数据称为代表性原始颜色数据， 与这些原始数据对应的校正颜色数据(不同类型的显示设备有不同的校正颜 色数据)称为代表性校正颜色数据，代表性原始颜色数据与代表性校正颜色 数据之间的映射表就是所述颜色映射查找表。由于颜色数据通常由三个分量(如RGB分量)组成，所以颜色映射查找表常常是三维查找表。附图l中示 出了典型的均匀打包方法，即在颜色的三个分量方向上等间隔离散采样。打 包后将整个原始色域空间划分为多个由采样点(格点)组成的立方体，为方 便下文中的描述和理解，将由相邻格点组成的最小立方体称为立方体单元(最小采样立方体单元)。附图3给出了颜色映射查找表的示例。抽取，是 指从插值点(即输入的待校正的原始颜色数据在原始颜色空间中所处的位 置)周围选择若干采样网格点，这些点围成的封闭体能将该插值点包围在其 内部。抽取步骤中，所采用的内插算法不同，抽取格点的数目和选择方式也 不同。插值，即根据插值点与从抽取步骤得到的的采样网格格点之间的几何 关系和所采用的插值算法，在抽取步骤得到的采样网才各格点代表的原始颜色 数据对应的校正颜色数据之间进行内插，计算出输出颜色数据。相关的插值 算法包括金字塔插值、三线性插值(trilinear interpolation),四面体插 值等(tetrahedral interpolation)。在硬件上直接实现颜色映射查找表比 较困难，尤其是难以同时抽取出插值计算所需的若干网格点所对应的校正颜
色数据。Dongil Han在文献[J]. IEEE Trans, on Consumer Electronics, May 2004， Vol. 50， Issue 2， Page(s):691 698的 "Real—time Color Gamut Mapping Method for Digital TV Display Quality Enhancement",和[J〗. IEEE Trans, on Consumer Electronics, Feb. 2005, Vol. 51, Issue 1, Page(s):168174的，，A Cost Effective Color Gamut Mapping Architecture for Digital TV Color Reproduction Enhancement" 中介绍了将复杂的三维查找表转换成八个一维查找表并与三线性插值算法 (trilinear interpolation)相结合的实现色域映射的硬件算法结构。该方法的不足之处是三线性插值算法由于要对八个点进行迭代插值计算，运算 量较大，需要耗费大量硬件资源，因此也限制了允许的最高工作频率一一在 xilinx公司的FPGA芯片SpartanIII xc3s400上的实验表明，用Dongil Han 提出的八组一维查找表和三线性插值相结合实现的电路，其最高工作频率接 近6GM赫兹。发明内容本发明的目的是克服现有技术的不足，将颜色映射查找表与四面体插值 算法相结合，进而提供一种能够节约硬件资源、提高最高工作频率的色域映 射实时处理方法及处理电路。为实现上述发明目的，本发明提供的色域映射实时处理方法包括如下步骤1) 将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器；2) 输入待校正的原始颜色数据，根据该原始颜色数据在原始颜色空间中 抽取四个格点，并解码得到所述四个格点(即四个代表性原始颜色数据)的 存储地址；3) 根据存储地址分别找到所述四个格点的代表性校正颜色数据；4) 根据所述四个格点的代表性校正颜色数据以及输入的待校正的原始颜 色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。上述技术方案中，所述步骤l)中，对原始颜色空间进行三维网格离散 采样，然后将采样得到的格点的代表性校正颜色数据以一定的排序方式分别 存入四组查找表存储器中。上述技术方案中，所述步骤2)中，在原始色域空间抽取的所述四个格 点属于同一立方体单元，所述原始颜色数据对应的插值点位于所述四个格点 构成的四面体内部。上述技术方案中，所述步骤3)中，所述四组查找表存储器分别根据步 骤2)得出的存储地址将四个代表性校正颜色数据同步地输出至内插电路； 所述步骤4)中，所述内插电路根据待校正的原始颜色数据以及接收到的四 个代表性校正颜色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正 颜色数据。上述:f支术方案中，所述步骤2)中，所述地址解码器在抽取出所述的四 个格点后，将该四个格点的位置信息(即四个代表性原始颜色数据)输出给 所述内插电路，所述步骤4)中，所述内插电路根据所述四个格点的位置信 息计算插值权重。上述技术方案中，所述步骤l)中，所述将采样得到的格点的代表性校 正颜色数据分别存入四组查找表存储器中的方法如下将第一类格点的代表 性校正颜色数据存入第一组存储器中；将第二类格点的代表性校正颜色数据 存入第二组存储器中；将第三类格点的代表性校正颜色数据存入第三组存储 器中；将第四类格点的代表性校正颜色数据存入第四组存储器中；所述第一、 二、三、四类格点的定义如下4壬取原始色域空间中的一个立方体单元，该 立方体单元中的一个格点定义为第一类格点，位于所述第一类格点体对角线 上的另一格点定义为第二类格点，与所述第一类格点相邻的三个格点定义为 第三类格点，与所述第二类格点相邻的三个格点定义为第四类格点，原始色 域空间中的所有格点均被唯一地定义为第一、第二、第三或第四类格点。这 样的定义使得在抽取步骤中所得到的四个格点必然分别存储于四组存储器 中，即任何两个抽取出的格点不会位于同一组存储器中。上述技术方案中，所述步骤2)中，所述根据待校正原始颜色数据在原 始色域空间抽取属于同一最小采样立方体单元的四个格点的方法如下首先 找到包含该待校正原始颜色数据的最小采样立方体单元；再以该立方体单元 上属于第 一类格点的顶点和属于第二类格点的顶点为两个公共点，以不以上 述两个顶点中的任一个为端点的任意一条棱的两个端点为其余两个顶点，将 该立方体单元剖分为六个相互4并接的四面体；然后求解该待校正原始颜色数据被包含于哪个所述剖分出的四面体，该四面体的四个顶点即所求的四个格 点
为实现本发明的另一发明目的，本发明提供的色域映射实时处理电路包括地址解码器，查找表存储器和内插电路；所述查找表存储器共有四组，每一组存储器分别存储原始色域空间中的 一类格点的代表性校正颜色数据；所述地址解码器用于接收待校正的原始颜色数据，并根据原始颜色数据 在原始色域空间抽取属于同一立方体单元的四个格点，所述原始颜色数据对 应的插值点位于所述四个才各点构成的四面体内部；同时所述地址解码器解码 得出所述四个格点的代表性校正颜色数据在所述四组查找表存储器中的存 储地址；所迷内插电路分别从四组查找表存储器中得到所述四个格点的代表性 校正颜色数据，结合所述待校正的原始颜色数据，以四面体插值算法进行插 值运算，得出最终的校正颜色数据号。上述技术方案中，所述查找表存储器还为所述内插电路输出所述四个格 点的位置信息，用于计算插值权重。上迷技术方案中，所迷的查找表存储器中，第一组存储器存储第一类格 点的代表性校正颜色数据；第二组存储器存储第二类格点的代表性校正颜色 数据；第三组存储器存储第三类格点的代表性校正颜色数据；第四组存储器 存储第四类格点的代表性校正颜色数据；所述第一、二、三、四类格点的定义如下任取原始色域空间中的一个最小采样立方体单元，该立方体单元中 的一个格点定义为第一类格点，位于所述第一类格点体对角线上的另一格点 定义为第二类格点，与所述第一类格点相邻的三个格点定义为第三类格点， 与所述第二类格点相邻的三个格点定义为第四类格点，原始色域空间中的所 有格点均被唯一地定义为第一、第二、第三或第四类格点。上述技术方案中，所述每一组查找表存储器均包括三个存储器，分别存 储颜色lst据的三个颜色分量。上迷技术方案中，所述每一组查找表存储器可以由单个存储器构成，该 存储器的不同数据位上分别存储颜色数据的三个颜色分量。上述技术方案中，所述色域映射实时处理电路还包括同步器，该同步器 为所述地址解码器，查找表存储器和内插电路提供同步信号。与现有技术相比，本发明能够达到如下技术效果 本发明所述的方法将复杂的三维查找表转换成四组一维查找表，并提供了 地址解码方法，使得根据输入颜色数据同时抽取出四个代表性校正颜色数据 成为可能，进而为实时处理诸如四面体插值等需要抽取四个网格点的插值算 法提供了基础。采用上述方案实现的色域映射电路，在绝大部分应用中，可放在逻辑IC或ASIC芯片内部实现，从而简化单板设计，降低成本；若代表 性校正颜色数据量过大，不能放在逻辑IC或者ASIC芯片内部，则可以在逻 辑IC或ASIC外部配置一片存储器芯片作为查找表的数据存储器；本发明还 提供一种按上述方案实现的色域映射实时处理电路，该电路结构筒单，占用 硬件资源少，计算速度快。
图l是均匀打包的示意图；图2是四面体插值的示意图；图3是颜色映射表的示意图；图4为本发明一个实施例的流程图；图5是本发明一个实施例将代表性校正颜色数据分别存入为四组查找表存储器的示意图；图6是本发明一个实施例中第一类格点和第二类格点的示意图；图7是本发明一个实施例中定义第一类格点，第二类格点以及二者之间的位置关系示意图；图8是本发明一个实施例中定义第三类格点的示意图；图9是本发明一个实施例中定义第四类格点的示意图；图1 OA是本发明 一个实施例中偶数页上各组格点分布的示意图；图10B是本发明一个实施例中奇数页上各组格点分布的示意图；图11是本发明一个实施例的地址解码方法的流程图；图12是本发明一个实施例中，在最小采样立方体单元内部建立坐标系的示意图；图13是本发明一个实施例中，对最小采样立方体单元进行四面体剖分 的原理示意图；图14是本发明一个实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述。
实施例1图4是本发明方法实施流程图，包括如下步骤1) 将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器；2) 输入待校正的原始颜色数据，根据该原始颜色数据在原始颜色空间中 抽取四个格点，并解码得到所述四个格点(即四个代表性原始颜色数据)的 存储地址；3) 根据存储地址分别找到所述四个格点的代表性校正颜色数据；4) 根据所述四个格点的代表性校正颜色数据以及输入的待校正的原始颜 色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。上述四个步骤中，将代表性颜色数据分别存入四组查找表存储器的步骤 是前提步骤，后面3个步骤是具体的颜色数据映射的实时处理步骤。本实施例中涉及的查找表存储器可以在逻辑IC芯片如FPGA、 CPLD等， 或在专用集成电路ASIC内部实现；在代表性校正颜色数据太大时，也可以 通过外设存储器如EEPR0M来实现。所述步骤1 )中，所述代表性原始颜色数据是对原设备颜色空间进行三维 离散采样的采样数据集，通常通过打包步骤获得。常用的打包方法是均匀打 包。图l是对原始颜色空间进行均匀打包示意图。其采样网格格点对应的原 始颜色数据(称为代表性原始颜色数据)，可以为下述数据的集合低有效 位LSB ( least significant bits )全为零、高有效位MSB ( most significant bits)任意取值的颜色数据集；因为上述数据集合不能包括原始颜色空间中 的边界颜色数据，所以代表性原始数据还应包括下一组颜色数据集，即其中 至少有一个颜色分量取得最大值、其余颜色分量的低有效位LSB全为零的颜 色数据集。如用24位二进制表示的RGB颜色信号，可以分别取高3位作为 MSB,低5位作为LSB,则任一颜色分量上将分别在0、 32、 64、 96、 128、 160、 192、 224、 255处被采样，即每个采样方向上将获得9个采样灰阶，共 得到729个采样网格点。所述代表性原始颜色数据，与对应的校正颜色数据 (称为代表性校正颜色数据)之间，即构成颜色查找表，如附图3所示。图5所示是本实施例中将代表性校正颜色数据分别存入为四组查找表存 储器的示意图。本例中，所述将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存 储器是指将这729个采样点对应的代表性校正颜色数据分别存入四组存储 器。其中，每组存储器可以设置为三个，每个存储RGB颜色数据中的某一路
颜色数据；每组存储器也可以设置为一个，方法是将每组RGB颜色数据合并 为一个，如分别用8位二进制表示的三路RGB颜色数据合并为用24位二进 制表示的一路颜色数据。图6所示是在三维采样网格中定位第一类格点11，这类格点所代表的原 始颜色数据对应的代表性校正颜色数据将被存入第一组存储器。图6还表示 出了部分与第二类格点22,并在图7中对上述两类网格点间的位置关系进行 了进一步说明，即二者总是位于立方体单元的其中一条体对角线两端。图6 还表示出了第三类格点33和第四类格点44在同一立方体上单元的位置关 系，即它们分别相邻于第一类网格点11和第二类网格点22 (可参考图8和 图9)。所述将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器按下述方法进行 排序(1)所述三维采样网格沿某一颜色分量方向分解为若干层，每层称为一 页，并用该页上采样格点在该颜色分量上的最高有效位标志该页序号，当该 颜色分量取得最大值时，用其最高有效位加1的值标志该页序号；每一页再 按照其余两个颜色分量分为行和列，并以这两个颜色分量的最高有效位分别 标志行和列序号，当所考察颜色分量取得最大值时，用其最高有效位加l的 值标志该行或/和列序号；然后逐行逐列逐页依次访问所有采样格点，当被 访问到的格点属于第一类格点11或者第二类格点22时，将该格点按照被访 问到的先后顺序排列为一维序列，直到所有该类格点均净皮访问并排列完毕，'(2)对所述;三类格i、 依据其:相邻第一类格点ii的连线平:于哪个采样方向被分为三小类；再按照上述排列第一类格点和第二类格点的方 法分别对所述三小类格点进行排序，然后将经排序后的三小类格点连接为一 个一维序列，最后将该一维序列格点对应的校正颜色数据按照同样的排列顺 序存入第三组存储器3;(3)对所述第四类格点44,依据其与相邻第二类格点22的连线平行于哪 个采样方向被分为三小类；再按照上述排列第一类^f各点和第二类格点的方法 分别对所述三小类格点进行排序，然后将经排序后的三小类格点连接为一个 一维序列，最后将该一维序列格点对应的校正颜色数据按照同样的排列顺序 存入第四组存储器。 这样的分类是为了使得在抽取步骤中所得到的四个格点必然分别存储于 四组存储器中，即任何两个抽取出的格点不会位于同一组存储器中。本实施 例的分类方式并不是唯一 的。为方便理解，下面进一步描述本实施例中，将代表性校正颜色数据分别 存入四组查找表存储器的具体实现方式。本实施例中，将所述三维采样网格沿某一颜色分量方向(比如B分量方 向)分解为9层，每层称为一页，并用该页上采样格点在该颜色分量B上的 最高有效位MSB (本例中用3位二进制表示)标志该页序号，如将第一页标 志为0、第二页标志为1、…..、第八页标志为7，第九页上采样格点在该 颜色分量B上取J寻最大值，并且其高有效位与第八页的相同，故此时用其最 高有效位加1的值即8标志该页序号；每一页再按照其余两个颜色分量分为 行和列(比如令R分量上分为行，G分量上分为列)，并以这两个颜色分量的最高有效位分别标志行和列序号，同样，当所考察颜色分量取得最大值时， 用其最高有效位加1的值标志该行或/和列序号，附图IOA和IOB分别解释了其中偶数页和奇数页上采样网格的行列标志方法，并在图上标志了 一种网 格分类情况；然后逐行逐列逐页依次访问所有采样格点，当被访问到的格点 属于第一类格点11或者第二类格点22时，将该格点按照被访问到的先后顺 序排列为一维序列，直到所有该类格点均被访问并排列完毕，再将该类格点 对应的校正颜色数据按照同样的排列顺序存入对应的存储器；对所述第三类 格点33,依据其与相邻第一类格点11的连线平行于哪个采样方向被分为三 小类，如附图8所示，图中第一类格点11与相邻的第三类格点33之间的连 线共3组，分别平行于某采样方向(颜色分量方向)；再按照上述排列第一 类格点和第二类格点的方法分别对所述三小类格点进行排序，然后将经排序 后的三小类格点连接为一个一维序列，所述连接方法，比如先排第一小类格 点，紧接其后排列第二小类，接着第三小类，最后将该一维序列格点对应的 校正颜色数据按照同样的排列顺序存入第三组存储器3;对所述第四类格点 44,依据其与相邻第二类格点22的连线平行于哪个采样方向被分为三小类； 再按照上述排列第一类格点和第二类格点的方法分别对所述三小类格点进 行排序，然后将经排序后的三小类格点连接为一个一维序列，最后将该一维 序列格点对应的校正颜色数据按照同样的排列顺序存入第四组存储器。所述步骤2 )中，地址解码器根据输入颜色数据计算出访问四组查找表存 储器的四个地址。所述地址解码方法与上述代表性校正颜色数据存入存储器 的方法有关。附图11给出了本发明所述地址解码算法流程图。该图中所述
前三步都是为了唯一确定输入颜色数据领^^内的四个采样格点，从而获得对 应的四个校正颜色数据，完成所述抽取步骤。所述地址解码器从同 一输入颜色数据经地址解码后分别访问四组存储器 所得的四个校正颜色数据对应的四个采样格点属于采样网格中同 一个最小 立方体单元上的某四个顶点，且从第三组存储器和第四组存储器中所得两个校正颜色数据对应的两个采样格点属于相邻的位置关系，如此可将该立方体 单元剖分成六个相互拼接的四面体。该地址解码器的解码方法还进一步包括(1) 用输入颜色数据的高有效位MSB寻址该输入颜色数据在采样网 格中所在的最小立方体单元，并以该最小立方体单元上属于第 一类格点的顶点为原点，令属于第二类格点的顶点位于第一象 限，建立该最小立方体单元内部的坐标系；(2) 所述颜色数据有三个颜色分量，因此可以作为颜色矢量，故用 所述输入颜色数据的颜色矢量减去包含该输入颜色矢量的立方 体单元上属于第一类格点的顶点的颜色矢量，再将所得向量差 求绝对值，即求得该颜色矢量在上述立方体单元内部坐标系内 的坐标，设用(r、 g、 b)表示；(3) 设三个方向的采样间隔为M,AG，A5，则对所述四面体剖分方法 将立方体单元剖分为六个四面体，可根据上述坐标值(r、 g、 b) 之间的比较运算，确定输入颜色数据被包含于何四面体，如『己为I;A5g,则所述输入颜色数据属于某一个四面体，M口 AG, g,且g〉一6A5则所述输入颜色lt据属于另 一个四面体，记为II;乂 AG a ML 右g〉——r，且r〉——d M记为III;右g〉——6,且6 2—r A5 M则所述输入颜色数据属于另 一个四面体，则所述输入颜色数据属于另 一个四面体，记为V;
若<formula>formula see original document page 14</formula>,且<formula>formula see original document page 14</formula>,则所述输入颜色数据属于另一个四面体， AG M记为VI;其余情况下，所述输入颜色数据属于另一个四面体，记为VII; (4) 上述定位四面体的方法可以确定抽取出的四个格点，再通过对 所述存储器中的分组和排序的方法进行反演，可求得所述四个 格点经分组和排序后的地址，从而计算抽取出的四个校正颜色 数据在数据存储器中的存放地址，完成地址解码；同时将上述 四个才各点对应的四个原始颜色数据送至内插电路单元，进行内 插计算。需指出的是本实施例的排序方式、解码方式并不是唯一的。只要能够根 据输入的原始颜色数据顺利地计算出四个抽取出的格点的代表性校正颜色 数据的地址，任何排序方式、解码方式都属于本发明的范畴。在本实施例中，用输入颜色数据的高有效位MSB寻址该输入颜色数据在 采样网格中所在的最小立方体单元，是指保留该输入颜色数据的高有效位 MSB而令其低有效位全为零后所得的颜色数据0必定是包含该输入颜色数据 的最小采样立方体单元的八个顶点中最靠近原点的一个(即纯黑色颜色所在 的点，有可能属于所述四类格点中的任一类)，而所述所得颜色数据O的三 个颜色分量分别加上对应的采样间隔后得到的颜色数据P则代表颜色数据0 所在格点的体对角顶点，如此可唯一确定上述最小采样立方体单元。对上述 釆样格点数为729的实施例，如输入颜色数据为(R、 G、 B) = (19， 72， 38),则该颜色的MSB组合数据为(0、 2、 1)，其体对角格点的MSB组合数 据为(0 + 1、 2 + 1、 1 + 1)即(1、 3、 2)，它们对应的原始颜色数据为(0、 64、 32)和(32、 96、 64),其中(32、 96、 64)也可以通过(0、 64、 32) + ( 32, 32, 32 )来获得(32是三个采样方向上的采样间隔)。如果输入颜 色数据为(R、 G、 B) = ( 190, 253, 237 )，则该颜色的MSB组合数据为(5、 7、 7),其体对角格点的MSB组合数据为(6、 8、 8)，但本例中因MSB用三 位二进制表示，其最大值小于8，所以，其体对角格点的MSB组合数据应为 (6、 7、 7),但所述体对角格点对应的原始颜色数据应为(192、 255、 255 )。附图12解释了所述在最小采样立方体内部构造坐标系的方法。通过按所 述方法构造坐标系，可以统一四面体剖分以及定位输入颜色被包含于何四面 体的方法。根据所述在立方体单元内部构造坐标系的方法，首先应定位第一 类格点的分布。附图IOA和10B中的格点分类方法已假定所述行序号、列序 号和页序号均为偶数的格点属于第一类格点。如此，所述实施例的整个采样 网格中属于第一类格点的采样点共有25 x 5 = 125个。电路设计中，只要格 点上三个MSB数据的末位全为零，则该格点属于第一类格点。根据类似的方 法在电路上也很容易实现判断考察格点属于哪类格点。任一输入颜色数据的 MSB的最末位组合共有八种组合，其中只有一种组合对应第一类格点，即当 其组合为(0、 0、 0)时；当所述MSB最末位不全为0时，最末位不是0的 MSB数据加1,如此可在单位立方体内始终找到属于第一类格点的采样点。 并以所述输入颜色数据(向量)减去所述找到的属于第一类格点的采样点的 颜色向量，即求得所述坐标。如输入颜色为(R、 G、 B) = ( 19, 72, 38 )， 则该颜色的MSB组合数据为(0、 2、 1),显然包含输入数据的立方体单元中 属于第一类格点的MSB组合应为(0， 2， 1) + (0, 0, 1) = (0, 2， 2)， 则其代表的颜色数据为(0 , 64 ， 64 ), 故所求坐标为6) = |(19,72,38)-(0,64,64)| = (19,8,26)。再按所述定位四面体的方法，有b〉r〉g, 故该输入颜色点属于所述第VII类四面体。可才艮据四面体剖分方法确定该四 面体四个顶点的位置，并根据上述对各类格点进行分组并排序的方法，求解 格点经排序后的地址，即读取四组存储器中四个代表性校正颜色数据的地 址。另外，上述抽取出四面体四个顶点的位置信息对应四个原始颜色数据， 解码过程中求解出的这四个原始颜色数据被送至内插运算单元，以进行插值 运算。由于涉及到时序处理，电路设计中应采用同步设计，但上述四个原始 颜色数据和地址解码器从四组存储器中读取出的四个校正颜色数据同步到 达内插运算单元不是必要的，前者可以先前一个或若干时钟周期到达，以节 约时间进行插值权重的计算。附图13解释了所述对最小采样立方体进行四面体剖分的方法。按图所示， 可解释为找到立方体单元上分别属于第一类格点或/和第二类格点的两个 顶点，并以它们为将被剖分出的所有四面体的两个公共顶点，选择12条棱 中不以上述两顶点为端点的一条棱的两端为将被剖分出的某个四面体的剩 余的两个顶点，将该立方体剖分成六个相互拼^"的四面体。所述步骤4 )中，通过针对根据地址解码器在四组查找表存储器中查得的 四组代表性颜色校正数据进行内插，获得输出颜色数据。从空间离散数据中 抽取四个点的内插算法中，典型的如四面体插值算法。附图2为四面体插值 示意图。图中，某原始空间中四个采样格点A、 B、 C、 D被映射为目标空间 中的四个点(A,C',Z)'，包含于四面体ABCD中的插值点P被映射为四面体 J5'C力'中的点P'。设图中各点代表的值(可以是标量，或者矢量)用^ (z、4AC,D,尸,/,5',C',D'，户')表示，则四面体插值算法可以表示为式中，",々,^分別为四个点U，C',"'的插值权重，其计算方法是四个 小四面体BCDP、 ACDP、 ABDP、 ABCP与四面体ABCD的体积比。附图14提供了实现本发明的一种电路结构示意图，包括地址解码器、查 找表存储器和内插电路(即内插运算单元)，同时还包括一同步器，为所迷 地址解码器、查找表存储器和内插电路提供同步信号。本发明提供的色域映射实时处理方法及处理电路，适用于各种颜色实时 校正系统，比如激光全色显示的色域映射，手机显示与LCD显示的色域匹配 等，也适用于其它两个三维数据空间的映射领域。采用上述方案实现的色域 映射电路，在绝大部分应用中，可放在逻辑IC或ASIC芯片内部实现，从而 简化单板设计，降低成本；若代表性校正颜色数据量过大，不能放在逻辑IC 或者ASIC芯片内部，则可以在逻辑IC或ASIC外部配置一片存储器芯片作 为查找表的数据存储器。为了提高处理速度，可以在具体设计中采用多级流 水，以满足高速率实时数据处理的需要。在xilinx公司的FPGA芯片 Spartanin xc3s400上的实验表明，采用本发明所述的方法构造的电路，其 允许的最高工作频率可达80H赫兹。本实施例中，虽然采用的是RGB颜色数据，但可以理解本发明也可以用 于其它的三维颜色数据的色域映射或其它的三维数据映射。还需指出的是，本发明的采样并一定是均匀采样，也可以是不均匀采样， 当采用不均匀采样时，最小采样体积单元并不是立方体单元，而是普通的长 方体单元。最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。 尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理 解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案 的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
权利要求
1. 一种色域映射实时处理方法，包括如下步骤1) 将代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器；2) 输入待校正的原始颜色数据，根据该原始颜色数据在原始颜色空间中 抽取四个格点，并解码得到所述四个格点的存储地址；3) 根据存储地址分别找到所述四个格点的代表性校正颜色数据；4) 根据所述四个格点的代表性校正颜色数据以及输入的待校正的原始颜 色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。
2. 根据权利要求1所述的色域映射实时处理方法，所述步骤l)中， 对原始颜色空间进行三维网格离散采样，然后将采样得到的格点的代表性校 正颜色数据以一定的排序方式分别存入四组查找表存储器中。
3. 根据权利要求2所述的色域映射实时处理方法，所述步骤2)中， 在原始色域空间抽取的所述四个格点属于同一最小采样立方体单元，所述原 始颜色凄t据对应的插值点位于所述四个格点构成的四面体内部。
4. 根据权利要求3所述的色域映射实时处理方法，所述步骤3)中，颜色数据同步地输出至内插电路；所述步骤4)中，所述内插电路根据待校正 的原始颜色数据以及接收到的四个代表性校正颜色数据，以四面体插值算法 进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。
5. 根据权利要求4所述的色域映射实时处理方法，所述步骤2)中， 所述地址解码器在抽取出所述的四个格点后，将该四个格点的位置信息输出 给所述内插电路，所述步骤4)中，所述内插电路4艮据所述四个格点的位置 信息计算插值权重。
6. 根据权利要求1所述的色域映射实时处理方法，所述步骤l)中， 所述将采样得到的格点的代表性校正颜色数据分别存入四组查找表存储器 中的方法如下将第一类格点的代表性校正颜色数据存入第一组存储器中； 将第二类格点的代表性校正颜色数据存入第二組存储器中；将第三类格点的 代表性校正颜色数据存入第三组存储器中；将第四类^f各点的代表性校正颜色 数据存入第四组存储器中；所述第一、二、三、四类格点的定义如下任取 原始色域空间中的一个最小采样立方体单元，该立方体单元中的一个格点定 义为第 一类格点，位于所述第 一类格点体对角线上的另 一格点定义为第二类 格点，与所述第一类格点相邻的三个格点定义为第三类格点，与所述第二类 格点相邻的三个格点定义为第四类格点，原始色域空间中的所有格点均被唯 一地定义为第一、第二、第三或第四类格点。
7. 根据权利要求3所述的色域映射实时处理方法，所述根据待校正原 始颜色数据在原始色域空间抽取属于同一最小采样立方体单元的四个格点 的方法如下首先找到包含该待4交正原始颜色数据的最小采样立方体单元； 再以该立方体单元上属于第一类格点的顶点和属于第二类格点的顶点为两 个公共点，以不以上述两个顶点中的任一个为端点的任意一条棱的两个端点 为其余两个顶点，将该立方体单元剖分为六个相互4并4妄的四面体；然后求解 该待校正原始颜色数据被包含于哪个所述剖分出的四面体，该四面体的四个 顶点即所求的四个格点。
8. —种色域映射实时处理电路，包括地址解码器，查找表存储器和 内才i电3各；所述查找表存储器共有四组，每一组存储器分别存储原始色域空间中的 一类格点的代表性校正颜色数据； 、所述地址解码器用于接收待校正的原始颜色数据，并根据原始颜色数据 在原始色域空间抽取属于同一最小采样立方体单元的四个格点，所述原始颜 色数据对应的插值点位于所述四个格点构成的四面体内部；同时所述地址解 码器解码得出所述四个格点的代表性校正颜色数据在所述四组查找表存储器中的存储地址；所述内插电路分别从四组查找表存储器中得到所述四个格点的代表性 校正颜色数据，结合所述待校正的原始颜色数据，以四面体插值算法进行插 值运算，得出最终的校正颜色数据号。
9. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，所述查找表存储器 还为所述内插电賴4lr出所述四个才各点的位置信息，用于计算插值权重。
10. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，所述四组查找表 存储器中，第一组存储器存储第一类格点的代表性校正颜色数据；第二组存 储器存储第二类格点的代表性校正颜色数据；第三组存储器存储第三类格点 的代表性校正颜色数据；第四组存储器存储第四类格点的代表性校正颜色数 据；所述第一、二、三、四类格点的定义如下任取原始色域空间中的一个 最小采样立方体单元，该立方体单元中的一个格点定义为第一类格点，位于 所述第 一类格点体对角线上的另 一格点定义为第二类格点，与所述第 一类格 点相邻的三个格点定义为第三类格点，与所述第二类格点相邻的三个格点定 义为第四类格点，原始色域空间中的所有格点均被唯一地定义为第一、第二、 第三或第四类才各点。
11. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，所述每一组查找 表存储器均包括三个存储器，分别存储颜色数据的三个颜色分量。
12. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，所述每一组查找 表存储器可以由单个存储器构成，该存储器的不同数据位上分别存储颜色数 据的三个颜色分量。
13. 根据权利要求8所述的色域映射实时处理电路，该实时处理电路 还包括同步器，所述同步器为所述地址解码器，查找表存储器和内插电路提 供同步信号。
全文摘要
本发明涉及一种色域映射实时处理方法及实时处理电路，其中处理方法包括1)将代表性颜色数据分别存入四组查找表存储器；2)输入待校正的原始颜色数据，根据该原始颜色数据在原始颜色空间中抽取四个格点，并解码得到所述四个格点的存储地址；3)根据存储地址分别找到所述四个格点的代表性校正颜色数据；4)根据所述四个格点的代表性校正颜色数据以及输入的待校正的原始颜色数据，以四面体插值算法进行插值运算，得出最终的校正颜色数据。处理电路包括地址解码器，四组查找表存储器以及内插电路。与现有技术相比，本发明将颜色映射查找表与四面体插值算法相结合，节约了硬件资源，同时提高了工作频率，从而有效地提高了运算速度。
文档编号G09G5/02GK101123080SQ200710121830
公开日2008年2月13日 申请日期2007年9月14日 优先权日2007年9月14日
发明者张明勇, 勇 毕, 斌 王, 王延伟, 贾中达 申请人:北京中视中科光电技术有限公司;中国科学院光电研究院
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