CN101924949B - 影像处理方法与影像处理系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种影像处理方法与影像处理系统，适用于处理一影像信息，该影像信息包含多个处理像素。影像处理方法包含下列步骤：a)设定一组参数；b)建立亮度对照表；c)建立彩度亮度对照表；d)读取该影像信息；e)判断影像信息的影像格式；f)若影像格式为第一格式，利用彩度亮度对照表，产生经调整彩度值以及第一经调整亮度值对应其中一个处理像素；以及g)若影像格式为第二格式，利用彩度亮度对照表以及亮度对照表产生经调整彩度值、第一经调整亮度值以及第二经调整亮度值对应该多个处理像素其中一个处理像素。

Description

影像处理方法与影像处理系统

技术领域

本发明关于一种影像处理方法与影像处理系统，且特别是有关一种利用查表完成的影像处理方法与影像处理系统。

背景技术

随着各种数字影像显示技术的不断进步，各种高画质、高稳定性、多功能的电子显示装置纷纷普及至一般大众的日常生活应用当中，例如液晶屏幕、等离子体显示器、投影机等各种数字电子显示装置，早已成为民众各种日常信息或人际沟通的主要显示媒介。

影响影像显示质量的主要关键包含影像本身的亮度对比(contraction)以及色彩饱和度(saturation)。一般而言，影像的对比是指影像中明亮区域与黑暗区域两者之间的亮度比，适当的对比增强在人类视觉上的感受会较为舒适。而色彩饱和度则由各种色彩的彩度(chrominance)所决定。

传统的影像对比与色彩增强技术，有一部份是在红绿蓝三原色(RGB)的色彩空间中进行。然而，现今的业界采用的影像或视频串流的影像格式大多不是采用RGB三原色的色彩空间，而是采用亮度与颜色分离(Y/C)的色彩空间来储存信息或进行传输，即YCbCr影像格式。也就是说，传统的做法可能需要将YCbCr格式的影像或视频串流先转换为RGB格式，方可在RGB格式下对影像或视频串流进行对比或色彩增强等影像处理。甚至在影像处理过后，还需要反向的转换步骤(RGB至YCbCr)，将处理过后的信息转换回系统采用的格式。如此一来，额外的色彩空间转换将造成系统的运算负担，也无法达成对视频串流的实时运算。

另一方面，在目前针对YCbCr格式的影像对比与色彩增强技术中，因为YCbCr格式具有亮度分量(Y)以及两个彩度分量(Cb、Cr)。影像处理器可对应影像对比的需求建立亮度对照表用以调整亮度分量(Y)，并对应色彩增强的需求建立一或两套彩度对照表用以调整两彩度分量(Cb、Cr)。然而在每次影像处理流程中，影像信息的每一个分量(Y、Cb、Cr)，都要分别利用亮度对照表或彩度对照表依序进行计算调整，也就是三个分量就要三次的计算流程，繁重的计算需求对没有独立配置影像处理器的电子系统来说，将对系统处理器造成过大的负担。

为了解决上述问题，本发明提出一种影像处理方法以及影像处理系统，以解决上述问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种影像处理方法，适用于处理一影像信息，该影像信息包含多个处理像素。

根据一具体实施例，影像处理方法包含下列步骤：a)设定一组参数；b)根据该组参数建立一亮度对照表；c)根据该组参数以及该亮度对照表建立一彩度亮度对照表；d)读取该影像信息；e)判断该影像信息的一影像格式；f)若该影像格式为第一格式(例如：YCbCr 4∶2∶2)，利用该彩度亮度对照表，产生一经调整彩度值以及一第一经调整亮度值对应该多个处理像素其中一个处理像素；以及g)若该影像格式为第二格式(例如：YCbCr 4∶2∶0)，利用该彩度亮度对照表以及该亮度对照表，产生一经调整彩度值、一第一经调整亮度值以及一第二经调整亮度值对应该多个处理像素其中一个处理像素。

本发明的另一目的在于提供一种影像处理系统，其包含存储模块、计算模块以及处理模块。计算模块以及处理模块分别与存储模块电性连接。

根据一具体实施例，存储模块储存有一影像信息，影像信息包含多个处理像素。计算模块根据一组参数建立亮度对照表，计算模块再根据该组参数以及亮度对照表建立彩度亮度对照表，并将亮度对照表与彩度亮度对照表储存于存储模块中。

处理模块自存储模块读取影像信息并判断影像信息的影像格式，若影像格式为第一格式，该处理模块利用储存于该存储模块中的彩度亮度对照表以产生经调整彩度值以及第一经调整亮度值对应该多个处理像素其中一个处理像素。若该影像格式为第二格式，该处理模块利用储存于该存储模块中的该彩度亮度对照表以及该亮度对照表以产生经调整彩度值、第一经调整亮度值以及第二经调整亮度值对应该多个处理像素其中一个处理像素。

也就是说，本发明的影像处理方法以及影像处理系统通过设立亮度彩度对照表，以一次计算流程便可对一个亮度值以及一个彩度值进行调整，藉此简化影像处理的运算流程以及处理时间。关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及附图得到进一步的了解。

附图说明

图1所示为根据本发明的一具体实施例中影像处理方法的流程图。

图2所示为可用以执行本发明的影像处理方法的影像处理系统的功能方块图。

具体实施方式

请参阅图1以及图2，图1所示为根据本发明的一具体实施例中影像处理方法的流程图。图2所示为可用以执行本发明的影像处理方法的影像处理系统1的功能方块图。本发明的影像处理方法以及影像处理系统适用于处理一影像信息(例如图像、多媒体影片或视频串流)，其影像信息具有一影像格式。如图2所示，于此实施例中影像处理系统1包含存储模块10、计算模块12、处理模块14以及输入模块16。计算模块12以及处理模块14分别与存储模块10电性连接。输入模块16与计算模块12电性连接。其中存储模块10储存有影像信息，影像信息包含多个处理像素。

于此实施例中，本发明的影像处理方法以及影像处理系统1可对应处理不同的影像格式。于实际应用中，目前常见的影像格式可分类为YCbCr 4∶4∶4(代表其采用YCbCr色彩空间格式且YCbCr取样比例为4∶4∶4完全取样)、YCbCr 4∶2∶2(代表其采用YCbCr色彩空间格式且YCbCr取样比例为4∶2∶2部分取样)或是YCbCr4∶2∶0(YCbCr色彩空间格式且YCbCr取样比例为4∶2∶0或4∶1∶1部分取样)等各种分类。

举例来说业界上常用的YCbCr 4∶2∶2影像格式包含有YUY2、UYVY、YUV2等格式，而常用的YCbCr 4∶2∶0影像格式包含有YV12、NV12以及DVD光盘采用的I420等格式。

在影像信息中，最小的单位影像为像素(picture element，pixel)，而在起先YCbCr4∶4∶4(完全取样)时，每一个像素都具有完整的三个分量信息(Y、Cb、Cr)。而为了因应现在的压缩或影像处理需求，在YCbCr 4∶2∶2或是YCbCr 4∶2∶0架构之下，多个邻近的像素可被定义为一宏像素(macro-pixel)。宏像素的定义视不同的格式而定，举例来说，可为2个左右或前后邻近的像素或是2×2个相邻的像素区块。

一般而言，在YCbCr 4∶2∶2中，在一个宏像素内可由第一像素的Y分量(Y1)、第一像素的Cb分量(Cb1)、第二像素的Y分量(Y2)以及第二像素的Cr分量(Cr2)所组成，即YCbCr 4∶2∶2的每一个宏像素中，亮度值与彩度值为1∶1的比例(两亮度值与两彩度值)。于实际应用中，为了计算处理上的方便，在YCbCr 4∶2∶2格式中，一个宏像素[Y1，Cb1，Y2，Cr2]通常又被分为两个处理像素，分别为处理像素[Y1，Cb1]以及另一个处理像素[Y2，Cr2]。于此实施例中，处理模块以一个处理像素作为基本单位进行影像调整处理。

另一方面，在YCbCr 4∶2∶0中，在一个宏像素内可由四个不同像素的Y分量(Y1、Y2、Y3、Y4)以及一个Cb分量(Cb)、一个分量(Cr)所组成(故YCbCr 4∶2∶0此种格式其取样比例亦可称为4∶1∶1)，即YCbCr 4∶2∶0的每一个宏像素中，亮度值与彩度值为2∶1的比例(四亮度值与两彩度值)。于实际应用中，为了计算处理上的方便，在YCbCr 4∶2∶0格式中，一个宏像素[Y1，Y2，Y3，Y4，Cb，Cr]通常又被分为两个处理像素，于此实施例中可分别为处理像素[Y1，Y2，Cb]以及另一个处理像素[Y3，Y4，Cr]。

如图1以及图2所示，本发明首先执行步骤S100，设定一组参数，于此实施例中，该参数的设定可由计算模块12自行产生，或由使用者经输入模块16输入并传送至该计算模块12，但不以此为限。于此实施例中，该组参数可为(St，Sa)，其中St∈[0，1]，Sa≥0。其中该组参数的设定可根据实际应用的需求而定，并可根据最终影像处理的结果优劣而进行调整。

随后，执行步骤S102，计算模块12根据这组参数设定产生一亮度对照表，于此实施例中计算模块12并可将亮度对照表储存于存储模块10之中。于此实施例中，本发明的影像信息其亮度值可以8bits方式储存共分为256个等级(其亮度值可分布于0～255之间)。于此实施例中，该亮度对照表可根据下列公式产生：

$\mathrm{Yout}\left(x\right)=\mathrm{Bound}{[f_Y(\mathrm{St},f\left(x\right))x-b_Y(\mathrm{St},f\left(x\right))]}_{\min }^{\max },$ 其中x为0～255之间的整数，f_Y(St，f(x))＝St×f(x)+(1-St)，b_Y(St，f(x))＝16×St×(f(x)-1)，f(x)为一非线性函数，用以产生一相对于输入信号的增益量，例如f(x)＝[255(x/255)^r+1]/(x+1)，r＞0，调整采用的方程式f(x)可根据实际应用的情形而定。其中Bound函数的定义为 $B=\mathrm{Bound}{\left[A\right]}_{\min }^{\max },$ 当min≤A≤max时，B＝A；当A≤min时，B＝min；当max≤A时，B＝A。其中0≤min＜max，于此实施例中，max值可为255或235，而min值可为0或16。

于此实施例中，亮度对照表的格式可如下表一所示：

输入亮度值	输出亮度值
		0	Yout[0]

1	Yout[1]
		...	...
255	Yout[255]

表一

接着执行步骤S104，计算模块12可根据该组参数以及该亮度对照表建立一彩度亮度对照表，于此实施例中计算模块12并可将亮度对照表储存于存储模块10之中。其中该彩度亮度对照表根据该组参数以及该亮度对照表而产生。另一方面，本发明的影像信息其亮度值亦可分别以8bits方式储存共分为256个等级(其彩度值Cb与Cr皆分布于0～255之间)。于此实施例中，该亮度对照表可根据下列公式产生：

$\mathrm{CYout}(x,y)=\mathrm{Bound}{[f_C(\mathrm{St},\mathrm{Sa},f\left(x\right))y-b_C(\mathrm{St},\mathrm{Sa},f\left(x\right))]}_{\min }^{\max }\×256+\mathrm{Yout}\left(x\right),$ 其中x为0～255之间的整数，且y亦为0～255之间的整数，f_C(St，Sa，f(x))＝Sa×St×f(x)+(1-St)，b_C(St，Sa，f(x))＝128×St×(Sa×f(x)-1)，f(x)为一非线性函数，用以产生一相对于输入信号的增益量。

于此实施例中，本实施例中的彩度亮度对照表的格式可如下表二所示：

输入彩度亮度值(C，Y)	输出彩度、亮度值
		0，0	CYout[0，0]
0，1	CYout[0，1]
		...	...
255，255	CYout[255，255]

表二

也就是说，通过本发明的彩度亮度对照表，以一个亮度值以及一个彩度值进行查找为例，可在一次查找的流程中，同时得到相对应一组亮度值以及彩度值。

接着，执行步骤S106，利用处理模块14自存储模块10读取影像信息。随后，执行步骤S107，利用处理模块14判断影像信息的影像格式。

于此实施例中，当影像信息的影像格式被判断为第一格式时，本发明的影像处理方法即进入步骤S108，此处的第一格式可为YCbCr 4∶2∶2，也就是YCbCr色彩空间且YCbCr取样比例为4∶2∶2。此处的第一格式的影像信息，整个影像信息一共包含多个像素(例如：1024*768个像素)，第一格式中两个邻近的像素对应到一宏像素。

为了计算处理上的方便，每一宏像素可由两个处理像素形成，而每一处理像素包含一彩度值以及一第一亮度值。执行步骤S108，处理模块14根据多个处理像素的其中一个处理像素的彩度值与第一亮度值查找储存于存储模块10中的彩度亮度对照表。执行步骤S110，处理模块14由彩度亮度对照表中分别得到对应彩度值与第一亮度值的经调整彩度值以及第一经调整亮度值，藉此即可完成对此一处理像素的彩度以及亮度调整。

接着，本发明可进一步执行步骤S112，处理模块14判断是否影像信息的每一个处理像素都已调整完成，若尚未调整完成，即可重复步骤S108至步骤S110多次，以对影像信息中所有的处理像素进行调整。

需特别注意的是，先前技术中的影像处理方法，需查找亮度对照表对亮度值进行调整，并查找彩度对照表对彩度值进行调整。于本发明的影像处理方法中，可通过本发明的彩度亮度对照表，可在一次查找的流程中得到经调整的一组亮度值以及彩度值，藉此可加速影像处理的流程。

另一方面，当影像信息的影像格式被判断为第二格式时，本发明的影像处理方法即进入步骤S114，此处的第二格式可为YCbCr 4∶2∶0，也就是YCbCr色彩空间且YCbCr取样比例为4∶2∶0或4∶1∶1。此处的第二格式的影像信息，此处的第二格式的影像信息，整个影像信息一共包含多个像素，且第二格式中四个邻近的像素对应到一宏像素。

为了计算处理上的方便，每一宏像素可由两个处理像素形成，在第二格式的影像信息中每一处理像素包含一彩度值、一第一亮度值以及第二亮度值。执行步骤S114，处理模块14根据该多个处理像素的其中一个处理像素的彩度值与第一亮度值查找储存于存储模块10中彩度亮度对照表。执行步骤S116，处理模块14由彩度亮度对照表中分别得到对应彩度值与第一亮度值的经调整彩度值以及第一经调整亮度值。接着，执行步骤S118，处理模块14根据该其中一个处理像素的第二亮度值查找储存于存储模块10中亮度对照表。执行步骤S120，处理模块14由亮度对照表中得到对应第二亮度值的第二经调整亮度值。藉此即可完成对此一处理像素的彩度以及亮度调整。

接着，本发明可进一步执行步骤S122，处理模块14判断是否影像信息的每一个处理像素都已调整完成，若尚未调整完成，即可重复步骤S114至步骤S120多次，以对影像信息中所有的处理像素进行调整。

需特别注意的是，相较于先前技术中对色彩空间的三个分量分开进行查找处理。于本发明的影像处理方法中，可通过本发明的彩度亮度对照表，可在一次查找的流程中得到经调整的一组亮度值以及彩度值，当每一处理像素的亮度值与彩度值的比例不为1∶1时，并可搭配查找亮度对照表，以产生第二经调整亮度值，藉此可对应到多样化的影像格式，并充分运用不同查找表的资源以加速影像处理的流程。

接着，本发明的影像处理方法以及影像处理系统1可进一步执行步骤S124，以重新设定该组参数(St，Sa)，当影像处理系统1判断调整后的影像信息不符合实际需求或使用者通过输入模块16手动更新该参数时，该组参数(St，Sa)可被重新设定。如此一来，本发明的影像处理方法以及影像处理系统1可重新执行步骤S102至S122，根据重新设定的该组参数，利用计算模块12重新建立亮度对照表以及彩度亮度对照表，接着处理模块14可基于重新建立的亮度对照表以及彩度亮度对照表进行影像信息的调整。

综上所述，本发明的影像处理方法以及影像处理系统通过设立亮度彩度对照表，以一次计算流程便可对一个亮度值以及一个彩度值进行调整，藉此简化影像处理的运算流程以及处理时间。

通过以上较佳具体实施例的详述，希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求书的范畴内。

Claims (19)

1.一种影像处理方法，适用于处理影像信息，所述影像信息包含多个处理像素，其特征在于所述影像处理方法包含下列步骤：

a)设定一组参数；

b)根据所述这组参数建立亮度对照表；

c)根据所述这组参数以及所述亮度对照表建立彩度亮度对照表；

d)读取所述影像信息；

e)判断所述影像信息的影像格式；

f)若所述影像格式为第一格式，利用所述彩度亮度对照表，对应所述多个处理像素其中一个处理像素的彩度值以及第一亮度值，产生经调整彩度值以及第一经调整亮度值；以及

g)若所述影像格式为第二格式，利用所述彩度亮度对照表，对应所述多个处理像素其中一个处理像素的彩度值以及第一亮度值，产生经调整彩度值以及第一经调整亮度值，以及利用所述亮度对照表，对应所述多个处理像素其中一个处理像素的第二亮度值，产生第二经调整亮度值。

2.根据权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于其中符合所述第一格式的每一处理像素分别包含彩度值以及第一亮度值，其中所述步骤(f)通过下列步骤完成，其包含：

f1)根据所述对应的其中一个处理像素的所述彩度值与所述第一亮度值查找所述彩度亮度对照表；以及

f2)由所述彩度亮度对照表中分别得到对应所述彩度值与所述第一亮度值的所述经调整彩度值以及所述第一经调整亮度值。

3.根据权利要求2所述的影像处理方法，其特征在于其中在符合所述第一格式的所述多个处理像素中，其中两个处理像素形成宏像素，每一宏像素对应所述影像信息的两个相邻的像素。

4.根据权利要求2所述的影像处理方法，其特征在于其中所述第一格式为YCbCr色彩空间格式且YCbCr取样比例为4∶2∶2。

5.根据权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于进一步包含下列步骤：

f3)重复步骤(f)，以分别对应每一处理像素产生所述经调整彩度值以及所述第一经调整亮度值，直到完成所述影像信息的所述多个处理像素的调整。 

6.根据权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于其中符合所述第二格式的每一处理像素分别包含彩度值、第一亮度值以及第二亮度值，其中所述步骤(g)通过下列步骤完成，其包含：

g1)根据所述对应的其中一个处理像素的所述彩度值与所述第一亮度值查找所述彩度亮度对照表;

g2)由所述彩度亮度对照表中分别得到对应所述彩度值与所述第一亮度值的所述经调整彩度值以及所述第一经调整亮度值；

g3)根据所述对应的其中一个处理像素的所述第二亮度值查找所述亮度对照表;以及

g4)由所述亮度对照表中得到对应所述第二亮度值的所述第二经调整亮度值。

7.根据权利要求6所述的影像处理方法，其特征在于其中在符合所述第二格式的所述多个处理像素中，其中两个处理像素形成宏像素，每一宏像素对应所述影像信息的四个相邻的像素。

8.根据权利要求6所述的影像处理方法，其特征在于其中所述第二格式为YCbCr色彩空间格式且YCbCr取样比例为4∶2∶0或4∶1∶1。

9.根据权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于进一步包含下列步骤：

g5)重复步骤(g)，以分别对应每一处理像素产生所述经调整彩度值、所述第一经调整亮度值以及所述第二经调整亮度值，直到完成所述影像信息的所述多个处理像素的调整。

10.根据权利要求1所述的影像处理方法，其特征在于进一步包含下列步骤：

h0)重新设定所述这组参数；

h1)根据重新设定的所述这组参数重新建立所述亮度对照表以及所述彩度亮度对照表；以及

h2)利用重新建立的所述亮度对照表以及所述彩度亮度对照表进行所述影像信息的调整。

11.一种影像处理系统，其特征在于包含：

存储模块，储存有影像信息，所述影像信息包含多个处理像素；

计算模块，与所述存储模块电性连接，所述计算模块根据一组参数建立亮度对照表，所述计算模块根据所述这组参数以及所述亮度对照表建立彩度亮度 对照表，并将所述亮度对照表与所述彩度亮度对照表储存于所述存储模块中；以及

处理模块，与所述存储模块电性连接，所述处理模块自所述存储模块读取所述影像信息并判断所述影像信息的影像格式，若所述影像格式为第一格式，所述处理模块利用储存于所述存储模块中的所述彩度亮度对照表以对应所述多个处理像素其中一个处理像素的彩度值以及第一亮度值，产生经调整彩度值以及第一经调整亮度值，若所述影像格式为第二格式，所述处理模块利用储存于所述存储模块中的所述彩度亮度对照表以对应所述多个处理像素其中一个处理像素的彩度值以及第一亮度值，产生经调整彩度值以及第一经调整亮度值，以及利用所述亮度对照表以对应所述多个处理像素其中一个处理像素的第二亮度值，产生第二经调整亮度值。

12.根据权利要求11所述的影像处理系统，其特征在于其中符合所述第一格式的每一处理像素分别包含彩度值以及第一亮度值，所述处理模块根据所述对应的其中一个处理像素的所述彩度值与所述第一亮度值查找所述彩度亮度对照表，分别得到所述彩度亮度对照表中对应所述彩度值与所述第一亮度值的所述经调整彩度值以及所述第一经调整亮度值。

13.根据权利要求12所述的影像处理系统，其特征在于其中所述第一格式为YCbCr色彩空间格式且YCbCr取样比例为4∶2∶2。

14.根据权利要求12所述的影像处理系统，其特征在于其中所述处理模块利用所述彩度亮度对照表以分别对应每一处理像素产生所述经调整彩度值以及所述第一经调整亮度值，直到所述处理模块完成所述影像信息的所述多个处理像素的调整。

15.根据权利要求11所述的影像处理系统，其特征在于其中符合所述第二格式的每一处理像素分别包含彩度值、第一亮度值以及第二亮度值，所述处理模块根据所述对应的其中一个处理像素的所述彩度值与所述第一亮度值查找所述彩度亮度对照表，分别得到所述彩度亮度对照表中对应所述彩度值与所述第一亮度值的所述经调整彩度值以及所述第一经调整亮度值，所述处理模块根据所述对应的其中一个处理像素的所述第二亮度值查找所述亮度对照表，得到所述亮度对照表中对应所述第二亮度值的所述第二经调整亮度值。

16.根据权利要求15所述的影像处理系统，其特征在于其中所述第二格式为YCbCr色彩空间格式且YCbCr取样比例为4∶2∶0或4∶1∶1。 

17.根据权利要求15所述的影像处理系统，其特征在于其中所述处理模块利用所述彩度亮度对照表以及所述亮度对照表以分别对应每一处理像素产生所述经调整彩度值、所述第一经调整亮度值以及所述第二经调整亮度值，直到所述处理模块完成所述影像信息的所述多个处理像素的调整。

18.根据权利要求11所述的影像处理系统，其特征在于进一步包含：

输入模块，与所述计算模块电性连接，所述输入模块根据使用者操作以设定所述这组参数。

19.根据权利要求11所述的影像处理系统，其特征在于当所述这组参数被重新设定时，所述计算模块根据重新设定的所述这组参数重新建立所述亮度对照表以及所述彩度亮度对照表并储存于所述存储模块中，且所述处理模块利用重新建立的所述亮度对照表以及所述彩度亮度对照表进行所述影像信息的调整。 

Images