专利名称：适应性色彩空间转换系统及方法
技术领域：
本发明涉及色彩处理的技术领域，特别涉及一种适应性色彩空间转换方法及系统。
背景技术：
市场上销售的彩色影像设备(例如计算机显示器)大多使用RGB信号作为色彩表现。由于现有彩色影像设备是依据CRT屏幕所能呈现的色域范围来设计，故为了能让外围信息产品能够有一致性的色彩表现，于是便以计算机多媒体应用领域为中心，制定了一种所谓的标准红蓝绿(Standard RGB, sRGB)来当作信息产品的标准色彩空间。
标准红蓝绿(sRGB)的规范是由HP和Microsoft共同提出。在标准红蓝绿的规范中，定义了颜色的标准条件以及编译码交换模式。由于现有影像广播内容的颜色范围多考虑到CRT屏幕的色彩再现性，多以标准红蓝绿的规范作为基础。
然而，由于显示技术快速发展，标准红蓝绿的规范已无法满足高画质电视(High Definition TV, HDTV)环境下色彩的表现。对于色彩表现能力及需求比标准红蓝绿(sRGB)规格还大的显示产品，因为这样的限制，使得影像广播内容只能达到标准红蓝绿(sRGB)的范围，进而使得这些高阶产品的色彩显示特性无法充分的发挥。
针对上述问题，ICE 61966-2-4是针对于色彩空间所制定的新标准，简称xvYCC，从而能支持广色域的色彩信息。
xvYCC是在高画质电视(HDTV)的条件下，因为要确保与标准红蓝绿(sRGB)的兼容性，所以采用了ITU-RBT.709色域，来规范更宽广的色域空间。在标准红蓝绿(sRGB)规范中，是利用0至1的范围内来表现色彩，而在xvYCC的规范中，是利用-1至+1的范围内来表现色彩，超过了标准红蓝绿(sRGB)规范中定义的色彩范围。由于xvYCC规范兼容于标准红蓝绿(sRGB)，而能够让目前包括电视等的影像输出产品都能够即使接受到XVYCC规范的影像内容，也可无误的依照标准红蓝绿
(sRGB)规范中的色域定义显示影片颜色。
xvYCC规范与标准红蓝绿(sRGB)规范的YCbCr相比较，主要差异为范围定义上的差别，图1是一 xvYCC规范与标准红蓝绿规范中的YcbCr示意图。如图1所示，斜线范围为BT.709 RGB转换到YCbCr时的范围，也就是标准红蓝绿的YCbCr范围。而xvYCC规范的YCbCr范围则是延伸其旧有空间，如白色范围所显示，由此延伸色彩空间的范围。美国专利第7,271,812号公告揭露一色彩空间转换的方法，以调整转换前后的色彩空间。
然而，当xvYCC规范的YCbCr转换回BT.709RGB时，则会发生RGB值超出范围的问题。现有方法当遇到转换后RGB值超出范围时，将超出的值限制到最大与最小值，此种方法称为硬式截波(hard clip)。图2是一现有硬式截波方法的示意图。以8位为例，当超出255时，则限制在255，如小于O则限制在O。亦即，当RGB输入值超出一门限值(255)时，不论RGB输入值为何都会限定成最大值(255)。当影像中像素的RGB值超出该门限值时，经由硬式截波(hardclip)方法，则输出的结果多为最大值(255)，这样会使得影像内容的细节部份损失，也就是输出的影像内容在细节部份的表现上较差。
针对上述问题，现有软式截波(soft clip)则是当RGB输入值超出一默认值时，利用另一条斜线来规范RGB输入值及RGB输出值的关系。图3是一现有软式截波方法的示意图。如图3所示，于软式截波方法中，当RGB输入值小于一第一门限值(a)时，RGB输入值与RGB输出值的关系与硬式截波方法相同。当RGB输入值大于一第一门限值(a)且小于一第二门限值(b)时，利用一条斜率较小的斜线来规范RGB输入值及RGB输出值的关系。由此减少硬式截波方法中影像内容的细节部份损失的问题。
然而，软式截波方法面对灰阶影像时，由于影像被截波，而无法显示灰阶的最大值，而导致影像亮度减少，容易让观赏者的眼睛引起不愉悦的感觉，甚至误以为色彩失真。由此可知，现有的软式截波方法及系统仍有诸多缺点而有予以改善的必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种适应性色彩空间转换系统及方法，以解决现有软式截波方法无法显示灰阶的最大值的问题，同时减少让观赏者的眼睛弓I起不愉悦感觉的问题。
依据本发明的一个特色，提出一种适应性色彩空间转换系统，包含色彩空间转换装置，其接收第一色彩空间格式信号，并将该第一色彩空间格式信号转换为第二色彩空间格式信号；亮度适应性控制装置，耦合至该色彩空间转换装置，以依据亮度值，进而产生增益值及偏移值；以及软性截波装置，连接至该色彩空间转换装置及该亮度适应性控制装置，依据该增益值及该偏移值对该第二色彩空间格式信号进行截波，进而产生修正第二色彩空间格式信号。
依据本发明的另一个特色，是提出一种适应性色彩空间转换方法，其包含色彩空间转换步骤，其接收第一色彩空间格式信号，并将该第一色彩空间格式信号转换为第二色彩空间格式信号；亮度适应性控制步骤，其依据亮度值，以产生增益值及偏移值；以及软性截波步骤，其依据该增益值及该偏移值对该第二色彩空间格式信号进行截波，以产生修正第二色彩空间格式信号。
图1是一 xvYCC规范与标准红蓝绿(sRGB)规范中的YcbCr示意
图；图2是一现有硬式截波方法的示意图3是一现有软式截波方法的示意图4是本发明适应性色彩空间转换系统的方块图5是本发明依据亮度信息来改变软性截波的对应方式的示意图6是本发明软性截波的示意图7是本发明适应性色彩空间转换系统使用査表方法以产生增益值及偏移值的示意图。主要组件符号说明
400适应性色彩空间转换系统410色彩空间转换装置420亮度适应性控制装置 430软性截波装置
具体实施例方式
请参见图4，其是本发明适应性色彩空间转换系统400的方块图， 其包含一色彩空间转换装置410、 一亮度适应性控制装置420、及一软 性截波装置(Soft Clipper)430。
该色彩空间转换装置410接收一第一色彩空间格式信号，并将该 第一色彩空间格式信号转换为一第二色彩空间格式信号。当中，该第 一色彩空间格式信号可为亮度及色度信号(YcbCr, YUV)，该第二色彩 空间格式信号为一RGB信号，亦即红(R)色信号、绿(G)色信号、蓝(B) 色信号。
当该第一色彩空间格式信号为亮度及色度信号(YCbCr)时，该色彩 空间转换装置410由下列矩阵公式，将该第一色彩空间格式信号 (YCbCr)转换为一第二色彩空间格式信号(RGB):
<formula>formula see original document page 9</formula>
该亮度适应性控制装置420耦合至该色彩空间转换装置410，以依 据一亮度值r，而产生一增益值g" 及一偏移值c炎^，其中，该亮度
值由该第二色彩空间格式信号计算而得。
该亮度适应性控制装置420依据下列公式以产生该亮度值 <formula>formula see original document page 9</formula>当中，y为该亮度值，R、 G、 B分别为该第二色彩空间格式信号 中的红色信号、绿色信号、及蓝色信号。于其它实施例中，该亮度值7 可直接使用该第一色彩空间格式信号中的亮度信号。
该亮度适应性控制装置420依据下列公式，以计算该增益值<formula>formula see original document page 9</formula>
当中，"g^^^为该第二色彩空间格式信号的最大值，g" 为该增 益值，y为该亮度值，《为一常数。当该修正第二色彩空间格式信号为n位时，I为2"-1。
该亮度适应性控制装置420又依据下列公式，以计算该偏移值
《一y
q/^e/y 二《--x rgZ>—
rg6—附ax - r 一
当中，0# 为该偏移值。
由于该亮度适应性控制装置420是依据该亮度值y来计算软性截 波装置430的增益值^ 及偏移值C ，故本发明的软性截波装置 430不会像现有软性截波装置产生无法显示灰阶最大值的问题，而可克 服现有软性截波装置产生影像亮度减少的现象。
该软性截波装置430连接至该色彩空间转换装置410及该亮度适 应性控制装置420，以依据该增益值g" 及该偏移值^^ 对该第二色
彩空间格式信号(7^5 )进行截波，而产生一修正第二色彩空间格式信号
该软性截波装置430依据下列公式，以计算该修正第二色彩空间 格式信号-
当中，^^Aw为修正第二色彩空间格式信号，g" 为该增益值，
。,"y为该偏移值，为该第二色彩空间格式信号。
本发明的该亮度适应性控制装置420能依据亮度信息CO来决定软 性截波的区域大小。图5是本发明依据亮度信息来改变软性截波的对 应方式的示意图。当亮度值大于初始设定软性截波的起始点a时，则 改变所对应的输入输出关系。如图5所示，当亮度值小于a、且R，QB 小于a时，则对应的关系则为C线段，当亮度值小于a、且R，QB大于 a时，则对应的关系则为A线段。如果亮度值y大于a、且R,G,B小于 亮度值y时，则对应的关系则为C线段，如果亮度值y大于a、且R,QB 大于亮度值y时，则对应的关系则为B线段。也就是起始点的位置依 照亮度不同而改变，亮度值小于a时起始点皆为a，亮度值大于a时起 始点则为亮度值y大小。此时，该亮度适应性控制装置420能依据亮 度信息输出不同增益值g"^'及偏移值q& 。同时，该修正第二色彩空间格式信号^^是取W5或^^xg" + 中的较小者，由于亮度
值y越大，软性截波的起始点越大，所以当亮度值y达到最大时，软 性截波的区域则为零，故本发明技术能保留灰阶影像的亮度不受到软 性截波的影响而变小。
本发明技术主要针对该第二色彩空间格式信号^^^值发生溢位 (Overflow)的情况。图6是本发明软性截波的示意图。以该修正第二色
彩空间格式信号^G^"为8位为例，该修正第二色彩空间格式信号
^^5。'"范围定为0至255，由于该修正第二色彩空间格式信号^GA"'为8
位，该第二色彩空间格式信号^^^大于8位，该第二色彩空间格式f 号^^较佳为9位。软性截波操作区域的起始点定为start_p0int。该起
始点Start_point为介于0至255的一个可设定值。该第二色彩空间格式 信号(i GS )可能出现的最大值定为rgb—max。其中rgb—max的大小为可 调整的一个参数，其可以通过xvYCC规范中的信息来决定，或是统计 一段时间的影像色彩内容而决定。
当亮度值y大于startjoint时，软性截波则开始依据亮度值y而产 生不同的增益值^ 及偏移值q侨A 。首先亮度值y小于或等于
startjoint时，计算增益值g" 及偏移值0^ 的算式如下<formula>formula see original document page 11</formula>
当中，Wmtj 。/",为该起始点的值，"gL"^x为可调整的一个参数，
举例子而言，"g6-^^可为350。而亮度值y大于staitjK)int时，计算增 益值g" 及偏移值q& 的算式如下 255
<formula>formula see original document page 11</formula>
于实际设计该亮度适应性控制装置420及该软性截波装置430时，首先设定参数start_point=200， rgb—max=350。该第二色彩空间格式信 号i OB为bt.709规范的RGB，因此亮度值:r的计算公式如下
y = 0.2126 x + 0.7152 x G + 0.0722 x B ，
对于亮度值7的计算上也可以改用其它方式，只要能代表亮度信息 即可，例如7"^ + G + ^/3。该亮度值y也可直接使用该第一色彩空间 格式信号中的亮度信号。
该亮度适应性控制装置420可以如上述使用公式以产生该增益值
g" 及该偏移值 。该亮度适应性控制装置420也可利用査表(Look
UpTable)以产生该增益值g" 及该偏移值^"^ 。图7是本发明适应性 色彩空间转换系统400使用査表方法以产生增益值及偏移值的示意图。 纵上所述，现有软式截波方法并不考虑亮度的信息，故现有软式 截波方法面对灰阶影像时，无法显示灰阶的最大值，容易导致影像亮 度减少。而本发明依据亮度信息来改变软性截波的对应方式，主要目 的是改善色彩转换时，当数据数值超出目标范围大小时的调整，通过 不同的亮度值来调整软性截波装置430的增益值g" 及偏移值0, ， 以获得细节特征的还原，如此可以对于灰阶影像不会造成任何的损失， 而达到保留影像细节的结果。同时对于xvYCC规范的影像内容，在输 出信号于一般显示装置(不支持xvYCC色彩空间)时，能有保留影像细 节的功效。
上述实施例仅为了方便说明而举例而已，本发明所主张的权利范 围自应以申请专利范围所述为准，而非仅限于上述实施例。
权利要求
1、一种适应性色彩空间转换系统，包含色彩空间转换装置，其接收第一色彩空间格式信号，并将该第一色彩空间格式信号转换为第二色彩空间格式信号；亮度适应性控制装置，耦合至该色彩空间转换装置，以依据亮度值，进而产生增益值及偏移值；以及软性截波装置，连接至该色彩空间转换装置及该亮度适应性控制装置，依据该增益值及该偏移值对该第二色彩空间格式信号进行截波，进而产生修正第二色彩空间格式信号。
2、根据权利要求1所述的系统，其中，该第二色彩空间格式信号为RGB信号。
3、根据权利要求2所述的系统，其中，该亮度适应性控制装置依据下列公式，以计算该增益值，该亮度值小于或等于起始点时，该增益值为 <formula>formula see original document page 2</formula>该亮度值大于该起始点时，该增益值为 <formula>formula see original document page 2</formula>当中，^"WJ。int为该起始点的值，^Lmax为该第二色彩空间格式信号的最大值，g"、为该增益值，y为该亮度值，当该修正第二色彩空间格式信号为n位时，^为2"-l。
4、根据权利要求3所述的系统，其中，该亮度适应性控制装置依据下列公式，以计算该偏移值，该亮度值小于或等于起始点时，该偏移值为 <formula>formula see original document page 2</formula>该亮度值大于该起始点时，该偏移值为<formula>formula see original document page 3</formula>当中，^"t^int为该起始点的值，一J"x为该第二色彩空间格式信号的最大值，",^为该偏移值，7为该亮度值。
5、 根据权利要求4所述的系统，其中，该软性截波装置依据下列公式，以计算该修正第二色彩空间格式信号<formula>formula see original document page 3</formula>当中，^^&"为该修正第二色彩空间格式信号，g" 为该增益值， # 为该偏移值，为该第二色彩空间格式信号。
6、 根据权利要求4所述的系统，其中，该增益值及该偏移值是通过表格査表而产生。
7、 根据权利要求1所述的系统，其中，该第一色彩空间格式信号为亮度与色度信号。
8、 根据权利要求7所述的系统，其中，该色彩空间转换装置由下列矩阵，将该第一色彩空间格式信号转换为该第二色彩空间格式信号<formula>formula see original document page 3</formula>
9、根据权利要求2所述的系统，其中，该亮度适应性控制装置依据下列公式以产生该亮度值<formula>formula see original document page 3</formula>当中，y为该亮度值，R为该红色信号、G为该绿色信号、B为该蓝色信号。
10、 一种适应性色彩空间转换方法，其包含色彩空间转换步骤，其接收第一色彩空间格式信号，并将该第一色彩空间格式信号转换为第二色彩空间格式信号；亮度适应性控制步骤，其依据亮度值，以产生增益值及偏移值；以及软性截波歩骤，其依据该增益值及该偏移值对该第二色彩空间格式信号进行截波，以产生修正第二色彩空间格式信号。
11、根据权利要求10所述的方法，其中于该色彩空间转换歩骤中，该第二色彩空间格式信号为RGB信号。
12、根据权利要求ll所述的方法，其中，该亮度适应性控制步骤依据下列公式，以计算该增益值，该亮度值小于或等于起始点时，该增益值为. — 《—加WJW/"/rg6—附ox —加r,jwmf该亮度值大于该起始点时，该增益值为gamy 二rg"Z 一附ox — y当中，star0^int为该起始点的值，"W—^^为该第二色彩空间格式信号的最大值，g^V为该增益值，y为该亮度值，当该修正第二色彩空间格式信号为n位时，《为2"-l。
13、根据权利要求12所述的方法，其中，该亮度适应性控制步骤依据下列公式，以计算该偏移值，该亮度值小于或等于起始点时，该偏移值为广广 T, 加W两力/ ，=^--^-^"~T7 x收蓮厂gZ —附ox — War/该亮度值大于该起始点时，该偏移值为《—y。j^"r = K--x rg6—max附ax — y —当中，^"^j^int为该起始点的值，"W—m"x为该第二色彩空间格式信号的最大值，"^ 为该偏移值，y为该亮度值。
14、 根据权利要求13所述的方法，其中，该软性截波步骤依据下列公式，以计算该修正第二色彩空间格式信号当中，^G^。"'为该修正第二色彩空间格式信号，^、为该增益值，°, 为该偏移值，为该第二色彩空间格式信号。
15、 根据权利要求13项所述的方法，其中，该增益值及该偏移值是通过表格査表而产生。
16、 根据权利要求10所述的方法，其中于该色彩空间转换步骤中，该第一色彩空间格式信号为亮度与色度信号。
17、 根据权利要求16所述的方法，其中，该色彩空间转换步骤由下列矩阵，将该第一色彩空间格式信号转换为该第二色彩空间格式信号<formula>formula see original document page 0</formula>
18、 根据权利要求ll所述的方法，其中，该亮度适应性控制步骤依据下列公式以产生该亮度值F = 0.2126xi + 0.7152xG +0.0722x5 ，当中，y为该亮度值，R为该红色信号、G为该绿色信号、B为该蓝色信号。
全文摘要
本发明涉及一种适应性色彩空间转换系统及方法，其系统包含一色彩空间转换装置、一亮度适应性控制装置、及一软性截波装置。色彩空间转换装置接收一第一色彩空间格式信号，并将该第一色彩空间格式信号转换为一第二色彩空间格式信号。亮度适应性控制装置耦合至色彩空间转换装置，以依据一亮度值，而产生一增益值及一偏移值。软性截波装置连接至色彩空间转换装置及亮度适应性控制装置，以依据增益值及偏移值对第二色彩空间格式信号进行截波，而产生一修正第二色彩空间格式信号。
文档编号G09G5/02GK101562684SQ20081009149
公开日2009年10月21日 申请日期2008年4月17日 优先权日2008年4月17日
发明者彭源智, 蒋宗翰 申请人:凌阳科技股份有限公司