专利名称：不影响彩色视频信号所示图像色调的彩色视频信号电平压缩的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种视频摄像机，特别是涉及到一种用于压缩在高亮度区域中表示一个目标彩色视频图像的彩色视频信号的电平和转换层次而不使图像的色调(hue)产生任何变化的方法和装置。
图37A详细地示出了一个理想的电视系统300A，包括一个摄像系统、一个记录系统、一个发射系统和一个接收系统。通过摄像系统获得一个图像，该图像经过记录系统和发射系统传送给包括例如用于观看的监视器的接收系统。
在电视系统300A中，诸如是一朵花的一个目标的入射光通过目镜301，并由彩色分离棱镜302分成红、绿、蓝成份，然后每个单独的彩色成份被提供给CCD固态图像传感器303R、303G、303B，以便获得该目标的红色图像、绿色图像和蓝色图像。红、绿和蓝图像被进一步提供给一个相关性双采样(CDS)电路304，以便进行诸如噪声消除的适当处理，从而生成红、绿和蓝彩色信号R、G和B。
接着，从CDS电路304输出的彩色信号R、G和B在放大器305中被放大，并由伽马(gamma)校正电路306和信号处理电路307进行处理。信号处理电路307在彩色信号R、G、B的基础上执行众所周知的矩阵操作，以便获得亮度信号Y、红色差信号CR和蓝色差信号CB。然后，在色差信号CR和CB被调制和组合以形成一个载波彩色信号C的同时，将一个同步信号加到亮度信号Y上。此时，亮度信号Y和载波彩色信号C已经作好被记录到例如记录系统的磁带录像机(VTR)308上的准备。
为了例如经过发射系统向观众进行分配，利用VTR308再现亮度信号Y和载波要彩色信号C，并将它们输入到形成视频信号SV的编码器309。调制器310对视频信号SV进行调制，并生成RF信号，然后利用发射天线311发射所述RF信号。由观众的接收天线312接收的RF信号在解调器313中被解调，以恢复视频信号SV。
接收系统实际执行与发射系统的相应操作相反的操作。即利用解码器314从视频信号SV中恢复亮度信号Y和载波彩色信号C。然后，亮度信号Y和载波彩色信号C被提供给信号处理电路315，在这里，载波彩色信号C被解调，以便获得色差信号CR和CB。对亮度信号Y和色差信号CR、CB进行处理以形成彩色信号R、G、B。然后，由信号处理电路315输出的彩色信号R、G、B被提供给阴极射线管(CRT)316，并在CRT316上显示感兴趣的目标(花朵)的图像。
虽然在该理想的电视系统300A的信号线中存在有一个非线性装置，即公知的CRT，但是在观众观看过程中，从目标开始到显示图像结束的整个处理是线性的。这是由于存在有一个伽马校正电路对CRT的非线性操作进行补偿，从而使得能够将目标图像精确地再现给观众。
为上所述，所描述的电视系统是理想的，没有任何限制或限定。但实际上，每个图像传感器303R、303G、303B的动态范围是有限的。另外，记录和发射系统在信号记录和发射都具有操作限制以便符合接收标准。因此，实现图37A所示的结构实际是不可能的。利用信号记录和发射的标准被确定为是非常有限的，因此，需要进行充分的测量，以便当标准允许时包括在规定范围内的宽动态范围的入射自然光。
为此，在实际的电视系统300B中，如图37B所示，在放大器305和伽马校正电路306之间插入了一个预弯曲(pre-knee)电路321。另外，在伽马校正电路306和信号处理电路307之间还插入了一个弯曲(knee)电路322。这是通过提供弯曲电路的非线性输入一输出特性使彩色信号R、G、B的电平适用所述标准规定范围而完成的。由于根据广播标准的信号电平涉及到彩色信号R、G、B，所以可以通过直接对信号进行处理来确认这些标准。在图37B中，与图37A对应的任一部分用相同的标号指出。
根据图37B所示的系统，彩色信号R、G、B被进行非线性处理，即每个信号被进行单独处理而不必进行相应的反相操作，用以对该非线性处理进行补偿。所述补偿处理在伽马校正电路306和CRT316的伽马特性之间被中断。结果使得在CRT上显示的目标图像的亮度和色度不同于人眼睛看到的那个目标图像的亮度和色度。
虽然弯曲压缩被确认是对入射光的动态范围进行压缩以便使在目标再现过程中的有害影响最小的最佳操作，但是存在由于弯曲压缩所引起的在色度方向可观察到和令人不愉快的不希望变化的缺点。例如，在稍亮区域中进行的人肖像拍摄中，会出现比实际上更黄的皮肤颜色的不健康色彩。
因此，需要一种能够克服上述问题的方法和装置。
本发明的目的就是利用一个摄像机在强光下能获得一个真实再现的图像。
本发明的另一个目的就是要在摄像机中提供一个较好的动态对比控制。
本发明的再一个目的是在摄像机中提供一种过亮度电平引起的视频图像的闪光(flare)校正。
本发明还有一个目的就是提供对表示由摄像机产生的图形的彩色视频信号的状态电平的手动控制。
本发明的再一个目的就是在不引起由彩色视频信号表示的图像色调变化的前提下执行对彩色视频信号的电平压缩和层次转换。
本发明上述和其它的目的、特性和优点是通过产生形成亮度和色度信号的彩色视频信号实现的，这些信号是由色调和状态成份规定的。根据本发明，产生三个相应电平并表示彩色视频信号的主彩色信号。使用一个不影响色调和状态成份的压缩比对输入的三个主彩色信号的各自电平进行压缩以获得经过压缩的三个主彩色信号。当被检测的最大电平超过第一预定阈值电平时，对根据被压缩的三个主彩色信号所检测到的最大电平进行调节。在不影响色调成份和亮度信号的前提下将被检测的最大电平调节到基本上与第一预定阈值电平相符。
根据本发明的另一个方面，当亮度信号超过了第二预定阈值电平时，对三个相应的电平进行压缩。第一预定阈值电平被选择得高于第二预定阈值电平。
根据本发明的另一方面，第一预定阈值电平被选择得高于根据彩色电视标准建立的最大信号电平。
根据本发明的再一个方面，亮度转换装置是一个弯曲校正装置，用于提供根据彩色视频信号的弯曲特性操作。
通过下述结合附图的详细描述，本发明上述和附加的目的、特性和优点将变得更加清楚。
图1A、B的方框图示出了根据本发明第一实施例的摄像机；
图2的简图示出了一种空间象素交错方法；图3的方框图示出了一个亮度转换计算器；图4的方框图示出了一个饱和转换计算器；图5A、B、C示出低通滤波器(LPF)和内插滤波器(IPF)的频率特性；图6示出了R、G、B电平与彩色之间的关系；图7示出了R、G、B电平和彩色之间、具有对这些信号施加了亮度弯曲和饱和弯曲压缩的R、G、B电平和彩色之间的关系；图8示出了R、G、B电平和彩色之间、具有对这些信号施加了DCC脉冲特性的R、G、B电平和彩色之间的关系；图9A、B、C示出了具有频率曲线均衡的自适应层次转换；图10D、E、F示出了具有频率曲线均衡的自适应层次转换；图11A、B的方框图示出了一个控制器；图12示出了在亮度范围内一个划分部分的例子；图13示出了一个用于获得亮度增益kw1的内插计算器；图14A、B的方框图示出了一个在控制器中使用的电路，该电路用于获得亮度增益kw，饱和增益kc和亮度Wi；图15的方框图示出了一个在所述控制器中使用并用于制备一个顺序表的电路；图16示出了一个用于制备顺序表的所述控制器的操作步骤；图17示出了在步骤0用于绘制频率曲线的ALU操作；图18示出了在步骤1用于累积和规格化操作的ALU操作；图19示出了在步骤2用于调节频率曲线均衡的ALU操作；图20示出了在步骤3用于调节频率曲线均衡的ALU操作；图21示出了在步骤4用于执行黑码保持处理的ALU操作；图22示出了在步骤4用于计算峰值保持比的ALU操作；图23示出了在步骤5用于执行峰值保持处理(1)的ALU操作；图24示出了在步骤6用于执行峰值保持处理(2)的ALU操作；图25G、H、I示出了弯曲压缩，白电平消波和总的增益控制；图26J、K、L示出了用于获得使传输增益的执行的部分和其它功能；图27示出了在步骤7用于执行弯曲压缩操作(1)的ALU操作；图28示出了在步骤8用于执行弯曲压缩操作(1)的ALU操作；
图29示出了在步骤9用于执行弯曲压缩操作(2)的ALU操作；图30示出了在步骤10用于执行弯曲压缩操作(2)和白电平削波操作的ALU操作；图31示出了在步骤11用于提供总增益控制的ALU操作；图32示出了在步骤12用于获得传输增益的ALU操作；图33示出了在步骤13用于执行时间常数操作的ALU操作；图34示出了在步骤14用于执行时间常数操作的ALU操作；图35示出了在步骤15用于执行RAM清零操作的ALU操作；图36的方框图示出了根据本发明第二实施例的摄像机的主要成份；和图37A-I，A-II，B-I，B-II的方框图示出理想的和实际的电视系统。
在所有的附图中，相同的标号表示本发明相同或实质相同的成份。
下面结合附图对本发明作详细描述。
图1示出了根据本发明第一实施例的摄像机100。微机125用作对整个摄像机100进行控制的系统控制器。微机125提供用于根据本发明执行各种操作的一个表的诸如弯曲点、弯曲斜率、白电平削波电平、规格化常数、总增益，时间常数，频率曲线，黑电平码等的各种数据，所有这些将在下面予以解释。为了减少这个图的复杂程度和便于理解本发明，在图1中没有示出为执行上述数据信号的微机125的输入和输出线。
摄像机100具有一个透镜部分101，使得感兴趣目标图像的入射光进入透镜部分101；并且有一个用于将入射光分离成红、蓝、绿彩色成份的彩色分离棱镜102。然后，这些彩色成份被聚焦到CCD固态图像传感器103R、103G、103B的图像传感器的表面上，以获得分别表示目标红、绿、蓝图像的红、绿和蓝信号。在这种情况下，使用空间象素交错方法去获得红、绿和蓝信号。如图2所示，图像传感器103R和103B被相对图像传感器103G水平错开1/2象素节距(P/2)定位。因此，由图像传感器103G产生的绿信号相对于红和蓝信号具有180度的相位差，用于加强象素的分辨率。
从图像传感器103R、103G和103B的输出信号被分别提供给模拟处理电路104R、104G和104B，以执行相关双采样并单独对红、绿、蓝信号进行电平控制。如在现有技术中已知的，利用相关双采样操作减少了噪声，同时，通过电平控制实现了白电平和/或黑电平的平衡。
A-D转换器105R、105G，105B将经过上述处理的红、绿和蓝信号转换成数字信号。当从图像传感器103R、103G、103B以fsl(例如是14.31818 MHz)速率提供信号时，A-D转换器105R、105G和105B使用与输出速率fsl基本相同的速率将红、绿和蓝信号数字化。
图1还示出了一个电平检测器126，用于检测从A-D转换器105R、105G和105B输出的红、绿和蓝数字数据的电平。检测出的电平被提供给微机125，以便对例如光圈进行控制。
预处理电路106执行包括黑电平/白电平平衡控制和对从A-D转换器105R、105G和105B输出的红、绿和蓝数字数据的明暗/缺陷校正。接着，上转换器107R、107G和107B分别增加具有同相位关系的红、绿和蓝数字数据的输出频率。输出频率2fsl是由预处理电路106输出的红、绿、蓝数字数据频率的两倍。彩色校正电路108从上转换器107R、107G和107B输出的红、绿、蓝数字数据的基础上执行线性矩阵操作。在该线性矩阵操作中，根据式(1)执行计算，以改善图像的再现。在等式(1)中，DRin、DGin、DBin分别是输入的红、绿、蓝数据；DRout、DGout、DBout是相应的输出红、绿、蓝数据；f是一个预定系数DRout＝DRin+a(DRin-DGin)+b(DRin-DBin)DGout＝DGin+c(DGin-DRin)+d(DGin-DBin)DBout＝DBin+e(DBin-DRin)+f(DBin-DGin)…(1)图像增强器109根据预处理电路106获得的红、绿数据DR、DG产生轮廓加强信号Da和Dc，以加强所述图像的轮廓。在这种情况下，利用轮廓加强信号Da加强高频区，同时利用轮廓加强信号Dc加强低频区。
另外，减法器110R、110G、110B从由彩色校正电路108输出的红、绿、蓝彩色数据中减去由微机125提供的黑电平码BC。由于黑电平码BC受亮度转换计算器111和/或饱和转换计算器112操作的影响，所以在这些操作之前要从数字数据中消除黑电平码BC。减法的结果是获得红、绿、蓝激励值R、G、B。在亮度转换计算器111和/或饱和转换计算器112的操作之后，利用加法器117R、117B和117G恢复(加上)黑电平码BC，如下所述。
根据本发明，在亮度转换计算器111和饱和转换计算器112中执行弯曲压缩，DCC加功能，白电平消波，闪光校正，具有频率曲线均衡的自适应层次转换等。亮度转换计算器111进行工作，以在不影响饱和成份或色调的前提下仅对形成激励值R、G、B的彩色视频信号的亮度信号进行转换。饱和转换计算器112进行工作，以在不影响亮度信号或色调成份的前提下仅对彩色视频信号的饱和成份进行转换。这些操作将在下面详述。
通过将三个激励值R、G、B中的每一个乘以亮度增益kw执行不影响色调和饱和成份的亮度信号转换，如式(2)所示。在该式中，Ri、Gi、Bi表示输入侧的激励值，Ro、Go、Bo表示在输出侧的激励值。RoGoBo=kwRiGiBi---(2)]]>式(3)到(5)描述了在彩电系统中公知的彩色信号理论W＝0.30R+0.59G+0.11B …(3)x=R-WW---(4)]]>y=B-WW----(5)]]>在上述的式中，W表示亮度信号，X和Y仅包括独立于亮度信号W的彩色信息。当X＝Y＝0时，象素无色，即灰色。向量(X、Y)的角度表示色调，而向量(X、Y)的幅值表示彩色信号的饱和。
为了确定色调和/或饱和成份是否受等式(2)的影响，将式(2)代入等式(3)、(4)和(5)，以便获得如下的式(6)、(7)和(8)Wo＝kw(0.30Ri+0.59Gi+0.11Bi) …(6)＝kwW1xo=Ro-WoWo]]>=kw(Ri-Wi)kwWi]]>=Ri-WiWi]]>＝Xi …(7)yo=Bo-WoWo]]>=kw(Bi-Wi)kwWi]]>=Bi-WiWi]]>＝yi …(8)很清楚，只有亮度信号被亮度增益kw改变，而彩色信号的色调和饱和(由向量X、Y表示)保持不变。
根据式(2)，图3示出了一个根据本发明的亮度转换计算器111。亮度转换计算器111具有多个乘法器113R、113G、113B，用于将输入的激励值Ri、Gi、Bi乘以亮度增益kw，以便获得输出激励值Ro、Go、Bo。
下面描述根据本发明的饱和转换。不影响亮度信号或色调成份的饱和成份转换是通过执行式(9)的线性操作实现的。与上述就亮度转换所指定的各种变化类似，Ri、Gi、Bi表示输入激励值，Ro、Go和Bo表示输出激励值。kc表示饱和增益。RoGoBo=0.30+0.70kc0.59(1-kc)0.11(1-kc)0.30(1-kc)0.59+0.41kc0.11(1-kc)0.30(1-kc)0.59(1-kc)0.11+0.89kcRiGiBi---(9)]]>通过代入输入亮度信号Wi，式(9)可以写成式(10)、(11)、(12)和(13)。
Ro＝Wi+kc(Ri-Wi)…(10)Go＝Wi+kc(Gi-Wi)…(11)Bo＝Wi+kc(Bi-Wi)…(12)Wi＝0.59Gi+0.30Ri+0.11Bi…(13)与上述就亮度转换解释的操作相类似，将式(10)、(11)和(12)代入式(3)、(4)和(5)，以获得式(14)、(15)和(16)，用于确定亮度信号和色调成份是否受到影响
Wo＝0.30(Wi+kc(Ri-Wi))+0.59{Wi+kc(Gi+Wi))+0.11{Wi+kc(Bi-Wi))＝W1 …(14)xo=Ro-WoWo]]>=Wi+kc(Ri-Wi)-WiWi]]>=kc(Ri-Wi)Wi]]>＝kcXl …(15)yo=Bo-WoWo]]>=Wi+kc(Bi-Wi)-WiWi]]>=kc(Bi-Wi)Wi]]>＝kcyi …(16)从上述式看很明显，只有向量(X、Y)的幅值受到影响，即只有饱和被饱和增益kc改变，而亮度信号和色调保持不变。
根据式(10)、(11)和(12)，图4示出了一个根据本发明的饱和转换计算器112。特别是，饱和转换计算器112具有多个减法器114R、114G和114B，用于从输入激励信号值Ri、Gi和Bi中减去输入亮度信号；具有多个乘法器115R、115G和115B，用于将来自减法器114R、114G和114B的输出信号乘以饱和增益kc；并且有多个加法器116R、116G和116B，用于将输入亮度信号Wi和乘法器115R、115G和115B的输出信号相加，以获得输出激励值Ro、Go和Bo。
继续参照图1，加法器117R、117G和117B将由微机125提供的黑电平码BC和消隐脉冲电平校正值PED加到红、绿和蓝激励值R、G、B上。另外，加到所述激励值上的是轮廓加重信号Dc。黑电平码BC的增加将激励值R、G、B转换成相对于模/数转换的实际代码值。另外，消隐脉冲电平校正值PED的增加使得在光圈(未示出)关闭时可以对红、绿、蓝值进行适当的调节。即黑电平的调节。
从加法器117R、117G和117B输出的代码值在伽马校正电路118R、118G和118B中进行非线性校正。然后，利用加法器119R、119G和119B将由图像增强器109提供的轮廓加重信号Da加到伽马校正代码值上，以便加重较高频率成份。另外，消波电路120R、120G和120B随后将被提供给矩阵电路121的红、绿、蓝信号调节到一个固定电平，在消波电路122Y、122R、122B中，由矩阵电路121产生的亮度数据，红色差数据和蓝色差数据被箝位，以形成亮度数据DY，红色差数据DCR和蓝色差数据DCB。
如图1所示，低通滤波器123R、123B用于分别限制由预处理电路106输出的红和蓝数字信号的带宽，而内插滤波器123G产生一个与红和蓝信号保持同相位关系的绿数字信号。低通滤波器123R、123B中的每一个都可以包括具有图5B所示频率特性的12221型滤波器。内插滤波器123G可以是一个具有图5A所示频率特性的134431型滤波器。图5C示出了工作于象素交错红、绿、蓝数据的低通滤波器123R、123B和内插滤波器123G的整个频率特性。
图1还示出了一个控制器124，用于提供在亮度转换计算器111中使用的亮度增益以及在饱和转换计算器112中使用的输入亮度信号Wi和饱和增益kc。根据本发明，弯曲压缩，DCC加功能，白电平消波，闪光校正，具有频率曲线均衡的自适应层次转换等都是在亮度增益kw，输入亮度信号Wi和饱和增益kc的基础上在亮度转换计算器111和在饱和转换计算器112中执行的。这些操作将在后面详细描述。
(1)弯曲压缩操作首先，描述在主彩色信号R、G、B的电平和亮度信号W电平之间的关系，而不考虑诸如伽马校正等的非线性信号处理操作。图6(A)示出了一个与灰色相对应的电平例子，其中，每个主彩色信号的电平与亮度信号W的电平相等，所以，R＝G＝B＝W＝1(见式(13))。
通常，就特定颜色而言，主彩色信号R、G、B的电平基本上是围绕着亮度信号W的电平分布的。例如在皮肤色象素中，R、G、B信号电平的分布如图6(B)所示。由于式(13)是具有总和为1的正系数的R、G、B变量的一阶等式，所以，R、G、B信号电平中的至少一个电平必须大于W信号电平，同时，其它的主彩色信号电平(至少一个)必须小于W信号电平。
当所述饱和被减少一半(即颜色变淡)而色调保持不变时，主彩色信号R、G、B的电平分布如图6(C)所示。如果彩色进一步变淡，每个主彩色信号的电平达到亮度信号W的电平，即灰电平。同时，如果在图6(B)所示摄像状态下，摄像机的光圈打开的更宽，则主彩色信号R、G、B的电平分布如图6(D)所示。在这种情况下，在色调和饱和成份方面无任何变化，同时亮度电平增加。
如图6(D)所示，R信号电平超过了预定箝位电平并高于弯曲点。这个信号电平不满足电视信号广播标准的规定条件，所以需要某些适当的信号处理，以便对R信号电平进行压缩。在传统的摄像机系统中，如上所述对每个彼此相互独立的主彩色信号执行弯曲压缩以满足规定的标准。图6(E)示出了通过在图6(D)所示每个彩色信号上独立执行弯曲压缩获得的R、G、B信号的电平分布。
弯曲压缩操作的结果是对主彩色信号R、G、B的电平进行调节，以使其满足电视信号广播标准的规定条件。但是，通过审查在图6(E)分布中的R、G、B信号中电平的平衡，很明显，这个平衡不同于图6(D)所示R、G、B信号电平的平衡。这种变化扩展了色调成份，并进而使再现图像的肌肤的颜色被反映得比正常颜色更黄，从而使得所述图像显示出非自然(不健康)的效果。
为了解决这个问题，根据本发明，在两级中执行弯曲压缩操作，以在规定的标准内引入R、G、B信号中任一信号的过电平，而又不在色调和/或饱和成份中引入任何附带的变化。在第一级中，如果有至少一个主彩色信号电平超过了预定阈值电平，则对亮度信号执行弯曲压缩操作(此后称之为亮度弯曲操作)。在第二级中，如果在主彩色信号R、G、B中任一个被压缩的电平仍然超过上述预定阈值电平，则减少所述饱和，直到最高电平的主彩色信号与该阈值相符为止(此后称之为饱和弯曲操作)。因此，这两级操作保证让彩色信号符合特定信号广播标准。
在图7(D)所示的主彩色信号的电平分布中，R信号电平超过了箝位电平。图7(F)示出了在亮度弯曲操作之后的R、G、B信号电平的改进分布。图7(G)示出了通过执行饱和弯曲操作获得的R、G、B信号的改进分布。
有关亮度和饱和弯曲操作的详细描述如下。
在亮度弯曲操作中，根据式(2)对亮度电平执行弯曲压缩。唯一确定亮度增益kw作为预选弯曲特性(输入Vs、输出亮度信号电平曲线)的函数。考虑到具有零斜率的弯曲曲线对应于一个限幅，所以，白电平箝位操作可以类似地执行。
在饱和弯曲操作中，在亮度信号Wi和红、绿、蓝激励值Ri、Gi和Bi的基础上执行式(10)、(11)、(12)。为确定在上述式中使用的饱和增益kc，式(17)用于根据主彩色信号电平的限制值CM和这些主彩色信号的实际最大电平MAX进行计算。kc=CM-WiMAX(Ri.Gi.Bi)-Wi---(17)]]>因此，由于如上所述在两极处理中执行了亮度和饱和弯曲操作，所以可以在没有改变色调成份或超过所述信号阈值电平的前提下在高亮度区中实现令人满意的分层转换，如图7(G)所示。
虽然在上面没有叙述，但是当输入弯曲点和弯曲斜率，而不是输入亮度信号Wi和饱和增益kc时，图4所示的饱和转换计算器112可以被用作弯曲压缩计算器。因此，可以选择性地实现对每个单独的彩色信号的传统弯曲压缩。
(2)DCC加功能即使是在强光区内，也可以通过提高色度电平(跟随I、Q矩阵的彩色信号称之为色度)加上彩色。根据DCC加功能，在电视接收机中解调的红、绿、蓝信号超过预定动态范围，因此，这个模式偏离了电视信号标准的规定，但是由于DCC加功能具有即使是在高亮度区也能提供彩色和实际上不会出现任何问题的优点，所以，在摄像机中，为商业应用，使用它作为主要选择的功能件。
接着的伽马校正、弯曲压缩和白电平箝位，为了执行DCC加功能，习惯上对通过矩阵化I和Q信号所获得的亮度信号Y执行弯曲压缩操作，并且不对色差信号执行弯曲压缩操作。
但是，由于色差信号，从而存在下述问题。虽然从理论上讲色差信号具有被此相互独立的亮度和彩色信息，但实际上这些信号是彼此相关的，即如果亮度信号发生变化，颜色是受到影响的。另外，由于这些信号是通过诸如伽马校正的非线性处理操作形成的，所以色调也受到影响。由于下述的原因也将发生饱和色调方面的变化。
假设后矩阵信号(Y、R-Y、B-Y)是没有经过伽马校正或其它非线性操作的线性信号。理论上的信号(Y、R-Y/Y、B-Y/Y独立地表示亮度和颜色。同时，所述信号(Y、R-Y、B-Y处于如下形式，即Y影响颜色，因此，即使是仅改变亮度而保持颜色(色调，饱和)相同的情况下，颜色值(R-Y、B-Y)也要发生变化。如上形式(Y、R-Y、B-Y)实行的信号的原因在于为获得信号(Y、R-Y/Y、B-Y/Y)而进行划分是必要的，而能够满足上述划分要求的适当电路是不容易实现的。
为了实现DCC加功能，如果仅对来自后矩阵信号(Y、R-Y、B-Y)的亮度信号Y执行弯曲压缩而同时保持色差信号R-Y和B-Y不变，那么，实际颜色(R-Y/Y、B-Y/Y)的变化是仅仅需要减少分母。因此，饱和将被增加得高于实际颜色进而提供一个不自然的图像。这样，利用这种处理不可能充分地降低弯曲点。由于这个处理实际上是在诸如伽马校正的非线性操作之后执行的，因此，除了饱和之外色调也要受到影响。
在根据本发明的实施例中，在式(17)中所示的信道电平限制值CM被设置得较高(例如是基准白电平的110％)，而亮度信号W被设置成低于110％的值。在这种情况下，通过允许所述限制值CM成为最大主彩色信号电平实现R、G、B的任一过信道电平。因此，根据本发明，DCC加功能是通过利用不同阈值电平执行上述弯曲压缩处理实现的，由此，保持色调而自动调节所述饱和，以便实现与预定范围内原始图像相关的最大可能保真度。
在图8(D)所示R、G、B信号的电平分布中，如在前图7(D)中所示，R-信道电平超过箝位电平。图8(F)示出了通过执行亮度弯曲操作获得的经改善的R、G、B信号的电平分布。图8(H)示出了通过执行饱和弯曲操作同时将信道电平限制值CM设置成高于箝位电平获得的R、G、B信号的改进电平分布。如图8(H)所示，通过将所述信道电平限制值CM设置得高于箝位电平同时保持对所述亮度信号电平的限制不变可以在高亮度区获得所述彩色。
(3)白电平箝位在现有技术中，白电平箝位是针对信号G、R、B的每个信道电平单独执行的。随后，如果任一主彩色信号的电平达到了箝位电平，相关信道被单独箝位而没有考虑R、G、B信号的任何电平平衡问题。结果，彩色信号的色调变化。
在本发明中，如结合弯曲压缩已经描述的，针对亮度信号执行白电平箝位操作，然后利用饱和弯曲处理校正单独主彩色信号的任一过电平。这样，在不影响色调成份的前提下实现了令人满意的白电平箝位操作。
同时，例如如果将亮度白电平限幅设置成100％而信道电平限幅值CM设置成109％，其间有9％的差被用于将颜色加到高亮度区。这样可以实现前述的DCC加功能而又不会偏离规定的电视信号标准。这样就可以将有限的动态范围指定给分层和彩色操作。
(4)闪光校正在现有技术中已知通过减少消隐脉冲电平来执行闪光校正。所述彩色受如下影响。
假设通过附加一个消隐脉冲电平已经将某些象素(Ri、Gi、Bi)转换成了(Ro、Go、Bo)。然后，可以获得式(18)到(22)，其中，Wi表示在激励值Ri、Gi和Bi基础上的亮度，Wo表示在激励值Ro、Go和Bo基础上的亮度。
Wi＝0.30Ri+0.59Gi+0.11Bi…(18)Ro＝Ri+a…(19)Go＝Gi+a…(20)Bo＝Bi+a…(21)Wo＝0.30(Ri+a)+0.59(Gi+a)+0.11(Bi+a)＝0.30Ri+0.59Gi+0.11Bi+a＝Wi+a …(22)在附加所述消隐脉冲电平之前的饱和SATi是由式(23)表示，在附加消隐脉冲电平之后的饱和SATo由式(24)表示SATi2=(Ri-WiWi)2+(Bi-WiWi)2---(23)]]>SATo2=(Ro-WoWo)2+(Bo-WoWo)2]]>=(Ri-WiWo)2+(Bi-WiWo)2---(24)]]>设Wo/Wi＝K，则式(24)可以改写成式(25)SATo2=1k2(Ri-WiWi)2+1k2(Bi-WiWi)2]]>=1k2SATi2---(25)]]>
由于SATo＞0、SATi＞0，所以，SATo＝SATi/k。然后，由于附加所述消隐脉冲电平，饱和被乘以Wi/(Wi+a)。特别是，消隐脉冲电平的增加减少了色度电平，反之消隐脉冲电平的减少增加了色度电平。
同时，利用式(26)表示在附加消隐脉冲电平之前的色调HUEi，并利用式(27)表示在附加所述消隐脉冲电平之后的色调(HUEo)。因此，即使是在消隐脉冲电平被加上的情况下，色调电平也保持相同。HUEi=tanBi-WiWiRi-WiWi]]>=tanBi-WiRi-Wi----(26)]]>HUEo=tanBo-WoWoRo-WoWo]]>=tanBi-WiRi-Wi----(27)]]>由此，当使用消隐脉冲电平对闪光执行校正时，尽管色调能保持不变，但饱和增加并高于实际值。
从上述存在的问题来看，本发明在不影响彩色的前提下提供了如下令人满意的闪光校正，通过在式(2)中减少在黑电平浮动(闪光)被引入的任一层次区域中减少亮度增益kw实现闪光校正。当利用频率曲线均衡执行自适应分层转换时，根据闪光的产生自动执行这个操作以获得所希望的校正，如下所述。
(5)利用频率曲线均衡的自适应层次转换为了将延伸的自然光动态范围包含在规定的电视信号标准的范围以内，利用弯曲压缩来压缩高亮度区技术，并利用产生闪光来引入黑电平浮动的校正技术。根据本发明的另一个方面，通过利用优先权对当前没有被用于当前图像的任一分层区域进行压缩执行进一步的有效的压缩。
假设其中的每一个都具有很宽区域的多个分层区域当前正被使用。检测在图像亮度区域中出现的频率(频率发生)，压缩低出现频率(低发生)的亮度区，同时扩展高出现频率(高发生)的亮度区域。因此可以提供实现将所述多个层次指定给图形中实际存在亮度区域的压缩的可能性。
由于上述操作，可以实现下述的效果。例如，当频率曲线被存储到亮区和暗区中，例如是在门内景物和门外景物共存，或者是在同一个图像中存在有暗点和亮点的情况下，在现有技术中不可避免地产生被混淆的暗区(已知为黑电平混淆)，同时在过电平处的亮区变得模糊(已知的白电平模糊)。相反，根据本发明的技术能够适当地再现所述暗区和亮区。在伴随着产生闪光而发生的黑电平浮动的基础上，由于黑电平区域频率曲线出现的很低，所以这个区域被压缩并被自动调节成具有足够区别的改善了的图像质量。当亮度条件被满足时，由于指定了较大量的层次，所以可获得一个清晰的图像。
参看图9和图10对利用频率曲线均衡执行的自适应层次转换进行描述。
出现频率(用象素表示)以具有矩形条的频率曲线图表方式表示，其中，亮度和象素的数量分别是沿着横坐标和纵坐标描绘的。需要的最大数量层次被指定给最高值区域。图9(A)示出了一个频率曲线的例子，其中亮度条件相对较好。通过提供一个与所述频率曲线成正比的微分增益，可以利用多个层次表示高频率曲线值的任一个亮度区。即如果将整个的频率曲线用作幅值传输特性，那么所提供的微分增益与该频率曲线成正比。
通过对沿横坐标获得的出现频率进行积分，获得累积的频率分布。在所有间隔中的全部象素即累积频率分布的右肩总是等于象素的总数，因此是个常数。由于频率曲线值不能是负值，所以曲线总是千篇一律增加1。图9(B)示出了一个与图9(A)频率曲线相对应的累积频率分布。在这种情况下，累积频率分布是频率曲线值的累积。
全部频率曲线均衡是通过利用用作幅值传输特性的累积频率分布曲线执行亮度转换实现的。特别是，经过处理图像的频率曲线基本上变得平直。显然频率曲线均衡是在FA(工厂自动化)传感摄像机等中的二进制编码之后的一级中执行的，但是由于对音频一可视图像的过加重使得在很多情况下不能够执行这种频率曲线均衡。为此，就需要一个调节用于施加频率曲线均衡的系数的过程。
首先，描述将累积频率分布用作幅值传输特性的技术。如上所述，累积频率分布的右肩部分等于象素的总数(用于描绘所述频率曲线点的总数)。这个值被规格化成等于视频信号码的最大值。用于这个规格化的常数等于视频最大码除以象素的总数。在由12个比特表示视频信号且利用188928个象素描述所述频率分布图的例子中，通过将总的累积频率分布乘以4095/188928的规格化常数以形成幅值传输特性曲线执行规格化，图9(C)示出了一个通过规格化图9(B)所示累积频率分布获得的幅值传输特性。图9(C)中的虚线表示频率曲线均衡过程中的幅值传输特性。
接着，调节频率曲线均衡的施加系数。如图10(D)所示，该系数可以通过规定频率曲线均衡(实线a)和频率曲线非均衡(点波折线b)之间的比值进行调节。图10(D)中的实线C表示通过将所述系数因子减少1/3获得的一个幅值传输特性。
频率曲线均衡的操作涉及到输入视频信号码。如图10(D)所示，黑电平码BC受这个处理的影响。因此，必须在亮度激励值，而不是在视频信号码的基础上执行根据式(2)的亮度转换、以保证黑电平码的一致性。为此，通过在如图10(D)所示对频率曲线均衡进行调节后的一级中从视频信号码中减去黑电平码偏移Bop执行保持黑电平码的操作。图10(E)中的实线c与图10(D)中的实线c相同，且图10(E)中的虚线d表示在减去黑电平码偏移Bop之后的幅值传输特性。
这样，可以实现一个用于音频一可视用途的实际频率曲线均衡。执行到这一级的处理足以满足使输入信号与电视广播标准相符的要求。但是，在信号位于所述摄像机内部(即所谓摄像机内信号)的情况下，当在此后要执行弯曲压缩时，与弯曲压缩相关的高亮度区的优先权被降低。因此，所有与摄像机内信号相关的被指定了代码的区域具有相同的优先权。例如在图9(A)所示的频率曲线中，亮度条件似乎较好且所述频率曲线值集中在普通光范围内。在这种情况下，根据由在频率曲线均衡处理之后图9(C)中虚线所示的幅值传输特性，试图通过将集中在普通范围内的频率曲线值扩展到整个信号码区域来获得所述代码区的有效利用。但是，由于如上所述高亮度区的优先权被降低，在这种状态下直接执行频率曲线均衡将引起对在良好亮度条件下获得的令人满意的图像进行弯曲压缩。换言之，就摄像机内信号而言，进行这种调节以便使用整个信号码区不是令人最感兴趣的。
考虑到这个例子中的信号，通过在保持当前亮度峰值的同时执行频率曲线均衡，可以获得与摄像机操作者意图相符的改善的图像质量。为了实现上述转换，通过图10(F)所示的转换使输入亮度A的电平保持为常数。然后，所述亮度可以被保持在与摄像者所希望亮度电平相应的电平P2，否则，由于直接转换到P1，将可能违背摄像者的愿望而执行弯曲压缩。
特别是要执行下述两个操作(1)和(2)，即用于转换输入亮度A的电平到P2的转换增益P2/P1的计算处理和将在图10(E)中获得的幅值传输特性乘以如此计算的转换增益的处理。但是，如果立即执行信号码乘以转换增益的乘法操作，将会再次引起在前述黑电平码保持处理中保留的黑电平码的变化。因此，在这个峰值保持处理中，转换必须根据亮度激励值执行。为此，执行式(28)，其中，Win是输入亮度、Wout是输出亮度；kwh是转换增益，BC是黑电平码Wout＝(Win-BC)*kwh+BC…(28)通过观察在峰值保持处理之后获得并由图10(F)中实线表示的幅值传输特性，不考虑为保持所述亮度而由这个保持处理给出的某些限制，重新对利用频率曲线形成的层次进行分布。
在亮度大于输入亮度A的任一个区域中，根据在黑电平码保持处理之后获得并由图10(E)中虚线所示的幅值传输特性，微分增益趋向于减小。但是，如从图9(A)所示其中高亮度区域在这个图像中并不重要的频率曲线看很明显，这种减小能够满足要求。
在如上所述完成峰值保持处理的基础上，一系列用于摄像的频率曲线均衡操作结束，以便随后获得一个由图10(F)中实线表示的幅值传输特性。在这个实施例中，使用亮度增益kw的幅值传输特性执行根据式(2)的亮度转换，由此，利用频率曲线均衡实现自适应层次转换。
(6)饱和的手动控制在式(17)中，kc是饱和增益。用于当其值已超出规定值时调节信道电平。同时，式(9)中的kc是一个用于在较宽感觉范围内对饱和进行调节的增益。特别是，当kc被设置成1.0时，所述饱和保持不变，而如果kc被变成1.2，彩色将稍微加深，如果kc变成0.8，彩色将有某种程度的变浅。利用这种方式，用户可以通过选择设置饱和增益根据情况随便地调节颜色。
因此，根据本发明的这个方面，利用饱和弯曲模式，优先权被给予调节饱和的操作，而在任何其它模式下，可以根据由操作者设置的饱和增益调节色度。为了实现上述内容，从式(17)的kc中选择一个最小值，并将该最小值指定为用于调节饱和的kcn。
控制器124的详细结构示于图11。
控制器124具有一个矩阵电路201，用于根据式(13)计算来自由滤波器123R、123G、123B输出的红、绿、蓝数据R、G、B的亮度信号W；一个亮度增益发生器202，用于产生与从矩阵电路201输出的亮度信号W相应的亮度增益kw1；一个上转换器203，用于通过上转换具有从亮度增益发生器202输出的fsl速率的亮度增益kw1获得具有2fsl速率的亮度增益kw；和，象素平均电路204，用于通过平均从矩阵电路201输出的每4个或每8个象素的亮度信号W获得描绘频率曲线所需的亮度信号Wh。
亮度增益发生器202具有一个RAM(随机存取存贮器)205，其中存储有与相应划分部分相应的亮度增益数据。根据本发明，亮度范围(例如16进制数000-3FF)被分成如图12所示的从0到60的61个部分，RAM205包含一个表，其中存储有该61个部分的亮度增益数据。如图12所示，这61个部分被分组成三个区域I、II和III，这三个区域中所述部分的密度值被设置的相互偏离。例如，在区域I中部分0-15的每一个被设置成4/步(step)、区域II中部分16-47的每一个被设置成16/步，区域III中部分48-60的每一个被设置成32/步。应当理解，所述部分的数量和它们的密度不局限于上述例子。
亮度增益发生器202具有区域发生器206和地址发生器207。区域发生器206在从矩阵电路201输出亮度信号W的基础上产生表示与亮度信号W相对应的61个区域中每一个区域的区域数据Sec-l，并产生表示相关区域中位置的偏移数据ofsl。区域发生器206还在象素平均电路204输出亮度信号Wh的基础上产生表示与该亮度信号Wh对应的61个区域中一个区域的区域数据Sec-2。地址发生器207在区域数据Sec-l的基础上产生依次表示由区域数据Sec-1指出的区域和在前区域的读出地址数据Sec-d。在这种情况下，当区域数据Sec-1表示区域0时，地址发生器207还产生一个表示亮度信号W位于区域0中的区域数据Sec-0。
亮度增益发生器202还具有一个转换电路208，用于选择读出地址数据Sec-d，或读出地址数据adr，然后将所选择的数据提供给RAM205；发生器202还具有一个内插计算器209，用于响应读出地址数据Sec-d使用从RAM205读出的亮度增益数据qn、qn-1进行插补和使用从区域发生器206输出的偏移数据ofsl获得与亮度信号W相应的亮度增益kw1。
下面将结合图13描述在内插计算器209中执行的插补操作。当从矩阵电路201输出的亮度信号W是Wa并对应于区域n时，在从地址发生器207输出的数据Sec-d的基础上输出区域n和n-1的增益数据qn和qn-1假定区域n被设置成m/步。并执行式(29)。在内插计算器209中，根据从地址发生器207输出的区域0的数据Sec-0，当n＝0时，qn被用作等式(29)中的增益数据qn-1。kw18=qn-1+(qn-qn-1)·ofs1m----(29)]]>控制器124还具有一个最大值电路210和一个亮度增益乘法器211。最大值电路210用于从由滤波器123R、123G和123B输出的红、绿、蓝彩色数据R、G、B中提取最大数据MAX(R、G、B)，亮度增益乘法器211用于将由最大值电路210提取的数据MAX(R、G、B)和从矩阵电路201输出的亮度信号W转换成与激励值相应的值，并将转换后的值乘以从亮度增益发生器202输出的亮度增益kw1。
亮度增益乘法器211包括转换电路212，用于有选择地提供数据MAX(R、G、B)或亮度信号W；减法器213，用于从转换电路212的输出数据中减去黑电平码BC，以便将所述数据变成一个激励值；乘法器214，用于将减法器213的输出数据乘以亮度增益kw1；转换电路215，用于根据乘法器214的输出数据提供通过将红、绿、蓝激励值中的最大数据乘以增益kw1获得的数据MAX′，或者是通过将亮度信号W乘以增益kw1获得的数据W′。
在这种情况下，亮度增益乘法器211中的转换电路212和215每1/2个象素周期循环地改变，以便在逐个象素的基础上使数据MAX(R、G、B)和亮度信号W被连续处理。结果是只需要一个乘法器就足以满足需要，从而减少了电路。转换电路212和215或其它转换电路的控制是由定序器223执行的。
控制器124还具有一个饱和增益发生器216，用于根据式(17)从亮度增益乘法器211输出的数据MAX′和W′中获得饱和增益。这个饱和增益发生器216包括减法器217，用于从W′中减去MAX′；减法器218，用于从由微机125提供的信道电平极限值CM中减去W′；除法器219，用于将减法器218的输出数据除以减法器217的输出数据；最小值电路220，用于从除法器219输出的饱和增益kc1和由用户设置的饱和增益kcn中选择较小的一个增益。
由于式(17)包括除法操作，因此存在有一个单一的禁止点。这个禁止点是当MAX′＝W′，即当象素无彩色时产生的。饱和增益发生器216中的除法器219以如下方式消除了这个禁止点，即当MAX′＝W′时，执行一个操作，使在MAX′＜CM时，kc1＝kcn，在MAX′＝CM时，kc1＝1.00；或在MAX＞CM时，使kc1＝0.00。
控制器124还具有一个上转换器221和一个上转换器222，上转换器221用于通过上转换处于从饱和增益发生器216输出的fsl速率的饱和增益获得处于2fsl速率的饱和增益kc，上转换器222用于通过上转换处于从亮度增益乘法器211输出的fsl的亮度W′获得处于2fsl的亮度Wi。
控制器124还包括定序器223，用于管理向RAM205写入亮度增益数据以产生一个表的操作；在产生所述表的过程中使用的RAM224；转换电路225，用于选择性地提取从区域发生器206输出的区域数据Sec2或从所述定序器输出的地址数据adr，然后将所提取的数据提供给RAM224；也是在产生所述表过程中使用的算法-逻辑单元(ALU)226；和亮度数据发生器227，用于根据定序器223的输出地址数据adr产生亮度数据X，并将其提供给ALU226。
下面描述控制器124的操作。
首先描述用于获得在亮度转换计算器111中使用的亮度增益kw，在饱和转换计算器112中使用的饱和增益kc亮度信号Wi的控制器操作。图14示出了控制器124用于获得kw、kc和Wi的主要结构。
获得亮度增益kw的操作如下执行。分别从滤波器123R、123G、123B(图1)输出的红、绿、蓝彩色数据R、G、B被提供给矩阵电路201，计算每个象素的亮度W。每个象素的亮度W被提供给亮度增益发生器202中的区域发生器206。区域发生器206输出表示亮度W所属区域的每个象素的区域数据Sec1和表示相关区域中亮度W位置的偏移数据ofsl。
地址发生器207根据从区域发生器206输出的每个象素的区域数据Sec1输出依序表示亮度W区和在前区的数据Sec-d，并且这个数据Sec-d被作为读地址数据提供给RAM205。因此，分别与亮度M区和在前区相应的亮度增益数据qn和qn-1被从RAM2中读出，以用于每个象素。在内插计算器209中，利用从RAM 205提供的增益数据qn，qn-1和由区域发生器206提供的偏移数据ofsl(根据式(29))执行用于每个象素的插补操作。由此而得到亮度增益kw1。此后，所获得的亮度增益kw1被利用上转换器203转换成将被用于亮度转换计算器111中的2fsl速率的亮度增益kw。
用于获得饱和增益kc和亮度Wi的操作以下述方式执行。分别从滤波器123R、123G、123B输出的用于每个象素的红、绿、蓝彩色数据R、G、B被提供给最大值电路210，并在其中提取最大数据MAX(R、G、B)。被提取的数据MAX(R、G、B)被提供给亮度增益乘法器211，在这里从中减去黑电平码BC，并将结果转换成激励值。所述激励值然后被乘以从亮度增益发生器202输出的亮度增益kw1而变成数据MAX′。同时，从矩阵电路201输出的每个象素的亮度W被提供给亮度增益发生器211，并在这里从中减去黑电平码BC，其结果转换成激励值。然后，所述激励值被乘以从亮度增益发生器202输出的亮度增益kw1，其结果是数据W。
从亮度增益乘法器211输出的每个象素的数据MAX′和W′被提供给饱和增益发生器216，在这里使用数据MAX′，W和信道电平极限值CM(根据式(17))计算每个象素的饱和增益kc1。另外，在饱和增益发生器216中，利用最小值电路220，选择性地提取每个象素的饱和增益kc1的一个较小值或由用户设置的饱和增益kcn较小值。利用上转换器221将从饱和增益发生器216输出的每个象素的饱和增益转换成将要用于饱和转换计算器112的2sfl的饱和增益kc。
利用上转换器222将从亮度增益乘法器211输出的每个象素的数据W转换成具有将被用于饱和转换计算器112中的2fsl的亮度Wi。
下面详细描述通过在RAM205中写入与如上所述61个区域相应的亮度增益数据制备一个表的操作。图15示出了与制备所述表相关的控制器124的主要结构。除了RAM205，定序器223，RAM224，转换电路225和亮度数据发生器227以外，还引入了利用图15所示电路构成的ALU226。特别是，ALU226具有转换电路230-233和箝位电路234-236，用于对在计算过程中出现的任何溢出进行箝位；还具有一个用作加法器或减法器的加法/减法器237；寄存器238；除法控制器240；白电平箝位电路241；用于暂存黑电平码偏移BOF的黑电平码偏移寄存器242；用于暂存峰值保持比的峰值保持比寄存器243；乘法器244；和减法器245。
RAM244用作工作RAM，如在后面将要描述的，每个有效象素周期都被取作RAM224中的频率曲线，并且在垂直消隐间隔期间内，RAM224被用于暂存正被计算的数据。
利用定序器223管理用于制备所述表的操作，且该操作是按照图16所示步骤0-15的顺序依序执行的。在有效象素周期期间定序器223处于步骤0，此时，外部电路正在准备一个频率曲线。
在垂直消隐间隔之前，定序器223进到步骤1，在这里，顺序0-7被重复，同时地址被从0变到60，然后以相同方式依序执行步骤2-15，以制备一个顺序表。在这个操作中，以fsl速率连续执行顺序0-7(图像传感器103R、103G、103B的水平分频)。
在步骤12，定序器223开始在顺序2中的划分子定序器(divstart)以执行划分，然后在顺序3中停止一次(stop)，并等待划分子定序器的终止。
在步骤3，当亮度范围包括黑电平码(adr＝blksec)时，在顺序3中输出允写信号(blkwr)给寄存器242，以便存贮用于在前述利用频率曲线均衡的自适应层次转换处理中保存黑电平码(图10(E))的黑电平码偏移BOF。
在步骤4，当亮度位于其中保持有峰值的亮度范围A(adr＝hldsec)中时，执行一个计算，以便获得一个用于在利用频率曲线均衡的自适应层次转换中执行峰值保持操作(图10(F))的转换比Khold。由于划分也包括在这个操作中，所以定序器223在顺序4中读RAM224(memrd)，然后在顺序5开始划分子定序器(divstart)，在顺序6中停止一次(stop)以后，等待划分定序器的终止。此后，在顺序7将转换比Khold存储在寄存器243(hldwr)中。
下面结合图16解释在步骤0-15中制备所述表的操作。
(1)步骤0频率曲线描绘(见图9(A))步骤0是在有效象素周期期间内执行的，在这个步骤中制备一个频率曲线表。只有在这个周期之内，形成相关象素中亮度值的区域数据Sec2被作为地址数据提供给RAM224。利用在ALU226中的加法器237将一个数字值1加到与区域数据Sec2相对应地址中的当前频率曲线值上，这个附加的结果再被存储到RAM224的相同地址上。然后，根据式(30)增加频率曲线值，其中，RAM1out是RAM224的输出数据，RAMlin是输入给RAM224的数据。
RAMlin＝RAM1out+1…(3 0)通过重复上述处理，在RAM224中制备一个相对于在有效象素周期期间从区域发生器206中输出的每个区域数据Sec2(图11)表示相关场的频率曲线表。
图17示出了在步骤0处描绘频率曲线期间的内ALU226的操作。其中，相关信号通路由虚线表示。这点也可以应用到随后步骤示出的操作的曲线上。在这种情况下，ALU226中的加法/减法器237用作加法器。
(2)步骤1累加和规格化(见图9(B)和(C))步骤1之后的操作是在垂直消隐间隔期间内执行的。地址数据adr被从定序器223提供给RAM224。在步骤1，执行频率曲线的累加和规格化，以便将所述频率曲线转换成一个规格化的累加频率表。所述累加是在乘法器244中将相关区域乘以规格化常数kCCD并将该乘法结果再次存储到RAM224之前由ALU226中的寄存器238执行的。上述处理由式(31)和(32)执行。
Regin＝Regout+RAM1out…(31)RAMlin＝Regout*KCCD …(32)在上述等式中，Regout是寄存器238的输出数据，Regin是输入到寄存器238的数据。在图16所示的步骤1中，“memrd”表示从RAM224中读出，“regwr”表示向寄存器238写入，“memwr”表示向RAM224写入。这些术语还被应用于随后的步骤中。但是，在步骤13和14中的“memrd”用于表示从RAM224和205读出，步骤14中的“memwr”表示向RAM205写入。
图18示出了ALU226在步骤1执行累加和规格化的操作。在ALU226中的加法器/减法器237用作加法器。在这种情况下，由于在幅值传输特性中的微分增益根据频率曲线值的增加而增加，所以箝位电路234工作以避免增益的任何过份升高。
在步骤1的顺序6中，如下面将要描述的从RA224输出的频率曲线被存储在频率曲线数据报告电路的寄存器中。
(3)步骤2和3频率曲线均衡的调节(见图10(D))
在步骤2和3调节频率曲线的均衡。特别是，频率曲线均衡的程度被指定为kwc并执行式(33)和(34)的计算。
Regin＝RAM1out-x…(33)RAMlin＝Regout*Kwc+x…(34)当kwc被设成1.00时，执行全部频率曲线均衡。但是当kwc被变成0.00时，不执行频率曲线均衡。在上述等式中，x表示在亮度发生器227中产生并与相应区域对应的亮度数据。这个亮度数据不经过任何转换就可以获得，当kwc为0.00时，x变成RAMout。
图19示出了在步骤2的频率曲线均衡调节期间ALU226的操作。在步骤2执行式(33)的计算。因此，在ALU226中的加法器/减法器237被用作减法器。图20示出了在步骤3的频率曲线均衡调节期间的ALU226的操作。因此，在ALU226中的加法器/减法器237被用作加法器。
(4)步骤4黑电平码保持处理(见图10(E))在步骤4，执行黑电平码保持处理以消除黑电平码偏移BOF。在这个步骤中，作为在x和对诸如在包括一个区域(adv＝blksec)的黑电平码中的频率曲线均衡进行调节之后获得的表值之间差值的黑电平偏移BOF被保存在寄存器242中。然后，在所有的区域中从该表中减去这个偏移，由此，包括所述区域的黑电平码中的表值等于x。在步骤3根据式(34)执行计算期间，可以通过与该计算并行地将REGout*kwc存储到寄存器242中消除黑电平偏移BOF。用于从所述表中减去黑电平偏移BOF的操作是以式(35)为基础的。
RAMlin＝RAM1out-BOF…(3 5)图21示出了在步骤4在黑电平码保持处理中ALU226的操作。在该步骤执行计算式(35)。因此，ALU226中的加法器/减法器237用作减法器。
(5)步骤5和6峰值保持处理(见图10(F))在步骤5和6，执行峰值保持处理。虽然前面没有描述，但是，在步骤4，峰值保持比Khold是通过划分将被固定的在亮度范围A中的转换结果P1和未经转换而获得的值x计算的。这个峰值保持比khold被寄存储在寄存器236中。即，在步骤4，在亮度范围A(adr＝hldsec)的区域中执行式(36)的计算，由此获得保持比khold。
Khold＝(x-Bc)/(RAM1out-BC)………(36)通常，利用等式b/a＝c表示所述除法，其中，符号b、a和c分别表示分子，分母和比值。这个等式可以改成另一种形式b＝(a×c)。就是说，改变后的等式能够通过得到数x(在改变后等式中a是分母的)计算比值c，从而当与分母a相乘时可以得到与分子b相等的乘积。为了得到比值c，连续地改变数x，以便最终收敛为比值c。例如，如果发现比值c是一个n比特数据，那么数x也要被处理成n比特数据。从数x的最高有效比特(MSB)开始进行逐比特的确认，这样乘积(a×x)就不会超过分子b。最终被确认的具有n比特的数据x被取作进行查找的比值c。
作为一个例子，假设分子b是1010，分母a是111。执行一个除法处理以获得4比特数据的比值c，该数4是利用数据2的2次幂获得的。将4比特数据x＝[b3、b2、b1、b0]作为查找的比值c。首先，通过第一设置b3＝1和b2＝b1＝b0＝0确认最高有效比特b3。然后，将(a×x)的乘积与分子b比较。由于等于1110的乘积(a×x)大于分子b，所以最高有效比特b3被确认为0。接着通过第一设置b3＝0、b2＝1和b1＝b0＝0来确认比特b2。然后乘积(a×x)与分子b再作比较。由于现在等于0111的乘积(a×x)小于分子b，所以比特b2被确认为1。接着通过第一设置b3＝0，b2＝1、b1＝1和b0＝0来确认比特b1。然后乘积(a×x)与分子b再作比较。由于此时等于1010.1的乘积(a×x)大于分子b，所以比特b1被确认为0。最后，通过第一设置b3＝0、b2＝1、b1＝0和b0＝1来确认比特b0。然后乘积(a×x)再与分子b比较。由于现在等于1000.11的乘积(a×x)小于分子b，所以比特b0被确认为1。因此可以发现比值c为01.01。
图22示出了一个由ALU226在步骤4执行的操作，该操作用于计算峰值保存比。如该图所示，所述峰值保存比是利用除法计算的。在操作过程中，ALU226的加法器/减法器237用作减法器。
在这种情况下，通过亮度数据发生器227输出用于包括亮度A在内的一个周期的亮度数据x。利用减法器255从亮度数据x中减去黑电平码BC。减法(x-BC)的结果提供给比较器239。同时，从RAM单元224中读出用于包括亮度A周期的亮度数据RAM1out。类似的，利用加法器/减法器237从亮度数据RAM1out中减去黑电平码BC。减法(RAM1out-BC)的结果提供给乘法器244。在乘法器244中，由加法器/减法器237输出数据，即减法(RAM1out-BC)的结果被乘以存储在寄存器238中的b(11)到b(0)的12比特数据。由乘法器244输出的乘积提供给比较器239。比较器239将由减法器255输出的减法结果(x-BC)和由乘法器244输出的乘积进行比较。比较结果提供给除法控制器240。
在这种状态下，根据由定序器223执行的控制，除法控制器240最初通过将比特b(11)到b(0)设置为0来清除寄存器238中的内容。然后，MSBb(11)首先被设置成“1”。接着，在比较器输出的比较结果的基础上除法控制器240确认MSBb(11)的值。特别是如果乘法器244输出的乘积数据大于减法结果(x-BC)，MSBb(11)被复位到“0”。另一方面，如果乘法器244输出的乘积数据等于或小于减法结果(x-BC)，MSBb(11)被如前相同保持为“1”。此后，除法控制器240首先将其余的比特b(10)到b(0)设置成“1”，然后以与MSBb(11)相同的方式逐个地依序确认这些比特。然后，具有12个被确认比特b(11)到b(0)的数据从寄存器238传送给寄存器243，并存储在该寄存器243中以用作峰值保持比khold。
所述表被依序乘以保持比khold。由于需要保持黑电平，所以执行式(37)和(38)的计算。
Regin＝RAM1out-BC …(37)RAMlin＝Regout*Khold+BC…(38)图23示出了在步骤5的峰值保持操作(1)中ALU226执行的操作。在这个步骤中执行式(37)的计算。因此，ALU226中的加法器/减法器237用作减法器。图24示出了在步骤6的峰值保持处理(2)中ALU226的操作。在这个步骤中还执行式(38)的附加操作。因此，在ALU中的加法器/减法器237用作加法器。
(6)步骤7和8弯曲压缩(1)(见图25(G))在步骤7和8，执行第一级弯曲压缩操作。即制备一个用于执行弯曲压缩的表。根据式(39)-(42)的计算执行将弯曲施加到所述电平表上的处理。式中Kp和Ks分别表示弯曲点和弯曲斜率。在第一级弯曲压缩操作中，各个值被设置得满足Kp＝Kp1和Ks＝Ks1的条件。
当RAM1out≥kp时，Regin＝RAM1out-Kp …(39)RAMlin＝Regout*Ks+Kp …(40)When RAM1out＜Kp，Regin＝RAM1out-Kp …(41)RAMlin＝Regout*1.00+Kp …(42)图27示出了在步骤7的第一级弯曲压缩操作中ALU226执行的操作。在步骤7执行除kp附加以外的式(39)和(40)或式(41)和(42)的计算。因此，在ALU226中的加法器/减法器237用作减法器。图28示出了在步骤8中的第一级弯曲压缩操作中ALU226执行的操作。kp附加的其余计算在步骤8执行。因此，ALU226中的加法器/减法器237用作加法器。
(7)步骤9和10弯曲压缩(2)和白电平箝位(见图25(H))在步骤9和10，执行第二级弯曲压缩和白电平箝位操作。与第一级弯曲压缩操作类似，根据式(39)-(42)的计算执行将弯曲施加到电平表的处理。在该第二级中，各个值被设置得满足kp＝kp2和ks＝ks2的条件。但是，由于在这种情况下所述弯曲被施加两次，所以最后一个弯曲曲线的斜率变成Ks1*Ks2。通过该两级施加弯曲压缩操作使断续弯曲线成为圆形。
在步骤10白箝位电平数据被从微机125提供给白电平箝位电路241时执行白电平箝位。白电平箝位电路241在任何其它步骤中不起任何作用。
图29示出了在步骤9的第二级弯曲压缩和白电平箝位操作中ALU226执行的操作。在步骤9执行除了Kp附加以外的式(39)和(40)或(41)和(42)的计算。因此，ALU226中的加法器/减法器237用作减法器。图30示出了在步骤10的第二级弯曲压缩和白电平箝位操作中，ALU226执行的操作。在步骤10执行剩余的Kp附加计算。所以ALU226中的加法器/减法器237用作加法器。
(8)步骤11总增益控制(见图25(I))在步骤11，通过将所述电平表乘以总增益(Gain)执行总增益控制。这个计算是在式(43)和(44)的基础上执行的。
Regin＝RAM1out-BC…(4 3)RAM1in＝Regout*Gain+BC… (44)图31示出了在步骤11的总增益控制中ALU226执行的操作。在步骤11执行除BC附加以外的式(43)和(44)的计算。因此，ALU226中的加法器/减法器237用作减法器。如将在下面第(9)项中说明的，剩余的BC附加计算可以省略。
(9)步骤12用于获得传输增益的除法(见图(K))在步骤12，执行一个除法，以便将所述电平表转换成为图26(J)所示表示所述增益的Kw的另一个表。例如在如图26(J)中垂直虚线所示的亮度区内，将要执行一个计算，以便获得用于将电平a转换成电平b的适当增益。在如图1所示的亮度转换计算器111进行计算之前，分别在减法器110R、110G、110B中从红、绿、蓝彩色数据中减去黑电平码BC，并将所述代码转换成激励值。为此，执行式(45)的计算，以用于转换成增益表。
RAM1out＝(RAM1out-BC)/(x-BC)…(45)在式(45)的分子中，从通过在式(44)中黑电平码BC的附加所获得的结果中减掉黑电平码BC。因此，由于它是多余的，所以这个操作可以省略。在这种情况下，式(44)和(45)被分别改写成式(46)和(47)。
RAMlin＝Regout*Gain …(46)RAMlin＝RAM1out/(x-BC)…(47)以上所述方式制备一个在当前场中的转换表。但是，如果这个表被直接用于下一个场的转换，就可能会引入包括闪烁等某些不希望的效果。为了克服这个问题，在前一场的转换表和当前场中的一个之间执行一种滞后计算，以便可以利用一个时间常数对所述表进行修正。
图32示出了在步骤12由ALU226执行的用于获得传输增益的除法的操作。通过执行类似于为查找上述峰值保持比所执行处理的这个除法可以查找到用于亮度区域0到60的传输增益。在步骤12，处理是根据式(47)执行的。
首先，定序器223输出用于亮度区域0的地址数据adr。地址数据adr表示一个地址，在该地址处从RAM224中读出用于亮度区域0周期的亮度数据RAM1out。该亮度数据RAM1out提供给比较器239。同时，亮度数据发生器227输出用于亮度区域0周期的亮度数据x。利用减法器255从亮度数据x中减去亮度码BC。减法(x-BC)的结果提供给乘法器244。在乘法器244中，减法器255输出的数据，即减法(x-BC)的结果被乘以通常是存储在寄存器238中的12比特b(11)到b(0)的数据。乘法器244输出的乘积提供给比较器239。比较器239把从RAM单元224读出的亮度数据RAMlout和由乘法器244输出的乘积进行比较。比较结果提供给除法控制器240。
在这种状态下，在由定序器223提供控制的基础上，除法控制器240通过将比特b(11)-b(0)设置为0将寄存器238的最初内容清零。然后，MSBb(11)首先被设置为“1”。然后，在比较器239输出的比较结果的基础上，除法控制器240确认MSBb(11)的值。特别是，如果乘法器244输出的乘积数据大于亮度数据RAM1out，MSBb(11)被复位到“0”。另一方面，如果乘法器244输出的乘积数据等于或小于亮度数据RAM1out，MSBb(11)被保持为原来的“1”。此后，除法控制器240首先将其余的比特b(10)-b(0)设置成“1”，然后以与MSB b(11)的相同方式逐个地依序确认这些比特。随后，将具有被确认的12b比特(11)-b(0)的数据存储到RAM单元224中，用作与亮度区域0相关的传输增益。
此后，定序器223输出逐个用于亮度区域1到60的地址数据adr。除法控制器240以和在亮度区域0执行除法相同的方式执行除法。由此查得用于亮度区域1到60中每一个区域的传输增益，并将其存储在RAM单元224中。
(10)步骤13和14时间常数处理(LPF)(见图21(L))在步骤13和14，执行一个操作，以利用一个时间常数修正所述表。操作结果写入RAM205，以用作在实际转换输入图形时参考的最后表。为此，执行式(48)和(49)的计算。
Regin＝RAM1out-RAM2out …(48)RAM2in＝Regout*KT+RAM2out…(49)在式(49)中，KT是时间常数。由于上述原因，该式的左侧被表示为RAM2in这里，RAM2out表示RAM205的输出数据，RAM2in表示RAM205的输入数据。
这个LPF计算的传输功能由下述式(50)表示。式(50)中的取样频率是场频。
G(z)＝KT/1-(1-KT)z-1…(50)如此在RAM205中制备了一个最后表。
图33示出了在步骤13的时间常数操作中ALU226执行的操作。在这个步骤中执行除RAM2out附加外的式(48)和(49)的计算。因此，ALU226中的加法器/减法器237用作减法器。图34示出了在步骤14的时间常数处理中ALU226执行的操作。剩余的RAM2out附加计算在步骤14中执行。因此，ALU226中的加法器/减法器237用作加法器。
(11)步骤(1 5)RAM清零处理在步骤15，RAM224被清零，以便为下一个场中有效象素周期内的下一个频率曲线作准备。图35示出了在步骤15RAM224清零操作期间ALU226执行的操作。
如上所述，根据图1所示的本发明实施例，弯曲压缩操作包括执行亮度电平弯曲压缩的亮度弯曲操作和当即使是在亮度弯曲操作之后仍然存在任一主彩色信号的过电平时用于减少饱和的饱和弯曲压缩操作。如此构成的信号电平符合规定的标准。这样，可以在保持色调不变和消除任一过信号电平的同时，对任一高亮度区域进行适当压缩。
在两个未授权专利申请No.08/574，520和08/600，688(代理人签证号No.450100-3370和450100-3347)中可以发现关于弯曲压缩操作和各种弯曲压缩技术的描述，在这里一并作为参考。
第一个实施例包括DCC加功能，用于通过在饱和弯曲处理中将信道电平极限值CM设置得例如高于110％从而缓和对信道电平的限制而在高亮度区域中加上彩色。因此，可以方便地获得高亮度区域中色调不变的令人满意的颜色。
另外在第一实施例中，当在亮度信号的白电平箝位操作之后某个信道电平仍然过大时，执行所述的饱和弯曲处理，以对这个电平进行调节。这样，可以在不改变色调的情况下执行白电平箝位操作。
另外，在第一实施例中，可以在这种控制之下对闪光进行校正，以便在引入黑电平浮动的任一层次区域中减小亮度增益kw，从而可以在不影响彩色的情况下实现适当的闪光校正。在第一实施例中，所述闪光校正是由利用频率曲线均衡的自适应层次转换自动执行的，因此可以获得如下的优点，即当闪光发生时执行所需的校正。
另外，在对亮度电平执行利用频率曲线均衡的自适应层次转换的第一实施例中，通过将优先权给予随后获得有效使用的动态范围来压缩当前未被使用的任一层次区域。在这种情况下，可以通过规定均衡强度Kwc调节频率曲线均衡(见式(34)和图10(D))以实现适当地利用最佳频率曲线均衡的自适应层次转换。在调节频率曲线均衡之后的一级中，黑电平码BOF被减掉，然后执行黑电平码保持处理(见图10(E))。因此，可以保证黑电平码的一致性，以便随后在亮度转换计算器111中实现根据所述激励值执行的令人满意的亮度转换计算。但是，在黑电平码保持处理终止之后，执行峰值保持处理，这样可以在不考虑所述转换的情况下使输入亮度A的电平不变(见图10(F))。结果例如当亮度条件较好和普通光量的任一区域的频率曲线值良好时，通过保持相关区域的亮度电平可以避免相关区域中视频信号被弯曲压缩的缺点。
如果在根据亮度电平执行的利用频率曲线均衡的自适应层次转换之后仍然有某个信道电平被超过，则执行饱和弯曲操作进行适当的调节，由此可以在不改变色调的情况下执行利用频率曲线均衡的自适应层次转换。
另外，在第一实施例中，用户能够将饱和增益Kcn设置成所希望的值，并且，虽然通过饱和弯曲操作将优先权给了减少饱和的操作，但所述饱和可以根据用户设置的饱和增益Kcn任意调节。
在图1所示的第一实施例中，控制器124工作，以使在与亮度增益Kw和饱和增益Kc的计算相关的电路中的延迟最小，其中，通过将亮度增益Kw1乘以亮度W和MAX(R、G、B)来计算用于获得饱和增益Kc的数据W和MAX′。使相关电路中的延迟最小的原因如下由于通过彩色校正电路108和包括图像增强器109的主系统传送信号彼此并行存在，所以其中相应的整个延迟是相同的。如果在用于获得Kw和Kc系统中的延迟较大，那么延迟电路就必须被插入到其它的系统中，以保持精确的定时。
图36示出了表示本发明第二实施例的摄像机100A的主要成份。在这个实施例中，除了上述延迟问题以外，首先要执行一个亮度转换计算，然后从所述的亮度转换中获得亮度信号Wi和将被用于饱和转换计算中的饱和增益Kc。在图36中，与图1相应部分对应的所有部分使用相同的标号，并省略其有关详细解释。
在图36所示的摄像机100A中，从上转换器107R、107G、107B输出的处于2fsl速率的红、绿、蓝彩色数据被提供给亮度转换控制器124a。利用在该控制器124a中与图11矩阵电路201和亮度增益发生器202相应的电路产生将被用于亮度转换计算器111中的亮度增益KW。从亮度转换计算器111输出的红、绿、蓝激励值提供给饱和转换控制器124b。再后利用与图11中矩阵电路201、最大值电路210和饱和增益发生器216相应的电路产生亮度信号Wi和将被用于饱和转换计算器112中的饱和增益Kc。
虽然在上面没有述及，但是在下述(1)和(2)两种情况下，由于利用频率曲线均衡的自适应层次转换可能会出现一些问题(1)当频率曲线值集中于特定亮度区域、特别是集中于暗区域中时。
(2)当亮度条件较好和频率曲线值大部分位于普通光范围内时。
在频率曲线值集中在特定区域的情况下，微分增益极大增加，因此，S/N减小。当光圈被关闭时，在其条件多被用于摄像机和的黑电平附近所述增益增加，从而导致图像失真。为了克服这个问题，微机125从亮度值集中的亮度区域中获取一个信息，然后减少频率曲线均衡的强度Kwc。如果频率曲线值集中的亮度区域位于黑电平附近，强度Kwc可以进一步减小。
在图16所示定序器操作步骤2处的顺序6“histwr”中，将从RAM224中读出的每个频率曲线值存储到频率曲线数据报告电路(未示出)的寄存器中。然后在这个电路中，被如此依序存储的频率曲线值彼此相互比较，并获得与例如4个最大频率曲线值对应的亮度区域数据。此后，从所述报告电路将与这4个最大频率曲线值对应的亮度区域数据输出给微机125。
在具有良好光度条件的情况下，如参考图10(F)所述，需要执行亮度峰值保持操作。需要指定用于保持亮度信号固定的电平A。虽然在上面没有描述，但是最好将自动光圈控制值指定为电平A。自动光圈控制值规定从一个图像提取并表示相关图像的亮度，并且当所述亮度与预置值相等时光圈才被驱动。通过使用用于指定电平A的自动光圈值，利用由频率曲线均衡的处理，完全可以再现所希望的在自动光圈系统中所需的亮度电平。
在第一实施例中已经描述了用于执行利用频率曲线均衡的自适应层次转换的幅值传输特性是在一个在前场视频周期期间内检测的累积频率分布(频率曲线表)的基础上产生的。但是也可以在一系列在前场的视频周期期间内检测的累积频率分布的基础上产生这种特性。
已经参照附图对本发明的一些最佳实施例进行了描述，但应当理解，本发明并不受这些严谨实施例的限制，并且本专业技术领域内的普通技术人员可以在不脱离本发明的权利要求书规定的范围和精神的前提下实施各种变化和修改。
权利要求
1.一种用于产生彩色视频信号的摄像机，包括色调和饱和成份，所述摄像机包括发生器装置，用于产生具有相应电平并表示彩色视频信号的三个输入主彩色信号；和饱和转换装置，用于当至少一个输入主彩色信号的最大电平，超过一个预定阈值电平时，将该至少一个输入主彩色信号的最大电平调节到与所述预定阈值电平基本相符而不影响所述色调成份和亮度电平。
2.一种用于对彩色视频信号进行处理的视频信号处理器，其中包括色调和饱和成份，所述的视频信号处理器包括发生器装置，用于产生具有相应电平并表示彩色视频信号的三个输入主彩色信号；和饱和转换装置，用于当至少一个输入主彩色信号的最大电平超过一个预定阈值电平时将该至少一个输入彩色信号的最大电平调节到基本与所述预定阈值电平相符而不影响所述色调成份和亮度电平。
3.一种用于产生彩色视频信号的摄像机，其中包括色调和饱和成份，所述摄像机包括发生器装置，用于产生具有相应电平并表示所述彩色视频信号的三个输入主彩色信号；亮度转换装置，用于使用一个压缩速率对三个输入主彩色信号的相应电平进行压缩产生三个被压缩的主彩色信号而不影响所述色调和饱和成分；和，饱和转换装置，用于当被检测的最大电平超过第一预定阈值电平时调节根据三个被压缩的主彩色信号检测的最大电平，其中，所检测的最大电平被调节的与所述第一预定阈值电平基本相符而不影响所述色调成份和所述亮度电平。
4.如权利要求3所述的装置，其中，当亮度电平超过第二预定阈值电平时，压缩所述三个相应电平。
5.如权利要求4的装置，其中，所述第一预定阈值电平被选择得高于所述第二预定阈值电平。
6.如权利要求3所述的装置，其中，所述亮度转换装置是弯曲校正装置，用于根据所述彩色视频信号提供弯曲特性。
7.如权利要求6的装置，其中，所述第一预定阈值电平高于根据彩色电视标准建立的最大信号电平。
8.根据权利要求3的装置，还包括一个伽马校正装置，用于分别利用所述亮度转换装置和饱和转换装进行压缩和调节之后根据三个被压缩的主彩色信号执行伽马校正。
9.根据权利要求8的装置，还包括一个矩阵装置，用于在已经由所述伽马校正装置处理过的三个被压缩主彩色信号的基础上产生亮度信号和色差信号。
10.根据权利要求3的装置，还包括一个输入亮度电平检测装置和一个压缩速率检测装置，所述输入亮度电平检测装置用于检测由三个输入主彩色信号表示的彩色视频信号的亮度电平，所说的压缩速率检测装置用于根据所检测的亮度电平检测所述压缩速率。
11.根据权利要求10的装置，还包括被压缩亮度电平检测装置，用于检测由三个被压缩主彩色信号代表的彩色视频信号的亮度电平；电平控制值检测装置，用于根据被检测的压缩亮度电平确定电平控制值，从而利用所述的饱和转换装置调节三个被压缩主彩色信号的最大电平，以使之与所述第一预定阈值电平基本相符，所述饱和转换装置调节剩余被压缩主彩色信号的相应电平以用作电平控制值。
12.根据权利要求3的装置，还包括一个用于检测由三个被压缩主彩色信号表示的彩色视频信号亮度电平的被压缩亮度电平检测装置和一个用于在所检测的被压缩亮度电平基础上确定电平控制值，以便利用所述饱和转换装置对被压缩的三个主彩色信号的最大电平进行调节，并使之基本上与所述第一预定阈值电平相符的电平控制值检测装置，所述饱和转换装置将剩余的被压缩主彩色信号的相应电平调节成电平控制值。
13.根据权利要求3的装置，还包括一个饱和转换速率检测装置，用于检测用于调节由被压缩的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的饱和成份以使得被压缩主彩色信号中的至少一个的最大电平基本上与所述第一预定阈值电平基本相符的饱和转换速率，所述的饱和转换装置使用检测到的饱和转换速率调节剩余被压缩主彩色信号的相应电平。
14.根据权利要求3的装置，还包括一个饱和转换速率检测装置，用于检测用在调节由被压缩的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的饱和成份，以便使被压缩主彩色信号中至少一个的最大电平与所述第一预定阈值电平基本相符的饱和转换速率；还包括一个饱和转换速率输装置，用于提供用户可选择的饱和转换速率；其中，所述饱和转换装置使用从所检测的饱和转换速率或用户可选择的饱和转换速率中的最低速率调节被压缩的三个主彩色信号的相应电平。
15.一种用于对彩色信号进行处理的视频信号处理器，包括色调和饱和成份，所述视频信号处理器包括发生器装置，用于产生具有相应电平并表示所述彩色视频信号的三个输入主彩色信号；亮度转换装置，用于使用一个压缩速率在不影响色调和饱和成份的前提下对三个输入主彩色信号的相应电平进行压缩，以产生被压缩的三个主彩色信号；和饱和转换装置，用于当被检测的最大电平超过第一预定阈值电平时，调节根据被压缩的三个主彩色信号检测的最大电平，其中，所检测的最大电平被调节得与所述第一预定阈值电平基本相符而不会影响所述色调成份和亮度电平。
16.根据权利要求15的装置，其中，当所述亮度电平超过第二预定阈值电平时，压缩三个相应电平。
17.根据权利要求16的装置，其中，所述第一预定阈值电平被选择得高于所述第二预定阈值电平。
18.根据权利要求15的装置，其中，所述亮度转换装置是弯曲校正装置，用于根据彩色视频信号提供弯曲特性操作。
19.根据权利要求18的装置，其中，所述的第一预定阈值电平被选择的高于根据彩色电视标准建立的最大信号电平。
20.根据权利要求15的装置，还包括一个伽马校正装置，用于在利用所述亮度转换装置和饱和转换装置分别进行压缩和调节之后在被压缩的三个主彩色信号的基础上执行伽马校正。
21.根据权利要求20的装置，还包括一个矩阵装置，用于根据已经被所述伽马校正装置进行处理的被压缩的三个主彩色信号产生亮度信号和色差信号。
22.根据权利要求15所述的装置，还包括一个输入亮度电平检测装置，用于检测由三个输入主彩色信号表示的彩色视频信号的亮度电平；还包括一个压缩速率检测装置，用于根据所检测的亮度电平检测压缩速率。
23.根据权利要求22的装置，还包括一个被压缩亮度电平检测装置，用于检测由被压缩的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的亮度电平；还包括一个电平控制值检测装置，用于在所检测被压缩亮度电平的基础上确定电平控制值，以便利用所述饱和转换装置将被压缩的三个主彩色信号的最大电平调节成与所述第一预定阈值电平基本相符，所述饱和转换装置调节剩余被压缩主彩色信号的相应电平以用作电平控制值。
24.根据权利要求15的装置，还包括一个被压缩亮度电平检测装置，用于检测由被压缩的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的亮度电平；还包括一个电平控制检测装置，用于根据所检测的被压缩亮度电平确定电平控制值，从而利用所述饱和转换装置将被压缩的三个主彩色信号的最大电平调节成基本上与所述第一预定阈值电平相符，所述饱和转换装置调节剩余被压缩主彩色信号的相应电平，以用作电平控制值。
25.根据权利要求15的装置，还包括一个饱和转换速率检测装置，用于检测在调节由被压缩的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的饱和成份以便使至少一个被压缩主彩色信号的最大电平与所述第一预定阈值电平基本相符过程中使用的饱和转换速率，所述饱和转换装置使用所检测到的饱和转换速率调节剩余被压缩主彩色信号的相应电平。
26.根据权利要求15的装置，还包括一个饱和转换速率检测装置，用于检测在调节由被压缩的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的饱和成份，以使至少一个被压缩的主彩色信号的最大电平基本与所述第一预定阈值电平相符过程中使用的饱和转换速率；还包括一个饱和转换速率输入装置，用于提供一个用户可选择饱和转换速率；其中，所述饱和转换装置使用从检测到的饱和转换速率或用户可选择饱和转换速率中选择的最低速率调节被压缩的三个主彩色信号的相应电平。
27.一种用于产生彩色视频信号的摄像机，包括色调和饱和成份，所述摄像机包括发生器装置，用于产生具有相应电平并表示所述彩色视频信号的三个输入主彩色信号；亮度转换装置，用于在不影响色调和饱和成份的前提下通过使用一个层次转换速率对三个输入主彩色信号的相应电平执行层次转换产生层次转换的三个主彩色信号；和饱和转换装置，用于当所检测的最大电平超过第一预定阈值电平时，调节根据被进行层次转换的三个主彩色信号所检测的最大电平，其中，所检测的最大电平被调节得与所述第一预定阈值电平基本相符，并且不影响所述色调成份和亮度电平。
28.根据权利要求27的装置，其中，当亮度电平超过第二预定阈值电平时，所述三个相应电平被进行层次转换。
29.根据权利要求28的装置，其中，所述的第一预定阈值电平被选择得高于所述第二预定阈值电平。
30.根据权利要求27的装置，其中，所述的亮度转换装置是弯曲校正装置，用于根据所述彩色视频信号提供弯曲特性操作。
31.根据权利要求30的装置，其中，所述的第一预定阈值电平被选择得高于根据彩色电视标准建立的最大信号电平。
32.根据权利要求27的装置，还包括一个伽马校正装置，用于在利用所述亮度转换装置和饱和转换装置分别执行层次转换和调节之后，根据经过层次转换的三个主彩色信号执行伽马校正。
33.根据权利要求32的装置，还包括一个矩阵装置，用于根据已经被所述伽马校正装置进行了处理的被进行了层次转换的三个主彩色信号产生亮度信号和色差信号。
34.根据权利要求27的装置，还包括一个输入亮度电平检测装置，用于检测由所述的三个输入主彩色信号表示的彩色视频信号的亮度电平；还包括一个层次转换速率检测装置，用于根据所检测的亮度电平检测所述的分层转换速率。
35.根据权利要求34的装置，还包括一个分层转换亮度电平检测装置，用于检测由分层转换后的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的亮度电平；还包括一个电平控制值检测装置，用于根据所检测到的层次转换后的亮度电平确定电平控制值，从而利用所述的饱和转换装置将层次转换后的三个主彩色信号的最大电平调节成基本与所述第一预定阈值电平相符，所述饱和转换装置调节剩余的层次转换后的主彩色信号的相应电平，以用作电平控制值。
36.根据权利要求27的装置，还包括一个层次转换亮度电平检测装置，用于检测由层次转换后的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的亮度电平；还包括一个电平控制值检测装置，用于根据所检测到的层次转换后亮度电平确定亮度控制值，以便利用所述饱和转换装置将层次转换后的三个主彩色信号的最大电平调节的与所述第一预定阈值电平基本相符，所述饱和转换装置对剩余的层次转换后的主彩色信号的相应电平进行调节，以用作电平控制值。
37.根据权利要求27的装置，还包括一个饱和转换速率检测装置，用于检测在调节由层次转换后三个主彩色信号表示的彩色视频信号的饱和成份以便使至少一个层次转换后主彩色信号的最大电平与所述第一预定阈值电平基本相符过程中使用的饱和转换速率，所述饱和转换装置使用所检测的饱和转换速率调节剩余层次转换后主彩色信号的相应电平。
38.根据权利要求27的装置，还包括一个饱和转换速率检测装置，用于检测在由层次转换后三个主彩色信号表示的彩色视频信号的饱和成份以便使至少一个层次转换后的主彩色信号的最大电平与所述第一预定阈值电平基本相符过程中使用的饱和转换速率；还包括一个饱和转换速率输入装置，用于提供用户可选择的饱和转换速率；其中，所述饱和转换装置使用从所检测的饱和转换速率或用户可选择的饱和转换速率中选择的最小速率调节层次转换后三个主彩色信号的相应电平。
39.一种用于对视频信号进行处理的视频信号处理器，其中包括色调和饱和成份，所述视频信号处理器包括发生器装置，用于产生具有相应电平并表示所述彩色视频信号的三个输入主彩色信号；亮度转换装置，用于通过使用一个层次转换速率在不影响色调和饱和成份的前提下对三个输入主彩色信号的相应电平进行层次转换产生层次转换后的三个主彩色信号；和饱和转换装置，用于当所检测的最大电平超过第一预定阈值电平时调节从层次转换后的三个主彩色信号中检测的最大电平，其中，在不影响色调成份和亮度电平前提下将所检测到的最大电平调节成基本与第一预定阈值电平相符。
40.根据权利要求39的装置，其中，当所述亮度电平超过第二预定阈值电平时，三个相应电平被进行层次转换。
41.根据权利要求40的装置，其中，所述第一预定阈值电平被选择得高于所述第二预定阈值电平。
42.根据权利要求39的装置，其中，所述的亮度转换装置是弯曲校正装置，用于根据所述彩色视频信号提供弯曲特性操作。
43.根据权利要求42的装置，其中，所述第一预定阈值电平被选择得高于根据彩色电视标准建立的最大信号电平。
44.根据权利要求39的装置，还包括一个伽马校正装置，用于在分别利用所述亮度转换装置和饱和转换装置执行层次转换和调节之后，根据层次转换后的三个主彩色信号执行伽马校正。
45.根据权利要求44的装置，还包括一个矩阵装置，用于根据已经由所述伽马校正装置进行了处理的层次转换后的三个主彩色信号产生亮度信号和色差信号。
46.根据权利要求39的装置，还包括一个输入亮度电平检测装置，用于检测由三个输入主彩色信号表示的彩色视频信号的亮度电平；还包括一个层次转换速率检测装置，用于根据所检测的亮度电平检测所述层次转换速率。
47.根据权利要求46的装置，还包括一个层次转换后的亮度电平检测装置，用于检测由层次转换后的三个主彩色信号表示的彩色信号的亮度电平；还包括一个电平控制值检测装置，用于根据所检测到的层次转换后的亮度电平确定一个电平控制值，以便利用所述饱和转换装置将层次转换后的三个主彩色信号的最大电平调节到与第一预定阈值电平基本相符，所述饱和转换装置调节剩余层次转换后的主彩色信号的相应电平用作电平控制值。
48.根据权利要求39的装置，还包括一个层次转换后的亮度电平检测装置，用于检测由层次转换后的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的亮度电平；还包括一个电平控制值检测装置，用于在所检测的层次转换后的亮度电平基础上确定一个电平控制值，以便利用所述饱和转换装置将层次转换后的三个主彩色信号的最大电平调节得与第一预定阈值电平基本相符，所述饱和转换装置调节剩余层次转换后的主彩色信号的相应电平用作电平控制值。
49.根据权利要求39的装置，还包括一个饱和转换速率检测装置，用于检测在调节由层次转换后的三个主彩色信号表示的彩色视频信号的饱和成份，以便使至少一个层次转换后的主彩色信号的最大电平与第一预定阈值电平基本相符过程中使用的饱和转换速率，所述饱和转换装置使用所检测到的饱和转换速率调节剩余层次转换后的主彩色信号的相应电平。
50.根据权利要求39的装置，还包括一个饱和转换速率检测装置，用于检测在调节由层次转换后的三个主彩色信号表示的彩色信号的饱和成份以便使至少一个层次转换后的主彩色信号的最大电平与第一预定阈值电平基本相符过程中使用的饱和转换速率；还包括一个饱和转换速率输入装置，用于提供用户可选择的饱和转换速率；其中所述饱和转换装置使用从所检测的饱和转换速率或用户可选择的饱和转换速率中选择的最低速率对层次转换后的三个主彩色信号的相应电平进行调节。
51.一种用于压缩彩色视频信号电平的方法，其中包括色调和饱和成份，所述彩色视频信号由具有相应电平的三个主彩色信号表示，所述方法包括如下步骤使用一个压缩速率压缩三个主彩色信号的相应电平，在不影响色调和饱和成份的前提下产生被压缩的三个主彩色信号；和当所述一个被压缩的主彩色信号的最大电平超过了一个预定阈值电平时，在不影响色调成份和亮度电平的前提下将至少一个被压缩的主彩色信号的最大电平调节到与所述预定阈值电平基本相符。
52.一种用于转换彩色视频信号层次的方法，其中包括色调和饱和成份，所述彩色视频信号是由三个主彩色信号表示的，所述方法包括如下步骤在不影响色调和饱和成份的前提下使用一个压缩速率转换三个主彩色信号的层次，以产生层次转换后的三个主彩色信号；和当所述一个层次转换后的主彩色信号的最大电平超过一个预定阈值电平时，在不影响色调和电平的前提下将至少一个层次转换后的主彩色信号的最大电平调节得与所述预定阈值电平基本相符。
53.一种用于通过转换输入视频信号的层次产生输出视频信号的摄像机，包括累积频率分布检测装置，用于检测输入视频信号的累积频率分布；第一转换数据产生装置，用于产生根据所述累积频率分布而将输入视频信号的电平转换成输出视频信号的第一转换数据；第二转换数据产生装置，用于通过调节所述第一转换数据产生第二转换数据，其中，所述第二转换数据是通过使利用第一转换数据转换的输出视频信号电平基本上等于输入视频信号电平而获得的；和电平转换装置，用于使用第二转换数据将输入视频信号电平转换成输出视频信号电平。
54.根据权利要求53的装置，其中，所述输出视频信号包括多个高亮度成份，并且还包括一个高亮度压缩装置，用于压缩由所述电平转换装置输出的高亮度成份。
55.根据权利要求53的装置，其中，所述输入视频信号包括至少第一和第二视频部分和一个垂直消隐间隔；和其中，在第一视频部分期间检测所述累积频率分布，并在垂直消隐间隔期间根据在第一视频部分之前的第二视频部分期间检测到的累积频率分布产生第一和第二转换数据。
56.根据权利要求53的装置，其中，输入视频信号包括多个视频部分和至少一个垂直消隐间隔；和其中，在所述垂直消隐间隔期间根据在所述多个视频部分期间检测到的多个累积频率分布产生第一和第二转换数据。
57.一种用于通过转换输入视频信号的层次获得输出视频信号来对视频信号进行处理的视频信号处理器，包括累积频率分布检测装置，用于检测输入视频信号的累积频率分布；第一转换数据产生装置，用于产生第一转换数据，该数据用于根据所述累积频率分布将输入视频信号的电平转换成输出视频信号的电平；第二转换数据产生装置，用于通过调节第一转换数据产生第二转换数据，其中，所述第二转换数据是通过使利用第一转换数据转换的输出视频信号电平等于输入视频信号电平获得的；和电平转换装置，用于使用第二转换数据将输入视频信号电平转换成输出视频信号电平。
58.根据权利要求57的装置，其中，所述输出视频信号包括多个高亮度成份，还包括一个高亮度压缩装置，用于压缩从所述电平转换装置中输出的高亮度成份。
59.根据权利要求57的装置，其中，所述输入视频信号包括至少第一和第二视频部分和一个垂直消隐间隔；和其中在第一视频部分期间检测累积频率分布，和所述第一和第二转换数据是在垂直消隐间隔期间内根据在超前于第一视频部分的第二视频部分期间内检测的累积频率分布产生的。
60.根据权利要求57的装置，其中，所述输入视频信号包括多个视频部分和至少一个垂直消隐间隔；和其中，所述第一和第二转换数据是在垂直消隐间隔期间根据在多个视频部分期间检测的多个累积频率分布产生的。
61.一种用于通过转换包括高数据发生周期和低数据发生周期的输入视频信号的层次产生输出视频信号的摄像机，包括检测装置，用于检测在高数据发生周期期间内的输入视频信号的信号电平分布数据，并用于根据所述的信号电平分布数据检测一个转换数据，该转换数据用于在低数据发生周期期间内转换输入视频信号的层次；控制装置，用于根据输入视频信号控制所述的检测装置；存储装置，用于至少存储信号电平分布数据和转换数据；和层次转换装置，用于根据转换数据转换输入视频信号的层次。
62.根据权利要求61的装置，其中，所述控制装置使所述检测装置能够响应正存储在所述存储装置中的信号电平分布数据检测转换数据。
63.根据权利要求62的装置，其中，运行所述转换数据以禁止针对输入视频信号的预定电平进行层次转换。
64.根据权利要求62的装置，其中，所述输入视频信号包括一个黑电平码，和运行所述转换数据，以禁止针对所述黑电平码执行层次转换。
65.一种用于通过转换输入视频信号的层次对视频信号进行处理以便获得输出视频信号的视频信号处理器，所述输入视频信号包括高数据发生周期和低数据发生周期，所述处理器包括检测装置，用于检测在高数据发生周期期间内输入视频信号的信号电平分布数据，并用于根据该信号电平分布数据检测一个转换数据，所述转换数据用于在低数据发生周期期间内转换输入视频信号的层次；控制装置，用于根据输入视频信号控制所述检测装置；存储装置，用于至少存储信号电平分布数据和转换数据；和层次转换装置，用于根据转换数据转换输入视频信号的层次。
66.根据权利要求65的装置，所述控制装置使所述检测装置能够响应正存储在所述存储装置中的信号电平分布数据检测所述转换数据。
67.根据权利要求66的装置，其中，运行所述转换数据，以禁止针对输入视频信号的预定电平执行层次转换。
68.根据权利要求66的装置，其中，所述输入视频信号包括一个黑电平码，和运行所述转换数据，以禁止针对该黑电平码的层次转换。
69.一种用于转换输入视频信号层次以获得输出视频信号的方法，所述输入视频信号包括高数据发生周期和低数据发生周期，所述方法包括如下步骤检测输入视频信号的累积频率分布；根据所述累积频率分布产生第一转换数据，该数据用于将输入视频信号的电平转换成输出视频信号的电平；通过调节第一转换数据产生第二转换数据，其中，所述第二转换数据是通过使利用第一转换数据转换的输出视频信号电平基本等于输入视频信号电平获得的；和使用第二转换数据将输入视频信号电平转换成输出视频信号电平。
全文摘要
对彩色视频信号执行电平压缩和/或层次转换而不改变由该彩色视频信号表示的图像色调。通过将红、绿、蓝主彩色信号乘以亮度增益执行弯曲压缩和/或层次转换，同时色调和饱和不受影响。如果任一主彩色信号的电平仍然超过预定阈值电平，使用由控制器提供的饱和增益和亮度信号执行饱和转换。在饱和转换操作中，红、绿、蓝主彩色信号中至少一个的最大电平被调节成基本与所述预定阈值相符，同时，由彩色视频信号表示的图像的色调和亮度保持不变。
文档编号G06T5/40GK1168596SQ9711341
公开日1997年12月24日 申请日期1997年4月12日 优先权日1996年4月12日
发明者龟山隆 申请人:索尼公司