专利名称：在多原色显示器上再现彩色的彩色信号处理设备和方法
技术领域：
本发明涉及一种彩色信号处理设备和方法，并具体涉及一种用于对应于输入彩色信号而计算作为多原色显示器(MPD)的驱动信号的控制向量，从而利用四个或更多原色在MPD上再现该输入的标准彩色信号的彩色信号处理设备和方法。
背景技术：
一般来说，例如监视器、扫描仪、打印机等的彩色再现装置根据它们各自的利用区域而采用彼此不同的彩色空间，其中该彩色空间被称作代表某一彩色与其他彩色的关系的方法，也就是说，定义彩色的方法。这样的彩色空间分别包括为用于彩色CTR监视器、计算机图形装置等的RGB彩色空间，用于彩色图像打印装置等的CMY彩色空间，和用于处理色调、饱和度和亮度的装置的HSI彩色空间。而且，存在用于定义能在任何装置中精确再现彩色的装置独立彩色的CIE彩色空间，并且该CIE彩色空间典型包括CIE-XYZ彩色空间、CIE L*a*b彩色空间、CIE L*u*v彩色空间等。
同时，该彩色再现装置根据其使用的彩色空间而具有不同种类的彩色，但一般使用基本的三原色。也就是说，在使用RGB彩色空间的情况下，使用红、绿、蓝彼此混合的三原色，并且在CMY彩色空间的情况下，使用青、洋红、和黄色三原色。
近来，已试图通过利用例如多原色显示器(MDP)的彩色再现装置中的四个或更多原色而展宽色域(color gamut)。该MDP是指利用四个或更多原色而展宽色域的显示系统，也就是说，扩展彩色再现范围超过使用现存三原色的三通道显示系统。为了在该MPD中利用该三原色再现标准彩色信号，需要一种计算控制向量的彩色信号处理装置，该控制向量是与输入彩色信号对应的MPD的驱动信号。
图1是示出了传统彩色信号处理设备的例子的方框图。在图1中，该传统彩色信号处理设备具有彩色信号转换单元10、2D-LUT存储器20、矩阵系数选择单元30、和矩阵处理单元40。
该彩色信号转换单元10在CIE-XYZ彩色空间中将输入彩色信号转换为xy彩色信号。在该2D-LUT存储器20中输入在该彩色信号转换单元10中转换的xy彩色信号。如图2所示，在该2D-LUT存储器20中存储的是与该输入彩色信号的色域范围对应的2D-LUT数据，并且该2D-LUT数据被传送到该矩阵系数选择单元30，并然后计算与该色域对应的矩阵系数。在该矩阵系数选择单元30中计算的矩阵系数被传送到该矩阵处理单元40，并且通过图3所示的向量处理流程而输出与输入彩色信号对应的控制向量CL。这里，在与图4所示的MPD的色域对应的多面体中，图2所示的每一区域对应于能属于当黑点b形成顶点时，排除黑点b的多面体的每一平面的所有色域的边界区域，也就是说，包括当连接四个顶点时形成的平面的角锥体。
然而，存在一个问题，这样的传统方法需要为了对应矩阵系数选择而根据每一系统的特性来预先计算该2D-LUT数据，并且需要2D-LUT存储器来存储该2D-LUT数据。而且，存在一个问题，在计算该2D-LUT数据的处理期间可发生量化误差，并且该2D-LUT存储器必须足够大使得可在对应区域的边界没有误差地选择对应矩阵系数。
发明内容
所以，本发明提供了一种彩色信号处理设备和方法，能精确有效地计算与给定输入彩色信号对应的MPD控制向量，以利用四个或更多原色来再现MDP上的标准彩色信号，而无需使用LUT存储器。
为了实现以上方面，根据本发明示例实施例的控制信号处理设备为了利用至少四个原色在多原色显示器(MPD)上再现输入彩色信号而计算作为对应于输入彩色信号的MPD的驱动信号的控制向量，该设备包括XYZ彩色信号转换单元，用于将该输入彩色信号转换为CIE-XYZ彩色空间的XYZ彩色信号用于输出；并行处理单元，用于基于形成该控制向量的线性控制向量而获得与该CIE-XYZ彩色空间的MPD的色域对应的多面体，将该多面体分为多个角锥体，并基于所述多个角锥体而输出用于计算该控制向量的中间值；限制条件检查单元，用于从计算的中间值中输出满足物理限制条件的有效值，并为计算该有效值的角锥体而输出索引；图案安排单元，用于输出对应于该索引的控制向量的通道信息；和控制向量安排单元，用于基于该通道信息和该有效值而计算该控制向量。此时，前向模型表示如下XYZ=X1X2···XpY1Y2...YpZ1Z2...ZpCL1CL2...CL13]]>其中，(X，Y，Z)表示该XYZ彩色信号，p表示该MPD中的原色的数目，而CLi表示线性控制向量。
该角锥体具有该多面体的每一面作为基准平面，和黑点作为该角锥体的顶点，并且该中间值最好是能关于表示该角锥体的顶点的向量而表示该XYZ彩色信号的值(α，β，γ)。
在本发明的另一个实施例中，该并行处理单元具有与角锥体数目对应的多个处理器，并且每一处理器同时关于对应角的锥体并行计算值(α，β，γ)。而且，该限制条件检查单元最好从中间值中选择满足条件0≤α≤1，0≤β≤1，0≤γ≤1，β≤α和γ≤α的值作为该有效值。
在本发明的另一个实施例中，该彩色信号处理设备还包括线性校正单元，用于将非线性标准RGB彩色信号线性校正为标准RGB彩色信号，并提供该校正的标准RGB彩色信号作为该输入彩色信号，和伽玛校正单元，用于伽玛校正和输出该控制向量。
根据本发明实施例的一种彩色信号处理方法，用于为了利用至少四个原色在多原色显示器(MPD)上再现输入彩色信号而计算作为对应于输入彩色信号的MPD的驱动信号的控制向量，并包括步骤将该输入彩色信号转换为CIE-XYZ彩色空间的XYZ彩色信号用于输出；基于形成该控制向量的线性控制向量而获得与该CIE-XYZ彩色空间的MPD的色域对应的多面体，将该多面体分为多个角锥体，并基于所述多个角锥体而输出用于计算该控制向量的中间值；从计算的中间值中输出满足物理限制条件的有效值，并为计算该有效值的角锥体输出索引；输出对应于该索引的控制向量的通道信息；和基于该通道信息和该有效值而计算该控制向量。此时，前向模型表示如下XYZ=X1X2···XpY1Y2...YpZ1Z2...ZpCL1CL2...CL13]]>
其中，(X，Y，Z)表示该XYZ彩色信号，p表示该MPD中的原色的数目，而CLi表示线性控制向量。
该角锥体具有该多面体的每一面作为基准平面，和黑点作为该角锥体的顶点，并且最好该中间值是能关于表示该角锥体的顶点的向量而表示该XYZ彩色信号的值(α，β，γ)。
在本发明的另一个实施例中，该计算中间值的步骤同时并行计算值(α，β，γ)。而且，该输出索引的步骤最好从中间值中选择满足条件0≤α≤1，0≤β≤1，0≤γ≤1，β≤α和γ≤α的值作为该有效值。
在本发明的另一个实施例中，该彩色信号处理方法还包括用于将非线性标准RGB彩色信号线性校正为标准RGB彩色信号，并提供该校正的标准RGB彩色信号作为该输入彩色信号的步骤，以及伽玛校正和输出该控制向量的步骤。
通过参考以下附图详细描述本发明，相同附图标记表示相同元件，其中图1是示出了传统彩色信号处理设备的示例方框图；图2到图4是用于解释传统彩色信号处理设备的操作的视图；图5是示出了根据本发明实施例的彩色信号处理设备的方框图；图6是用于解释图5的彩色信号处理设备的操作的流程图；图7A到7C是用于解释图5的彩色信号处理设备的操作的视图；和图8和图9是用于解释应用到图5的彩色信号处理设备的图论的视图。
具体实施例方式
下面，将参考附图详细描述本发明的示例非限制性实施例。
图5是根据本发明实施例的彩色信号转换设备的方框图。在图5中，该彩色信号转换设备具有线性校正单元100、XYZ彩色信号转换单元110、并行处理单元120、限制条件检查单元130、图案安排单元140、控制向量安排单元150、和γ校正单元160。
该线性校正单元100将输入的标准非线性RGB彩色信号线性校正为RGB彩色信号。该标准非线性RGB彩色信号涉及符合它们各自的标准规格，即国际电工委员会(IEC)RGB的各种彩色信号，符合HDTV标准ITU-R.BT.709的非线性RGB信号等。该XYZ彩色信号转换单元110将在该线性校正单元100校正和输出的线性RGB彩色信号转换为该CIE-XYZ彩色空间的XYZ彩色信号。
该并行处理单元120包括N个矩阵处理器Q1、Q2、…、和QN，并且所述矩阵处理器Q1-QN同时计算中间值αβγ_1、αβγ_2、…、和αβγ_N用于控制向量计算。该限制条件检查单元130相对于该并行处理单元120中计算的值αβγ_1到αβγ_N而检查物理限制条件，并从值αβγ_1到αβγ_N中输出满足该限制条件的值作为αβγ_Va1信号和Valid_Q信号，该Valid_Q信号是对应矩阵处理器的索引信号。该图案安排单元140将关于该限制条件检查单元130输出的Valid_Q信号、该αβγ_Va1信号对应于控制向量的哪个通道的通道信息传送到该控制向量安排单元150。该控制向量安排单元150参考从该图案安排单元140传送的通道信息，将αβγ_Va1信号分配到对应通道，并计算该控制向量CL。而且，该γ(伽玛)校正单元160执行反向非线性校正，即伽玛校正，以偏移MPD的非线性电-光特性，并输出最终控制向量CML。
图6是用于解释根据本发明实施例的彩色信号转换设备的操作的流程图。以下参考图5和图6描述根据本发明实施例的彩色信号转换设备的操作。首先，该线性校正单元100将输入的标准非线性RGB彩色信号RGBML线性校正为线性RGB彩色信号RGBL(S200)。将由线性校正单元100校正和输出的线性RGB彩色信号RGBL传送到该XYZ彩色信号转换单元110，并转换为该CIE-XYZ彩色空间的XYZ彩色信号XYZ(S210)。
将该XYZ彩色信号转换单元110中转换的XYZ彩色信号传送到该并行处理单元120，并同时计算中间值αβγ_1到αβγ_N，以通过N个矩阵处理器Q1到QN计算控制向量(S220)。
可通过以下处理计算中间值αβγ_1到αβγ_N。也就是说，可在以下公式1表达的线性控制向量CL和pXT矩阵中一般定义具有p个通道的MPD的前向模型(Forward Model)[公式1]XYZ=X1X2···XpY1Y2...YpZ1Z2...ZpCL1CL2...CL13]]>
其中，p表示MPD中原色的数目，即表示线性控制向量CLi的通道数目。
通过所有线性控制向量CLi的结合，可从图7所示这样的前向模型中获得该MPD的3D XYZ色域。图7A示出了例如p＝4的情况。然而，当利用公式1得到与给定XYZ彩色信号对应的控制向量CL时，由于转换矩阵不是方矩阵，所以该转换矩阵不具有逆矩阵。也就是说，对于给定XYZ彩色信号存在多个控制向量。数学上，可通过回归分析或其他方法获得虚拟逆矩阵，但是这么做所获得的值可能超出该物理限制范围，所以该整体XYZ色域中获得的解答不满足所有限制条件。因此，为了获得给定XYZ彩色信号的唯一控制向量，如图7B所示，可考虑将MPD的3D XYZ色域划分为角锥体，每一个角锥体具有作为其底平面的面和作为其顶点的黑点，并然后通过对每一角锥体的向量处理而计算该唯一控制向量。在这种情况下，仍存在问题，在一个MPD的3D XYZ色域中存在多少角锥体，以及对应于每一顶点的控制向量是什么。为了解决这些问题，可如图8和图9所示使用图论。
也就是说，如图8所示，如果一个MPD有五个通道P1、P2、…、和P5，则围绕白点沿顺时针或逆时针方向安排这五个通道P1到P5，如图9所示的具有数字1、2、3、4、5和1的安排的节点。这里，节点中的数字表示每一个具有最大控制值“1”的通道。也就是说，具有值为“1”的节点的情况表示控制值CL＝(1，0，0，0，0)，而具有值为“123”的节点的情况表示控制值CL＝(1，1，1，0，0)。
通过将第一级节点的数目与仅随其前级中的相邻节点数目结合起来可获得下一级的节点中的数字。例如，通过结合“1”和“2”可形成“12”的数字，并且通过结合“2”和“3”可形成“23”的数字。通过这样的处理，这些节点被结合并且分级最高至数字“12345”，即所有五个通道变为“1”的情况下的白，从而完成整个图表。
这些节点表示该MPD的3D XYZ色域中的平面的顶点，并且通过连接相邻四个顶点而形成的面变为该MPD的3D XYZ色域中的平面。因此，如果使用n个原色，则存在总共[n(n-2)+2]个平面顶点和n(n-2)个平面S11到S45。如果该MPD的整个3D XYZ色域被分为多个角锥体，并且黑点被认为是所有角锥体的顶点，则因为包括该黑点，所以排除作为对应于角锥体的底平面的表面的面S11到S14。因此，角锥体的数目总计n(n-2)，排除平面S11到S14。而且，对应于各顶点的XYZ彩色信号值是节点中的对应控制向量，并可利用公式1进行计算。
如果在图7B所示的某一角锥体的区域中存在给定控制向量F＝(X，Y，Z)，则可将给定控制向量表达为以下公式2中的向量[公式2]F＝α·F1+β·(F2-F1)+γ·(F3-F1)F＝(X，Y，Z)Fi＝(Xi，Yi，Zi)这里，如图9所示，根据对应角锥体，F2-F1和F3-F1每一个仅具有F1至F5中的一个值，即该MPD的基本原色向量之一。而且，公式2从该底平面的四个顶点中选择除了顶点F4的三个特定顶点，但是当选择包括顶点F4的两个任意顶点时可获得相同结果。
而且，当对于α、β、和γ而开发公式3中的三个线性公式时，可获得公式3。
α=X31Y21Z-X21Y31Z-X31YZ21+XY31Z21+X21YZ31-XY21Z31-X31Y21Z1+X21Y31Z1+X31Y1Z21-X1Y31Z21-X21Y1Z31+X1Y21Z31]]>β=-X31Y1Z+X1Y31Z+X31YZ1-XY31Z1-X1YZ31+XY1Z31-X31Y21Z1+X21Y31Z1+X31Y1Z21-Z1Y31Z21-X21Y1Z31+X1Y21Z31]]>γ=-X21Y1Z+X1Y21Z+X21YZ1-XY21Z1-X1YZ21+XY1Z21X31Y21Z1-X21Y31Z1-X31Y1Z21+X1Y31Z21+X21Y1Z31-X1Y21Z31]]>在从公式3中计算的α、β、和γ值而获得实际控制向量CL＝(CL1，CL2，…，CLp)的情况下，需要与向量F1到F3对应的向量值，并可通过公式1的前向模型预先计算这些向量值。
例如，如果F1是CF1＝(1，0，0，0，0)的值，F2是CF2＝(1，1，0，0，0)的值，F3是CF3＝(1，0，0，0，1)的值，并且黑点B是CFB＝(0，0，0，0，0)的值，则由CFB和CF1判定影响向量F1的标量数量的控制向量，使得α变为CL1的标量数量、β变为CL2的标量数量、γ变为CL5的标量数量，并且其他分量作为0来处理。因此，给定XYZ彩色信号向量的控制向量值变得等于CL＝(α，β，0，0，γ)。
在α的情况下，根据对应节点F1而表示各种通道值。例如，将图9中连接平面S42和平面S42的角锥体表示为CL＝(γ，β，α，α，α)。通过这样的处理，该并行矩阵处理单元120获得(α，β，γ)的总计N＝p(p-2)，即αβγ_1到αβγ_N。
该限制条件检查单元130检查在该并行处理单元120中计算的αβγ_1到αβγ_N的限制条件，并计算Valid_Q和αβγ_Va1(S230)。此时，该第一限制条件是(α，β，γ)可能具有的物理范围，由以下的公式4表达[公式4]0≤α≤1，0≤β≤1，0≤γ≤1然而，由于存在仅满足公式4的条件的一种或多种情况，所以需要附加条件来找到角锥体内部存在的控制向量。在角锥体内存在基于计算的(α，β，γ)的每一分量向量(αF1，(F2-F1)，(F3-F1))的条件应满足图7C所示的比例表达的条件。也就是说，可从β*(F2-F1)≤Lmax的条件获得以下公式5的条件。
β≤α和γ≤α一般来说，仅存在满足公式4和公式5的所有条件的(α，β，γ)的一个解答。即使如果输入控制向量XYZ位于角锥体的边界面上而给定最多四个解答，所有(α，β，γ)的值相同，从而可选择任何值。
该Valid_Q是在限制条件检查单元130中计算的角锥体索引信息，并被传送到图案安排单元150，而αβγ_Va1被传送到该控制向量安排单元150。该图案安排单元140具有关于Valid_Q信号属于各控制向量的哪一个通道的通道信息，并将该通道信息提供到该控制向量安排单元150。该控制向量安排单元150将αβγ_Va1指定到对应通道，并计算该控制向量CL(S240)。
该伽玛校正单元160接收在该控制向量安排单元150中计算的线性控制向量CL，考虑到该MPD具有的各实际通道的电光特性而执行伽玛校正，并最终输出非线性控制向量CNL(S250)。通过以上处理，可计算与输入XYZ彩色信号对应的MPD的控制向量，并利用所计算的非线性控制向量CNL而显示输入到该MPD的彩色信号。
如上所述，本发明可计算作为与输入彩色信号对应的MPD的驱动信号的控制向量，使得可利用四个或更多原色而在MPD上再现该输入彩色信号。而且，根据本发明的彩色信号处理设备不需要与传统彩色信号处理设备不同的LUT存储器，并降低了在边界面上发生误差的可能性。
尽管已描述了本发明的示例实施例，但本领域普通技术人员应明白本发明不限于所描述的示例实施例，在所附权利要求定义的本发明的精神和范围内可做出各种改变和更改。
权利要求
1.一种彩色信号处理设备，用于为了利用至少四个原色在多原色显示器(MPD)上再现输入彩色信号而计算控制向量，所述控制向量是对应于输入彩色信号的MPD的驱动信号，该设备包括XYZ彩色信号转换单元，用于将该输入彩色信号转换为CIE-XYZ彩色空间的XYZ彩色信号用于输出；并行处理单元，用于基于MPD前向模型而获得与该CIE-XYZ彩色空间的MPD的色域对应的多面体，将该多面体分为多个角锥体，并基于所述多个角锥体而输出用于计算该控制向量的中间值；限制条件检查单元，用于从计算的中间值中输出满足物理限制条件的有效值，并为计算该有效值的角锥体而输出索引；图案安排单元，用于输出对应于该索引的控制向量的通道信息；和控制向量安排单元，用于基于该通道信息和该有效值而计算该控制向量。
2.根据权利要求1的彩色信号处理设备，其中该前向模型表示如下XYZ=X1X2...XpY1Y2...YpZ1Z2...ZpCL1CL2...CL13]]>其中，(X，Y，Z)表示该XYZ彩色信号，p表示该MPD中的原色的数目，而CLi表示线性控制向量。
3.根据权利要求2的彩色信号处理设备，其中该角锥体具有该多面体的每一面作为底平面，和黑点作为该角锥体的顶点。
4.根据权利要求3的彩色信号处理设备，其中该中间值是关于表示该角锥体的顶点的向量能够表示该XYZ彩色信号的(α，β，γ)的值。
5.根据权利要求4的彩色信号处理设备，其中该并行处理单元具有与角锥体数目对应的多个处理器，并且每一处理器关于对应角锥体同时并行计算(α，β，γ)的值。
6.根据权利要求5的彩色信号处理设备，其中该限制条件检查单元从中间值中选择满足条件0≤α≤1，0≤β≤1，0≤γ≤1，β≤α和γ≤α的值作为该有效值。
7.根据权利要求1的彩色信号处理设备，还包括线性校正单元，用于将非线性标准RGB彩色信号线性校正为标准RGB彩色信号，并提供该校正的标准RGB彩色信号作为该输入彩色信号。
8.根据权利要求1的彩色信号处理设备，还包括伽玛校正单元，用于伽玛校正和输出该控制向量。
9.一种彩色信号处理方法，用于为了利用至少四个原色在多原色显示器(MPD)上再现输入彩色信号而计算控制向量，所述控制向量是对应于输入彩色信号的MPD的驱动信号，该方法包括步骤将该输入彩色信号转换为CIE-XYZ彩色空间的XYZ彩色信号用于输出；基于MPD前向模型而获得与该CIE-XYZ彩色空间的MPD的色域对应的多面体，将该多面体分为多个角锥体，并基于所述多个角锥体而输出用于计算该控制向量的中间值；从计算的中间值中输出满足物理限制条件的有效值，并为计算该有效值的角锥体而输出索引；输出关于与该索引对应的控制向量的通道信息；和基于该通道信息和该有效值而计算该控制向量。
10.根据权利要求9的彩色信号处理方法，其中该前向模型表示如下XYZ=X1X2...XpY1Y2...YpZ1Z2...ZpCL1CL2...CL13]]>其中，(X，Y，Z)表示该XYZ彩色信号，p表示该MPD中的原色的数目，而CLi表示线性控制向量。
11.根据权利要求10的彩色信号处理方法，其中该角锥体具有该多面体的每一面作为底平面，和黑点作为该角锥体的顶点。
12.根据权利要求11的彩色信号处理方法，其中该中间值是关于表示该角锥体的顶点的向量而能够表示该XYZ彩色信号的(α，β，γ)的值。
13.根据权利要求12的彩色信号处理方法，其中该计算中间值的步骤同时并行计算(α，β，γ)的值。
14.根据权利要求13的彩色信号处理方法，其中该输出索引的步骤从中间值中选择满足条件0≤α≤1，0≤β≤1，0≤γ≤1，β≤α和γ≤α的值作为该有效值。
15.根据权利要求9的彩色信号处理方法，还包括如下步骤将非线性标准RGB彩色信号线性校正为标准RGB彩色信号，并提供校正的标准RGB彩色信号作为该输入彩色信号。
16.根据权利要求9的彩色信号处理方法，还包括伽玛校正和输出该控制向量的步骤。
全文摘要
一种彩色信号处理设备和方法，为了利用至少四个原色在多原色显示器(MPD)上再现输入彩色信号，无差错地计算作为对应于输入彩色信号的MPD的驱动信号的控制向量。该彩色信号处理设备包括XYZ彩色信号转换单元；并行处理单元，用于基于MPD前向模型而获得与该CIE－XYZ彩色空间的MPD的色域对应的多面体，将该多面体分为多个角锥体，并基于所述多个角锥体而输出用于计算该控制向量的中间值；限制条件检查单元，用于从计算的中间值中输出满足物理限制条件的有效值，并为计算该有效值的角锥体输出索引；图案安排单元；和控制向量安排单元。
文档编号H04N9/67GK1573909SQ200410043350
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月10日 优先权日2003年6月5日
发明者李相珍, 金文喆 申请人:三星电子株式会社