专利名称：一种基于浮动像素的数字半调视频处理系统及其方法
技术领域：
本发明涉及数字图像尤其是彩色图像处理技术领域，尤其涉及一种基于浮动像素的数字半调视频处理系统及其方法。
背景技术：
半调技术(Halftoning)是把连续色调、多级灰度的彩色图像,转换为只有二级灰度的黑白图像，转换后的黑白图像能较为准确的表达彩色图像，最大程度上保留彩色图像的各种细节。它起源于19世纪，伴随着印刷技术的发展，半调技术应运而生。半调图像是一幅由黑点和白点组成的二值图像。黑点的疏密程度表示我们看到的图像灰度的高低。根据这种二值表示方法和人眼视觉低通特性，解决了如何在纸面上呈现连续色调灰度图像的问题。
随着计算机技术的迅猛发展，数字半调技术(Digital Halftoning)开始逐渐取代模拟半调技术成为主流。它利用数学、计算机等工具，以人眼视觉系统(Human Visual System)和图像成像特性为基础，把连续色调的图像编码转换成二值图像技术，即生成一幅二值编码的图像，使之看起来和连续色调的图像具有相同的效果。
数字半调技术在最近20多年得到了广泛的发展，出现了各种算法，包括抖动法 (Dithering)、误差扩散法(Error Diffusion)、点扩散法(Dot Diffusion)、蓝噪声掩模板法(Blue Noise Masks)、绿噪声半调法(Green Noise Halftoning)、直接二元搜索法 (Direct Binary Search)等。现在,这些算法使数字半调技术广泛运用于印刷和出版业、显示行业、图像压缩和传输领域、医学领域等行业中。
常见的抖动算法中，使用的抖动模板都是固定的。因此在处理图像时，在每帧的相同位置使用同一模板进行处理，使得在一帧图像中，任意抖动模板大小的图像区域内会有抖动模板的痕迹。经过多帧画面叠加后，使得输出图像的亮度发生变化，在任意抖动模板区域内呈现规律性变化，具有明显的模板处理过的痕迹，这样会使输出图像在一定区域内产生相邻像素相关性上的失真，并在图像上产生块状效应。
发明内容
本发明的目的就在于减少在相邻像素区域内产生的相关性失真，提供一种带有浮动像素的数字半调视频处理系统和方法，通过每处理完一帧图像后，浮动像素的位置发生变化，改变抖动模板，使处理相邻帧图像的抖动模板发生变化。经过图像叠加后，减少相邻图像间的线性失真，去除图像处理过程的块状效应，最大程度的保留原始图像信息。
本发明所采用的技术方案是一、一种基于浮动像素的数字半调视频处理系统(简称系统)本系统包括CXD传感器、模数信号转换芯片、FPGA图像处理单元、显示设备；其连接关系是(XD传感器、模数信号转换芯片、FPGA图像处理单元、显示设备依次连接。
工作原理CCD传感器获取外部图像信号；模数信号转换芯片将模拟信号转换成数字信号并提供图像处理所需要的行、场同步信号；FPGA图像处理单元在接收到数字信号和行、场同步信号后对输入数据进行处理，将输入数据的低位数据与抖动模块中相应的数值进行比较，得到该像素高位数据的修正信息，并对高位数据进行处理，将处理后的数据输出到显示设备中。FPGA图像处理单元每处理完一帧图像后，改变抖动模块中浮动像素的位置，使该抖动模板用于处理下一帧图像数据。
二、一种基于浮动像素的数字半调视频处理方法(简称方法)本方法包括下列步骤①接收行、场同步信号并对输入数据进行处理；②生成处理一帧图像区块的抖动模板；③根据所生成的抖动模板对输入图像的低位数据进行处理；④分为A、B两路A、处理完一帧图像后，抖动像素变换位置，形成新的抖动模板，准备处理下帧图像区块的数据；再将新生成的抖动模板跳转到步骤③；B、将已处理完的图像区块修正信息反馈到该图像区块，并对高位数据进行修正； 再输出已处理的图像数据。
本发明具有下列优点和积极效果1、通过改变抖动模板中浮动像素的位置降低相邻帧图像之间的线性相关性失真，经过图像叠加后，去除图像处理过程的块状效应。
2、本发明适用于各种数字视频压缩和色彩增强处理领域。
图1是本系统的结构方框图；图中10— CXD传感器；20—模数信号转换芯片；30—FPGA图像处理单元，31—输入数据处理模块，32—系统控制模块，33—带浮动像素的抖动模板模块，34 —图像数据比较模块，35—图像信息修正模块；`40—显不设备；图2是本方法的工作流程图；图3是抖动矩阵中浮动像素变化示意图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例详细说明一、系统1、总体如图1，本系统包括CXD传感器10、模数信号转换芯片20、FPGA图像处理单元30、显示设备40 ；其连接关系是(XD传感器10、模数信号转换芯片20、FPGA图像处理单元30和显示设备40依次连接。
2、功能部件1)CCD传感器10CXD传感器10选用Kodak的KA1-02150或其他能完成此功能的器件；2)模数信号转换芯片20模数信号转换芯片20选用ADI的AD9920A或其他能完成此功能的芯片；3)FPGA图像处理单元30FPGA图像处理单元30是整个系统的逻辑控制和视频处理部分；(I)FPGA图像处理单元30的硬件配置FPGA图像处理单元30硬件可选用Xilinx公司的Spartan6_XC6SLX45或能实现此功能的其它装置。
(2) FPGA图像处理单元30如图1，FPGA图像处理单元30包括输入数据处理模块31、系统控制模块32、带浮动像素的抖动模板模块33、图像数据比较模块34和图像信息修正模块35 ；其交互关系是系统控制模块32控制FPGA图像处理单元30中的其它4个模块的工作状态；输入数据处理模块31将处理完的高位数据输出到图像信息修正模块35，将低位数据输出到图像数据比较模块34 ;带浮动像素的抖动模板模块33将生成的抖动模板输出到图像数据比较模块34 ;图像数据比较模块34将像素比较后得出图像修正信息输出到图像信息修正模块35 ； 图像信息修正模块35将修正后的图像数据输出到显示设备40。
①输入数据处理模块31对模数信号转换芯片20输入的数据进行处理和存储，并将数据分为高位数据和低位数据；②系统控制模块32对模数信号转换芯片20输入的行、场同步信号来判断当前输入数据在一帧图像中的位置，并对整个FPGA图像处理单元30的内部模块的操作进行控制；③带浮动像素的抖动模板模块33根据系统控制模块32输入的当前`帧的状态，带浮动像素的抖动模板模块33输出相应位置的浮动模板值，并在完成一帧图像处理变换抖动像素的位置，生成新的抖动模板；④图像数据比较模块34将带浮动像素的抖动模板模块33输出值模板像素值与相应图像低位数据进行比较， 得到图像修正信息；⑤图像信息修正模块35根据图像数据比较模块34输出的图像修正信息，对输入数据处理模块31输出的相应位置的图像高位数据进行修正，并将修正后数据输出到显示设备40。
4)显示设备40显示设备40选用市面上通用的显示设备,如LE1902X。
二、方法如图2，本方法实现步骤如下①接收行、场同步信号并对输入数据进行处理一 I在外部场同步、行同步信号的控制下，当场同步信号(VD)和行同步信号(HD)同时有效时，输入的数据作为处于有效状态并对输入数据进行处理；将输入的有效数据分两部分，一部分作为待处理信号(有效数据的高位)保存在系统中，一部分作为待比较信号(有效数据的低位)输入到图像比较模块。
②生成处理一帧图像区块的抖动模板一 2根据待比较信号的位宽产生对应大小的抖动模板；若待比较数据的位宽为2bit，则需要产生一个2X2的矩阵；若待比较数据的位宽为3bit，则需要产生一个3X3的矩阵，以此类推；同时，设置抖动模板中的浮动像素，选择抖动矩阵中较为接近抖动模板中像素均值的一个或多个像素作为浮动像素；若是一个2X2的矩阵，浮动像素可以是I或2 ;若是一个 3X3的矩阵，浮动像素可以是3、4、5三个值中的一个或多个值。
③根据所生成的抖动模板对输入图像的低位数据进行处理一 3将生成的抖动模板进行贴瓷砖处理,这样抖动模板的分辨率和输入图像分辨率相同； 将待比较数据与相应位置的抖动模板中的值相比较，若待比较数据小于抖动矩阵中相对应像素位置的值，则比较结果为O ;若待比较数据大于或等于抖动矩阵中相对应像素位置的值，则比较结果为I ;同时，将得到的比较结果输出。
④分为A、B两路A、处理完一帧图像后，抖动像素变换位置，形成新的抖动模板，准备处理下帧图像区块的数据一 4在比较完抖动矩阵大小的一帧图像区块后，抖动矩阵中浮动像素位置发送变化；浮动像素与其相邻的像素交换位置；在同一个图像处理系统中，浮动像素变化的方向要保值一致；浮动像素变换位置的方向可按照顺时针方向或逆时针方向；浮动像素的变换位置后的抖动模板则用于下一帧图像区块的处理；图3则展示了 2bit抖动矩阵中，抖动值为2的像素作为浮动像素，在顺时针方向上和相邻像素交换位置后抖动模板变化的示意图；再将新生成的抖动模板跳转到步骤③；B、将已处理完的图像区块修正信息反馈到该图像区块，并对高位数据进行修正一5 在图像修正过程中，将待修正数据与相对应的图像修正信息进行处理；当图像 修正信息为O时，表示待修正的数据所包含的图像信息能正确反映原图像信息，图像色彩不需要进行增强处理；当图像修正信息为I时，表示待修正的数据所包含的图像信息不能正确反映原图像信息，图像色彩需要进行增强处理；在图像修正信息为I时，使待修正数据的灰度值提高I个灰度；再输出已处理的图像数据一6。
权利要求
1.一种基于浮动像素的数字半调视频处理系统，包括CXD传感器(10)、模数信号转换芯片(20)和显示设备(40);其特征在于 设置有FPGA图像处理单元(30)； CXD传感器(10)、模数信号转换芯片(20)、FPGA图像处理单元(30)和显示设备(40)依次连接； 所述的图像处理单元(30)包括输入数据处理模块(31)、系统控制模块(32)、带浮动像素的抖动模板模块(33)、图像数据比较模块(34)和图像信息修正模块(35)； 其交互关系是 系统控制模块(32)控制FPGA图像处理单元(30)中的其它4个模块的工作状态；输入数据处理模块(31)将处理完的高位数据输出到图像信息修正模块(35)，将低位数据输出到图像数据比较模块(34);带浮动像素的抖动模板模块(33)将生成的抖动模板输出到图像数据比较模块(34);图像数据比较模块(34)将像素比较后得出图像修正信息输出到图像信息修正模块(35 );图像信息修正模块(35 )将修正后的图像数据输出到显示设备(40 )。
2.基于权利要求1所述数字半调视频处理系统的数字半调视频处理方法，其特征在于包括下列步骤 ①接收行、场同步信号并对输入数据进行处理(I); ②生成处理一帧图像区块的抖动模板(2)； ③根据所生成的抖动模板对输入图像的低位数据进行处理(3); ④分为A、B两路 A、处理完一帧图像后，抖动像素变换位置，形成新的抖动模板，准备处理下帧图像区块的数据(4)； 再将新生成的抖动模板跳转到步骤③； B、将已处理完的图像区块修正信息反馈到该图像区块，并对高位数据进行修正(5)； 再输出已处理的图像数据(6)。
全文摘要
本发明公开了一种基于浮动像素的数字半调视频处理系统及其方法，涉及数字图像尤其是彩色图像处理技术领域。本系统包括CCD传感器、模数信号转换芯片和显示设备；设置有FPGA图像处理单元；CCD传感器、模数信号转换芯片、FPGA图像处理单元和显示设备依次连接；所述的图像处理单元包括输入数据处理模块、系统控制模块、带浮动像素的抖动模板模块、图像数据比较模块和图像信息修正模块。本发明通过改变抖动模板中浮动像素的位置降低相邻帧图像之间的线性相关性失真，经过图像叠加后，去除图像处理过程的块状效应；适用于各种数字视频压缩和色彩增强处理领域。
文档编号H04N5/367GK103051904SQ20131000378
公开日2013年4月17日 申请日期2013年1月7日 优先权日2013年1月7日
发明者陈若愚 申请人:武汉烽火众智数字技术有限责任公司