专利名称：色彩空间转换装置及转换方法
技术领域：
本发明涉及一种色彩空间转换装置及转换方法，尤其是应用于电视系统的一种能够调节图像亮度、对比度、饱和度和色调的色彩空间转换装置和方法。
背景技术：
为了满足用户的需要，电视要有亮度(Brightness)、对比度(Contrast)、饱和度(Saturation)和色调(Hue)的调整功能，由于电视系统收到的信号是YUV(亮度/红色差/蓝色差)格式，而CRT显示设备的输入信号应该为RGB(红/绿/蓝)格式的信号，因此在任何一个电视系统中都要有色彩空间转换模块，用于将YUV信号转换为RGB信号。
在现有电视系统中，对亮度、对比度、饱和度和色调的调整通过对各种调整方法的分析，以理论推导为基础，用一个独立的模块来实现的。如图1所示，为亮度、对比度、饱和度和色调调整原理图，对于接收到的YUV信号，首先将亮度信号Y、红色差信号U和蓝色差信号V分别减去偏置量Y0、U0和Y0，得到Y1、U1和V1，然后将Y1与对比度调整量P1相乘得到Y2，Y2与亮度调整量P2相加得到调整后的亮度信号Y’，Y2与饱和度调整量P3相乘得到Y3，根据由色度调整量P4得到的COS值P5及SIN值P6对减去偏置量的红色差信号U1和蓝色差信号V1进行处理得到U2和V2，U2与Y3相乘得到U3，U3与红色差偏置量U0相加得到调整后的红色差信号U’，U3与V2相乘得到V3，V3与蓝色差偏置量V0相加得到调整后的蓝色差信号V’，从而，亮度、对比度、饱和度及色调的调整要通过大量的加法和乘法运算才能完成，这些运算如果在硬件中实现，势必会占用很大的面积，特别是乘法运算。
在现有电视系统中，信号格式从YUV格式到RGB格式的转换是由色彩空间转换模块实现的。如图2所示，为将信号从YUV格式转换到RGB格式的原理图，图中C1-C9为转换矩阵系数，需要进行色彩空间转换的YUV信号先减去偏置量Y0、U0和Y0，然后与相应转换矩阵系数相乘，之后，将相应分量相加，从而得到RGB信号，该原理图完成的就是矩阵乘法运算，根据转换矩阵将YUV格式信号转换为RGB格式。
在现有电视系统中，亮度、对比度、色调及饱和度调整与色彩空间转换是独立进行的，两个模块的计算量都比较大，用硬件实现时会占用较大的电路面积，使集成电路成本比较高。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种色彩空间转换装置和转换方法，在进行色彩空间转换的同时，完成亮度、对比度、色调及饱和度的调整，从而减小电路实现面积，降低集成电路成本，节省计算时间。
为了实现上述目的，本发明提供了一种色彩空间转换装置，包括一色彩空间转换模块，用于对输入的信号进行色彩空间转换；一转换矩阵计算模块，与所述色彩空间转换模块相连接，用于计算转换矩阵；一参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块相连接，用于计算亮度、对比度、色调或饱和度参数调整量；一检测模块，与所述参数设置模块相连接，用于检测外部输入信号。
在上述技术方案中，所述参数设置模块包括一亮度参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块及检测模块相连接，用于计算亮度参数调整量；一饱和度参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块及检测模块相连接，用于计算饱和度参数调整量；一对比度参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块及检测模块相连接，用于计算对比度参数调整量；以及一色调参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块及检测模块相连接，用于计算色调参数调整量。
本发明还提供了一种色彩空间转换方法，色彩空间转换模块根据其内部存储的转换矩阵和亮度参数调整量对输入的信号进行色彩空间转换，在检测模块检测到需要进行参数调整后，执行以下步骤步骤1、检测模块向参数设置模块输出参数调整信息；步骤2、所述参数设置模块接收到所述参数调整信息后，根据所述参数调整信息计算亮度参数调整量、对比度参数调整量、色调参数调整量或饱和度参数调整量，然后存储并向转换矩阵计算模块输出；步骤3、所述转换矩阵计算模块根据对比度参数调整量、色调参数调整量及饱和度参数调整量计算转换矩阵，并将转换矩阵和亮度参数调整量输出给色彩空间转换模块；步骤4、所述色彩空间转换模块接收所述转换矩阵和亮度参数调整量并存储。
当所述检测模块检测到需要进行亮度参数调整、饱和度参数调整、对比度参数调整或色调参数调整后，向相应的亮度参数设置模块、饱和度参数设置模块、对比度参数设置模块或色调参数设置模块输出参数调整信息；接收到参数调整信息的亮度参数设置模块、饱和度参数设置模块、对比度参数设置模块或色调参数设置模块计算相应参数调整量，然后存储并向转换矩阵计算模块输出。
本发明将亮度、对比度、色调及饱和度的调整合并到色彩空间的转换中，从而可以减少大量的运算，节省大量的硬件资源，大大减少硬件的实现成本并能显著缩短计算时间。
下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
图1为现有电视系统亮度、对比度、饱和度和色调调整原理图。
图2为现有电视系统将信号从YUV格式转换到RGB格式的原理图。
图3为本发明的色彩空间转换装置结构图。
图4为本发明的色彩空间转换方法一具体实施例流程图。
图5为本发明的色彩空间转换装置的参数设置装置结构图。
图6为本发明的色彩空间转换方法另一具体实施例流程图。
具体实施例方式
本发明是将亮度调整、对比度调整、饱和度调整和色调调整与色彩空间转换结合在一起，在对信号进行色彩空间转换的同时，实现亮度、对比度、色调及饱和度的调整。
如图3所示，为本发明的色彩空间转换装置结构图，包括检测模块1、参数设置模块2、转换矩阵计算模块3及色彩空间转换模块4。检测模块1与参数设置模块2相连接；参数设置模块2与转换矩阵计算模块3相连接；转换矩阵计算模块3与色彩空间转换模块4相连接。检测模块1用于检测外部输入信号，并在检测到需要进行参数调整时，向参数设置模块2输出参数调整信息；参数设置模块2用于在接收到检测模块1输出的参数调整信息后，计算亮度、对比度、色调或饱和度参数调整量并向转换矩阵计算模块3输出；转换矩阵计算模块3接收到参数设置模块2输出的参数调整量后，根据对比度、色调或饱和度参数调整量计算转换矩阵，并向色彩空间转换模块4输出转换矩阵和亮度调参数整量；色彩空间转换模块4根据接收到的转换矩阵和亮度参数调整量对输入的信号进行色彩空间转换。
转换矩阵计算模块3根据接收到的参数调整量计算转换矩阵C′的公式如下C′=α·c1c1c2c4S(c5cosθ-c6sinθ)S(c5cosθ+c6sinθ)c7S(s8cosθ-c9sinθ)S(c8cosθ+c9sinθ)---(1)]]>
其中，α为对比度调整量，c1-c9为不考虑参数调整时的色彩空间转换矩阵系数，S为饱和度调整量，θ为色调调整量。
色彩空间转换模块4根据接收到的转换矩阵C′和亮度参数调整量Δ对将YUV信号转换为RGB信号的公式如下RGB=C′Y+ΔUV---(2)]]>公式(1)和公式(2)的推导如下当RGB的取值范围为
时，从RGB空间到YUV空间的转换公式为R=Y+1.14VG=Y-0.39U-0.58VB=Y+2.03U---(3)]]>从YUV空间到RGB空间的转换公式为Y=0.299R+0.587G+0.114BU=-0.147R-0.289G+0.436BV=0.615R-0.515G-0.100B---(4)]]>假定在RGB色彩空间的原信号为(R，G，B)，在YUV色彩空间的原信号为(Y，U，V)，则在这两个色彩空间的亮度、对比度、饱和度以及色调的调整方法为1)亮度调整在RGB色彩空间中，亮度的调整是将每个分量都加上调整量，设调整量为Δ，则亮度调整后的信号为R1G1B1=RGR+Δ111---(5)]]>由公式(4)可知，在YUV色彩空间中，亮度调整是将亮度分量Y加上亮度调整量，而色差分量U和V不变，从而亮度调整后的信号为Y1U1V1=YUVΔ00---(6)]]>2)对比度调整在RGB色彩空间中，对比度的调整是通过将每一分量都乘以调整系数来实现的，设调整系数为α，则对比度调整后的信号为R2G2R2=αRGR---(7)]]>由公式(4)可知，在YUV色彩空间中，对比度的调整是将各个分量乘以调整参数α，则对比度调整后的信号为Y2U2V2=α000α000αYUV=αYUV=H2YUV---(8)]]>3)饱和度调整饱和度的调整一般是在YUV空间上进行的饱和度调整是通过将色差分量U和V乘以一个调整系数来实现的，设调整系数为S，则饱和度调整后的信号为Y′′′U′′′V′′′=1000S000SYUV=H3YUV---(9)]]>4)色调调整色调的调整一般是在YUV空间上进行的U′′′V′′′=cosθsinθ-sinθcosθUV---(10)]]>改写成下面的格式
YU′′′V′′′=1000cosθsinθ0-sinθcosθYUV=H4YUV---(11)]]>当θ＝0°时，上式中的转换矩阵等于单位矩阵，即不进行色调的调整。
综合考虑上述的各个步骤，可以将YUV色彩空间的亮度、对比度、色调和饱和度的调整用下面的公式来表示YUV=H2H3H4(YUV+Δ00)---(12)]]>设从YUV色彩空间到RGB色彩空间的转换矩阵C为C=C1C2C3C4C5C6C7C8C9---(13)]]>则带有亮度、对比度、饱和度和色调调整的彩色空间转换矩阵可以表示为RGB=c1c2c3c4c5c6c6c7c8H2H3H4Y+ΔUV]]>=c1c2c3c4c5c6c7c8c9(α·1000ScosθSsinθ0-SsinθScosθY+ΔUV)]]>=α·c1c2c3c4S(c5cosθ-c6sinθ)S(c5sinθ+c6cosθ)c7S(c8sinθ-c9cosθ)S(c8cosθ+c9sinθ)Y+ΔUV]]>=C′Y+ΔUV]]>在正常情况下，Δ＝0，对应于亮度调节量为0；α＝1，对应于对比度调节量为0；S＝1，对应于饱和度调节量为0；θ＝0，即cosθ＝1，sinθ＝0，对应于色调调节量为0度。通过修改参数调整量，重新计算色彩空间的转换矩阵C′，即可实现相应参量的调节。
上述技术方案，通过将色彩空间转换，与亮度、对比度、色调及饱和度的调整结合在一起，可以减少大量的运算，减小电路实现面积，节省大量的硬件资源，大大减少硬件的实现成本并能显著缩短计算时间。
通常在利用电视机的遥控器或者控制按钮调整这些参数时，有足够的时间让转换矩阵计算模块计算转换矩阵C′中的9个系数，然后重新设置色彩空间转换模块的转换矩阵，即可实现上述参量的调节。当利用外部的CPU计算C′时，可以通过配置端口将转换矩阵和亮度调节参数写入色彩空间转换模块。
如图4所示，为本发明的色彩空间转换方法一具体实施例流程图，色彩空间转换模块根据其内部存储的转换矩阵和亮度参数调整量对输入的信号进行色彩空间转换，当检测模块检测到需要进行参数调整后，执行如下步骤步骤101、检测模块检测到需要进行参数调整后，向参数设置模块输出参数调整信息；用户一般是通过遥控器或电视机上的按钮调整电视机或投影仪等设备的亮度、对比度、饱和度及色调参数，检测模块检测到需要调整这些参数时，就向参数设置模块输出参数调整信息，例如，用户通过遥控器调节电视机的对比度，则检测模块检测到以后，向参数设置模块输出表明要进行对比度调整的信息，并且该信息中还包括用户的期望调整量。
步骤102、参数设置模块接收到所述参数调整信息后，根据参数调整信息计算亮度参数调整量Δ、对比度参数调整量α、色调参数调整量θ或饱和度参数调整量S，然后向转换矩阵计算模块输出亮度参数调整量Δ、对比度参数调整量α、色调参数调整量θ及饱和度参数调整量S；参数模块根据接收到的参数调整信息计算相应的参数调整量，例如，参数模块接收到包含有“进行对比度调整”及用户期望调整量的信息后，根据该信息计算对比度调整量，然后将计算出的调整量输出给转换矩阵计算模块。
步骤103、转换矩阵计算模块根据参数调整量及公式(1)计算转换矩阵C′，并将C′和亮度参数调节量Δ输出给色彩空间转换模块；步骤104、色彩空间转换模块接收并存储转换矩阵C′及亮度参数调节量Δ。
检测模块一直在检测是否需要对饱和度调整、对比度调整、色调调整及亮度调整参量进行调整，若检测到需要对某一参量进行调整，则执行步骤101，进入计算更新转换矩阵和亮度调节量的过程，在更新了色彩空间转换模块中的转换矩阵后，色彩空间转换模块根据新的转换矩阵和亮度调节量进行信号的色彩空间转换。
上述技术方案实现了，在对信号进行色彩空间转换的同时，完成对信号的亮度、对比度、色调及饱和度的调整，从而可以减少大量的运算并能显著缩短计算时间。
考虑到参数设置模块要完成亮度参数、对比度参数调整、饱和度参数及色调参数的调整量计算，因此，如图5所示，参数设置模块2可包括与检测模块1及转换矩阵计算模块3相连接的用于计算亮度参数调整量的亮度参数设置模块21、用于计算饱和度参数调整量的饱和度参数设置模块22、用于计算对比度参数调整量的对比度参数设置模块23及用于计算色调参数调整量的色调参数设置模块24。检测模块1检测到需要调整哪个参数后，就向相应的参数设置模块输出参数调整信号，相应的参数设置模块接收到参数调整信号后计算参数，然后存储并输出到转换矩阵计算模块3。模块化的构造，便于对参数设置方法的修改和更新，也便于加入新的参数设置模块。
如图6所示，为本发明的色彩空间转换方法另一具体实施例流程图。在本实施例中，检测模块依次循环检测是否进行饱和度调整、对比度调整、色调调整及亮度调整，若检测到需要对某一参量进行调整，则转入相应的参数设置步骤，计算参数调整量后，计算新的转换矩阵，并输出到色彩空间变换模块。本实施例，包括如下步骤
步骤201、检测模块检测是否需要进行饱和度调整，若是，执行步骤202，否则执行步骤203；步骤202、饱和度参数设置模块设置饱和度参数调整量S，并输出到转换矩阵计算模块，执行步骤210；步骤203、检测模块检测是否需要进行对比度调整，若是，执行步骤204，否则，执行步骤205；步骤204、对比度参数设置模块设置对比度参数调整量α，并输出到转换矩阵计算模块，执行步骤210；步骤205、检测模块检测是否需要进行色调调整，若是，执行步骤206；否则，执行步骤208；步骤206、色调参数设置模块设置色调参数调整量θ；步骤207、色调参数设置模块根据色调调整量查表求得sinθ和cosθ，并输出到转换矩阵计算模块；步骤208、检测模块检测是否需要进行亮度调整，若是，执行步骤209，否则，执行步骤201；步骤209、亮度参数设置模块设置亮度参数调整量Δ，并输出到转换矩阵计算模块，执行步骤211；亮度参数调整量Δ与转换矩阵C′无关，因此，当用户调整亮度时，不需重新计算转换矩阵，而可直接由转换矩阵计算模块，将亮度参数调整量Δ转发给色彩空间变换模块。
步骤210、转换矩阵计算模块根据参数调整量及公式(1)计算转换矩阵C′；转换矩阵C′的系数只与饱和度参数调整量S，对比度参数调整量α及色调参数调整量θ有关，因此只有用户对这三个参量进行调解时，转换矩阵计算模块才重新计算转换系数。
步骤211、转换矩阵计算模块将转换矩阵C′和亮度参数调整量Δ输出到色彩空间变换模块，色彩空间转换模块接收并存储转换矩阵C′和亮度参数调整量Δ，执行步骤201。
检测模块一直在检测是否需要对饱和度参数、对比度参数、色调参数及亮度参数进行调整，若检测到需要对某一参数进行调整，则进入更新转换矩阵和亮度参数调节量的过程。
色彩空间转换模块在此过程中，一直在根据内部存储的转换矩阵，对接收到的信号进行色彩空间转换，在接收到新的转换矩阵或亮度参数调节量后，色彩空间转换模块存储该转换矩阵或亮度参数调节量，并根据更新后的转换矩阵和亮度调节量进行信号的色彩空间转换。
上述技术方案实现了，在对信号进行色彩空间转换的同时，完成对信号的亮度、对比度、色调及饱和度的调整，转换矩阵计算模块只有在用户对饱和度参数调节量S，对比度参数调节量α或色调参数调节量θ进行调整时，才重新计算转换矩阵，从而可以减少大量的运算并能显著缩短计算时间。
最后应当说明的是以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解，依然可以对本发明的具体实施方式
进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
权利要求
1.一种色彩空间转换装置，其中包括一色彩空间转换模块，用于对输入的信号进行色彩空间转换；一转换矩阵计算模块，与所述色彩空间转换模块相连接，用于计算转换矩阵；一参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块相连接，用于计算亮度、对比度、色调或饱和度参数调整量；以及一检测模块，与所述参数设置模块相连接，用于检测外部输入信号。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述参数设置模块包括一亮度参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块及检测模块相连接，用于计算亮度参数调整量；一饱和度参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块及检测模块相连接，用于计算饱和度参数调整量；一对比度参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块及检测模块相连接，用于计算对比度参数调整量；以及一色调参数设置模块，与所述转换矩阵计算模块及检测模块相连接，用于计算色调参数调整量。
3.一种色彩空间转与所述转换矩阵计算模块及检测模块相连接，用于换方法，其中色彩空间转换模块根据其内部存储的转换矩阵和亮度参数调整量对输入的信号进行色彩空间转换，在检测模块检测到需要进行参数调整后，执行以下步骤步骤1、检测模块向参数设置模块输出参数调整信息；步骤2、所述参数设置模块接收到所述参数调整信息后，根据所述参数调整信息计算亮度参数调整量、对比度参数调整量、色调参数调整量或饱和度参数调整量，然后存储并向转换矩阵计算模块输出；步骤3、所述转换矩阵计算模块根据对比度参数调整量、色调参数调整量及饱和度参数调整量计算转换矩阵，并将转换矩阵和亮度参数调整量输出给色彩空间转换模块；步骤4、所述色彩空间转换模块接收所述转换矩阵和亮度参数调整量并存储。
4.根据权利要求3所述的方法，其中所述步骤1具体为所述检测模块检测到需要进行亮度参数调整、饱和度参数调整、对比度参数调整或色调参数调整后，向相应的亮度参数设置模块、饱和度参数设置模块、对比度参数设置模块或色调参数设置模块输出参数调整信息。
5.根据权利要求4所述的方法，其中所述步骤2具体为所述亮度参数设置模块、饱和度参数设置模块、对比度参数设置模块或色调参数设置模块接收到所述参数调整信息后，根据所述参数调整信息计算相应的参数调整量，然后存储并向转换矩阵计算模块输出。
全文摘要
本发明涉及一种色彩空间转换装置，包括色彩空间转换模块，与色彩空间转换模块相连接的转换矩阵计算模块，与转换矩阵计算模块相连接的参数设置模块及与参数设置模块相连接的检测模块。本发明还涉及一种色彩空间转换方法，检测模块检测到需要调整参数后向参数设置模块输出参数调整信息；参数设置模块计算参数调整量，存储并向转换矩阵计算模块输出；转换矩阵计算模块计算转换矩阵并将转换矩阵和亮度参数调整量输出给色彩空间转换模块；色彩空间转换模块接收转换矩阵和亮度参数调整量并存储。本发明将亮度、对比度、色调及饱和度的调整结合到色彩空间转换中，可以节省硬件资源，减少硬件实现成本并能显著缩短计算时间。
文档编号H04N9/64GK1972456SQ200510110609
公开日2007年5月30日 申请日期2005年11月22日 优先权日2005年11月22日
发明者王青海 申请人:逐点半导体(上海)有限公司