专利名称：视频信号的直方图运算单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及视频信号的直方图运算单元领域。
背景技术：
在日本公开专利No.5-66751中揭示了一种利用图示出电视信号电平分布的直方图的图像质量校正电路。
图12示出了上述专利的图像质量校正电路的框图。
图像质量校正电路包含产生每场输入视频信号的直方图并根据产生的直方图计算累积直方图的累积直方图电路81；把累积直方图电路的输出乘以第一常数的第一乘法器82；把第一乘法器82的输出除以样本总数的归一化电路83；利用归一化电路83的输出和输入视频信号输出每个图像单元的校正值的校正电路84；把校正电路84的输出乘以第二常数的第二乘法器85；以及把第二乘法器85的输出加到输入视频信号上的加法器86。如上构成的图像质量校正电路通过在电视机上对应于最集中的信号电平范围增加亮度赋值，从而实际上改善了对比度而不依赖于电视机的性能。这是通过修正输入视频信号的直方图频率来实现的。
图像质量校正电路的上述结构可能导致过度校正，这是因为使用了输入视频信号产生的未修正过的直方图。如果输入视频信号集中到某一电平附近而引起累积直方图的在该电平附近过分陡峭，则产生的直方图可能产生偏差。在一些情况下，过分陡峭的斜率会引起过校正，例如加强了噪声，或者产生不自然的图像。
发明内容
本发明的直方图运算单元修正了输入视频信号的直方图，产生校正直方图。当输入信号集中到某一电平上时，对输入视频信号的直方图进行均衡(平均)。响应于这种集中，对输入信号电平的频率进行均衡，产生校正直方图。
直方图运算单元包含接收输入视频信号并产生输入视频信号的直方图的直方图发生器；接收直方图发生器产生的直方图和把直方图发生器产生的直方图频率限制在规定层次内的外部设置的第一限制电平的第一限幅器；计算从第一限幅器接收到的视频信号样本数的第一总计电路；计算输入视频信号样本数的第二总计电路；从第二总计电路的输出中减去第一总计电路的输出的第一减法器；以及接收第一限幅器的输出和第一减法器的输出，产生校正直方图的校正直方图发生器。
附图概述图1是根据第一典型实施例的视频信号直方图运算单元的框图。
图2是根据第二典型实施例的视频信号直方图运算单元的框图。
图3是根据第三典型实施例的视频信号直方图运算单元的框图。
图4是根据第四典型实施例的视频信号直方图运算单元的框图。
图5是根据第五典型实施例的视频信号直方图运算单元的框图。
图6是根据第六典型实施例的视频信号直方图运算单元的框图。
图7A是根据第一至第六典型实施例的校正前的视频信号的直方图。
图7B是根据第一至第六典型实施例的校正后的视频信号的直方图。
图8是解释本发明第三典型实施例的工作的图形集。
图9是解释本发明第四典型实施例的工作的图形集。
图10是解释本发明第五典型实施例的工作的图形集。
图11是解释本发明第六典型实施例的工作的图形集。
图12是利用视频信号直方图的传统图像质量校正电路的框图。本发明的实施方式第一典型实施例图1示出了本发明第一典型实施例中视频信号的直方图运算单元的框图。
在图1中，直方图发生器1接收检测脉冲和视频信号，通过判断每个视频信号电平属于哪个一般间隔，产生输入视频信号的直方图。检测脉冲是外部施加的输入定时信号，它表示被取样视频信号的输入周期；根据该检测脉冲在一场或一帧内产生直方图。在下文中，把直方图发生器1产生的直方图称为原始直方图。
第一限幅器2接收外部设置的第一限制电平L1和直方图发生器1的输出，把原始直方图限制在第一限制电平L1内。更具体地说，如果直方图发生器1的输出大于第一限制电平L1，则第一限幅器输出L1，如果直方图发生器1的输出等于或小于第一限制电平L1，则输出未经修正的直方图发生器1的输出。这样，第一限幅器2就输出经第一限制电平L1限制的直方图。下文中把被第一限制电平L1限制的直方图称为限制直方图。
第一总计电路3接收第一限幅器2的输出和检测脉冲，并在检测脉冲输入周期期间，累加第一限幅器2的输出。第二总计电路11接收直方图发生器1的输出，并在检测脉冲的输入周期期间累加直方图发生器1的输出，计算直方图发生器1产生的样本数。减法器4从第二总计电路11中减去第一总计电路3的输出。校正直方图发生器5接收第一限幅器2的输出和第一减法器4的输出，根据第一减法器4的输出从限制直方图产生校正直方图。
直方图校正装置包含第一总计电路3、第一减法器4、第二总计电路11和校正直方图发生器5。直方图校正装置根据原始直方图的总样本数的限制直方图与总样本数之间的差值均衡或平均原始直方图，进行校正。
下面解释如上构成的视频信号的直方图运算单元的工作情况。首先，图1的直方图发生器1在检测脉冲输入周期期间产生输入视频信号的直方图。第一限幅器2接收直方图发生器1的输出和第一限制电平L1，把直方图发生器1的输出限制在外部设置的第一限制电平L1内。图7A示出了限制是如何进行的。
图7A示出了输入视频信号的直方图。输入视频信号的视频信号电平S沿着横坐标绘制，频率F沿着纵坐标绘制。L1是外部设置第一限制电平。图7A中的典型直方图示出了信号值集中在某个上信号电平上的信号值的直方图。因此第一限幅器2把该直方图限制到第一限制电平L1，以删除图7A中阴影部分，向第一总计电路3输出限制直方图(没有阴影的直方图)。
第一总计电路3接收第一限幅器2的输出和检测脉冲，计算在检测脉冲输入周期期间从第一限幅器2接收到的视频信号的样本总数。第二总计电路11接收直方图发生器1的输出和检测脉冲，并计算在检测脉冲输入周期从直方图发生器1接收到的视频信号的样本数。第一减法器4从第二总计电路11中减去第一总计电路3的输出。可根据第一减法器4的输出检测出输入视频信号的视频信号电平是集中还是扩散。
如果第一减法器4的输出较小，则表示输入视频信号覆盖了黑白之间较宽的范围。如果第一减法器4的输出较大，则表示视频信号电平的分布集中。图7A示出了视频信号电平分布集中的情况。
校正直方图发生器5接收第一限幅器2的输出和第一减法器4输出，并产生校正直方图。图7B示出了校正直方图。更具体地说，校正直方图发生器5把已删除的图7A中阴影部分表示的样本数统一增加到图7A的限制直方图上，产生图7B所示的直方图。图7A阴影部分的面积等于图7B阴影部分的面积。
由于第一减法器4的输出响应于视频信号电平分布的集中而变大，因此，校正直方图具有较均衡(平均)的形状。
如上所述，本典型实施例中的直方图运算单元响应于输入视频信号集中到某一电平的程度，校正产生直方图，所以能产生均衡的直方图。因此下游的图像质量校正(未图示)电路通过累积均衡直方图产生累积直方图，校正输入/输出视频信号特性；并对应于最集中的信号电平在电视机上增加亮度赋值，变成能实际改善对比度而不依赖电视机的性能。因此，本发明避免了强化噪声或不自然的校正视频图像影响由于不均衡的原始直方图而对下游图像质量进行校正的电路的工作。
第二典型实施例图2示出了第二典型实施例的视频信号直方图运算单元的框图。
在图2中，与第一典型实施例结构的不同之处是设置了一个递加器21，代替第二总计电路11，接收检测脉冲，并计算视频信号的样本总数。其它结构与操作与第一典型实施例一样，因此省略了对它们的解释。
下面解释如此构成的视频信号直方图运算单元的结构和工作情况。递加器21接收检测脉冲，通过计算施加的数字时钟脉冲(未图示)，计算检测脉冲输入周期期间的视频信号样本总数。接着，第一减法器4从递加器21的输出中减去第一总计电路3的输出。
校正直方图发生器5把表示图7A中的阴影部分的样本总数加到图7A的限制直方图中，产生图7B所示的直方图。
如上所述，本典型实施例中的直方图运算单元具有与第一典型实施例相同的效果。
第三典型实施例图3示出了本发明第三典型实施例的视频信号直方图运算单元的框图。
在图3中，与第二实施例的结构不同之处在于第三典型实施例还包含有在检测脉冲输入周期期间检测视频信号最大值的最大值检测器31、在检测脉冲输入周期要检测视频信号最小值的最小值检测器32、从最大值检测器31的输出中减去最小值检测器32的输出的第二减法器33、从外部设置的偏置调整值L0中减去第二减法器33的输出的第三减法器34、如果第三减法器的输出为负值时输出零(0)，否则输出第三减法器34的未修正的输出的第一零限幅器35、把第一零限幅器35的输出乘以外部设置的增益的乘法器36、从外部设置的第二限制电平L2中减去第一乘法器36的输出的第四减法器37、以及如果第四减法器的输出为负值时输出零(0)否则输出第四减法器37的未修正的输出的第二零限幅器38。其它结构与操作与第二实施例相同，因此省略了对它们的解释。
下面解释如上构成的视频信号直方图运算单元的工作情况。
在图3中，最大值检测器31在检测脉冲的输入周期期间检测视频信号中的最大值。最小值检测32在检测脉冲输入周期期间检测视频信号中的最小值。第二减法器33从最大值检测器31中减去最小值检测器32的输出，并把相减值X输出到第三减法器34。因此，第二减法器33的输出值X是输入视频信号的最大与最小值之间的差值。在检测脉冲输入周期期间更新检测到的最大值和最小值。换句话说，在一场期间检测到的最大值和最小值用于例如下一场。
图8示出了根据本发明典型实施例产生限制电平的次序。
在图8中，沿横坐标X绘制第二减法器33的输出值。第二减法器33的输出100、第三减法器34的输出134、第一零限幅器35的输出135、乘法器36的输出136、第四减法器37的输出137以及第二零限幅器38的输出138沿纵坐标Y绘制。
输入视频信号的分布至少在一些程度上可以根据第二减法器33的输出估计其延伸。如果第二减法器33的输出100较大，则表示输入视频信号覆盖了黑白之间较宽的范围。如果第二减法器33的输出较小，则表示视频信号电平的分布集中在某一视频信号电平上。
在该典型的实施例中，假设输入视频信号的分布可以根据第二减法器33的输出较好地估计。
第三减法器34从外部设置的偏置调整电平L0中减去第二减法器33的输出100，输出如图8的虚线134所示的相减值。
如果第三减法器34的输出134为负，则第一零限幅器35设置第一零限幅器35的输出设置成零(0)，否则把输出135设置成第三减法器34未经修正的输出；其相减值135如图8的虚线所示。
乘法器36把第一零限幅值的输出135乘以外部设置的增益。作为该相乘的结果，图8的虚线示出了乘法器36的输出，即136。
第四减法器37从外部设置的限制电平L2中减去乘法器36的输出136。
如果第四减法器37的输出值为负值，则第二零限幅器38输出零，否则就输出第四减法器37的未经修正的值。因此，第二零限幅器38的输出产生图8中的实线。
把如上产生的第二零限幅器38的输出138提供给第一限幅器2。把如上产生的第二零限幅器38的输出138用作第二典型实施例中的第一限制值L1。
第一限幅器2接收第二零限幅器38的输出和直方图发生器1的输出。
如图7B中阴影部分所示，把第一减法器4的输出加到第一限幅器2的输出的整个范围上，以均衡直方图。
如上所述，在本典型实施例中，把第二限幅器38的输出138如第二典型实施例一样用作第一限制电平L1。如果输入视频信号的最大值与最小值之间的差值如图8实线所示一样小，则第一限制电平L1为零。如果输入视频信号的最大值与最小值之间的差值如图8的实线138所示一样大，则第一限制电平L1等于第二限制电平L2的。如果输入视频信号的最大值与最小值之间的差值为图8实线138所示的两种情况中描述之间的值时，第一限制电平L1等于零与第二限制电平L2之间的值。
如果视频信号的分布非常集中于特定的电平，由于输入信号的最大值与最小值之间的差值较小，则第一限制电平如图8实线138所示为零，校正直方图的输出如图7B所示被平均。另一方面，如果视频信号电平的分布覆盖了黑白之间较宽的范围，则第一限制电平L1等于第二限制电平L2，校正直方图变化不大。
如上所述，在本典型实施例中，可以根据输入信号的最大值与最小值之间的差值产生校正直方图。
第四典型实施例图4示出了本发明第四典型实施例的视频信号直方图运算单元的框图。
在图4中与第三典型实施例的不同之外在于本典型实施例还包含图4中的第二乘法器41、第二限幅器42、第五减法器43以及第三限幅器44，代替了图3中的第一零限幅器35、第一乘法器36、第四减法器37和第二零限幅器38。其它部件与第三典型实施例中相同，因此省略了对它们的描述。
第二乘法器41把图9虚线所示的第三减法器34的输出134乘以外部设置的增益。第二乘法器41的输出值如图9虚线所示。
第二限幅器42接收第二乘法器41的输出141和外部设置的第二限幅电平L2，并且如果第二乘法器41的输出值141大于第二限制电平L2的输出值，则输出第二限制电平L2，如果第二乘法器41的输出值不大于第二限制电平L2，则输出第二乘法器41的输出值。第二限幅器42的输出值如图9虚线142所示。
第五减法器43从外部设置的第二限制电平L2中减去第二限幅器42的输出142，并向第三限幅器44输出相减值。第五减法器43的输出如图9的虚线143所示。
第三限幅器44接收第五减法器的输出值143和第二限制电平L2，并且如果第五减法器43的输出143大于第二限制电平L2，则输出第二限制电平L2，如果第五减法器43的输出值143不大于第二限制电平L2，则输出第五减法器43的输出值143。第三限制器44的输出值144如图9实线144所示。
第一限幅器2接收第三限幅器44的输出144和直方图发生器1的输出。
如上所述，本典型实施例产生与第三实施例相同的效果，根据输出视频信号的最大值与最小值之间的差值产生校正直方图。
第五典型实施例图5示出了本发明第五典型实施例的视频信号的直方图运算单元的框图。
在图5中，与第三典型实施例的不同之外在于本典型实施例还包含图5中的第六减法器51、第三零限幅器52、第三乘法器53和取小电路(MIN)51，代替了图3中的第一零限幅器35、第一乘法器36、第四减法器37和第二零限幅器38。其它部件与第三典型实施例相同，因此省略了对它们的描述。
第六减法器从第二减法器33中减去外部设置的偏置调整值L0。
如果第六减法器51的输出为负，第三零限幅器52输出零(0)，否则输出第六减法器51的未经修正的输出值。第三零限幅器52的输出值如图10的虚线152所示。
第三乘法器53把第三零限幅器52的输出152乘以外部设置的增益。第三乘法器的输出值如图10的虚线153所示。
取小电路(MIN)54把外部设置的第二限制电平L2与第三乘法器53的输出153进行比较，输出较小的值。取小电路(MIN)54的输出值154如图10的实线所示154。
第二限幅器2接收取小电路(MIN)54的输出154和直方图发生器1的输出。
如上所述，本典型实施例产生与第三典型实施例相同的效果，根据输入视频信号的最大值与最小值之间的差值产生校正直方图。
第六典型实施例图6示出了本发明第六典型实施例的视频信号的直方图运算单元的框图。
在图6中，所第三典型实施例不同之外在于本典型实施例还包含图6中的第四乘法器61、第七减法器62、第四零限幅器63和第四限幅器64，代替图3中的第一零限幅器35、第一乘法器36、第四减法器37和第二零限幅器38。其它部件与第三典型实施例相同，因此省略了对它们的描述。
第四乘法器61把第二减法器33的输出100乘以外部设置的增益。第四乘法器61的输出值如图11中的虚线161所示。
第七减法器从第四乘法器61中减去外部设置的偏置调整值L0。第七减法器62的输出值如图11的虚线162所示。
如果第七减法器62的输出值162为负，第四零限幅器63输出零(0)，否则输出未经修正的相减值162。
第四限幅器64接收第四零限幅器63的输出和外部设置的限制电平L2，并输出较小的。第四限幅器64的输出值164如图11实线所示。
第二限幅器2接收第四限幅器64的输出和直方图发生器1的输出。
如上所述，本典型实施例产生与第三实施例相同的效果，根据输入视频信号的最大值与最小值之间的差值产生校正直方图。
工业应用性如上所述，本发明的直方图运算单元可以响应于输入视频信号集中到某一电平上的程度校正(均衡)直方图。因此，本发明防止了下游处理中的图像质量校正块过度校正视频信号。这些直方图运算单元可以使用在电视机和其它显示监视器中。
在第三至第六典型实施例中，这四个典型实施例被描述成每个都根据输入视频信号的最大值与最小值之间的差值产生校正直方图。显然，与上述典型实施例结构不同的直方图运算单元也是可行的。因此这里描述的较佳实施例仅是图示说明，而不是限制。本发明的范围应由所附的权利要求书来表示，落入权利要求真实精神内的所有修改都应包含在其内。
权利要求
1.一种直方图运算单元，包含直方图产生装置，用于产生输入视频信号的内容的原始直方图，输出所述原始直方图，所述原始直方图由多个频率限定；第一限幅装置，接收所述原始直方图和预定的第一限制电平，用所述预定的第一限制电平来限制限定所述原始直方图的所述多个频率；所述限制直方图由多个限制频率来限定；以及直方图校正装置，根据限定所述原始直方图的所述多个频率的总和与限定所述限制直方图的所述多个限制频率的总和之间的差值对所述原始直方图进行数学运算。
2．如权利要求1所述的直方图运算单元，其特征在于，所述第一限幅装置产生第一输出，所述直方图校正装置包含第一总计装置，总计限定所述限制直方图的所述多个限制频率，并输出第一总计值；第二总计装置，总计限定所述原始直方图的所述多个频率，并输出第二总计值；第一减法装置，从所述第二总计值中减去所述第一总计值，输出第二差值，以及校正直方图发生装置，根据所述第一限幅装置的输出和所述第二差值输出校正直方图。
3.一种直方图运算单元，包含直方图发生装置，产生输入视频信号内容的原始直方图，并输出所述原始直方图，所述原始直方图由多个频率限定；最大值检测装置，检测所述输入视频信号内容的最大值；最小值检测装置，检测所述输入视频信号内容的最小值；第二减法装置，从所述最大值中减去所述最小值，输出第三差值；输出装置，接收所述第三差值以及预定的偏置调整值和预定的第二限制电平，产生第一限制电平，所述第一限制电平在从零至所述第二限制电平的范围内；第一限幅装置，接收所述原始直方图和所述第一限制电平，并用所述第一限制电平限制限定所述原始直方图的所述多个频率，产生限制直方图，所述限制直方图由多个限制频率限定；以及直方图校正装置，根据限定所述原始直方图的所述多个频率的总和与限定所述限制直方图的所述多个限制频率的总和之间的差值对所述原始直方图进行数学运算。
4.如权利要求3所述的直方图运算单元，其特征在于，所述最大值检测装置检测第一周期期间的最大值，所述最大值检测装置在第二周期期间输出所述最大值，第二周期接在第一周期之后；以及所述最小值检测装置检测第一周期期间的最小值，所述最小值检测装置在第二周期期间输出所述最小值。
5.如权利要求1所述的直方图运算单元，其特征在于，所述直方图校正装置对每个所述多个限制频率把限定所述原始直方图的所述多个频率与限定所述限制直方图的所述多个限制频率之间的平均值相加，产生校正直方图。
全文摘要
一种直方图运算单元,包含:直方图发生器,接收输入视频信号,并产生输入视频信号的直方图;第一限幅器,接收直方图发生器产生的直方图和外部设置的第一限制电平,并把直方图发生器产生的直方图的频率限制到指定层次内,输出限制直方图;第一总计电路,计算第一限幅器产生的视频信号的样本数;第二总计电路,计算输入视频信号的样本数;第一减法器,从第二总计电路的输出中减去第一总计电路的输出;以及校正直方图发生器,接收第一限幅器的输出和第一减法器的输出,产生校正直方图。
文档编号H04N5/20GK1216194SQ98800101
公开日1999年5月5日 申请日期1998年3月5日 优先权日1997年3月6日
发明者竹岛正弘, 影山敦久, 川端稔, 杉本浩子 申请人:松下电器产业株式会社