CN100372362C - 一种重建等离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种重建等离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器，由图象锐化模块和误差扩散模块组成，图象锐化模块在前，误差扩散模块设置在图象锐化模块之后。能够改变等离子暗区灰度级来改善画质，实时图像处理器输入的灰度级按照设定的伽马值转化为浮点数，然后分成整数部分和小数部分。舍入产生的误差可以用后面的误差扩散处理补偿。因此，整个显示区域的平均灰度级会更接近理想的反伽马校正。经实验结果表明，经过误差扩散处理的输出和按照理想反伽马校正曲线计算得出的输出非常一致，实现本发明的硬件结构复杂度很小，而对等离子显示器的图像质量有明显的改善。

Description

一种重建等离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器

技术领域

本发明涉及一种等离子显示器存储控制模块，特别涉及一种重建等离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器，该处理器利用FPGA实现对等离子显示器暗区进行图象锐化和误差扩散，可以改善反伽马校正造成的暗区灰度级减少，减轻假轮廓现象，提高画质。

背景技术

和CRT显示器相比，轻薄的液晶和等离子显示器被越来越广泛的采用。但是，液晶有可视角度小、尺寸有限等主要缺点。相比之下，等离子显示器有很多优点，像更大的尺寸、快速的响应和很宽的视角。因此，随着等离子占据越来越大的市场份额，对它的画质就提出了越来越高的要求。

为了适应人眼的视觉特性，CRT对输入的亮度的响应是非线性的。但是，等离子在正常的工作范围内的亮度响应特性是线性的。因此，为了在等离子显示器上产生和CRT一样的图像，必须对输入的数字信号进行校正，这个过程被称为反伽马校正(参见附图1)。采用反伽马校正之后，在暗区的灰度级会明显的减少，由此在暗区产生的假轮廓会被人眼明显的察觉到。因为蓝色荧光粉的亮度特性比红色和绿色差，所以红色和绿色在可用范围内的灰度级减少得更多(参见附图2)。所以，设定白平衡点和反伽马校正会使等离子显示器灰度级减少以致在暗区出现假轮廓。

已经有像素排列方法、变子场方法等可以改进等离子显示器的画质，但对于反伽马校正造成的暗区灰度级减少改善不明显。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器，该处理器可以改进等离子暗区灰度级以改善画质。

为了实现上述任务，本发明采取的技术解决方案是，一种重建等离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器，其特征在于，该实时图像处理器由图象锐化模块和误差扩散模块组成，图象锐化模块在前，误差扩散模块设置在图象锐化模块之后。

本发明的离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器，能够改变等离子暗区灰度级来改善画质，经实验结果表明，经过误差扩散处理的输出和按照理想反伽马校正曲线计算得出的输出非常一致，如果硬件可以处理小数的话，它们之间的误差可以忽略不计。

实现本发明的硬件结构复杂度很小，而对等离子显示器的图像质量有明显的改善。

附图说明

图1是CRT和PDP的伽马曲线；其中(a)为CRT(1.8)伽马曲线，(b)为PDP(1.8)伽马曲线；

图2是RGB三色白平衡点曲线；其中1表示绿色平衡点2表示红色平衡点表示蓝色平衡点；

图3是总体流程图；

图4是误差扩散流程图；

图5是图象锐化模块结构图；

图6是误差扩散模块结构图。

以下结合附图和原理及其流程对本发明作进一步的详细说明。

具体实施方式

本发明的重建等离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器，由图象锐化模块和误差扩散模块组成，图象锐化模块在前，误差扩散模块设置在图象锐化模块之后。输入的灰度级按照设定的伽马值转化为浮点数，然后分成整数部分和小数部分。小数部分会舍入为0或1。舍入产生的误差可以用后面的误差扩散处理补偿。因此，整个显示区域的平均灰度级会更接近理想的反伽马校正。由于误差扩散法近似于低通滤波器，图像的边界会变得模糊，因此需要一个额外的图像锐化处理。两个算法都在FPGA中实现。

在采用误差扩散和不采用误差扩散两种方式来显示一幅灰度级渐变的图像时，后者明显灰度级不平滑，有假轮廓，前者则减轻了这种现象。

1.图象锐化

图象锐化的目的是削减低频部分，加重其他部分。它的数学模型可以用下面的公式表示：

Rout＝s*Rin-(s-1)**avgneighbor(R)

Gout＝s*Gin-(s-1)**avgneighbor(G)

Bout＝s*Bin-(s-1)**avgneighbor(B)    (1)

式中，S是亮度系数，Rin、Gin、Bin是8bit输入。恰当的设置S，就可以锐化图像。avgneighbor(R)、avgneighbor(G)、avgneighbor(B)是对相邻像素求均值的3*3窗口。

3*3窗口如表1所示：

表1

1/9	1/9	1/9
			1/9	1/9	1/9
1/9	1/9	1/9

2.总体流程

参见图3所示，8bit的RGB三种颜色的信号、行使能、场使能、全局时钟输入图象锐化模块，对图像边缘处的模糊进行锐化后，输出到误差扩散模块，减少等离子显示器暗区的假轮廓。最终的输出(Rout，Gout，Bout)就是显示在等离子显示器上的数据。必须把图象锐化模块放在误差扩散模块前面，如果反过来的话，经过误差扩散处理后，伽马校正系数就会有变化，图象锐化模块就无法正确处理了。

3.误差扩散

误差扩散的流程参见图4所示，这是一个反馈的过程，每一个像素需要接收来自上一行3个相邻像素和同一行前一个像素扩散过来的数据，同时也要把本身的误差扩散出去。不断累积的小数误差每递增到一个整数值就停留在相应的像素，小数部分则继续扩散下去。如果不采用误差扩散就需要增加数据位数来提高精度，代价太大；采用误差扩散后，由于人眼的视觉特性，达到了相似的效果。

各输入输出值关系如下式所示：

u(x，y)＝反伽马校正查找表[输入(x，y)]+e(x，y)

o(x，y)＝取整[u(x，y)]

a(x，y)＝u(x，y)-o(x，y)

$e(x+1,y)=a(x,y)*\frac{1}{2}$

$e(x-1,y+1)=a(x,y)*\frac{1}{8}$

$e(x,y+1)=a(x,y)*\frac{1}{4}$

$e(x+1,y+1)=a(x,y)*\frac{1}{8}---\left(2\right)$

误差e(x+1，y)扩散到下一像素，而e(x-1，y+1)，e(x，y+1)e(x+1，y+1)扩散到下一行；前一行的信息储存在行缓存。权重系数：1/2，1/8，1/4和1/8是修正的弗洛伊德和斯坦伯格误差扩散系数。

4.硬件实现

硬件实现如图5、图6所示。图象锐化模块主要由三块组成。第一块包括一个内存控制器，两个先进先出行缓存，和一个像素移位寄存器，以实现实时的3*3图象锐化操作。数据不断输入，储存在两个行缓存。为了处理三行输入的数据，前两行储存在行缓存，第三行储存在两个行缓存之一和移位寄存器。第二块用延时单元对九个像素的数据进行处理。均值计算器求出9个像素数据的均值。第三块由浮点数乘法器和减法器组成，求出最后结果。数据移位寄存器锁存Rin，同步部分生成Venable、Henable、clk以和输出数据同步。内存控制器基于有限状态机，控制两个行缓存和移位寄存器。当Henable从0变为1时，处理开始。第一块和第二块分别处理原始数据和相邻像素的平均值，两个模块的输出送给第三块分别乘以量度系数s和s-1，再相减得锐化后的数据。

误差扩散模块由五块组成。在第一块，图象锐化模块的输出为8位整数和8位浮点数，分别经过两个查找表进行反伽玛校正；在第二块，对整个一行里每个像素需要接收的来自上一行的误差(即第五行输出的误差)进行行缓存；在第三块，计算出本行需要扩散到下一行的误差；在第四块，整数部分移位寄存，小数和误差部分完成扩散求和；在第五块，整数和小数部分相加之和舍入到最近的整数，误差作为本行的输出送到第二块。这是一个反馈循环的过程，数据流向为：

第一条线路：输入-------第一块(整数部分)---------第四块--------第五块-------输出。

第二条线路：第五块------第二块-------第三块(第一块的小数部分在此一起并入第四块)-------第四块-------第五块(循环)。

Claims (2)

1.一种重建等离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器，该实时图像处理器由图象锐化模块和误差扩散模块组成，图象锐化模块在前，误差扩散模块设置在图象锐化模块之后；其特征在于，所述的图象锐化模块由内存控制器、两个行缓存、像素移位寄存器、延时单元、均值计算器、浮点数乘法器和减法器组成；

内存控制器、两个行缓存和像素移位寄存器一起用于实时的3*3图象锐化操作，用于处理原始数据；

延时单元和均值计算器分别用于对九个像素的数据进行处理并求出9个像素数据的均值；

浮点数乘法器和减法器用于求出最后结果；

原始数据一部分进入原始数据移位寄存器，然后经浮点乘法器乘以亮度系数s进入减法器；

原始数据另一部分先送至内存控制器，从内存控制器流出的数据送入两个先进先出行缓存和像素移位寄存器，从两个先进先出行缓存器和像素移位寄存器出来的数据都送至延时单元，经延时单元出来的数据进入均值计算器，从均值计算器得到数据进入浮点数乘法器乘以亮度系数s-1后进入减法器；

由减法器对进入减法器的数据相减求出最终锐化后的数据。

2.如权利要求1所述的重建等离子显示器暗区灰度级的实时图像处理器，其特征在于，误差扩散模块由五块组成，第一块，图象锐化模块的输出为8位整数和8位浮点数，分别经过两个查找表进行反伽玛校正，在第二块，对整个一行里每个像素需要接收的来自上一行的误差进行行缓存，在第三块计算出本行需要扩散到下一行的误差，在第四块，整数部分移位寄存，小数和误差部分完成扩散求和，在第五块，整数和小数部分相加之和舍入到最近的整数，误差作为本行的输出送到第二块，这是一个反馈循环的过程，数据流向为第一条线路即输入---第一块整数部分---第四块---第五块---输出，第二条线路即第五块---第二块---第三块、第一块的小数部分在此一起并入第四块---第四块---第五块，如此循环。

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