CN104144291A - 一种拜尔格式数据与等量同结构亮度色差分量数据的转换方法 - Google Patents

一种拜尔格式数据与等量同结构亮度色差分量数据的转换方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种拜尔格式数据与等量同结构亮度色差分量的转换方法，包括拜尔格式数据与等量同结构亮度色差分量的互相转换公式及实施方法。采用本发明公开的方法可在运用亮度、色差分量进行图像处理运算时，以最小的运算量参与运算处理，以最大限度减少硬件开销以及功耗开销。

Description

一种拜尔格式数据与等量同结构亮度色差分量数据的转换方法
技术领域
本发明涉及一种彩色数字录像机。 
背景技术
通常彩色数字摄像机所采用的传感器输出拜尔(BAYER)格式的数据，由其后的处理环节将拜尔格式的数据转换成RGB数据，并在一定的环节中再将RGB数据转换成亮度-色差分量数据(以下称YCbCr数据)，因为YCbCr数据在许多图像处理及视频压缩的处理中有一些独特的方便之处。RGB数据与YCbCr数据的转换有公式可循，在计算机视觉运用中通常采用亮度分量取值[0，255]、色差分量取值[-128，127]的计算公式。 
在一些场合，Cb、Cr分量也被称为U、V分量。不失一般性，本文中以Cb、Cr统一表示。 
RGB数据与YCbCr数据的转换通常是在由拜尔格式数据转换成24位RGB数据的环节后进行的，而在经过这一环节的运算后，数据量增至原来的三倍。虽然一些图像处理、视频压缩处理需要运用YCbCr数据，但在例如显示等环节还是需要采用RGB数据，因此还有必要将YCbCr数据再变换成RGB数据。 
这样的多次转换操作带来了数据量的增加、运算开销的剧增，造成资源开销增加从而引起制造成本增加；以及功耗增加从而导致产品设备稳定性因素的恶化。 
发明内容
本专利的目的在于优化彩色数字录像机的数据结构，使得录像机在保持以拜尔格式数据量进行运算的同时，可以运用更方便的数据形式。 
如果RGB数据与YCbCr数据的转换在由拜尔格式数据转换成24位RGB数据的环节前进行，则可以在保持与拜尔格式数据的数据量不变的情况下，使得后续处理环节可以采用YCbCr分量数据进行运算。 
拜尔格式数据共有四个分量，GrRBGb，其排列方式如图1所示，因此YCbCr数据采用同等数据量及同样结构，应为YrCrCbYb，如图2所示。 
由于拜尔格式数据与YrCrCbYb数据具有四个分量，因此通常的RGB数据与YCbCr数据的转换公式不适用于拜尔格式数据与YrCrCbYb数据的转换。本方法根据拜尔格式数据的数据结构特性，在保持亮度色差分量特性的前提下，推导出由拜尔格式数据至YrCrCbYb数据的转换计算公式： 
Yr＝0.587Gr+0.299R+0.114B 
Cr＝-0.2093Gr+0.500R-0.0814B-0.2093Gb
Cb＝-0.1656Gr-0.1688R+0.500B-0.1656Gb
Yb＝0.299R+0.114B+0.587Gb
以及由YrCrCbYb数据至拜尔格式数据的转换计算公式： 
Gr＝1.3518Yr-0.7142Cr-0.3443Cb-0.3518Yb
R＝0.500Yr+1.4021Cr+0.500Yb
B＝0.500Yr+1.7720Cb+0.500Yb
Yb＝1.3518Yr-0.7142Cr-0.3443Cb-0.3518Yb
若以矩阵形式表示，则如图3所示。 
当Gr、R、B、Gb的取值区间为[0，255]时，Yr、Yb的取值区间为[0，255]， Cr、Cb的取值区间为[-128，127]；当Gr、R、B、Gb的取值区间为[0，4095]时，Yr、Yb的取值区间为[0，4095]，Cr、Cb的取值区间为[-2048，2047]。 
实现上述目的的技术方案： 
一种拜尔格式数据至等量同结构亮度色差分量数据的转换方法，包括输入拜尔格式数据、转换核以及输出亮度色差分量数据。所述输入拜尔格式数据为如图1所示排列的一组数据，由传感器输出后经数据接收电路接收后提供；所述转换核为如图4所述矩阵；所述输出之亮度色差分量数据为如图2所示之排列方式数据。输入的拜尔格式数据按如图3所示向量形式排列并将转换核按行与之进行点积运算，即得如图2所示之亮度色差分量数据，其数量与结构与拜尔格式数据相同。 
一种亮度色差分量数据至等量同结构的拜尔格式数据转换方法，包括输入亮度色差分量数据、反向转换核以及输出拜尔格式数据。所述输入亮度色差分量数据为如图2所示之排列方式数据，由需进行转换的模块提供；所述反向转换核为如图5所述矩阵；所述输出拜尔格式数据为如图1所示之排列数据。输入的亮度色差分量数据如图3所示向量形式排列并将反向转换核按行与之进行点积运算，即得如图1所示之拜尔格式数据。 
采用上述技术方案，本发明有益的技术效果在于： 
(1)彩色数字录像机以最低的数据量进行数字图像处理运算，使得彩色数字录像机结构简单、功耗降低、成本降低； 
(2)YrCrCbYb数据中的Yr、Yb分量为图像数据的亮度分量，视频数据压缩运算及其它数字图像处理运算可在保持拜尔格式数据结构及数据量的前提下 运用亮度一色差数据分离的计算方法处理彩色数字图像； 
(3)在需要时可将经计算处理后的YrCrCbYb数据转换成拜尔格式数据。 
具体实施方式
一种拜尔格式数据与等量同结构亮度色差分量数据的转换方法及实施方式，如图6所示，包括转换核系数模块1、乘法器模块2、加法器模块3、控制模块4。拜尔格式数据输入到乘法器模块1，在控制模块4的控制下，转换核系数模块2依次将系数输送到乘法器模块1，并由乘法器模块1依次将其与输入数据进行运算，运算结果在控制模块4的控制下依次输送到加法器模块3并在其中进行累加运算，运算结果输出为YrCrCbYb数据。 
一种YrCrCbYb数据至拜尔格式数据转换方法及实施方式，如图7所示，包括反向转换核系数模块1、乘法器模块2、加法器模块3、控制模块4。YrCrCbYb数据输入到乘法器模块1，在控制模块4的控制下，反向转换核系数模块2依次将系数输送到乘法器模块1，并由乘法器模块1依次将其与输入数据进行运算，运算结果在控制模块4的控制下依次输送到加法器模块3并在其中进行累加运算，运算结果输出为拜尔格式数据。 
附图说明
图1为拜尔格式数据GrRBGb的排列方式。 
图2为YrCrCbYb数据的排列方式。 
图3为拜尔格式数据与YrCrCbYb数据互相转换的计算公式。 
图4为拜尔格式数据至YrCrCbYb数据的转换核。 
图5为YrCrCbYb数据至拜尔格式数据的转换核。 
图6为拜尔格式数据至YrCrCbYb数据转换的实施框图。 
图7为YrCrCbYb数据至拜尔格式数据的转换实施框图。 

Claims (7)

1.一种拜尔格式数据至等量同结构亮度色差分量数据的转换方法，其特征在于，将拜尔格式数据转换成YrCrCbYb格式数据。
2.一种拜尔格式数据至等量同结构亮度色差分量数据的转换方法，其特征在于，将YrCrCbYb格式数据转换成拜尔格式数据。
3.如权利要求1、2所述的一种拜尔格式数据至等量同结构亮度色差分量数据的转换方法，其特征在于，转换前后的数据结构相同。
4.如权利要求1、2所述的一种拜尔格式数据至等量同结构亮度色差分量数据的转换方法，其特征在于，转换前后的数据量相同。
5.如权利要求1、2所述的一种拜尔格式数据至等量同结构亮度色差分量数据的转换方法，其特征在于，转换前后有一种数据为拜尔格式数据。
6.如权利要求1所述的一种拜尔格式数据至等量同结构亮度色差分量数据的转换方法，其特征在于，如转换前数据为拜尔格式数据，转换后数据为YrCrCbYb格式数据，则转换公式为：
Yr＝0.587Gr+0.299R+0.114B
Cr＝-0.2093Gr+0.500R-0.0814B-0.2093Gb
Cb＝-0.1656Gr-0.1688R+0.500B-0.1656Gb
Yb＝0.299R+0.114B+0.587Gb。
7.如权利要求2所述的一种拜尔格式数据至等量同结构亮度色差分量数据的转换方法，其特征在于，如转换前数据为YrCrCbYb格式数据，转换后数据为拜尔格式数据，则转换公式为：
Gr＝1.3518Yr-0.7142Cr-0.3443Cb-0.3518Yb
R＝0.500Yr+1.4021Cr+0.500Yb
B＝0.500Yr+1.7720Cb+0.500Yb
Yb＝1.3518Yr-0.7142Cr-0.3443Cb-0.3518Yb。
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