CN1324877C - 图像处理装置和方法 - Google Patents

Abstract

一种具备显示屏、显示存储器的显示装置，包括压缩和解压装置。该压缩和解压装置包括彩色信号处理器，它通过处理一对象素来产生第一和第二亮度值并从该对象素形成第一和第二输出色度值，来减少彩色样本。第一和第二输出色度值是这样形成的：针对每个像素计算对应的U和V色度值，并从这些值的平均产生第一和第二色度值(U，V)。形成这样的压缩彩色图象显示在恢复原始图象、尤其例如图象包含细节和/或文本时具有优点。***的图象处理装置从显示存储器接收彩色分量信号样本组并从每组产生第一和第二输出象素，其各包含三个彩色分量值(R，B，G)。图象处理装置包括细节检测处理器，可用于检测由各个信号样本组表示的像素之一是否表示白色或黑色，另一个是否不表示白色或黑色。这可能表示一个象素的文本字符或细节部分。因而，为了提高保留重现图像中存在的文本和其他细节的可能性，解压处理器配置成分别对像素之一的色度值(U1，V1)分配零值，对另一个像素的色度值(U2，V2)分配二倍于第一和第二输入色度值的值。

Description

图像处理装置和方法

发明领域

本发明涉及彩色信号处理器，可用来处理表示彩色图像的输入像素，形成输出彩色分量信号样本组，其中最好使表示图像的样本数减少。

本发明还涉及图像处理装置，可用来再现彩色分量信号样本组中表示彩色图像的像素，每组表示一对像素，其具有两个亮度和第一第二色度样本。

发明背景

在彩色图像处理技术领域中已经知道，可以将表示图像的红、绿和蓝(RGB)彩色分量信号样本转化为分量信号样本组，每组具有一个亮度(Y)和两个色度样本(U，V)。将RGB像素表示为YUV信号样本，这可为减少必须用于表示彩色图像的信息量提供了一种简便手段。可以通过减少或丢弃一些色度信息来减少信息量，丢弃这些色度信息并不会或者较少可能导致所再现的图象明显的劣化。这是因为人的眼睛对于图像中色度(彩色)信息的丢失比亮度信息的丢失较不敏感。

人眼对色度信息的丢失不太敏感这一事实可利用来减少存储彩色图像所需的信息量。例如，众所周知，可以将具有RGB分量的像素转化为YUV格式，每隔一个像素丢弃UV色度值，存储亮度值Y并存储另一色度值，来减少存储数字彩色图像所需的样本数。这样产生的存储彩色图像格式称为4:2:2。当再现彩色图像时，从存储的UV色度值来再现丢弃的UV色度值。

对于某些应用，例如手持个人数字助理或具有显示装置的移动无线电话，减少表示图像所需的信息量特别有用。减少表示图像所需的信息量对于以下方面很有用：如因为减小了用于存储图像的存储器的大小从而降低了装置的成本。但是，减少表示图像所需的信息量不应该影响再现图像的质量。

发明概述

根据照本发明，提供了一种用于处理输入像素的彩色信号处理器，以产生输出彩色分量信号样本，每个输入像素由三个彩色分量信号样本组成。彩色信号处理器可以接收第一和第二输入像素，并根据各像素的三个彩色分量样本从每个像素中产生一个亮度值。彩色信号处理器对于第一和第二输入像素各产生第一和第二输出色度值。输出色度值是这样形成的：针对每个输入像素的各彩色分量计算第一和第二色度值，并将第一和第二输入像素的第一色度值平均，以及将第一和第二输入像素的第二色度值平均。根据第一和第二色度值的平均值分别产生第一和第二输出色度值。根据第一和第二输入像素的亮度值和第一及第二输出色度值形成输出彩色分量信号样本。

本发明的实施例提供一种彩色信号处理器，其设计为能减少表示彩色图像所需的信号样本数。这种信号样本的减少是通过将一对像素表示为两个亮度值信号样本(Y1、Y2)及第一和第二色度值(UV)而得到的。这样，存储图像所需的存储器空间每像素对减少两个样本。也就是表示减少了33％。

彩色信号处理器有效地设计为通过丢弃彩色信息来压缩彩色图像。因此，如传统彩色YUV 4:4:4到4:2:2，压缩处理是丢信息的。但不同于传统处理，本发明实施例的彩色信号处理器为每对像素形成两个色度值UV，方法是计算第一像素U1V1的对应色度值，并计算第二像素U2V2的色度值。通过对相应值U1V1、U2V2求平均产生像素对的公共值UV，来形成两个输出色度值UV。为一对像素形成两个色度值UV可减少表示图像所需的样本数。此外，以这种方式减少样本可提高保留图像中存在的文本和其他细节的可能性，如果用传统处理方法，简单地丢弃第二像素的色度值就可能丢失这些文本和其他细节。

根据本发明的一个方面，提供了一种图像处理装置，其可用于从表示图像的彩色分量信号样本组再现表示彩色图像的像素。每一组代表其中两个像素，并包括两个输入亮度值，每个像素一个，以及通过对每个像素的第一和第二色度值求平均而形成的第一和第二输入色度值。该装置包括解压缩处理器，可用于接收彩色分量信号样本组，并产生各自包括三个彩色分量值的输出像素。该装置还包括细节检测处理器，可用于检测第一和第二像素之一是否表示基本上为白色或基本上为黑色的颜色，另一个像素是否不表示基本为白色或基本上为黑色的颜色。如果是这样的话，解压缩处理器设计为分别对代表基本为白色或基本为黑色的第一和第二像素之一的第一和第二色度值分配零值，对不代表基本为白色或黑色的第一和第二像素中的另一个像素的第一和第二色度值分配二倍于第一和第二输入色度值的值。然后，解压缩处理器根据每个像素对应的输入亮度值和分配的第一和第二色度值来再现每个像素的三个彩色分量。否则，解压缩处理器可以根据每个输出像素对应的输入亮度值结合第一和第二输入色度值来再现每个输出像素的三个彩色分量。

当恢复原始图像，特别是如果图像包含文本和/或细节时，通过对像素对的两个色度值求平均来形成压缩的图像表示具有优越性。本发明的实施例提供一种图像处理装置，其包括解压缩处理器和细节检测处理器。细节检测处理器确定每组代表的两个像素之一是否代表基本为白色或基本为黑色的颜色，并且另一个像素是否不代表基本为白色或基本为黑色的颜色。仅在两个像素之一中检测黑白可能对应到代表部分文本字符或细节的像素对。因此，为增加在再现的图像中保留文本和细节的可能性，一旦在两个像素之一中检测到黑色或白色，解压缩处理器会为代表白色或黑色的一个像素分配色度值(U1、V1)零。不代表白色或黑色的另一个像素的色度值(U2、V2)被分配两倍于第一和第二输入色度值的值。将这些值分配给要再现的像素色度样本具有如下效果：再现的像素的RGB分量更可能反映原始图像的像素值，虽然压缩过程是丢信息的。这样的结果是，在重现的图像中保留了文本信息或细节信息。相比之下，丢弃像素对中第二像素色度值的传统压缩技术较不可能恢复这样的文本信息，还可能导致破坏文本信息。

在附加的权利要求书中规定了本发明的各种其他方面和特点。

附图简要说明

现将参照附图以示例方式说明本发明的实施例，相同的部分具有相应的参考标号，其中：

图1是LCD显示模块的示意框图；

图2是包括根据本发明实施例的彩色信号压缩处理器和图像处理器的LCD显示模块的示意框图；

图3A显示了包括文本信息的示例彩色图像；

图3B显示了使用传统4:2:2压缩处理技术压缩后的图3A示例彩色图像；

图4是构成图2中所示彩色信号压缩处理器一部分的亮度生成电路的示意框图；

图5是构成图2中所示彩色信号压缩处理器一部分的色度生成电路的示意框图；

图6是图2中所示图像处理器的示意框图；

图7A显示了经压缩处理后的图3A的彩色图像；

图7B显示了经图6中所示图像处理器解压缩后的图3A的示例彩色图像。

优选实施例说明

下面参照LCD显示模块说明本发明的实施例。图1提供了例如用于移动电话或PDA中的典型LCD显示模块的图样。一般地，对使用手持机(如移动电话)来显示数字图像的要求越来越多。特别是，第三代(3G)移动无线通信***将提供传送彩色图像的功能，因此3G***的移动电话将需要具有显示如数字彩色图像的功能。

用于显示彩色图像的典型显示模块包括如图1中所示的LCD显示屏面1。这样的显示模块包括显示存储器2，其设计用于存储表示要显示于LCD显示屏1上的数字图像的像素信息。在连接通道4上接收表示要显示彩色图像的像素，并使用写地址逻辑8将上述像素写入显示存储器2。要显示图像时，由读地址逻辑10读出存储在存储器2中的信号样本，并在LCD屏1上显示之前，由数模转化器12将其转化到模拟域中。

如前所述，本发明提供了一种手段，用于减少存储数字彩色图像所需的数据存储容量，同时维持要显示于(例如LCD屏面2)上图像的质量。下面将要说明，当图像包含微小细节或者微小文本信息，如部分文本字符仅有一个像素宽时，本发明提供了特别的优越性。图2说明本发明的一个实施例。图2显示图1的结合有彩色信号压缩处理器20和图像处理器30的LCD显示模块。为减少显示存储器2的存储容量，彩色信号压缩处理器20设计为接收彩色图像的像素表示，并通过处理图像像素来减少用于表示图像的样本数。相应地，图像处理器30被设计为当从显示存储器2读取表示图像的信号样本时，可以解压缩信号样本以恢复图像的像素，使图像可以在LCD屏面1上显示。对于本示例，假设在连接通道4上接收的图像像素表示为每RGB彩色分量6比特样本，当然应理解为也可以使用其他的每样本比特数。

上面已经说明，传统RGB到YUV彩色压缩处理的一个特殊问题，如称为4:2:2的，是当图像中存在文本或细节时，此文本的清晰度可能下降。为形成压缩的图像而丢弃彩色分量的结果是，这样的细节可能模糊。图3(a)和图3(b)中显示了使用传统4:2:2处理技术来压缩示例彩色图像的结果。图3(a)提供一个包括文本信息的示例图像。如图3(b)中所示，使用每隔一个像素丢弃色度值UV的传统4:2:2压缩编码技术处理的结果是，微小文本信息模糊或者彩色丢失或破坏，而得到不能令人满意的再现图像。

因此，本发明的实施例力图压缩数字图像的同时能在恢复的图像中保留这样的微小文本信息。为此，彩色信号压缩处理器20设置为通过平均每个像素对对应的U和V色度值，来形成像素对的U和V值。如图2所示，彩色信号压缩处理器包括亮度形成电路24和色度形成电路28。彩色信号压缩处理器20的实施例见于图4和5。

图4提供亮度形成电路24的功能框图，其根据每个像素的RGB值形成亮度值Y。图4中电路所进行的计算用以下等式表示：

1)Y＝(77R+150G+29B)/128

2)Y＝(Y+1)/2

通过使用图4中的功能框图形成每个像素的亮度值Y，来产生亮度值，其将RGB分量的6比特值映射到6比特亮度值，范围在-32和+31之间。

图5是色度形成电路28的功能框图。色度形成电路28所进行的计算用以下等式表示：

1)U＝(131B-(44R+87G))/128

V＝(131R-(110G+21B))/128

2)U＝(U+1)/2

V＝(V+1)/2

在图5中，括号中的值用于形成第二色度值V。与亮度形成电路24一样，色度形成电路28在为从6比特输入RGB分量产生的U和V分量提供6比特值上具有优势，产生值的范围在-32到+31之间。

如图5所示，色度形成电路28设置为两个输入像素，即每个具有RGB值的两个输入像素产生两个色度值UV。更具体地，通过平均针对每个像素形成的对应色度值U1、V1和U2、V2，来形成两个色度值UV。因此，与传统压缩处理技术不同，第二对的两个色度值U2、V2并不被丢弃，而是结合形成两个输入像素的公共色度值。

返回图2，写地址逻辑8被设置为在显示存储器2中存储表示图像的分量信号样本。存储四个样本来表示两个像素，而不是需要六个样本，从而此示例中在存储空间上节省了33％。为Y1U和Y2V的样本存储在显示存储器2中。

通过形成每个像素对的公共色度值UV来压缩图像，在克服图3(a)和3(b)中所示的技术问题(可能破坏文本信息)上特别有优势。根据对图像处理器30所提供的解压缩过程操作的说明，将明白这一优势。

如图2所示，图像处理器30包括细节检测处理器34和YUV到RGB解压缩处理器38。细节检测处理器34和YUV到RGB解压缩处理器38从读地址逻辑10接收YUV压缩样本。细节检测处理器被设置为控制YUV到RGB解压缩处理器38，以能够保留文本信息的方式恢复RGB值。图6更加详细地显示图像处理器30。

如图6所示，细节检测处理器针对每个亮度值包括一对比较器40、42、44、46。每个比较器将一个亮度值与表示白色的阈值和表示黑色的阈值进行比较。比较器40、42、44、46以此来确定亮度值Y1、Y2中的一个是否表示为黑色或白色。

将会理解，可以将向比较器40、42、44、46提供的阈值有效地选择用来识别其中一个像素是表示白色或基本为白色或黑色或基本为黑色。通过判断亮度值是否超过白色阈值或低于黑色阈值来进行检测。白色或黑色存在于一个像素而不是另一个像素的事实反映了图像中从一个像素对到另一个像素对的变化，这可能表示图像中有细节或文本信息存在。

表示比较器40、42、44、46的比较结果的控制信号馈送到YUV到RGB的解压缩处理器38。在选择逻辑门50、52、54、56上接收控制信号。因此当在连接通道36.1、36.2、36.3、36.4上接收比较器的输出时，选择门50、52、54、56或者选择零值、二倍于色度值U或V的值，或者选择输入色度值U或V。因此对应地，选择门50、52、54、56在每个对应的输出上产生再现的色度值U1、V1、U2、V2。

构成解压缩处理器38一部分的还有放大电路60、62。放大电路设置为产生二倍于对应输入色度值U、V的值和被馈送到选择门50、52、54、56的输入色度值U、V。

针对每个像素再现色度值U1、V1和U2、V2后，YUV到RGB转换处理器70将第一像素的YUV分量值Y1、U1、V1和第二像素的YUV分量值Y2、U2、V2转化为再现像素对的RGB值。因此，对于每组分量信号样本Y1UY2V形成一个像素对，其表示为R1G1B1、R2G2B2。如图2所示，RGB值馈送到数模转换器12，以便在液晶显示屏2上显示。

根据细节检测处理器34的操作，结合解压缩处理器38，形成再现每个像素对YUV值的功能方案。功能方案用以下算法表示：

1)像素1(Y1)表示白色或黑色，像素2(Y2)不表示白色或黑色，则：

Y1＝Y1，U1＝0，V1＝0

Y2＝Y2，U2＝Ux2，V2＝Vx2

2)像素1(Y1)不表示白色或黑色，像素2(Y2)表示白色或黑色：

Y1＝Y1，U1＝UX2，V1＝VX2

Y2＝Y2，U2＝0，V2＝0

3)对于所有其他像素：

Y1＝Y1，U1＝U，V1＝V

Y2＝Y2，U2＝U，V2＝V

彩色信号压缩处理器20和图像处理器30配合操作，将表示图像所需的一定数据量压缩，同时保持文本信息。对于图3(a)中所示的图像，彩色信号压缩处理器20和图像处理器30处理的结果示于图7(a)和7(b)中。图7(a)显示图3(a)中图像的文本，其产生于彩色信号压缩处理器以减少色度分量的方式处理图像的像素。如图所示，图像中有相当模糊的地方，是由彩色信号压缩处理器为形成两个色度值而进行平均所导致的。但是，如图7(b)中所示，根据本发明实施例由图像处理器30所进行的解压缩压缩的彩色图像的结果，是恢复原始图像，并能保留文本细节。

对于熟悉本技术的人将明白，可以对前述本发明实施例进行各种修改，而不背离本发明要旨。特别是，彩色信号压缩处理器和图像处理器可以与任何类型的显示装置配合使用。因此，本发明不限于LCD显示屏的应用。在需要减少存储器大小或需要显示彩色图像装置的产品组件时，本发明的实施例特别适用。本发明也适用不是18比特(如24比特)的彩色深度。对于如24比特的较大彩色深度值，根据彩色分量信号样本的大小，甚至将会更多地减少存储器容量。

Claims (10)

1.一种图像处理装置，可用于从表示图像的彩色分量信号样本组再现表示彩色图像的像素，所述每组表示两个所述像素，并包括两个输入亮度值，每个像素一个，通过平均每个像素的第一和第二色度值来形成第一和第二输入色度值，所述装置包括：

解压缩处理器，可用于接收所述彩色分量信号样本组，并产生再现的像素，每个包括三个彩色分量值，

细节检测处理器，可用于检测所述第一和第二像素之一是否表示基本白色或基本黑色，所述像素的另一个是否不表示基本白色或基本黑色，如果是，配置成为所述解压缩处理器执行以下操作

为表示为基本白色或黑色的所述第一和第二像素之一的第一和第二色度值分配零值，

分别为不表示基本白色或黑色的所述第一和第二像素的另一个像素的第一和第二色度值分配两倍于第一和第二输入色度值的值，

并根据对应的输入亮度值和分配的第一和第二色度值再现每个像素的三个彩色分量，否则

根据与第一和第二输入色度值结合的对应的输入亮度值再现每个像素的三个彩色分量。

2.如权利要求1所述的图像处理装置，其特征在于，所述细节检测处理器可用来比较每组第一和第二输入亮度值与白色和黑色阈值，每个分别表示基本白色和基本黑色亮度值，并根据所述比较的结果确定所述像素之一是否表示为基本白色或基本黑色，所述像素的另一个是否不表示为基本白色或基本黑色。

3.如权利要求2所述的图像处理装置，其特征在于，由所述细节检测处理器进行的比较包括确定所述第一输入亮度值是否超过所述白色阈值，或者所述第一输入亮度值是否小于所述黑色阈值，并确定所述第二输入亮度值是否超过所述白色阈值，或者所述第二输入亮度值是否小于所述黑色阈值。

4.一种显示装置，包括：

显示屏；

显示存储器；

用于处理各包括三个彩色分量信号样本的输入像素，以产生输出彩色分量信号样本的彩色信号处理器，所述彩色信号处理器用来接收第一和第二输入像素，并根据各像素的对应的三个彩色分量样本，分别从每个所述像素产生一个对应的亮度值，以及通过根据每个像素的各个彩色分量计算第一和第二色度值，以及平均所述第一和第二输入像素的所述第一色度值和平均所述第一和第二输入像素的所述第二色度值，从所述第一和第二输入像素形成第一和第二输出色度值，以分别产生所述第一和第二输出色度值，根据每个像素的所述对应亮度值和所述第一和第二输出色度值为所述第一和第二像素形成所述输出彩色分量信号样本；以及

如权利要求1、2或3所述的图像处理装置，

其中，表示彩色图像的输入像素馈送到所述彩色信号处理器，表示所述彩色信号处理器产生的所述像素的信号样本组存储在所述显示存储器中，所述信号样本组从所述显示存储器中读取，并由所述图像处理装置处理，以在所述显示装置上显示之前，产生再现的像素。

5.如权利要求4所述的显示装置，其特征在于，所述显示装置是液晶显示屏。

6.如权利要求4或5所述的显示装置，其特征在于，由所述图像处理装置产生的再现像素由模数转换器转化成模拟形式，用于在所述液晶显示屏上显示。

7.一种便携式计算或通信装置，具有如权利要求4、5或6所述的显示装置。

8.一种移动无线电话，具有如权利要求4、5或6中所述的显示装置。

9.一种处理彩色图像以从表示图像的彩色分量信号样本组再现表示彩色图像的像素的方法，所述每组表示两个所述像素，包括两个输入亮度值，每个像素一个，通过平均每个像素的第一和第二色度值来形成第一和第二输入色度值，所述方法包括：

接收表示第一和第二像素的所述彩色分量信号样本组中的一组，

检测所述第一和第二像素之一是否表现为基本白色或基本黑色，所述像素的另一个是否不表现为基本白色或基本黑色，如果是，

将表示为基本白色或黑色的所述第一和第二像素之一的第一和第二色度值重现为零值，

将所述第一和第二像素的另一个的第一和第二色度值分别重现为两倍于第一和第二输入色度值的值，以及

根据输入亮度值和分配的色度值为所述第一和第二重现像素中的每个像素产生三个彩色分量，否则

根据与第一和第二输入色度值结合的对应的输入亮度值，为所述第一和第二再现像素中的每个再现像素产生三个彩色分量。

10.一种处理表示彩色图像的输入像素以产生输出彩色分量信号样本的方法，每个像素包括三个彩色分量信号样本，所述方法包括

接收第一和第二输入像素，并从每个像素产生对应的该像素三个彩色分量样本的对应亮度值，

所述第一和第二像素的第一和第二输出色度值的形成是通过以下操作完成的：

根据每个像素的各个彩色分量计算第一和第二色度值，以及

对第一和第二像素的第一色度值求平均值和对第一和第二像素的第二色度值求平均值，以分别产生所述第一和第二输出色度值，根据每个像素的所述对应亮度值和所述第一和第二输出色度值为所述第一和第二像素形成所述输出彩色分量信号样本，

接收表示第一和第二像素的所述彩色分量信号样本组中的一组，

检测所述第一和第二像素之一是否表现为基本白色或基本黑色，所述像素的另一个是否不表现为基本白色或基本黑色，如果是，

将表示为基本白色或黑色的所述第一和第二像素之一的第一和第二色度值重现为零值，

将所述第一和第二像素的另一个的第一和第二色度值分别重现为两倍于第一和第二输入色度值的值，以及

根据输入亮度值和分配的色度值为所述第一和第二重现像素中的每个像素产生三个彩色分量，否则

根据与第一和第二输入色度值结合的对应的输入亮度值，为所述第一和第二再现像素中的每个再现像素产生三个彩色分量。

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