DE69916526T2

DE69916526T2 - Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Kontrastverbesserung in Videobildern

Info

Publication number: DE69916526T2
Application number: DE69916526T
Authority: DE
Inventors: Sahmusa Akbayir
Original assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Current assignee: Deutsche Thomson Brandt GmbH
Priority date: 1998-06-02
Filing date: 1999-05-21
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2019-05-22
Also published as: EP0963111A1; CN1137574C; CN1529516A; JP2000059649A; DE69916526D1; CN1303826C; JP4562825B2; US6285413B1; CN1237850A; DE69934439D1; DE69934439T2

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zur dynamischen Kontrastverbesserung von Videobildern.
Hintergrund
Auf dem Gebiet der Videoanzeige-Entwicklung gibt es eine strenge Anforderung an den Bildkontrast, aber jede Videoanzeige hat einen begrenzten Dynamikbereich. Insbesondere die flachen Anzeigeschirme wie LCD und Plasma-Anzeigen haben einen niedrigen Dynamikbereich im Vergleich zu CRT-Anzeigen. Der Bildkontrast kann nicht durch einfache Erhöhung der Video-Signalamplitude erhöht werden, weil ein Überschreiten des Anzeige-Dynamikbereichs unerwünschte Störeffekte verursacht.
Aus US-A-5,422,680 ist eine Vorrichtung zur dynamischen Kontrastverbesserung bekannt, die Gebrauch von einer Doppel-Segment-Transfer-Funktion oder einer Triple-Segment-Transfer-Funktion für eine nicht-lineare Verarbeitung einer Videosignal-Luminanzkomponente macht. Die Knickpunkte in der Triple-Segment-Transfer-Funktion werden auf vorbestimmten Linien in Abhängigkeit von der Verteilung der Pixelwerte in dem Bild verschoben.
Erfindung
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu offenbaren, die wirksamen Gebrauch des Anzeige-Dynamikbereichs macht, um den Bildkontrast und die Bildqualität zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 10 beanspruchten Maßnah men gelöst. Der Bildkontrast wird durch Analysieren der Bildinhalte der angezeigten Videobilder und Einstellung des Kontrasts in Abhängigkeit von den Ergebnissen des Bildinhalt-Analyseschritts optimiert. Genauer gesagt besteht die Grundlösung gemäß der Erfindung darin, die Videobilder Vollbild für Vollbild in Echtzeit zu analysieren und die Parameter einer Doppel-Segmemt-Transfer-Funktion einzustellen, wo ein adaptiver Drehpunkt der Doppel-Segment-Transfer-Funktion in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Bildhelligkeitswert angepasst wird.
Vorteilhafte zusätzliche Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung sind in den entsprechenden Unteransprüchen offenbart.
Gemäß Anspruch 3 wird jedes Vollbild auf den Vollbild- oder Halbbild-Spitzenwert analysiert. Der Vollbild/Halbbild-Spitzenwert wird verwendet, um den Segment-Gewinn des oberen Segments der Doppel-Segment-Transfer-Funktion zu bestimmen. Er wird in der Weise berechnet, dass der festgestellte Spitzenwert, der kleiner ist als der nominale Spitzenwert für vollen Kontrast zu dem nominalen Spitzenwert bewegt wird. Wenn der festgestellte Spitzenwert gleich oder höher als der nominale Spitzenwert ist, dann wird ein Gewinn von 1,0 verwendet (keine Änderung). In der anderen Richtung wird der berechnete theoretische Gewinn auf einen maximalen Wert begrenzt, um unnatürliche Effekte zu vermeiden.
Der Drehpunkt ist adaptiv für die durchschnittliche Bildhelligkeit und erlaubt, dunkle Bilder heller zu machen und den Kontrast zu erhöhen. Niedrige Durchschnitts-Helligkeitswerte bewegen den Drehpunkt zu niedrigeren und höhere Durchschnitts-Helligkeitswerte zu höheren Pegeln (siehe Anspruch 4).
Um die Ergebnisse des Kontrastverbesserungsverfahrens zu glätten, werden die Werte der Bild-Analyseeinheit, d. h. die Durchschnitts-Helligkeit, die Dunkel-Abtast-Verteilung und der Vollbild-Spitzenwert vorzugsweise in einem IIR-Filter gefiltert (Anspruch 6).
Um das Luminanzsignal adaptiv auf der Signal-Rauschverhältnis des Videosignals vorzubereiten, ist ein adaptiver Signalspalter vorgesehen, in dem ein rauschvermindertes Luminanzsignal erzeugt wird, auf das danach die Transfer-Funktion angewendet wird (Anspruch 13).
Gemäß Anspruch 14 umfasst der adaptive Signalspalter ein Tiefpassfilter, in dem das Luminanzsignal gefiltert wird, und die Tiefpass-Komponente des Signals wird der Bild-Analyseeinheit zugeführt. Das tiefpassgefilterte Signal wird für die Bildanalyse verwendet, um den Rauscheinfluss zu vermindern.
Bei einer spezifischen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Anspruch 15 umfasst der adaptive Signalspalter eine adaptive Entkernungs-(Coring)-Einheit, in der die Hochpass-Komponente des Luminanzsignals hin sichtlich Rauschen und Signalkomponenten mit kleinen Einzelheiten adaptiv zu einer Abschätzung des Signal-Rauschverhältnisses des Luminanzsignals vermindert wird, indem der Hochpasskomponente ein entsprechender Entkernungs-Pegel zugeführt wird. Dieser rauschverminderten Signalkomponente wird die tiefpassgefilterte Signalkomponente hinzugefügt und so das rauschverminderte Luminanzsignal, das im Anspruch 13 genannt ist, erzeugt.
Eine weitere Verbesserung kann mit den im Anspruch 16 offenbarten Maßnahmen erzielt werden. Die Hinzufügung der das Rauschen und die kleinen Einzelheiten enthaltenden Signalkomponente, die von der adaptiven Entkernungseinheit abgeschnitten wurde, zu dem resultierenden Ausgangssignal nach Anwendung der Transfer-Funktion erlaubt eine Verminderung der Rauschverstärkung ohne den Verlust von kleine Einzelheiten enthaltenden Signalen. Da die Entkernungs-Funktion nicht zwischen Rausch- und Bildsignalen unterscheidet, wird sonst aufgrund des Fehlens der Hochfrequenz-Signalkomponenten mit kleiner Amplitude ein Schärfeverlust verursacht.
Um die Wirkung der Verarbeitung der Luminanzkomponente auf die Farbsättigung zu kompensieren, ist es vorteilhaft, eine Farbsättigungs-Kompensations-Einheit vorzusehen, die die Chrominanzsignale entsprechend verarbeitet, um diese Wirkung zu kompensieren (Anspruch 17).
Zeichnungen
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Zeichnungen in größeren Einzelheiten erläutert. In den Zeichnungen stellen dar:
1 eine grafische Darstellung einer für die Kontrastverbesserung verwendeten Doppel-Segment-Transfer-Funktion;
2 ein Top-Level-Blockschaltbild der Vorrichtung zur dynamischen Kontrastverbesserung;
3 ein Blockschaltbild eines adaptiven Signalspalters;
4 ein Blockschaltbild eines in dem adaptiven Signalspalter verwendeten Tiefpassfilters;
5 ein Blockschaltbild einer in dem adaptiven Signalspalter verwendeten adaptiven Entkernungs-Einheit;
6 ein Blockschaltbild einer Bild-Analyseeinheit;
7 ein Blockschaltbild einer Durchschnitts-Helligkeits-Analyseeinheit, Analyseeinheit, die in der Bild-Analyseeinheit enthalten ist;
8 ein Blockschaltbild einer Analyseeinheit für die Dunkel-Abtast-Verteilung, die in der Bild-Analyseeinheit enthalten ist,
9 ein Blockschaltbild einer Vollbild-Spitzen-Analyseeinheit, die in der Bild-Analyseeinheit enthalten ist;
10 ein Blockschaltbild einer IIR-Filtereinheit und einer Parameter-Berechnungs-Einheit, die in der Bild-Analyseeinheit enthalten sind;
11 ein Blockschaltbild einer Transfer-Funktions-Anpassungs-Einheit;
12 ein Blockschaltbild einer Farbsättigungs-Kompensations-Einheit; und
13 ein Blockschaltbild einer alternativen Vollbild-Spitzen-Analyseeinheit, die in der Bild-Analyseeinheit enthalten ist.
Ausführungsbeispiele
Die Grundfunktion des Verfahrens zur dynamischen Kontrastverbesserung (DCI) gemäß der Erfindung ist die Analyse der Bilder Vollbild für Vollbild in Echtzeit und die Einstellung der Parameter einer Transfer-Funktion in Abhängigkeit von den Analyse-Ergebnissen für die beste subjektive Bildqualität. Da die Luminanzsignal-Komponente eines Videosignals hauptsächliche den Bildkontrast bestimmt, wendet das erfindungsgemäße Verfahren zur dynamischen Kontrastverbesserung nur das Luminanzsignal auf die Transfer-Funktion an, die jedem Luminanz-Signalpunkt (Pixel des Videobildes) einen Ausgangswert zuordnet, was zu einem verbesserten Bildkontrast und einer verbesserten Bildqualität führt.
Dieser Prozess ist in 1 dargestellt. Darin wird die Wirkung der Transfer-Funktion gezeigt. In der x-Richtung des dargestellten Graphs sind die Eingangs-Luminanzwerte Y_IN veranschaulicht. In der y-Richtung des dargestellten Graphs sind die Ausgangs-Luminanzwerte gezeigt. In beiden Fällen sind die Luminanzwerte in IRE(Institute of Radio Engineers)-Einheiten gegeben, die oft in dem Gebiet der Videosignal-Verarbeitung als Einheiten verwendet werden. Ein Luminanzsignal mit 100 IRE stellt den weißen Pegel eines Norm-Videosignals dar, und ein Luminanzsignal mit 0 IRE stellt den Schwarzpegel eines Norm-Videosignals dar.
Für die unterschiedlichen Arten von Anzeigen sind spezielle Einstellungen verfügbar, so dass für ein Norm-Videosignal-Testbild die optimalen schwarzen und weißen Farben wiedergegeben werden. Wenn in Videofilmen zum Beispiel dunkle Szenen auftreten, können die angezeigten Videobilder niedrige Kontrastwerte unabhängig von der speziellen Einstellung haben, und die Bilder scheinen unklar oder nebelig oder dergleichen zu sein. Daher gibt es eine starke Forderung nach dynamischer Kontrastverbesserung. Wenn keine Kontrastverbesserung vorgenommen wird, hat die Transfer-Funktion die Form einer geraden Linie mit der Steigung 1, siehe Bezugsziffer 10 in 1.
Gemäß der Erfindung wird eine Doppel-Segment-Transfer-Funktion mit einem adaptiven Drehpunkt verwendet, siehe Bezugsziffer 11. Die beiden Segmente können unterschiedliche Steigungen haben, und der adaptive Drehpunkt 12 ist der Schnittpunkt der beiden Segment-Linien. Die Parameter der Doppel-Segment-Transfer-Funktion sind zwei Steigungswerte von beiden Segmenten (nachfolgend als Segment-Gewinnwert bezeichnet) und der Ort des Drehpunktes 12. Das untere Segment gilt für dunkle Abtastungen und das obere Segment für helle Abtastungen.
Der Gewinn des unteren Segments ist adaptiv für die Verteilung der dunklen Abtastungen. Ein höherer Gewinn rührt von weniger dunklen Abtastungen her, und ein niedrigerer Gewinn von einer höheren Zahl von dunklen Abtastungen. Der Gewinn ist in dem Bereich wie nachfolgend angegeben begrenzt: 1,0 ≤ Segment1_Gewinn ≤ Max_Gewinn1
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat Max_Gewinn1 den Wert 1,5.
Der Gewinn des oberen Segments ist adaptiv für den Vollbild-Spitzenwert. Er wird in der Weise berechnet, dass der festgestellte Spitzenwert, wenn er kleiner als der nominale Wert ist, in Richtung des nominalen Spitzenwertes bewegt wird. Wenn der festgestellte Spitzenwert gleich oder höher als der nominale Spitzenwert ist, dann wird ein Gewinn von 1,0 verwendet (keine Änderung). Der berechnete theoretische Gewinn ist dann auf einen maximalen Wert begrenzt, um unnatürliche Effekte zu vermeiden. 1,0 ≤ Segment2_Gewinn ≤ Max_Gewinn2.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat Max_Gewinn2 den Wert 1,7.
Der dritte Parameter der Transfer-Funktion ist der Drehpunkt. Er ist adaptiv für die durchschnittliche Bildhelligkeit und erlaubt, dunkle Bilder kontrastreich und hell zu machen. Niedrige Durchschnitts-Helligkeit bewegt den Drehpunkt zu niedrigem und hohe Durchschnitts-Helligkeit zu höherem Pegel. In 1 ist dargestellt, dass zur Erleichterung der Ausführung der Drehpunkt immer auf der geraden Linie 10 liegt und der niedrigst mögliche Ort der Punkt (x = 7 IRE, y = 7 IRE) und der höchst mögliche Ort der Punkt (x = 40 IRE, y = 40 IRE), ist, siehe Bezugszeichen 13 und 14.
Nachfolgend wird die Vorrichtung zur dynamischen Kontrastverbesserung gemäß der Erfindung in Einzelheiten erläutert. 2 zeigt das Top-Level-Blockschaltbild dieser Vorrichtung. Sie besteht aus einem adaptiven Signalspalter 20 mit fünf Haupt-Blöcken, einer Transfer-Funktions-Anpassungs-Einheit 30, einer Bild-Analyseeinheit 40, einer Farbsättigungs-Einheit 50 und einem Rauschabschätzer 60. Der Vorrichtung werden vier Eingangssignale zugeführt. Das Luminanzsignal Y_IN des Videosignals, das Luminanzsignal Y_INPF von dem vorhergehenden Halbbild und die Chrominanzsignale U_IN und V_IN. Aus diesen Signalen werden drei Ausgangssignale erzeugt. Diese sind ein modifiziertes Luminanzsignal Y_OUT und modifizierte Chrominanzsignale U_OUT und V_OUT. Diese Signale können für die weitere Verarbeitung oder Anzeige verwendet werden.
Nachfolgend wird die Funktion des adaptiven Signalspalters erklärt. Er besteht aus zwei Hauptteilen, dem Tiefpassfilter 210 und der adaptiven Entkernungs-(Coring)-Einheit 220. Dieser Block bereitet das Luminanzsignal adaptiv auf das Signal-Rauschverhältnis des Luminanzsignals vor und liefert die drei verschiedenen Signale SMALL_DTL, Y_CORED und Y_LP, die für die weitere Verarbeitung benötigt werden. Wie in 3 dargestellt ist, wird das Luminanzsignal Y_IN mit einem Tiefpassfilter 210 gefiltert. Das tiefpassgefilterte Signal Y_LP dient zur Verwendung in der Bild-Analyseeinheit 40, wie in 2 dargestellt. Die Hochpass-Komponente des Luminanzsignals wird einfach durch Subtraktion des tiefpassgefilterten Signals Y_LP von dem ankommenden Signal Y_IN in der Addierschaltung 201 erzeugt.
Das Hochpass-Signal Y_HP wird der adaptiven Entkernungs-Einheit 220 zugeführt, wo die Rauschsignale und Signale mit Einzelheiten unterhalb des Entkernungs-Pegels entfernt werden. Der Entkernungs-Pegel wird durch eine Abschätzung des Signal-Rauschverhältnisses SNR bestimmt, die vom Block 60 in 2 geliefert wird. Das Ausgangssignal Y_HP_C der adaptiven Entkernungs-Einheit 220 wird dem Tiefpass-Signal Y_LP in der Addierschaltung 203 hinzugefügt. Das Ergebnis ist ein hinsichtlich Rauschen vermindertes Signal Y_CORED. Dieses Signal wird der Transfer-Funktions-Einheit 30 zur weiteren Verarbeitung zugeführt.
Da die Entkernungs-Funktion nicht zwischen Rausch- und Bildsignalen unterscheidet, wird aufgrund des Fehlens von hochfrequenten Bildsignalen mit kleiner Amplitude ein Schärfeverlust verursacht. Daher wird die Signalmenge SMALL_DTL, die von der Entkernungs-Einheit 220 abgeschnitten wurde, dem verarbeiteten Signal Y_PWL nach der gesamten DCI-Verarbeitung erneut hinzugefügt, siehe 2. Dieses Verfahren erlaubt die Verminderung der Rauschverstärkung ohne einen Verlust an Signalen mit kleinen Einzelheiten.
Der Aufbau des Tiefpassfilters ist in 4 dargestellt. Es handelt sich um einen allgemeinen Aufbau eines Tiefpassfilters. Darin bezeichnet die Bezugsziffer 2110 Verzögerungs-Einheiten, die Bezugsziffer 2120 bezeichnet Summierungs-Stufen und die Bezugsziffer 2130 bezeichnet eine Divisions-Stufe. Das Tiefpassfilter hat eine –3 dB Frequenz-Grenze bei etwa 700 kHz.
Der Aufbau der adaptiven Entkernungs-Einheit 220 ist in 5 dargestellt. Darin bezeichnet die Bezugsziffer 2210 eine Maximalwert-Auswahlvorrichtung und die Bezugsziffer 2220 eine Minimumwert-Auswahlvorrichtung. Die Bezugsziffer 2230 bezeichnet eine invertierende Einheit, die eine Multiplikation mit dem Faktor –1 ausführt, und die Bezugsziffer 2240 bezeichnet eine Addierstufe. Die Funktion der in 5 dargestellten adaptiven Entkernungs-Einheit ist selbsterklärend.
Nun wird die Bild-Analyseeinheit 40 in größeren Einzelheiten erläutert. Die Grundfunktion des Prozesses zur dynamischen Kontrastverbesserung DCI ist die Analyse der Bilder von Vollbild zu Vollbild in Echtzeit und die Einstellung der Parameter einer Doppel-Segment-Transfer-Funktion in Abhängigkeit von den Analyse-Ergebnissen für die beste subjektive Bildqualität. Jedes Vollbild wird auf drei unterschiedliche Eigenschaften analysiert. Die durchschnittliche Bildhelligkeit, die Dunkel-Abtast-Verteilung und den Vollbild-Spitzenwert. Ein Blockschaltbild der Bild-Analyseeinheit 40 ist in 6 dargestellt. Die Bezugsziffern 410, 420, 430 bezeichnen eine Durchschnitts-Helligkeits-Analyseeinheit, eine Analyseeinheit der Dunkel-Abtast-Verteilung und eine Vollbild-Spitzenwert-Analyseeinheit. Die Ausgangs-Ergebnisse dieser Einheiten werden in einer IIR-Filterungs- und Parameter-Berechnungs-Einheit 450 verarbeitet. Nach der Verarbeitung in dieser Einheit werden die Parameter der Doppel-Segment-Transfer-Funktion erzielt, und sie werden dem nächsten Vollbild und nicht dem gegenwärtigen Vollbild zugeführt, weil eine weil eine Filterung irgendwie notwendig ist und eine augenblickliche Reaktion auf kleine zeitliche Änderungen unerwünscht ist.
In Fernsehgeräten kann das Bildformat geändert werden, z. B. beim Zooming, oder wenn ein anderes Bildformat, z. B. ein Letterbox-Format empfangen wird. Wenn eine Letterbox-Sendung empfangen wird, enthalten nicht alle Bereiche der Anzeige aktive Videoteile. Bei Zooming-Anwendungen kommt es oft vor, dass nicht alle aktiven Videozeilen angezeigt werden. Daher muss Sorge getragen werden, dass die Bild-Analyse-Funktion nicht durch inaktive Teile oder durch nicht angezeigte Teile verfälscht wird. Zu diesem Zweck wird ein Analyse-Fenster in der Analyse-Fenster-Einheit 440 definiert. Das Analyse-Fenster definiert einen Teil innerhalb der angezeigten Bildgröße für die Analyse. Die Analyse für DCI-Funktionen wird innerhalb des Fensters wirksam gemacht und außerhalb des Fensters unwirksam gemacht. Auf diese Weise ist es auch möglich, die Analyse in Untertiteln und Logos unwirksam zu machen. Das Analyse-Fenster kann vom Benutzer durch Setzen von W_US oder automatisch durch eine Einheit definiert werden, die das Bildformat und die Größe W_PFS feststellt.
Nun wird die Analyseeinheit 410 für die Durchschnitts-Helligkeit in Einzelheiten beschrieben. Der Drehpunkt der Doppel-Segment-Transfer-Funktion ist adaptiv für den durchschnittlichen Bildhelligkeitswert. Er wird zu niedrigeren Werten für dunkle Bilder (die niedrige durchschnittliche Helligkeitswerte haben) bewegt, und er wird zu höheren Werten für helle Bilder (die höhere Werte für die Durchschnitts-Helligkeit haben) bewegt. Die Analyse erfolgt wie in 7 dargestellt ist. Alle Abtastungen unter dem Dunkel-Pegel-Schwellwert = 114 in dem Konstant-Speicher 4173 werden als dunkle Abtastungen betrachtet. Das Register 4150 wird für jede solche Abtastung um 1 erhöht. Wenn der Register-Wert gleich dem Parameter-Wert SENS in dem variablen Speicher 4170 ist, dann wird er zurückgestellt, und ein Übertrag von 1 wird dem Durchschnitts-Register 4160 hinzugefügt.
Alle Abtastungen höher als ein Hell-Pegel-Schwellwert = 106, der im Konstant-Speicher 4172 gespeichert ist, werden als helle Abtastungen betrachtet, aber sie werden nicht einfach wie die Dunkel-Abtastungen gezählt. Die Abtastwerte von ihnen werden auch für die Analyse in Betracht gezogen. So liefern die Abtastungen in dem dunklen Bereich und die Abtastungen in dem hellen Bereich einen unterschiedlichen Beitrag zu der Durchschnitts-Helligkeits-Analyse. Das Register 4140 wird um einen Wert von Wert = Limit((Y_LP – Schwellwert), 0,127)erhöht, solange der Register-Wert niedriger als der konstante Wert SENS*32 ist. Wenn der Wert im Register 4140 gleich oder höher als 32*SENS ist, dann wird er durch einen Wert aktualisiert Register_A = Limit((Y_LP-Schwellwert), 0,127) + (Register_A-32*SENS) und ein Übertrag von K wird von dem Inhalt in dem Durchschnitts-Register 4160 gemäß der Formel subtrahiert Register C = Register C–K
Der Grund für die Verwendung von zwei Unterschieds-Schwellwerten für die Unterscheidung zwischen dunklen und hellen Abtastungen ist der gewünschte weiche Übergang. Beide Schwellwerte = 114 und = 106 überlappen sich in einem kleinen Bereich, der Übergangsbereich genannt wird. Alle Abtastungen innerhalb des Übergangs-Bereiches werden von Zählern für dunkle und helle Abtastungen in Betracht gezogen, die durch die Register 4150 und 4140 dargestellt sind. Die Analyse-Funktion der durchschnittlichen Helligkeit kann durch die nachfolgend gegebene Gleichung beschrieben werden
worin die Variablen die folgende Bedeutung haben:
tsn: gesamte Abtastzahl innerhalb des Analyse-Fensters
pdark: Zahl der dunklen Abtastungen bezogen auf tsn
p_i: Zahl der hellen Abtastungen mit einem Wert i von
i = Limit ((Abtast-Schwellwert), 0,127), bezogen auf tsn
SENS: Parameter; bestimmt die Empfindlichkeit
K: Parameter, Wichtungs-Faktor
Die Analyse erfolgt Vollbild für Vollbild und nur für Abtastungen innerhalb des Analyse-Fensters. Am Ende dieser Analyse enthält das Register 4160 die Informationen über die durchschnittliche Bildhelligkeit. Das Ergebnis wird im Begrenzer 4120 gemäß dem gegebenen Bereich begrenzt und in der Divisions-Stufe 4182 durch 2 geteilt. Die endgültige Information über die Durchschnitts-Helligkeit bestimmt die Position des Transfer-Funktions-Drehpunktes. Alle Register werden durch den Vollbild-Rückstell-Impus zurückgestellt, bevor die Analyse für das nächste Vollbild beginnt.
Nun wird die Funktion der Analyseeinheit 420 für die Verteilung der Dunkel-Abtastungen unter Bezugnahme auf 8 erläutert. Der Amplitudenbereich von 0 IRE bis hinauf zu etwa 18 IRE wird in fünf Stufen für die Analyse der Verteilung dunkler Abtastungen quantisiert. Abtastungen mit Amplitudenwerten bis hinauf zu 18 IRE werden als dunkle Abtastungen betrachtet. Ihre quantisierten Werte werden im Register 4210 gezählt, solange der Registerwert kleiner ist als der Parameter-Wert INS im Konstant-Speicher 4270. Wenn der Register-Wert gleich oder höher als der Parameter-Wert SENS ist, dann wird er durch einen Wert aktualisiert, der gemäß der nachfolgenden Formel berechnet wird
und ein Übertrag mit einem Wert von D wird von dem Verteilungs-Register 4220 subtrahiert. Das Register 4230 zählt zählt die gesamte Abtastzahl. Ihr Wert wird für jede Abtastung innerhalb des Analyse-Fensters um den Wert von 1 erhöht. Es wird auf 0 zurückgestellt, und ein Übertrag von 1 wird dem Register 4220 hinzugefügt, wenn die gezählte Abtastzahl gleich dem Parameter-Wert SENS ist.
Die Analyse erfolgt Vollbild für Vollbild nur für Abtastungen innerhalb des Analyse-Fensters. Am Ende dieser Analyse enthält das Register 4220 Informationen über die Verteilung der Dunkel-Abtastungen und bestimmt den Segment-Gewinn des unteren Segments der Doppel-Segment-Transfer-Funktion. Auch hier werden alle Register zurückgesetzt, bevor die Analyse für das nächste Vollbild beginnt.
Nun wird die Funktion der Vollbild-Spitzenwert-Analyseeinheit 430 unter Bezugnahme auf 9 erklärt. Der maximale Vollbild-Spitzenwert wird durch die in 9 offenbarte Schaltung festgestellt. Jedes Mal wird der maximale Wert im Register 4310 gespeichert. Der festgestellte Vollbild-Spitzenwert ist auf einen bestimmten Bereich begrenzt, so dass der Segment-Gewinn, der in einem anderen Block berechnet wird, niemals unter den Wert 1,0 geht und niemals einen vordefinierten maximalen Wert überschreitet. Der Vollbild-Spitzenwert bestimmt den Gewinn des oberen Segments der Doppel-Segment-Transfer-Funktion, was später noch erläutert wird. Eine verhältnismäßig einfache Spitzenwert-Feststellung wie mit dem in 9 dargestellten Spitzenwert-Detektor kann das Problem verursachen, dass der Segment-Gewinn zu empfindlich gemacht wird. Kleine Spitzenwerte mit höherer Amplitude können sogar in dunklen Bildern mit niedrigen Spitzenwerten auftreten, z. B. aufgrund von reflektierendem Licht. Der Amplitudenwert von solch kleinen Spitzenwerten kann sich auch zeitlich ändern, selbst wenn der Bildinhalt sich nicht ändert. Dies kann eine Modulation des Segment-Gewinns verursachen. Um zuverlässig solche unerwünschten Effekte zu vermeiden, ist es eine weitere Idee der Erfindung, auch die Größe des Spitzenwertes (hellster Teil) in Betracht zu ziehen.
Eine alternative Ausführungsform für eine Vollbild-Spitzenwert-Analyse-Einheit 430, die diese Aufgabe ausführt, ist in 13 dargestellt. Alle Komponenten, die mit 9 gemeinsam sind, haben dieselben Bezugsziffern wie in 9. Der in 13 vorhergesagte Spitzen-Detektor erlaubt das Setzen einer gewünschten Spitzenwert-Größe (PEAK_SIZE) in Einheiten von Pixel-Zahlen. Dem Spitzen-Größenwert entspricht ein Spitzen Abtastwert Peak Sample, der durch die folgende Gleichung gegeben ist:

N = min(PEAK_SIZE, 11) 0 ≤ n ≤ 11

Peak_Sample = min(2ⁿ⁺⁴, (2¹⁵ – 1)) 16 ≤ Peak_Sample ≤ 2¹⁵
Der für die Spitzenwert-Feststellung relevante Amplitudenbereich wird von einem minimalen Spitzenwert von 185 bis hinauf zu einem maximalen Spitzenwert von 240 (für vorzeichenloses 8-Bit-Luma-Signal) gesetzt. Dieser Bereich wird in 16 diskrete Bereiche unterteilt. Für jeden dieser Bereiche ist ein Komparator 4370 und ein Zähler 4380 vorgesehen. Jeder Zähler zählt die Abtastungen mit einem Amplitudenwert (Pixel-Wert), der gleich oder höher als ein Schwellwert thr_00 – thr_15 ist, der dem entsprechenden Komparator zugeführt wird. Die Zähler 4390 zählen während eines Vollbildes von 0 bis zu einem oberen Grenzwert peak_sample, der gemäß den oben angegebenen Gleichungen bestimmt wird. Der Beitrag jedes Zählers 4380 zu dem Vollbild-Spitzenwert wird durch den Zählerwert bestimmt. Ein Wert von peak sample wird als 100-Beitrag betrachtet, und ein Wert von 0 als Beitrag von 0%. Der Wert peak_sample für einen Zähler bedeutet eine 100-Spitzenwert-Feststellung bei dem gegebenen Schwellwert. Die Zähler 4380 zählen hinauf bis zu einem maximalen Wert von peak_sample und stoppen dann. Am Ende der Analyse werden die Zählerwerte in der Addierstufe 4390 summiert und normiert. Dies erfolgt durch eine einfache Rechtsverschiebungs-Operation in den Schiebe-Einheiten 4393 und 4395. Wegen der erforderlichen Präzision wird die Summe zunächst nur um n Bits in der Schiebe-Vorrichtung 4393 anstatt (n + 4 + 4) verschoben. Dann wird das Ergebnis mit der Schrittzahl 55 (Schritte zwischen minimalem und maximalem Spitzenwert 240 – 185 = 55) in der Multiplizier-Stufe 4394 multipliziert. Die endgültige Normierung erfolgt durch eine Rechtsverschiebungs-Operation von 8 Bits in der Schiebe-Vorrichtung 4395. Das Ergebnis ist der relative Spitzenwert, der auf den minimalen Spitzenwert von 185 bezogen ist. Die in der Addierstufe 4396 berechnete Summe von relativem und minimalem Spitzenwert liefert den absoluten Spitzenwert. Die Anordnung mit Minimum-Wert-Selektoren 4331 und Linksverschiebe-Vorrichtungen 4391 und 4392 dient zur Bestimmung des oberen Grenzwertes (peak_sample) für die Zähler 4380 aus dem vorbestimmten Spitzen-Größenwert PEAK_SIZE.
Die Schwellwerte thr_j sind durch die nachfolgende Gleichung gegeben:
Für die Werte von j = 0 bis 15 werden die Ergebnisse dieser Formel in der nachfolgenden Tabelle dargestellt.
Die Bild-Analyse-Einheit liefert Informationen für jedes Vollbild über die Durchschnitts-Helligkeit, die Dunkel-Abtast-Verteilung und den Vollbild-Spitzenwert. Diese Werte bestimmen die Charakteristik der Transfer-Funktion, die für das nächste Vollbild verwendet wird. Alle diese drei Werte werden mit einem IIR-Filter (Infinite Impulse Response Filter) gefiltert und Vollbild für Vollbild gespeichert. Die Filter-Einheit ist in 10 mit der Bezugsziffer 4520 bezeichnet. Sie besteht aus den Multiplizier-Stufen 4521, den Bit-Verschiebe-Vorrichtungen 4522 und 4523, die die Eingangs-Abtastungen durch die Faktoren 2² = 4 bzw. 2⁴ = 16 teilen, den Addierstufen 4524 und dem Konstant-Speicher 4543. Die Filter-Zeitkonstanten werden durch die Benutzer-Einstellungen AB_FC für Durchschnitts-Helligkeitswerte, von DS_FC für Dunkel-Abtast-Verteilungswerte und PK_FC für Spitzenwerte in entsprechenden veränderlichen Speichern 4540, 4541 und 4542 bestimmt. Die Filterung aller drei Bild-Analysewerte erfolgt in Zeit-Multiplex-Weise mit derselben Hardware wie in 10 dargestellt. Ein Multiplex-Steuersignal MUX_CTRL schaltet die entsprechenden Multiplexer 4510. Alle Berechnungen in der Filter- und Parameter-Berechnungs-Einheit 540 erfolgen innerhalb der Vertikal-Austastzeit.
Die gefilterten Werte werden verwendet, um die Parameter der Doppel-Segment-Transfer-Funktion zu berechnen. Die gefilterten Informationen über die Durchschnitts-Helligkeit werden durch 4 geteilt und dann von einem konstanten Wert von 106 subtrahiert. Das Ergebnis ist der Drehpunktwert (TF_DPP). Der gefilterte Dunkel-Abtast-Verteilungswert liefert den Gewinn für das erste Segment (unteres Segment) in der Doppel-Segment-Transfer-Funktion auch nach Division durch 4 in der Bit-Verschiebe-Vorrichtung 4570. Eine zusätzliche Verarbeitung ist erforderlich, um den Gewinn für das zweite Segment (oberes Segment) zu erhalten, der von dem gefilterten Spitzenwert abgeleitet wird. Der Gewinn wird so berechnet, dass die gefilterten Spitzenwerte, die kleiner als 100 IRE sind, auf 100 IRE umgesetzt werden. Wie oben erläutert wurde, ist der festgestellte Spitzenwert in der Vollbild-Spitzenwert-Analyseeinheit 430 auf einen bestimmten Bereich begrenzt worden, so dass der Segment-Gewinn niemals unter 1,0 fällt und niemals einen vorbestimmten maximalen Wert von zum Beispiel 1,7 überschreitet. Der maximale Gewinn wird im Hinblick auf die Erhaltung der natürlichen Bildqualität definiert. Diese Bedingungen werden in mathematischer Form wie folgt ausgedrückt: peak = limit(peak, MINPEAK, 100IRE) 1.0 ≤ GAIN_SEG2 ≤ max_gain2
Der Gewinn wird – wie in der nachfolgenden Gleichung angegeben – durch den gefilterten Spitzenwert und die Position des Drehpunktes bestimmt.
Darin stehen die Variablen für:
GAIN_SEG2: Segment-2-Gewinn für Doppel-Segment-Transfer-Funktion
Y100 IRE: Luminanz-Signalwert 100 IRE
TF_DPP: Wert des Transfer-Funktion-Drehpunktes
FR_PEAK_FILT: gefilterter Luminanz-Spitzenwert
Die Berechnung des Segment-Gewinns gemäß dieser Gleichung erfordert eine Divisions-Operation. Dies kann mit einer Multiplizier-Schaltung 4581 und einer Nachschlage-Tabelle 4550 erfolgen. Die Nachschlage-Tabelle enthält die Ergebnisse von 1/FR_PEAK_FILT – TF_DPPmit einer Genauigkeit von n Bits, wie in der nachfolgenden Tabelle gegeben: X = FR_PEAK_FILT – TF_DPP Xmin = FR_PEAK_FILTmin – TF_DPPmax Xmax = FR_PEAK_FILTmax – TF_DPPmin ROM_Adresse = X – Xmin ROM_Wert = 2n/X n: Zahl von Bruchteil-Bits

Für FR_PEAK_FILT_min = 185 FR_PEAK_FILT_max = 240

TF_DPP_min = 32 TF_DPP_max = 106
Das Transfer-Funktions-Segment für Luminanz-Signale, die höher als der Drehpunkt sind, ist durch die Gleichung gegeben Yout = gain_seg2*(Yin – TF_DPP) + TF_DPP Yin > TF_DPP
Worin
Yout: Ausgangs-Luminanz-Signal
Yin: Eingangs-Luminanz-Signal
Wenn der Segment-Gewinn in einen ganzzahligen und in einen Bruchteil aufgespalten wird, wobei der ganzzahlige Teil immer 1 ist, gelten die folgenden Formeln: GAIN_SEG2_GAIN_SEG2_INT + GAIN_SEG2_FRC = 1 + GAIN_SEG2_FRC Yout = GAIN_SEG2_FRC*(Yin – TF_DPP) + Yin Y_in > TF_DPP
Die Verwendung nur des Bruchteils spart ein Bit. Daher wird der ganzzahlige Teil von dem berechneten Gewinn subtrahiert. Das Ergebnis wird in das Register 4533 geschrieben. Die berechneten Parameter TF_DPP, GAIN_SEG1_FRC und GAIN_SEG2_FRC bestimmen den dynamischen Drehpunkt der Transfer-Funktion, den Bruchteil des Gewinns von Segment 1 und den Bruchteil des Gewinns von Segment 2. Sie werden der Doppel-Segment-Transfer-Funktions-Einheit zugeführt. Die Berechnung muss spätestens vor den ersten aktiven Daten des nächsten Vollbildes beendet sein. Die Parameter werden während dieses Stroms von aktiven Daten des Vollbildes eingefroren.
Nachfolgend wird die Transfer-Funktions-Einheit 30 in Einzelheiten unter Bezugnahme auf 11 erläutert.
Die Video-Verarbeitung mit dynamischer Kontrastverbesserung beruht hauptsächlich auf der Doppel-Segment-Transfer-Funktion. Die Parameter werden von der gemeinsamen IIR-Filter- und Parameter-Berechnungs-Einheit 450 geliefert. Die Anwendung der Doppel-Segment-Transfer-Funktion kann leicht mit den folgenden mathematischen Ausdrücken ausgedrückt werden:
Für Y_CORED ≤ TF_DPP Y_DSTF = (Y_CORED-TF_DPP)*GAIN_SEG1_FRC + Y_CORED
Für Y_CORED > TF_DPP Y_DSTF = (Y_CORED-TED_PP)*GAIN_SEG2_FRC + Y_COREDY_CORED: Eingangssignal
Y_DSTF: Ausgangssignal
TF_DPP: dynamischer Drehpunkt der Transfer-Funktion
GAIN_SEG1_FRC: Bruchteil des Gewinns des ersten Segments (unteres Segment)
GAIN_SEG2_FRC: Bruchteil des Gewinns des zweiten Segments (oberes Segment)
Die DCI-Verarbeitung kann von dem vom Benutzer zu setzenden Parameter DCI_ON ein- und ausgeschaltet werden. Sie wird während der Horizontal- und Vertikal-Austastzeit über das zusammengesetzte Austast-Signal COMP_BLANK ausgeschaltet. Eine Hardware-Ausführung dieser Berechnungen ist in 11 in einer selbsterklärenden Weise gezeigt.
Aufgrund der nicht-linearen Luminanz-Verarbeitung in der Transfer-Funktions-Einheit wird die Farbsättigung geändert. Diese Wirkung wird durch Multiplikation der Chrominanz-Abtastungen mit einem Kompensations-Gewinn kompensiert. Dies erfolgt in der Farbsättigungs-Kompensations-Einheit 50, die in Einzelheiten in 12 dargestellt ist. Die Grundfunktion dieser Einheit wird durch die folgende Formel ausgedrückt: GAIN_CSC = Y_DSTF – Ybl/Y_CORED – Ybl worin
Y_CORED: Eingangs-Luminanzwert von Doppel-Segment-Transfer-Funktion
Y_DSTF: Ausgangs-Luminanzwert der Doppel-Segment-Transfer-Funktion
Ybl: Schwarzpegel.
Der Ausdruck 1/(Y_CORED-Y_bl) wird durch eine Nachschlage-Tabelle 520 angenähert. Der Gewinnwert ergibt sich aus dem Produkt von (Y_DSTF-Y_bl)*(1/(Y_CORED-Y_bl)).
Die Kompensation der Farbsättigung erfolgt nur für entsättigte Farben. Die Entsättigung tritt in dem zweiten Segment von dem Drehpunkt hinauf bis zu 100 IRE auf. In dem ersten Segment von 0 IRE bis hinauf zu dem Drehpunkt kann die Farbsättigung nur erhöht werden. Eine Kompensation in diesem Bereich würde die Farben verblassen.
Die Inhalte der Nachschlage-Tabelle können durch die folgenden Ausdrücke gegeben werden: X = Y_CORED – Ybl für Y_CORED > TF_DPP_min Y_COREDmin = TF_DPPmin + 1 Xmin = Y_COREDmin – Ybl ROM_Wert = 2n/X ROM_Adresse = X – Xmin für X > X_min
n ist die Zahl von Fraktions-Bits und bestimmt die Genauigkeit der Annäherung.
Für X_min = 17 und X_max = 238
In seltenen Fällen können die kompensierten Chrominanz-Komponenten-Werte den maximalen Bereich überschreiten, der mit der gegebenen Zahl von Bits darstellbar ist. Daher wird der maximal zulässige Farbkompensations-Gewinn für jede Chrominanz-Abtastung mit dem Berechner 561 für den Komponenten-Absolutwert, der Maximum-Auswahlvorrichtung 530, dem Begrenzer 512, der Addierstufe 570, dem Konstant-Speicher 553, der Nachschlage-Tabelle 521 und der Bit-Verschiebe-Vorrichtung 541 berechnet. Der Farbsättigungs-Kompensations-Gewinn wird durch Verwendung der Nachschlage-Tabelle 521 begrenzt, wenn er höher ist als der zulässige Wert, so dass ein wahrnehmbarer Farbtonfehler vermieden wird.
Eine alternative Ausführungsform für die Bestimmung des Farbsättigungs-Kompensations-Gewinns wird nun erläutert. Gemäß dieser alternativen Ausführungsform wird der Farbsättigungs-Kompensations-Gewinn durch die folgende Formel bestimmt: CSC_GAIN = Y_PWL/Y_CORED,
Worin Y_PWL das Luminanz-Ausgangssignal nach Anwendung der Doppel-Segment-Transfer-Funktion auf die Luminanz-Komponente und Y_CORED die Luminanz-Komponente des Eingangssignals ist, bei der die Transfer-Funktion angewendet wird (siehe 2).
Für jedes Chroma-Datenpaar U und V wird ein maximal zulässiger Farbsättigungs-Kompensations-Gewinn CSC_GAINmax berechnet, der durch die folgende Formel gegeben ist: CSC_GAINmax = max_Wert/max(abs(U), abs(V)),worin der max Wert für eine gegebene Chroma-Wert-Darstellung konstant ist, z. B. für eine mit Vorzeichen versehene 8-Bit-Darstellung ist der max Wert gleich +127. Max(abs(U), abs(V)) steht für den maximalen Absolutwert eines Chroma-Datenpaars. Wenn der Farbsättigungs-Kompensations-Gewinn, der gemäß der oben gegebenen Formel für CSC GAIN berechnet wird, höher als der maximal zulässige Gewinn CSC GAINmax ist, dann wird der maximal zulässige Gewinn CSC GAINmax verwendet, um einen Farbtonfehler zu verhindern, der durch Begrenzung des U- oder V-Wertes verursacht wird.
Nachfolgend werden einige Einzelheiten hinsichtlich des Rausch-Abschätzers 60 erläutert. Der Entkernungs-Schwellwert SNR, der in dem adaptiven Signal-Spalterteil verwendet wird, bestimmt das Maß der Unterdrückung von kleinen Hochfrequenz-Signal-Amplituden in dem verarbeiteten Luminanz-Signal. Es ist erwünscht, für Videomaterial mit geringem Rauschen kleine Entkernungs-Pegel zu haben und für rauschbehaftetes Videomaterial große Entkernungs-Pegel. Die System-Funktion kann durch Steuerung der Entkernungs-Pegel in Abhängigkeit von dem Rauschpegel in dem Videomaterial optimiert werden. Das Rauschen wird durch den Rausch-Abschätzer 60 gemessen.
Der Rausch-Abschätzer schätzt den Rauschpegel in dem aktiven Teil des Videosignals ab. Normalerweise gibt es in jedem Bild kleine Blöcke mit minimaler Änderung des Video-Inhalts. Diese Blöcke sind für die Rauschmessung geeignet. Die Pixel von aufeinanderfolgenden Halbbildern, die nahezu denselben räumlichen Ort darstellen, werden normalerweise hoch korreliert, und die absolute Differenz liefert eine Rauschinformation. Aufgrund der statistischen Änderung von Rauschen ist eine Durchschnittsbildung von Rauschpegeln notwendig. Jedes Halbbild wird in kleine Blöcke von 64 Pixeln unterteilt. Von der absoluten Differenz von Pixeln zwischen aufeinanderfolgenden Halbbildern wird über jedem Block der Durchschnitt gebildet. Die Blöcke, die räumliche und/oder zeitliche Änderungen enthalten, liefern nicht den richtigen Rauschpegel. Ihre Berücksichtigung würde einen viel höheren Rauschpegel ergeben als Rauschen vorhanden ist. Daher wird der Block mit dem minimalen Rauschpegel für die Rausch-Ermittlung verwendet. Dies ist in der nachfolgend angegebenen Formel ausgedrückt.
worin
Xpixel: Pixel j des gegenwärtigen Halbbildes
Xpf: Pixel j des vorhergehenden Halbbildes.
Das neue Verfahren und die neue Vorrichtung zur dynamischen Kontrastverbesserung wird hauptsächlich in Video-Anzeigevorrichtungen verwendet, wie Fernsehgeräten mit direkter Betrachtung oder Projektions-Fernsehgeräten. Bei Plasma- und LCD-Anzeige-Anwendungen bringt ihre Verwendung größten Nutzen.
Das neue Verfahren zur dynamischen Kontrastverbesserung wurde in Einzelheiten mit Blockschaltbildern für Hardware-Ausführungen erläutert. Ohne es ausdrücken zu müssen, können natürlich anstatt der offenbarten Blockschaltbilder entsprechende Software-Ausführungen verwendet werden.
Die Erfindung ist nicht auf die offenbarten Ausführungsbeispiele beschränkt. Verschiedene Abwandlungen sind möglich und sollen in den Schutzumfang der Ansprüche fallen. Zum Beispiel kann eine vollkommen andere Transfer-Funktion als die Doppel-Segment-Transfer-Funktion verwendet werden. Genauer gesagt können die gegebenen Beschränkungen hinsichtlich des Ortes des Drehpunktes modifiziert werden.
Das gesamte Verfahren zur dynamischen Kontrastverbesserung sowie die Vorrichtung dazu ist auf eine Verarbeitungs-Organisation von Vollbild zu Vollbild angepasst. Dies könnte auf eine Verarbeitungs-Organisation von Halbbild zu Halbbild geändert werden.

Claims

Verfahren zur dynamischen Kontrastverbesserung von Videobildern umfassend die Schritte der Analyse der Videobilder Vollbild für Vollbild oder Halbbild für Halbbild in Echtzeit unter Berücksichtigung ihres Bildinhalts, und Einstellung der Parameter (TF_DPP, GAIN_SEG1_FRC, GAIN_SEF2_FRC) einer Transfer-Funktion (11), die das Änderungs-Maß des Luminanz/oder Chrominanz-Signals des Videobildes für Kontrastverbesserung bestimmt, wobei die Transfer-Funktion (11) eine Doppel-Segment-Transfer-Funktion mit einem adaptiven Drehpunkt (12) ist, der die beiden Segmente trennt, wobei die Vollbilder oder Halbbilder auf die Dunkel-Abtast-Verteilung analysiert werden und der Dunkel-Abtast-Verteilungswert dafür verwendet wird, den Segment-Gewinn des unteren Segments der Doppel-Segment-Transfer-Funktion zu bestimmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Vollbilder oder Halbbilder auf den Durchschnitts-Bild-Helligkeitswert (AVRG_BR) analysiert werden und der adaptive Drehpunkt (12) in Abhängigkeit von dem Durchschnittswert der Helligkeit (AVRG_BR) angepasst wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Analyse der Videobilder innerhalb eines Analyse-Fensters erfolgt, das in der Größe in Abhängigkeit von dem empfangenen Bild-Format vorgegeben oder eingestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Vollbilder oder Halbbilder ferner auf den Vollbild- oder Halbbild-Spitzenwert analysiert werden und der Voll-Bild- oder Halbbild-Spitzenwert (FR_PEAK) verwendet wird, um den Segment-Gewinn (GAIN_SEG2_FRC) des oberen Segments der Doppel-Segment-Transfer-Funktion zu bestimmen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der adaptive Drehpunkt (12) zu niedrigeren Werten für dunkle Bilder mit relativ niedrigem Durchschnitts-Helligkeitswert und zu höheren Werten für helle Bilder mit relativ höherem Durchschnitts-Helligkeitswert bewegt wird.
Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, bei dem die Breite der Spitzenwerte für die Vollbild- oder Halbbild-Spitzenwert-Analyse in Betracht gezogen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem die Durchschnittswerte (AVRG_BR) der Helligkeit, die Dunkel-Abtast-Verteilungswerte (DRKS_DIST) und die Vollbild- oder Halbbild-Spitzenwerte (FR_PEAK) mit einem IIR-Filter gefiltert werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem ein Farbsättigungs-Kompensations-Schritt ausgeführt wird, der den Farbsättigungs-Effekt aufgrund der nicht-linearen Verarbeitung der Luminanz-Komponente kompensiert, wenn die Doppel-Segment-Transfer-Funktion angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem in dem Farbsättigungs-Kompensations-Schritt der Farbsättigungs-Kompensations-Gewinn CSC-GAIN durch die folgende Formel bestimmt wird: CSC_GAIN = Y_PWL/Y_COREDworin Y_PWL das Luminanz-Ausgangssignal nach Anwendung der Doppel-Segment-Transfer-Funktion auf die Luminanz-Komponente ist und Y_CORED die Eingangssignal-Luminanz-Komponente ist, auf die die Transfer-Funktion (11) angewendet wird.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, bei dem für jedes Chrominanz-Datenpaar U und V ein maximal zulässiger Farbsättigungs-Kompensations-Gewinn (CSC_GAINmax berechnet wird, wie durch die Formel gegeben: CSC_GAINmax = max_Wert/max(abs(U), abs(V)) worin der max Wert für eine gegebene Chroma-Wert-Bit-Darstellung konstant ist und Max(abs(U), abs(V)) für den maximalen Absolutwert eines Chroma-Datenpaars stehen.
Vorrichtung für die dynamische Kontrastverbesserung von Videobildern umfassend: eine Bild-Analyseeinheit (40), in der die Videobilder Vollbild für Vollbild oder Halbbild für Halbbild hinsichtlich ihres Bildinhalts analysiert werden und eine Transfer-Funktion-Anpassungs-Einheit (30), in der eine Transfer-Funktion (11) für das Luminanz- und/oder Chrominanz-Signal in Form einer Doppel-Segment-Transfer-Funktion mit einem adaptiven Drehpunkt (12) in Abhängigkeit von den Ergebnissen der Bild-Analyseeinheit (40) angepasst wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Bild-Analyseeinheit (40) eine Analyseeinheit (410) für die Durchschnitts-Bildhelligkeit umfasst und der adaptive Drehpunkt (12) in Abhängigkeit von dem durchschnittlichen Bild-Helligkeitswert (AVRG_BR) angepasst wird.
Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der die Bild-Analyseeinheit (40) ferner eine oder beide der folgenden Komponenten umfasst: – eine Spitzen-Analyseeinheit (430), – eine Dunkel-Abtast-Verteilungs-Analyseeinheit (420), und worin der Vollbild- oder Halbbild-Spitzenwert (FR_PEAK) am Ausgang der Spitzenwert-Analyseeinheit den Segment-Gewinn (GAIN_SEG2_FRC) des oberen Segments der Doppel-Segment-Transfer-Funktion anpasst, und der Dunkel-Abtast-Verteilungs-Wert (DRKS_DIST) am Ausgang der Dunkel-Abtast-Verteilungs-Analyseeinheit den Segment-Gewinn (GAIN_SEG1_FRC) des unteren Segments der Doppel-Segmemt-Transfer-Funktion anpasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Spitzenwert-Analyseeinheit (430) eine Anzahl von Zählern (4380) enthält, die Pixelwerte zählen, die oberhalb von entsprechenden Schwellwerten (thr-00-thr_15) liegen, und bei der die Zählergebnisse für die Spitzenwert-Bestimmung aufsummiert werden.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, die ferner einen adaptiven Signalspalter (20) umfasst, in dem ein rauschvermindertes Luminanzsignal erzeugt wird, das in der Transfer-Funktions-Anpassungs-Einheit (30) verarbeitet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 13, bei der der adaptive Signalspalter (20) ferner ein Tiefpassfilter (210) umfasst, in dem das Luminanzsignal (Y_IN) des Video bildes gefiltert wird, wobei die Tiefpass-Komponente des Luminanzsignals der Bild-Analyseeinheit zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 14, die ferner eine adaptive Entkernungs-(Coring)-Einheit (220) umfasst, in der die Hochpass-Komponente (Y_HP) des Luminanzsignals (Y_IN) hinsichtlich Rauschen und Signalkomponenten mit kleinen Einzelheiten durch Verwendung einer Abschätzung des Signal-Rauschverhältnisses des Luminanzsignals vermindert wird, und wobei ein entsprechender Entkernungs-Pegel der Hochpass-Komponente (Y_HP) des Luminanzsignals zugeführt wird.
Vorrichtung nach Anspruch 15, bei der die Signalkomponente, die von der adaptiven Entkernungs-Einheit (220) abgeschnitten wird, an einem weiteren Ausgang (SMALL DTL) des adaptiven Signalspalters (20) vorgesehen ist und einer Addierschaltung (70) zugeführt wird, wo sie dem Ausgangssignal der Transfer-Funktions-Anpassungs-Einheit (30) hinzugefügt wird.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, die ferner eine Farbsättigungs-Kompensations-Einheit (450) umfasst, die den Farbsättigungs-Effekt aufgrund der nicht-linearen Verarbeitung der Luminanz-Komponente in der Transfer-Funktion-Anpassungs-Einheit (30) kompensiert.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der der Farbsättigungs-Kompensations-Gewinn CSC-GAIN durch die folgende Formel bestimmt ist CSC_GAIN = Y_PWL/Y_COREDworin Y_PWL das Luminanz-Ausgangssignal nach Anwendung einer Doppel-Segment-Transfer-Funktion bei der Luminanz-Komponente ist, und Y_CORED die Eingangssignal-Luminanz-Komponente ist, bei der die Transfer-Funktion (11) angewendet wird.
Vorrichtung nach Anspruch 16 oder 17, bei der für jedes Chrominanz-Datenpaar U und V ein maximal zulässiger Farbsättigungs-Kompensations-Gewinn CSC_GAINmax berechnet wird, der durch die Formel gegeben ist: CSC_GAINmax = max_Wert(max(abs(U), abs(v))worin der max_Wert für eine gegebene Chrominanz-Bit-Darstellung konstant ist und Max(abs(U), abs(V)) für den maximalen absoluten Wert eines Chrominanz-Datenpaars stehen.