视频通讯中视频显示设备伽玛特性校正方法和装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种视频通信中视频显示设备伽玛特性校正方法和装置。将ＲＧＢ颜色空间划分为多胞元，并将视频显示设备的伽玛特性函数进行逐胞元的线性化。将ＲＧＢ颜色空间的各胞元一对一地映射到ＹＵＶ颜色空间从而实现ＹＵＶ颜色空间的胞元化，并且为各个ＹＵＶ胞元建立形式统一但参数不同的线性伽玛校正函数。利用线性伽玛特性函数和线性伽玛校正函数对失真后ＲＧＢ颜色空间向量和未校正ＹＵＶ颜色空间向量进行关联，使关联后的向量与未校正ＹＵＶ颜色空间向量位于同一信号空间，利用关联后的向量和未校正ＹＵＶ颜色空间向量之间平均广义距离最小准则设置数学优化问题，并求解该问题以获得ＹＵＶ颜色空间各胞元上的线性伽玛校正函数的参数；最后，根据伽玛校正函数对需要输入视频显示设备的ＹＵＶ视频信号进行逐胞元的伽玛校正。本发明专利技术达到了提高伽玛校正易用性，拓宽伽玛校正的应用范围，降低伽玛校正实现成本的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及视频通讯
，具体涉及一种视频通讯中视频显示设备伽玛特性校正方法和装置。
技术介绍
视频通讯，尤其是多方视频通讯，目前正在随着宽带网络的迅速发展，得到日益广泛的应用。在国内和国际上，视频会议和可视电话业务正在成为NGN(Next Generation Network，下一代网络)上的基本业务。各国的电信运营商也非常重视这个市场机会。预期在未来几年中，视频通讯业务将成为运营商重要的业务增长点。 发展视频通讯业务的一个关键问题是提高端到端(End-to-end)的用户体验(UserExperience或者Quality ofExperience)。用户体验中除了网络的QoS如丢包、延迟、抖动、R因子等参数外，对于视频，由于各个环节引起的Gamma(伽玛)非线性问题造成的对亮度信号的畸变(Distortion)，也是影响最终用户体验的重要因素。 目前，对于提高端到端用户体验的方法和技术主要集中在保证网络QoS和视频压缩编码相关的前后处理(Pre-processing，post-processing)方面。对于Gamma特性引起的亮度畸变问题，缺乏关注和系统的解决方法。但是，该问题的重要性已经引起了一些国际大电信运营商的关注。 Gamma校正是多媒体通讯信息系统中普遍存在的需要解决的问题。从根源上说，视频通信中的Gamma校正起源于CRT(Cathode-Ray Tube阴极射线管)显示器，因为CRT显示器的输出光信号亮度和输入电压激励信号幅度之间不是线形关系，而是一种非线性关系，即Gamma特性函数关系。为了在视频显示设备上达到高质量的显示效果，获得好的用户体验(User Experience或Quality of Experience)，必须进行Gamma校正。 单个环节Gamma特性的一般模型如附图1所示。 图1中，输入亮度信号和输出亮度信号的非线性的关系可以表示为Lout＝G(Lin)，其中，Lout为输出亮度信号，Lin为输入亮度信号，函数G(.)为一个非线性函数。 典型的Gamma特性示例如附图2所示。 图2中的每一个方块中标注的数字为亮度值，方块的灰度表示亮度信号的明亮程度。图2(a)中，上面的一行灰度方块的亮度是线性递增的，即从0.1递增到1.0，下面一行灰度方块的亮度是按照幂函数规律递增的，也就是说，下面一行灰度方块的亮度经过了Gamma非线性的失真影响。图2(b)中给出的是以曲线表示的Gamma特性。 在实际应用中，视频输入设备如摄像机/摄像头的Gamma特性是 Lout＝Lin0.45 (1) 这个Gamma特性的形式是一个幂函数(Power Function)。需要特别说明的是，这里的输入和输出亮度信号都是在各自的坐标空间中进行了规一化(Normalized)的，即0≤Lout≤1，0≤Lin≤1。 Gamma校正问题可以抽象为如附图3所示。 图3是在图2的基础上增加了一个Gamma校正模块，Gamma校正模块的Gamma特性表示为Gc(.)，该Gamma校正模块可以校正由Gamma特性为Gg(.)造成的失真。对于一个Gamma环节如视频输入设备来说，其Gamma特性给定即Lout＝Gp(Lin)，这样，可以用另外一个Gamma校正环节Lout＝Gc(Lin)和它进行级联，使得最终的Gamma特性输入输出关系成为真正的线性关系。 在多媒体视频通讯过程中，视频信号在通讯网络中的传输过程如图4所示。 图4中，视频显示设备可以从通讯网络中接收来自远端的视频数据流，视频数据流是经过压缩的YUV颜色空间的视频信号；视频显示设备也可以从本地视频输入设备处得到YUV颜色空间的视频信号，即视频输入设备将输入的RGB光信号转换为YUV视频信号传输至视频显示设备。这些YUV颜色空间的视频信号经过相应的处理后，最终要在视频显示设备上进行显示。由于在视频显示设备中，最终驱动电光转换单元的是R，G，B电信号，在CRT显示器中，光电转换单元为CRT；在其它类型的显示器中，光电转换单元为其它形式，因此，视频显示设备内部首先要把YUV信号转换成RGB数字信号，再产生和RGB数字信号成正比的电压信号驱动CRT，将RGB数字信号转换成RGB光信号。其它类型的视频显示设备，比如液晶，等离子等，尽管从电信号转换成光信号这个过程背后的物理规律可以根本不同，但是，其工作原理大致相同。 目前，Gamma校正的方法主要有两种，下面结合附图4、附图5、附图6对这两种Gamma校正方法及各自存在的缺点进行说明。 方法一在RGB颜色空间进行Gamma校正。 在RGB颜色空间进行Gamma校正时，Gamma特性函数其实是分别对应三个通道的三个Gamma特性函数，也就是说，R，G，B三基色各自有各自的Gamma特性函数，即 rd＝gmr(rr)； gd＝gmg(gr)；(2) bd＝gmb(br)； 其中，gmr gmg gmb分别表示R，B，G分量各自的Gamma特性函数。rd表示经过Gamma失真的R分量信号，rr表示原始的R分量信号；gd表示经过Gamma失真的G分量信号，gd表示原始的G分量信号；bd表示经过Gamma失真的B分量信号，br表示原始的G分量信号；下标r表示raw(原始的)，下标d表示distorted(失真的)。 图5示出了红色、绿色和蓝色分量信号对应的Gamma特性曲线，即函数gmr、gmg、gmb的曲线。从图6中可以看出，R，G，B各自对应的Gamma特性函数，虽然在形式上很相似，但是各Gamma特性函数的具体参数不同，因此，这三个Gamma特性函数并不是一个函数。如果采用向量形式来表示未经过Gamma失真的RGB分量和已经过Gamma失真的RGB分量，可以得到 由于RBG分量的每个通道的Gamma校正独立于其它通道，所以，在RGB颜色空间中直接进行Gamma校正，其实现过程比较简单。 从图4、图5可知，在视频显示设备和视频输入设备之间，视频信号都是以YUV形式存在的，所以，如果在RGB颜色空间中进行校正，就意味着Gamma校正模块一定要位于视频显示设备或者视频输入设备中。 对于视频输入设备来说，因为大众通信要求视频输入设备价格低廉，因此，往往只能选用低端视频输入设备，而低端视频输入设备不带有Gamma校正这种高级功能。 对于视频显示设备来说，一般都没有自行进行Gamma校正的功能。早期的Gamma校正都是依赖视频输入设备中引入和视频显示设备相互逆转的Gamma特性，让两者相互抵消，从而达到Gamma校正的目的。早期的视频显示设备都是商用级的，如广播电视行业中使用的视频显示设备等，这些商用级的视频显示设备属于高端设备，可以精确地提供一定的Gamma校正功能。但是，随着大众多媒体通信的普及、大量低端设备的广泛引用，绝大多数的视频输入设备不具备这种Gamma校正的能力。这样，在很多实际应用情况下，不能够做到在RGB颜色空间中进行Gamma校正。 方法二在YUV颜色空间进行Gamma校正。 在YUV颜色空间进行Gamma校正的原理如附图6所示。从图6可以看出，如果要在YUV颜色空间进行Gamma校正，则Gamma校正模块必须设置在视频输入设备和本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种视频通讯中视频显示设备伽玛特性校正方法，其特征在于，包括：ａ、将ＲＧＢ颜色空间划分为多个胞元；ｂ、根据视频显示设备包含的伽玛环节在ＲＧＢ颜色空间中的伽玛特性函数，获得所述伽玛特性函数在ＲＧＢ颜色空间各胞元上的线性化表示， 即得到各胞元上的线性伽玛特性函数；ｃ、将ＲＧＢ颜色空间的各胞元映射到ＹＵＶ颜色空间，使得ＹＵＶ颜色空间被划分为与所述ＲＧＢ颜色空间的各胞元一一对应的多个胞元；ｄ、设置参数化表示的ＹＵＶ颜色空间中各个胞元的线性伽玛校正函数；　 　ｅ、利用所述线性伽玛特性函数和线性伽玛校正函数对失真后的ＲＧＢ颜色空间向量和未校正ＹＵＶ颜色空间向量进行关联，使关联后的向量与未校正ＹＵＶ颜色空间向量位于同一信号空间，利用所述关联后的向量和未校正ＹＵＶ颜色空间向量之间平均广义距离最小 准则设置数学优化问题，求解该数学优化问题，以确定ＹＵＶ颜色空间各胞元上的线性伽玛校正函数的参数；ｆ、根据ＹＵＶ颜色空间各胞元上的确定了参数的线性伽玛校正函数对输入视频显示设备的ＹＵＶ视频信号进行逐胞元的伽玛校正。

【技术特征摘要】
1.一种视频通讯中视频显示设备伽玛特性校正方法，其特征在于，包括a、将RGB颜色空间划分为多个胞元；b、根据视频显示设备包含的伽玛环节在RGB颜色空间中的伽玛特性函数，获得所述伽玛特性函数在RGB颜色空间各胞元上的线性化表示，即得到各胞元上的线性伽玛特性函数；c、将RGB颜色空间的各胞元映射到YUV颜色空间，使得YUV颜色空间被划分为与所述RGB颜色空间的各胞元一一对应的多个胞元；d、设置参数化表示的YUV颜色空间中各个胞元的线性伽玛校正函数；e、利用所述线性伽玛特性函数和线性伽玛校正函数对失真后的RGB颜色空间向量和未校正YUV颜色空间向量进行关联，使关联后的向量与未校正YUV颜色空间向量位于同一信号空间，利用所述关联后的向量和未校正YUV颜色空间向量之间平均广义距离最小准则设置数学优化问题，求解该数学优化问题，以确定YUV颜色空间各胞元上的线性伽玛校正函数的参数；f、根据YUV颜色空间各胞元上的确定了参数的线性伽玛校正函数对输入视频显示设备的YUV视频信号进行逐胞元的伽玛校正。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述RGB颜色空间为规一化的RGB颜色空间，所述YUV颜色空间为规一化RGB颜色空间通过所述颜色空间变换所生成的YUV颜色空间。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤a包括将R轴等分以获得各胞元在R轴上的边长、或者将R轴不等分以获得各胞元在R轴上的边长；将G轴等分以获得各胞元在G轴上的边长、或者将G轴不等分以获得各胞元在G轴上的边长；将B轴等分以获得各胞元在B轴上的边长、或者将B轴不等分以获得各胞元在B轴上的边长；根据所述划分的R轴、G轴以及B轴上的边长确定RGB空间中的各个胞元。4.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤b包括设定视频显示设备的伽玛环节在RGB颜色空间中的伽玛特性函数，R轴上基于胞元的各个划分点为eri，R轴被划分为NR个区间，i＝1，2，3，....，NR；G轴上基于胞元的各个划分点为egj，G轴被划分为NG个区间，j＝1，2，3，....，NG；B轴上基于胞元的各个划分点为ebk，B轴被划分为NB个区间，k＝1，2，3，....，NB；则对于第(i，j，k)个胞元，根据最小均方误差最优准则建立的数学优化问题为其中s.t.表示约束条件，kr(i)和br(i)为RGB颜色空间的第(i，j，k)个胞元的线性伽玛特性函数的R分量伽玛参数，kg(j)和bg(j)为RGB颜色空间的第(i，j，k)个胞元的线性伽玛特性函数的G分量伽玛参数；kb(k)和bb(k)为RGB颜色空间的第(i ,j，k)个胞元的线性伽玛特性函数的B分量伽玛参数；对上述数学优化问题进行求解，获得参数矩阵K(i，j，k)和参数向量B(i，j，k)；对于RGB颜色空间每个胞元重复上述计算过程，以确定每个胞元上的线性伽玛特性函数的参数，RGB颜色空间每个胞元上的线性伽玛特性函数为其中i，j，k为胞元CERGB(i，j，k)的索引号，cdRGB为经过伽玛环节失真的RGB颜色向量，crRGB为未经过伽玛环节失真的RGB颜色向量。5.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤c中，YUV颜色空间中各胞元CEYUV(i，j，k)的边分别在Y、U、V方向上的坐标范围为0.299eri-1+0.587egj-1+0.114ebk-1＝ymin(i，j，k)≤y≤ymax(i，j，k)＝0.299eri+0.587egj+0.114ebk；-0.147eri-0.289egj+0.436ebk-1＝umin(i，j，k)≤u≤umax(i，j，k)＝-0.147eri-1-0.289egj-1+0.436ebk；0.615eri-1-0.515egj-0.1ebk＝vmin(i，j，k)≤v≤vmax(i，j，k)＝0.615eri-0.515egj-1-0.1ebk-1；其中eri、egj、ebk为RGB颜色空间中的胞元CERGB(i，j，k)的边界坐标。6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤e中关联的步骤包括设定RGB颜色空间中每个胞元上的线性伽玛特性函数、YUV颜色空间中每个胞元上的线性伽玛校正函数分别为cdRGB＝K(i，j，k)crRGB+B(i，j，k)，ccYUV＝P(i，j，k)cuYU...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗忠，
申请(专利权)人：华为技术有限公司，
类型：发明
国别省市：94[中国|深圳]