ES2197888T3 - Metodo y aparato para mejorar el contraste del verde de una señal de video en colores. - Google Patents
Metodo y aparato para mejorar el contraste del verde de una señal de video en colores.Info
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Abstract
Un método para procesar señales de vídeo, que comprende los pasos de: recibir una señal de color; y generar componentes de señal primera y segunda a partir de la señal de color, alineándose la primera componente de señal sustancialmente con un eje de color de tonos de carne, alineándose la segunda componente de señal sustancialmente con un eje de color de tonos de verde, caracterizado por generar automáticamente, a partir de las componentes de señal primera y segunda, una señal de control de realce de tonos de verde para modificar la magnitud de la señal de color alrededor del eje de color de tonos de verde, y modificar las componentes de señal primera y segunda para modificar la magnitud de la señal de color alrededor de las inmediaciones del eje de color de tonos de verde para proporcionar realce de tonos de verde en respuesta a la señal de control de realce de tonos de verde generada para, de ese modo, mejorar dinámica y continuamente el contraste del follaje mostrado en una imagen generada a partir de la señal de color.
Description
Método y aparato para mejorar el contraste del
verde de una señal de vídeo en colores.
Esta invención se refiere a la corrección
automática de color de una señal de vídeo, y en particular, a la
mejora automática de parámetros seleccionados de una señal de vídeo
en colores, tales como matiz y saturación.
Se sabe, generalmente, corregir automáticamente
errores de color en los tonos de carne de imágenes mostradas. Se
describe un ejemplo de un sistema tal, por ejemplo, por Harwood en
la patente de EE.UU. número 3.996.608 titulada HUE CORRECTION
APPARATUS HAVING A RESTRICTED RANGE, expedida el 7 de diciembre de
1976. En el aparato de Harwood, se observan señales de crominancia
en una base dinámica y se altera automáticamente la fase de una
señal de referencia de subportadora de color cuando las señales de
crominancia están en las inmediaciones del eje de tonos de carne
(+I). Se altera la fase de la subportadora de referencia haciendo
uso de un detector de fase de ancho de banda amplio, al sumar de
forma controlable una parte de una señal de crominancia limitada en
amplitud a la subportadora para desplazar la fase de la subportadora
hacia la fase de la señal de crominancia. Se restringe el intervalo
de ángulos y de respuesta del aparato por medio de un control de
polarización desplazado conectado al circuito sumador de señal de
crominancia.
Otro ejemplo de corrección automática de matiz de
tonos de carne está descrito por Cochran en la patente de EE.UU.
número 4.051.510 titulada HUE CORRECTION APPARATUS CONTROLED BY
CHROMINANCE SATURATION, expedida el 27 de septiembre de 1977. El
aparato de Cochran proporciona una reducción en la corrección de
matiz de tonos de carne en función del nivel de señal de
crominancia. Se observan señales de crominancia en una base dinámica
y se altera automáticamente la fase de una señal de referencia de
subportadora de color cuando las señales de crominancia están en
las inmediaciones del eje de tonos de carne (+I). La fase de la
subportadora de referencia se altera al sumar de forma controlable
una parte de una señal de crominancia limitada en amplitud a la
subportadora para desplazar la fase de la subportadora hacia la fase
de la señal de crominancia. Un intervalo normal de corrección de
fase del aparato se inhibe de forma controlable en la presencia de
señales de crominancia de amplitud relativamente grande
representativas de colores saturados.
Un ejemplo más de corrección automática de color
de tonos de carne está descrito por Lewis, Jr. y otros en la
patente de EE.UU. número 4.528.586 titulada AUTOMATIC TINT
CORRECTION WITH REDUCED COLOR SATURATION ERROR, expedida el 9 de
julio de 1985. En Lewis, Jr. y otros, se corrigen errores de
saturación de color asociados con circuitos de corrección de tonos
de carne al sumar el valor absoluto de una fracción de una de las
señales de mezcla de colores a la señal de mezcla de colores en
ajuste de fase en cuadratura con ella.
La presente invención se dirige a resolver
ciertos problemas no reconocidos hasta ahora en la técnica
anterior. El nuevo problema está relacionado con el hecho de
proporcionar un método y un aparato digitales de mejora del espacio
cromático que tienen un mecanismo de coste relativamente bajo y área
de oblea reducida, para ajustar automáticamente el tinte o matiz y
el nivel y saturación de color de una imagen de vídeo que se
muestra.
Un objeto de la presente invención es mejorar
automáticamente la reproducción de árboles y otro follaje en
imágenes mostradas para lograr una presentación de color más
vibrante de tales objetos. Ventajosamente, los principios de la
invención son aplicables para mejorar la reproducción de color de
imágenes de vídeo, tanto si provienen de una fuente de NTSC
convencional, una emisión SD/HD digital como de una fuente de
satélite. El método y el aparato mejoran la apariencia del follaje
y el matiz de tonos de carne, haciéndolos parecer más naturales,
pero con muy poca distorsión de matices que no son de carne tales
como amarillo y magenta. La mejora en la saturación de matices
verdes los hace parecer más vibrantes. Esto se logra con mínima
distorsión de matices que no son de carne tales como amarillos y
verdes amarillos de escenas de paisajes y follajes. Por contraste,
las formas conocidas de circuitos de TV convencionales, diseñadas
para corregir errores de color NTSC para tonos de carne, tienden a
producir distorsiones significativas de matices de tonos que no son
de carne. Se reconoce aquí que un efecto secundario no deseado de
los circuitos de la técnica anterior tiende a hacer que las escenas
de follaje primaverales aparezcan como escenas de follaje de
otoño.
La patente de EE.UU. número 5.333.070 muestra un
aparato para ajustar las características de color de una señal de
vídeo que utiliza un circuito matriz que se controla en respuesta
al ajuste de un conjunto de controles de corrección de color por
parte de un usuario. Específicamente, el ajuste de color se lleva a
cabo al multiplicar las señales RGB derivadas de la señal de vídeo
con una matriz de corrección de color de tres filas y tres
columnas. Al ajustar los controles de corrección de color, el
usuario puede ajustar los coeficientes de la matriz de corrección
de color aplicada a la señal de color, ajustando de ese modo
libremente las características de colores específicos.
En realizaciones ventajosas de la invención que
se exponen en las reivindicaciones, se proporciona una mejora en la
saturación de tonos de carne que están bajos. Esto mejora la
apariencia de la gente en imágenes de vídeo donde la señal tiene
una razón croma a luma impropiamente baja.
De particular importancia, el método y aparato de
la presente invención mejoran la separación de colores o contraste
de matices marrón y verde, haciendo parecer más realistas las
plantas y árboles en escenas de bosques de lo que podrían en un
vídeo sin procesar. Además, la presente invención incluye funciones
de control tales como tinte y saturación, cada una de las cuales se
implementa utilizando multiplicadores únicos. Esto es una
simplificación significativa respecto de la usual necesidad de
varios multiplicadores para las dos operaciones utilizando medios
convencionales.
Un método, de acuerdo con la presente invención,
comprende los pasos de: recibir una señal de color; y generar
componentes de señal primera y segunda a partir de la señal de
color, alineándose la primera componente de señal sustancialmente
con un eje de colores de tonos de carne, alineándose la segunda
componente de señal sustancialmente con un eje de colores de tonos
de verde, caracterizado por modificar las componentes de señal
primera y segunda para incrementar la magnitud de la señal de color
alrededor de las inmediaciones del eje de colores de tonos de verde
para proporcionar una mejora de tonos de verde, mejorando de ese
modo el contraste del follaje mostrado en una imagen generada a
partir de la señal de color.
Un aparato, de acuerdo con la presente invención,
comprende: medios para recibir una señal de color; y medios,
conectados a los medios receptores, para generar componentes de
señal primera y segunda a partir de la señal de color, alineándose
la primera componente de señal sustancialmente con un eje de colores
de tonos de carne, alineándose la segunda componente de señal
sustancialmente con un eje de espacio cromático de tonos de verde,
caracterizado por medios, conectados a los medios generadores, para
modificar las componentes de señal primera y segunda para
incrementar la magnitud de la señal de color en las inmediaciones
del eje del espacio cromático de tonos de verde para proporcionar
tonos de verde mejorados, mejorando de ese modo el contraste del
follaje mostrado en una imagen generada a partir de la señal de
color.
Las características precedentes y otras de la
invención se ilustran en los dibujos que acompañan, en los que
elementos similares se designan mediante referencias similares, en
los que:
la figura 1 es un diagrama de bloques de un
sistema de vídeo que incorpora la invención;
la figura 2 es un diagrama de circuitos
ilustrativo detallado de un girador vectorial y un desmultiplexor
adecuado para uso en el sistema de la figura 1;
la figura 3 es un diagrama de circuitos
ilustrativo detallado de un generador automático de señales de
control del verde y un generador automático de señales de control
del color carne adecuados para uso en el sistema de la figura 1;
la figura 4 es un diagrama de circuitos ejemplar
detallado de un procesador de mejora o de realce de color y un
circuito contragirador vectorial adecuado para uso en el sistema de
la figura 1;
la figura 5 es un diagrama tridimensional que
ilustra los efectos de los aspectos de tonos carne automáticos de
la invención;
la figura 6 es un diagrama tridimensional que
ilustra los efectos de los aspectos de tonos verde automáticos de
la invención;
la figura 7 es un diagrama tridimensional que
ilustra los aspectos combinados de tonos carne y tonos verde
automáticos de la invención;
la figura 8 es un diagrama que ilustra el
comportamiento de la corrección de tonos carne automáticos empleada
en la invención;
la figura 9 es un diagrama que ilustra el
comportamiento de los circuitos de realce de tonos verde
automáticos empleados en la invención; y
la figura 10 es un diagrama que ilustra los
comportamientos combinados de los aspectos de realce de tonos carne
y de tonos verde automáticos de la invención.
En la siguiente descripción, los datos digitales
se presentan en notación complemento de 2 a menos que se diga otra
cosa. También se indican en los dibujos retardos temporizados
mediante cajas que contienen triángulos y un factor multiplicador
``X'' que indica el número de intervalos de retardo. Los retardos
se utilizan para asegurar el alineamiento apropiado de señales
diferencia de color (Cr y Cb) que están en forma multiplexada.
También, se indican operaciones aritméticas binarias de
desplazamiento mediante cajas de contienen el símbolo ``<<''
que indica un desplazamiento binario hacia la izquierda y el
símbolo ``>>'' que indica un desplazamiento binario hacia la
derecha. Los símbolos de desplazamiento están siempre seguidos de
un número que indica el número de bits del desplazamiento. Las
operaciones de desplazamiento se utilizan, como se explicará, para
proporcionar la división o para evitar el desbordamiento durante
las diversas operaciones digitales.
En la figura 1, la fuente 10 proporciona un par
de señales de diferencia de color digitales multiplexadas Cr y Cb a
realzar mediante la mejora de contraste de follaje y, en esta
realización, también de contraste de tonos de carne. Las señales
multiplexadas Cr y Cb se aplican a un girador vectorial 20. Un
girador vectorial 20 se designa también en los dibujos como una
matriz de espacio cromático Cr-Cb a
I-IQ. En sistemas convencionales de TV o VCR
digital, las señales de diferencia de color generalmente no están
alineadas con el eje ``I'' de tonos de carne ni con el eje ``IQ''
de tonos de carne en cuadratura. La función de girador vectorial 20
es girar las componentes Cr-Cb hasta un espacio
cromático I-IQ para un procesamiento adicional. Un
girador vectorial 20 realiza esta función bajo el control de un
registro 30 de control de giro que proporciona una señal R de
control de giro. La señal R gira los vectores Cr y Cb a
alineamiento con el eje ``I'' de tonos de carne y el eje ``IQ'' de
tonos de carne en cuadratura.
Para girar las señales digitales multiplexadas,
un girador vectorial 20 también recibe señales T de control de
sincronización de una fuente 40 de señales de sincronización
múltiplex. Una señal T es baja cuando está presente la señal Cr de
componente de color digital y es alta cuando está presente la señal
Cb de componente de color digital como se muestra en la figura 1.
Por supuesto, los estados alto y bajo pueden invertirse en una
aplicación particular. Una señal T de control de sincronización
asegura que las muestras multiplexadas de Cr se alinean
apropiadamente con otras muestras de Cr, y lo mismo es cierto para
las muestras de Cb. También se proporciona una señal T de control
de sincronización de una fuente 40 a otros elementos del aparato,
como se ilustra por las flechas T, para llevar a cabo un
alineamiento Cr-Cb similar.
La salida del girador vectorial 20 comprende
señales de diferencia de color Cr-Cb multiplexadas
giradas a alineamiento con el espacio cromático
I-IQ. Las señales I-IQ
multiplexadas, giradas, se pasan al desmultiplexor 50 y al
procesador 80 de realce de color. Un desmultiplexor 50 desmultiplexa
las señales I-IQ para proporcionar señales de
salida I* e IQ* desmultiplexadas a un generador 60 de señales de
control de tonos carne automático, y a un generador 70 de señales
de control de verde automático. Generadores 60 y 70 de señales de
control también reciben una señal T de sincronización desde una
fuente 40 para mantener las relaciones de sincronización como se
observa arriba.
Generadores 60 y 70 de señales de control
proporcionan respectivas señales Zf y Zg de control para realzar
tonos de carne y tonos de follaje (verdes), respectivamente. Un
generador 60 de señales de control de carne automático genera a
partir de las componentes desmultiplexadas una señal de control de
realce de tonos de carne que comprime tonos de carne de la señal de
color que están demasiado rojos o verdes. Esto se ilustra mediante
la gráfica tridimensional de la figura 5 que muestra un nivel de
corte IRE de aproximadamente +5 unidades IRE para procesar tonos de
carne. Un generador 70 de señales de control de verde automático
genera a partir de las componentes desmultiplexadas una señal de
control de realce de tonos de verde para incrementar el contraste
de tonos de verde de la señal de color. Se muestran detalles de
generadores 60 y 70 de señales de control en la figura 3 y se
describen más abajo.
Se aplican señales Zf y Zg a respectivas entradas
de procesador 80 de realce de color junto con las señales
I-IQ multiplexadas del girador vectorial 20. Un
procesador 80 de realce de color modifica la magnitud (y fase) de
las señales de color al combinar las dos señales de control y
aplicar las señales combinadas (Zf y Zg) a un multiplicador
complejo junto con las señales I-IQ multiplexadas
para proporcionar una señal de salida I**-IQ** multiplexada en la
que se realzan los tonos de carne y se mejora el contraste del
follaje. La figura 4 muestra detalles de un circuito ilustrativos
del procesador 80. Los efectos sobre el espacio cromático se
muestran en las figuras 5, 6 y 7. En la figura 5, se ve que la
corrección de tonos de carne es de parte superior plana en un nivel
de aproximadamente +5 unidades IRE, en la figura 6 se ve que la
corrección de verde proporciona un refuerzo en la dirección IQ. La
figura 7 ilustra los efectos combinados de las figuras 5 y 6. La
figura 8 proporciona una vista bidimensional del efecto de
generador 60 de señales de control de carne automático, que ilustra
los vectores de color que se enfocan en el eje IPn de carne (es
decir, concentrado) y en la figura 9, que ilustra que los tonos de
verde del eje IQPn tienden a tener realces de amplitud
sustanciales. La figura 10 muestra los efectos combinados en los
que se concentran los tonos de carne cerca del eje de tonos de carne
y se realza la amplitud de los tonos de verde (follaje) cerca del
eje de tonos de carne en cuadratura.
El paso final en el proceso de la señal de color
consiste en aplicar la señal de salida realzada procesada
(multiplexada I**-IQ**) al circuito 90 separador de espacio
cromático. Un circuito 90 recibe una señal R de control de giro
desde un registro 30 de control de giro vectorial y gira los
ángulos de fase de las señales realzadas Cr*-Cb* de vuelta a
alineamiento con el ángulo de fase original de las señales
Cr-Cb multiplexadas para ulterior tratamiento si es
necesario. En la figura 4 se muestran detalles del circuito 90
separador de espacio cromático y se describen más abajo.
Antes de considerar los detalles de los circuitos
ilustrativos de las figuras 2, 3 y 4, se cree útil revisar
brevemente algunos de los conceptos de la invención mencionados
previamente. A este respecto, los inventores de la presente han
encontrado que en un receptor de entradas múltiples, lo más
apropiado, en términos de simplicidad y eficacia arquitectónica, es
situar los circuitos de realce de vídeo detrás de diversos puntos
de conmutación de selección de fuente para que cualquier señal, sea
cual sea su origen, pueda aprovecharse de las características
ofrecidas. Por esta razón, las características de realce del
espacio cromático digital de la presente invención se llevan a cabo
en el circuito de señal de componente digital donde la información
de color se lleva mediante las señales digitales de diferencia de
color Cr y Cb. Esto se hace en el ejemplo de la figura 1 como se
describió más arriba. En este punto del circuito de proceso de
señales digitales, la información de color de vídeo se codifica en
forma de 8 bits multiplexados en los que las señales digitales de
diferencia de color Cr y Cb se presentan como un par de coordenadas
rectangulares que corresponden al espacio cromático representado
mediante fósforos de presentación estándar. Para una descripción
completa de los sistemas de color y de las colorimetrías definidas
por las normas NTSC y ATSC, se hace referencia a los documentos de
normas SMPTE-170M e ITU-R 709.
Un objetivo de la característica de carne
generada automáticamente de la presente invención es proporcionar
una reproducción más consistente de tonos de carne. Esto es muy
importante porque el sistema psico-óptico humano es muy sensible a
las variaciones de matiz cerca del eje de carne y tonos de carne que
son demasiado rojos, demasiado verdes, o demasiado pálidos, que son
bastante inaceptables para la mayoría de los espectadores de
televisión. Para llevar a la práctica la característica de
generación automática de color carne de la invención, un girador
vectorial 20 gira primero el espacio cromático de entrada,
representado por las señales Cr-Cb multiplexadas,
hasta un espacio cromático I- IQ intermedio para que pueda
determinarse la fase de vector de croma relativa al eje I (carne) y
al eje IQ (carne en cuadratura). Este giro de espacio cromático se
realiza mediante la ``Matriz de Espacio Cromático
Cr-Cb a I-IQ'' del girador vectorial
20. La cantidad de giro es programable vía el registro 30 de control
de giro vectorial de 2 bits. Cuando el valor de registro es ``0'',
el giro del espacio cromático resultante es de -116,6 grados.
Cuando el valor del registro es ``1'', el giro es de 121,0 grados.
Cuando el valor del registro es ``2'', el giro es de 125,5 grados y
cuando el valor del registro es ``3'', el giro es de 130,2 grados.
Obsérvese que estos ángulos corresponden al espacio cromático Cr- Cb
corregido en escala (véase la recomendación 709 de ITUR para los
detalles). Son equivalentes a ángulos de 110, 114, 118 y 123
grados, respectivamente de un espacio vectorial de diferencia de
color no cambiado de escala.
En cuanto a la corrección de tonos de carne, la
señal Zf de control producida por el generador 60 de señales de
control se utiliza para cambiar automáticamente la magnitud y el
ángulo de fase de cualquier vector de croma de entrada dado que
esté en la región representada por los valores Zf no nulos que se
muestran en la figura 5. El registro 30 de control se utiliza para
programar tres anchuras diferentes para el eje de color carne
generado automáticamente. Si un vector de croma de entrada está en
esta región, entonces el valor Zf suma no nulo resultante se
multiplica por las correspondientes componentes I e IQ del
procesador 80 de realce de color.
El objetivo de la característica de generación
automática del verde de la invención (que incluye tanto refuerzo de
verde como compensación de fase de verde) es proporcionar mejor
contraste de color en la región del verde de las imágenes
exhibidas. Esto es muy deseable porque el follaje o las escenas de
naturaleza en vídeo procesado de forma convencional, típicamente
tienen separación de color pobre entre marrón y verde. Las ramas y
troncos de árbol, por ejemplo, a menudo tienen una apariencia
verdosa mientras que las hojas y la hierba a menudo están
pobremente saturadas, dando como resultado escenas con muy poca
separación global de color. El refuerzo del verde proporcionado en
la presente invención incrementa deseablemente la saturación de los
verdes de las hojas mientras que la compresión de fase del verde
disminuye el tinte verde en troncos y ramas de árboles.
Ventajosamente, para llevar a la práctica esta
función de generación automática del verde
(auto-verde), el aparato de la presente invención
utiliza muchos de los mismos elementos que podrían utilizarse para
una característica de generación automática del color carne
(auto-carne), que tiene como resultado una
característica de realce que es de muy bajo coste en el sentido de
que ambas funciones se ejecutan con elementos comunes (es decir, un
multiplicador común para matiz). Luego, el espacio cromático de
entrada se gira hacia el espacio cromático I-IQ
intermedio mediante el espacio cromático Cr-Cb a
I-IQ, un generador 70 de señales de control de
auto-verde genera la señal de control de
auto-verde, Zg, como se discutió más arriba. La
señal Zg se suma luego a la señal Zf de control de
auto-carne en un procesador 80 de realce de color
donde se utiliza para cambiar la magnitud y la fase de vectores de
croma que están en una región que está en cualquier lado del eje
-IQ (verde). Esta región se representa mediante los valores no
nulos de señal Zg en la figura 6.
Debido a que el presente aparato de realce de
espacio cromático digital opera en muestras Cr-Cb
multiplexadas temporales, puede realizar una multiplicación
compleja utilizando solamente un único multiplicador de 10 bits por
7 bits. Sin embargo, esta simplificación requiere un control muy
preciso de la sincronización de muestreo de diferencia de color por
todo el circuito. Por esta razón, se muestran todos los registros
de retardo de señal temporizada en los diagramas detallados de las
figuras 2-4. Se etiqueta cada registro de señal
temporizada, como se describió más arriba, con el número específico
de ciclos de reloj para los que se mantiene la señal en un punto
particular del circuito de señales.
Tras el procesador 80 de realce de color, el
espacio cromático I-IQ modificado vuelve a girar
hacia el espacio cromático Cr-Cb original mediante
el contragirador vectorial 90. El registro 30 de control de giro se
utiliza para determinar la cantidad apropiada de giro que se
necesita para volver a la fase Cr-Cb original.
Como se muestra en las figuras 5 y 8, la
característica de auto-carne tiene una respuesta que
disminuye con el incremento de magnitud por encima de un umbral.
Ventajosamente, se ha encontrado que esta respuesta es deseable
desde el punto de vista de que los tonos de carne tienden a
agruparse cerca de la saturación media; por lo que la limitación de
la operación de auto-carne para los tonos de carne
menos saturados ayuda a reducir la distorsión no deseada de colores
de tonos que no son de carne. De modo similar, la presente
ejecución práctica de auto-carne genera una señal
Zf de control, que es función de incrementos a lo largo del eje I,
que alcanza un valor máximo alrededor de 3/8 de Imax y, luego,
disminuye hasta un valor de cero justo por debajo de 3/4 de Imax.
También, la magnitud de Zf se limita a un valor máximo que se
determina mediante el registro de control AF. El área del espacio
I-IQ sobre el que el generador 60 de señales de
control de auto-carne opera (valores Zf no nulos) es
una región octogonal que se aproxima a un óvalo con su eje mayor
centrado en la línea IQ=0 (véase la figura 8) y su eje mayor está
aproximadamente en I=3/8 de Imax. El comportamiento de
auto-carne resultante es superior a la técnica
anterior descrita más arriba en la que proporciona una compresión
en el intervalo de tonos de carne (eliminando, de ese modo, los
tonos de carne que son demasiado rojos o demasiado verdes) al
tiempo que provoca muy poca distorsión de colores de tonos que no
son de carne tales como amarillo y verde amarillo. Los circuitos de
auto-carne de la técnica anterior tienden a
distorsionar estos colores, haciendo que las escenas de follaje
aparezcan significativamente más marrones y, por lo tanto, menos
vibrantes. Las figuras 5 y 8 muestran la alteración que resulta del
espacio cromático I-IQ por la parte de
auto-carne del aparato de realce de la presente
invención. Obsérvese que la región de magnitud y fase alteradas se
limita al área sobre el que Zf no es igual a cero.
Además de cambiar la fase de los vectores cerca
del eje de carne, el aparato también incrementa la magnitud para los
vectores de croma por debajo del 50% de saturación, que están cerca
del eje de carne. Esto reduce la apariencia desvaída de la gente
cuando la razón croma a luma es muy baja, y así, atenúa la
percepción del espectador de que necesita incrementarse el ajuste de
color. El refuerzo de magnitud para los vectores de tonos de carne
bajos puede verse en la figura 8.
Al considerar ahora las características de realce
de verdes de la invención, se reconoce aquí que mejorar la riqueza
de los colores verdes tiene como resultado una mejora que se
percibe de la interpretación de color del programa. Con arreglo a
esta observación, se ha añadido la característica de
auto-verde de la invención al aparato y,
ventajosamente, se puede obtener esta característica con muy poco
equipo adicional. Más específicamente, dado que el eje IQ, o de
carne en cuadratura, es prácticamente coincidente con el eje de
verde, un generador 70 de señales de control de
auto-verde puede utilizar el espacio cromático
I-IQ intermedio que se genera para los propósitos
de auto-carne. La figura 6 muestra una gráfica
tridimensional de la señal de control de auto-verde,
Zg, que se produce mediante un generador 70 de señales de control
de verde. Aquí, el eje +G (verde) es equivalente al -IQ y el eje +GQ
(verde en cuadratura) es equivalente a +1. Como Zf, Zg es una
función tanto de la magnitud del vector de croma como de la fase de
croma. Su magnitud se incrementa desde cero a medida que la fase
del vector de croma se aproxima al eje +G(-IQ) y también se
incrementa desde cero a medida que se incrementa la magnitud del
vector de croma. Su magnitud está limitada a un valor máximo, que
se establece mediante un registro 62 de control de desconexión de
AG. La figura 9 muestra la alteración resultante del espacio
cromático I-Q mediante el aparato de la presente
invención. La región de la magnitud y fase alteradas está limitada
al área sobre el que Zg no es igual a cero. La figura 7 es una
gráfica tridimensional tanto de Zg como de Zf en el espacio
cromático I-IQ y la figura 10 muestra el efecto
combinado de Zf y Zg en el espacio cromático
Cr-Cb.
Las figuras 2, 3 y 4 son ejemplos de circuitos
detallados ilustrativos adecuados para utilizarse en el aparato
mostrado en la figura 1. La figura 2 presenta ejecuciones prácticas
de circuitos adecuados del girador vectorial 20 (Matriz de Espacio
Cromático Cr-Cb a I-IQ) y del
desmultiplexor 50. La figura 3 presenta ejemplos adecuados de un
generador 60 de señales de control de auto-carne y
de un generador 70 de señales de control de
auto-verde. La figura 4 proporciona ejemplos
ilustrativos de un procesador 80 de realce de espacio cromático y
de un contragirador vectorial 90.
En la figura 2, un girador vectorial 20 incluye
una entrada 202 para recibir las señales diferencia de crominancia
Cr-Cb multiplexadas desde la fuente 10 (por
ejemplo, 8 bites, en forma complemento de dos) y una entrada 204
adicional para recibir la señal R de control de giro (por ejemplo,
2 bites) del registro 30 de control de giro vectorial. Cada una de
estas señales se aplica a un par de multiplicadores 206 y 208
programables, que tienen órdenes de multiplicación ascendente y
descendente. En este ejemplo, hay cuatro pasos de multiplicación
tales como sigue. Cuando la señal R de control de giro es 00
binario, un multiplicador 206 multiplica la señal
Cr-Cb por un factor de 13 y un multiplicador 208
multiplica la señal Cr-Cb por un factor de 11 por lo
que la razón de las señales de salida producidas es igual a 13/11
veces del valor Cr-Cb original. Como se explicó
previamente, esto corresponde (después de un proceso adicional) a
un giro vectorial de Cr-Cb cuando la señal R es
``00'' de -116,6 grados. Cuando la señal es R=01, el factor de
multiplicación es 14/10 para multiplicadores 206 y 208,
respectivamente, proporcionando un giro de 121,0 grados. Cuando la
señal es R=10, el ángulo de giro es 125,5 grados y cuando la señal
es R=11 el ángulo es 130,2 grados. Estos valores son relativos a un
espacio cromático Cr-Cb cambiado de escala bajo
ITU-R 709 y corresponden a ángulos de 110, 114, 118
y 123 grados en un espacio vectorial de diferencia de color no
cambiado de escala.
Para completar el giro vectorial de las muestras
Cr-Cb multiplexadas, la salida de un multiplicador
206 programable se aplica vía una unidad 210 de retardo temporizado
de 2 muestras a una primera entrada de sumador 212. La salida de un
multiplicador 208 programable va a un sumador 212 vía un circuito de
señal conmutada bajo el control de la señal T de sincronización
para asegurar que el sumador 212 sólo suma valores de Cr cambiados
de escala cuando la señal T es baja (cero binario) y sólo suma
valores de Cb cambiados de escala cuando la señal T es alta (uno
binario). El circuito de señal conmutada que proporciona esta
función comprende un retardo 214 temporizado de una muestra que
retarda la salida de un multiplicador 208 programable por un
período (X1) de una muestra. Cuando la señal es T=1, un conmutador
216 conecta la salida de retardo 214 a la segunda entrada de un
sumador 212. Cuando la señal es T=0 (que significa que Cr está
presente), un conmutador 216 conecta la salida de retardo 214 a un
sumador 212 vía una unidad 218 de retardo de 2 periodos de reloj y
conecta en serie una unidad 220 a la segunda entrada de un sumador
212. Una unidad 220 limita la salida de retardo 218 con un valor
límite L* igual a L=12 bits. Esto evita el desbordamiento de la
salida del sumador. La diferencia en los retardos 210 y 214 asegura
que solamente las muestras de Cr previas se suman a las muestras de
Cr actuales y solamente las muestras Cb previas se suman a las
muestras Cb actuales. La salida del sumador 212 se desplaza en 3
bits a la derecha mediante un circuito 222 de desplazamiento de 3
bits para proporcionar una señal de salida procesada de 10 bits en
la que la señal Cr-Cb de la fuente 10 se gira por
los ángulos observados más arriba para alinearse con el espacio
cromático I-IQ. Como se explicó previamente, el
ángulo de giro específico se controla mediante un registro 30 y
multiplicadores 206 y 208 programables para tener en cuenta las
diferencias en los ángulos de fase de las señales
Cr-Cb multiplexadas en una aplicación dada del
sistema.
Las señales de salida I-IQ
multiplexadas y giradas de un girador vectorial 20 se alinean
sustancialmente con el eje de tonos de carne y el eje de tonos de
verde de escenas mostradas, que simplifica ventajosamente el proceso
de color adicional. La salida de un girador vectorial 20 en forma
multiplexada se aplica directamente a una entrada de procesador 80
de realce de color pero primero se desmultiplexa para entrada a
generadores 60 y 70 de señales de control. Esta función se
proporciona mediante un desmultiplexor 50 que comprende un
conmutador 224 desmultiplexor controlado por la señal T de
sincronización, que recibe la salida de un desplazador 222, y
devuelve una señal IQ desmultiplexada vía un retardo 226 de dos
muestras y una señal I desmultiplexada vía un retardo 228 de una
muestra. Estas señales I e IQ desmultiplexadas se aplican luego como
entradas a generadores 60 y 70 de señales de control para la
generación de señales de control de tonos de carne Zf y tonos de
verde Zg que se aplican a un procesador 80 de realce de color.
La figura 3 proporciona detalles de circuitos
ilustrativos de generadores 60 y 70 de señales de control adecuados
para llevar a la práctica la presente invención. La señal I (tonos
de carne) desmultiplexada y las señales IQ (verde o tonos de carne
en cuadratura) desmultiplexadas del desmultiplexor 50 se aplican a
respectivas entradas 302 y 304 del generador 60 de señales de
control de auto- carne. La señal IQ de un terminal 304 se aplica a
un registro 306 de anchura, Q, que multiplica una señal IQ por 2, 3
ó 4 y toma su valor absoluto (símbolo ``|a|'') y desplaza el valor
absoluto 1 bit a la derecha en un desplazador 308. Los valores
multiplicadores, preestablecidos en una unidad 306, determinan la
anchura angular de la zona de corrección de tonos de carne (por
ejemplo, como se muestra en las figuras 5, 7, 8 y 10). Seleccionar
un valor multiplicador proporciona la opción de ángulos vectoriales
estrechos, medios o anchos en los que los tonos de carne se
``reconocen'' y realzan. La salida del desplazador 308 (11 bits, el
valor absoluto de IQ) se aplica a una primera entrada de sumador
310, a una entrada de inversión (-) de un amplificador 312
comparador y a una entrada ``0'' de un conmutador 314 que se
controla (conmuta) mediante la salida del amplificador 312
comparador. La señal ``I'' desmultiplexada en el terminal 302 se
aplica a un sumador 316, que recibe una constante negativa ``106''
de un registro 318 y así resta ``106'' de la señal I y el valor
absoluto del resultado se aplica al circuito 320 de valor absoluto.
Esta señal (10 bits, como se muestra) se aplica luego a la segunda
entrada de un sumador 310, a la entrada no inversora (+) de un
amplificador 312 comparador y a la entrada ``1'' de un conmutador
314.
El resto del generador 60 de señales de control
de auto-carne proporciona el cambio de escala final
de la anchura y amplitud (y control de conexión/desconexión) de la
señal AF de control de auto-carne suministrada en la
salida 72 al procesador 80 de realce de color. Específicamente, la
salida de 11 bits del conmutador 314 se conecta vía un circuito que
incluye una unidad 322 de retardo temporizado, que proporciona un
retardo de 1 muestra a una entrada sumadora (+) de un sumador 324,
la salida del cual se aplica vía un circuito 326 de valor mínimo
(que tiene un mínimo establecido por un registro 328) y un circuito
330 de valor máximo (que tiene un valor máximo establecido por un
registro 332) para proporcionar una señal de salida (7 bits), SALIDA
DE Zf, a la salida 72 para aplicación al procesador 80 de realce de
color.
La salida del sumador 310 sigue un circuito en el
que la señal de 12 bits del sumador 310 se aplica a la entrada
positiva (+) del sumador 332 que recibe la salida de un registro
constante 334 en su entrada inversora (-) y así resta la constante
``135'' almacenada y proporciona una salida, desplazada en el
desplazador 334 (a la derecha), que comprende un resultado de 12
bits. Esto luego se retarda mediante una unidad 336 de retardo y se
aplica a la entrada sumadora (+) del sumador 338 que resta una
constante (``95'' proporcionada desde el registro 340) para
proporcionar una señal de 13 bits a una entrada substractiva del
sumador 324.
La característica de control de
auto-carne de la invención puede conectarse o
desconectarse por medio de un registro 328 o, cuando se conecta, el
registro 328 proporciona la amplitud mínima de la activación de
auto-carne. Las otras constantes proporcionadas por
los registros 318, 334, 340 y 332 controlan los intervalos de
anchura y amplitud angular de la señal de corrección de tonos de
carne. Los valores ilustrativos mostrados tienen como resultado las
respuestas mostradas en las figuras 5, 7, 8 y 10 como se describió
previamente.
El generador 70 de señales de control de
auto-verde proporciona realce de contraste de
escenas de follaje. Esta característica se logra con el mínimo
equipo adicional en un sistema que ya contiene compensación de
auto-carne. Esto se debe a que la característica de
auto-verde puede llevarse a la práctica con el
mismo procesador 80 de realce de color que se utiliza para la
característica de auto-carne.
Por supuesto, en una aplicación dada, la
característica de auto-carne puede eliminarse y se
puede todavía obtener la ventaja de contraste de verde realzado de
la presente invención que mejora la interpretación de follaje al
acentuar los verdes para mejorar el contraste verde/marrón.
Ventajosamente, la mejora del color del follaje
en la presente invención se logra con el generador 70 de señales de
control de auto-verde mediante un circuito que es
mucho menos complejo que el requerido en el generador 60 para
corrección de auto-carne. Además, como se observó
previamente, en el montaje combinado de auto-carne
y auto-verde de la presente invención, se
proporciona una reducción sustancial en la complejidad del circuito
completo compartiendo las funciones de modificación de escala y
multiplicación compleja en el procesador 80 de realce de color que
está compartido por los generadores 60 y 70 de señales de
control.
En más detalle, el generador 70 de señales de
control de auto-verde de la figura 3 comprende una
entrada 350 a la que se aplica la señal I desmultiplexada y una
entrada 352 a la que se aplica la señal IQ desmultiplexada. La
entrada 350 se aplica vía un circuito 354 de valor absoluto a una
entrada de sumador 356, la otra de cuyas entradas se conecta a la
entrada 352 para recibir la señal IQ. La salida (de 11 bits) de un
sumador 356 se aplica a un circuito 358 de valor mínimo que limita
a cero su salida proporcionada mediante un registro 360. Se
proporciona la señal de valor mínimo limitado resultante a un
circuito 362 de valor máximo que tiene un valor de señal de salida
máximo limitado por un registro 364 de control a un intervalo de -32
a 0 ó a desconexión de AG (desconexión de
auto-verde). Un registro 364 controla la cantidad de
realce de contraste de follaje desde nada en absoluto (desconexión
de AG) a través de un intervalo de valores hasta un máximo
predeterminado. Después de la generación de señal de control de
auto-verde, la salida del circuito 362 de valor
máximo se retarda mediante una unidad de una muestra en la unidad
366 de retardo y la señal (de 6 bits) resultante se devuelve (a un
terminal 62) para aplicación al procesador 80 de realce de color,
en el que las señales I-IQ multiplexadas, giradas y
las señales de control Zf y Zg se combinan para proporcionar una
señal realzada de color multiplexada de las componentes procesadas
I** e IQ**.
La figura 4 proporciona detalles del procesador
80 de realce de color y del contragirador vectorial 90. Un
procesador 80 combina, cambia de escala y aplica apropiadas
operaciones y constantes de desplazamiento y retardo para producir
una señal I**-IQ** de salida procesada en la que tanto los tonos de
carne como el contraste de follaje se realzan como se describió
previamente. Un contragirador vectorial 90 devuelve los ángulos de
fase de vector a sus valores originales para proporcionar una señal
de salida Cr-Cb multiplexada procesada en el
formato original que es adecuada para procesamiento adicional de la
señal digital como se desea.
El procesador 80 de realce de color incluye una
entrada 402 para recibir una señal Zg de control proporcionada
mediante un generador 70 de señales de control de
auto-verde, una entrada 404 para recibir una señal
Zf de control proporcionada por un generador 60 de señales de
control de auto-carne, una entrada 406 para recibir
las señales I-IQ multiplexadas y giradas de un
girador vectorial 20, y una salida 408 para proporcionar una señal
de salida corregida de auto-carne y
auto-verde en forma multiplexada I**-IQ** alineada
con los ejes de tonos de carne y de tonos de verde. El procesador
90 de realce de color vuelve a girar el ángulo de la señal I**-IQ**
de salida procesada resultante hasta el ángulo original revirtiendo
así el giro inicial proporcionado por el girador vectorial 20.
En un procesador 80 de realce de color, se
combinan las señales Zf y Zg en un primer sumador 410 y se aplican a
una primera entrada ``1'' de conmutador 412 múltiplex vía un
circuito que incluye un inversor 414, un desplazador 416 a la
derecha de un bit y un retardo 418 de una muestra. La entrada ``1''
de conmutador 412 múltiplex se selecciona bajo el control de señal
T de sincronización cuando está presente una señal Cb. Una señal Zg
se desplaza 2 bits a la derecha en un desplazador 420 y se combina
con una señal Zf en un sumador 422 y su suma se conecta a la
segunda entrada (``0'') del conmutador 412 vía un circuito que
incluye un desplazador 426 a la derecha que proporciona un
desplazamiento de cuatro bits a la derecha y una unidad 428 de
retardo temporizado que proporciona un retardo de dos períodos de
reloj. La salida ``0'' de un conmutador 412 múltiplex se selecciona
cuando la señal Cb está presente desde la fuente 10. La salida de
un conmutador 412 se aumenta luego por medio de un sumador 430 que
suma una constante ``64'' proporcionada por un registro 432. La
salida del sumador 430 (7 bits, sin signo) se aplica luego a una
entrada de un multiplicador complejo 434 que recibe en su otra
entrada la señal I-IQ multiplexada proporcionada
desde una entrada 406 y retardada por 4 intervalos de muestreo
mediante una unidad 436 de retardo temporizado. La señal de salida
de 17 bits resultante de un multiplicador 434 complejo se conecta
luego a un terminal 408 de salida vía un desplazador 438 a la
derecha de 6 bits y una unidad 440 de retardo temporizado de 2
muestras para, de ese modo, proporcionar a una salida 408, la señal
I**-IQ** de salida procesada de tonos de carne y verde, girada y
multiplexada.
Un contragirador vectorial 90 incluye una entrada
450 para recibir la señal de salida de un procesador 80 de realce de
color, una entrada 452 para recibir la señal R de control de giro
de 2 bits desde el registro 30 y una salida 454 para obtener una
señal de color Cr-Cb multiplexada y realzada que se
ha vuelto a girar a su posición original. La construcción y
operación de un girador 90 es similar a la del girador 20 pero se
diferencia, por ejemplo, porque la dirección de giro está invertida
para, de ese modo, devolver los vectores I-IQ
procesados al espacio cromático de los vectores
Cr-Cb no procesados originales. Otras diferencias
incluyen un pequeño cambio en los valores límites para permitir que
la amplitud realzada de la señal de verde mejore el contraste de
follaje.
En un contragirador vectorial 90, las señales de
color y de giro procesadas en terminales 450 y 452 se aplican a dos
multiplicadores 456 y 458 programables, que seleccionan uno de los
cuatro ángulos de giro. Como en el ejemplo de la figura 2, los
ángulos de giro son 116, 121, 125,5 y 130,2 grados para los cuatro
valores binarios de la señal R de control de giro.
Para completar el giro, la salida del
multiplicador 456 se aplica vía un retardo 460 temporizado de dos
muestras a una primera entrada de sumador 462. La salida del
multiplicador 458 programable va al sumador 462 vía un circuito de
señal conmutada bajo el control de la señal T de sincronización para
asegurar que el sumador 462 solamente suma valores Cr cambiados de
escala cuando la señal T es baja y valores Cb cambiados de escala
cuando la señal T es alta (uno binario). El circuito de señal
conmutada consta de un retardo 464 de una muestra que retarda la
salida de un multiplicador 458 en un período de una muestra. Esta
señal retardada se aplica entonces vía un limitador 466 de 15 bits y
un retardo 468 a las entradas ``1'' y ``0'' respectivas de un
conmutador 470 controlado mediante la señal T de sincronización.
Cuando la señal T es cero, el conmutador 470 conecta la salida del
multiplicador 458 al sumador 462 vía retardos 464 y 468. De otro
modo (señal T=1), la conexión es vía un retardo 464 y un limitador
466. El limitador 466 proporciona un límite de 15 bits para evitar
el desbordamiento en el sumador 462.
La salida del sumador 462 se conecta al terminal
456 de salida del sistema vía un circuito que incluye una conexión
en serie de un desplazador 472 de 4 bits a la derecha, un retardo
474 temporizado de dos muestras, un limitador 476 de 10 bits y un
retardo 478 temporizado de una muestra. Las funciones de
desplazamiento y límite reducen la longitud en bits de 16 bits en la
salida del sumador 462 a 12 bits en la salida de desplazador 472 y
finalmente a 10 bits en la salida del limitador 476. Obsérvese que
esta es una resolución dos bits mayor que con la señal de entrada
Cr-Cb original de 8 bits.
La mayor resolución de la señal de salida de
color realzada puede ser ventajosa en tratamientos posteriores (por
ejemplo, en sistemas de televisión de alta definición) o, si no se
desea en una aplicación específica, puede reducirse mediante
operaciones de desplazamiento y límite adicionales en unidades 472 y
476.
Claims (13)
1. Un método para procesar señales de vídeo, que
comprende los pasos de:
recibir una señal de color; y
generar componentes de señal primera y segunda a
partir de la señal de color, alineándose la primera componente de
señal sustancialmente con un eje de color de tonos de carne,
alineándose la segunda componente de señal sustancialmente con un
eje de color de tonos de verde, caracterizado por
generar automáticamente, a partir de las
componentes de señal primera y segunda, una señal de control de
realce de tonos de verde para modificar la magnitud de la señal de
color alrededor del eje de color de tonos de verde, y
modificar las componentes de señal primera y
segunda para modificar la magnitud de la señal de color alrededor de
las inmediaciones del eje de color de tonos de verde para
proporcionar realce de tonos de verde en respuesta a la señal de
control de realce de tonos de verde generada para, de ese modo,
mejorar dinámica y continuamente el contraste del follaje mostrado
en una imagen generada a partir de la señal de color.
2. El método de acuerdo con la reivindicación 1,
caracterizado porque el paso de modificación comprende
modificar las componentes de señal primera y segunda de un modo no
lineal en respuesta a la señal de control de realce de tonos de
verde generada automáticamente.
3. El método de acuerdo con la reivindicación 2,
caracterizado porque el paso de generación comprende generar
las componentes de señal primera y segunda en una forma
multiplexada.
4. El método de acuerdo con la reivindicación 3,
en el que el paso de generación comprende:
girar las componentes de la señal de color en un
ángulo seleccionado de entre N ángulos predeterminados para llevar
sus componentes a alineamiento con los ejes de espacio cromático I
e IQ, y además caracterizado por el paso de:
girar en sentido opuesto las componentes de la
señal de color modificada en una magnitud igual al ángulo
seleccionado de entre los N ángulos predeterminados a continuación
de la mejora de tonos de verde.
5. El método de acuerdo con la reivindicación 3,
caracterizado además por el paso de:
modificar las componentes de señal primera y
segunda para hacer girar señales de color alrededor de las
inmediaciones del eje de color de tonos de carne y en un intervalo
de primera y segunda magnitud hacia el eje de color de tonos de
carne.
6. El método de acuerdo con la reivindicación 5,
caracterizado porque los pasos de modificación se llevan a
cabo utilizando un procesador común de realce de color.
7. El método de acuerdo con la reivindicación 5,
en el que se utiliza un registro de control de giro para controlar
el giro y el giro en sentido opuesto de las componentes de señal
primera y segunda.
8. Un aparato de proceso de señal de vídeo, que
comprende:
medios (10) para recibir una señal de color;
y
medios (20), conectados a los medios de
recepción, para generar componentes de señal primera y segunda a
partir de la señal de color, alineándose la componente de señal
primera sustancialmente con un eje de color de tonos de carne,
alineándose la componente de señal segunda sustancialmente con un
eje de espacio cromático de tonos de verde, caracterizado
por
medios (50), conectados a los medios de
generación, para generar automáticamente una señal de control de
realce de verde para modificar la magnitud de la señal de color
alrededor del eje de color de tonos de verde, y
medios (60), conectados a los medios de
generación, para modificar las componentes de señal primera y
segunda para incrementar la magnitud de la señal de color alrededor
de las inmediaciones del eje de espacio cromático de tonos de verde
para proporcionar tonos de verde realzados y, de ese modo, mejorar
dinámica y continuamente el contraste del follaje mostrado en una
imagen generada a partir de la señal de color.
9. El aparato de acuerdo con la reivindicación 8,
caracterizado además porque:
los medios de modificación comprenden medios
(412, 436, 430, 434, 438, 440) para modificar las componentes de
señal primera y segunda en un modo no lineal en respuesta a la
señal de control de realce de tonos de verde generada
automáticamente.
10. El aparato de acuerdo con la reivindicación
9, caracterizado porque los medios de generación de
componentes de señal generan componentes de señal primera y segunda
en una forma multiplexada.
11. El aparato de acuerdo con la reivindicación
10, caracterizado porque los medios de generación
comprenden:
medios (20) para hacer girar señales de color que
tienen componentes no alineadas con el eje de tonos de carne y el
eje de tonos de verde en uno de entre N ángulos predeterminados,
para llevar sus componentes a alineación con los ejes de espacio
cromático I e IQ, y porque el aparato comprende además
medios (90) para hacer girar en sentido opuesto
las componentes de la señal de color modificada en una magnitud
igual a un ángulo de entre N ángulos predeterminados, y
un registro (30) de control de giro para
controlar el grado de giro y el giro en sentido opuesto de la señal
de color multiplexada y la señal de color modificada.
12. El aparato de acuerdo con la reivindicación
11, caracterizado además por: medios (70) para generar una
señal de control de realce de tonos de carne para comprimir tonos
de carne de la señal de color que son demasiado rojos o verdes, en
el que los medios de modificación modifican la magnitud de la señal
de color en respuesta a la señal de color multiplexada, la señal de
control de realce de tonos de carne y la señal de control de realce
de tonos de verde.
13. El aparato de acuerdo con la reivindicación
12, en el que los medios de modificación comprenden un procesador
(80) común de realce de color que proporciona realce de tonos de
carne y realce de tonos de verde.
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