專利名稱：色彩變換方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像處理領(lǐng)域，更具體地，涉及一種具有最少變換誤差的色彩變換方法及裝置。
背景技術(shù)：
隨著電子技術(shù)的發(fā)展，提供給用戶的信息不僅包括單純的文本，還包括其它各種多媒體信息，如瞬間照片、運動圖像、動畫及聲音。特別地，由于下一代視頻點播(VOD)服務(wù)和交互服務(wù)都基于運動圖像，因此運動圖像被廣泛的研究。
由于數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的模擬信號可被轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)，并且已經(jīng)推出了用于處理各種類型的數(shù)字視頻媒體以便有效地管理大量數(shù)據(jù)的技術(shù)。數(shù)字圖像處理技術(shù)的某些優(yōu)點如下。
首先，每種模擬裝置在諸如信號發(fā)送和恢復(fù)的處理操作中都會受到干擾。因此，在恢復(fù)記錄的圖像信號時，圖像分辨率很可能被降低。然而，數(shù)字圖像處理裝置則可抑制這些干擾。
其次，通過將模擬信號數(shù)字化可以用計算機處理模擬信號。各種處理方法如壓縮都是通過利用計算機處理圖像信號而實現(xiàn)的。
數(shù)字圖像處理技術(shù)主要涉及到如何利用計算機處理記錄在介質(zhì)上的模擬信號。數(shù)字圖像處理技術(shù)可利用交互式數(shù)字視頻(DVI)方法實現(xiàn)。該DVI方法使處理器適用于執(zhí)行適合于處理圖像的指令，以便執(zhí)行普通處理器在短時間內(nèi)不易完成的功能。
此外，聯(lián)合圖像專家組(JPEG)和運動圖像專家組(MPEG)這兩個專家組已經(jīng)發(fā)布了DVI性能的編碼標(biāo)準(zhǔn)，且由于多數(shù)公司的支持，這一標(biāo)準(zhǔn)有望在數(shù)字圖像處理技術(shù)中擔(dān)當(dāng)重要角色。特別地，MPEG標(biāo)準(zhǔn)不僅用于處理個人計算機中的圖像，其還被廣泛用于高清晰系統(tǒng)，如，高清晰電視(HDTV)。MPEG標(biāo)準(zhǔn)隨后的升級如MPEG II和MPEG III都已經(jīng)完成了。
自1991年以來，已經(jīng)推出了僅僅使用主處理器的處理能力而無需引入特殊的硬件的圖像處理技術(shù)，且普遍使用了蘋果公司的QuickTime和微軟的Video for Windows以及英特爾的Indeo技術(shù)。由于高速主處理器的進步，因此這些圖像處理技術(shù)特別適合于個人計算機。
隨著各種數(shù)字圖像處理技術(shù)的引入，已經(jīng)對各種技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化作出了努力。標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字圖像處理技術(shù)不僅用于視頻會議系統(tǒng)、數(shù)字廣播編解碼系統(tǒng)以及視頻電話系統(tǒng)，而且還被計算機產(chǎn)業(yè)和通信產(chǎn)業(yè)共享和支持。例如，利用一種與用于視頻會議的壓縮技術(shù)非常相似的技術(shù)，就可以實現(xiàn)用于在光盤上儲存信息的數(shù)字壓縮技術(shù)，所述光盤如CD-ROM或數(shù)字記錄介質(zhì)。現(xiàn)今，MPEG標(biāo)準(zhǔn)由ISO-IEC、JTC1、SCI和WG11制定。
為了有效地利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，需要將RGB色彩空間的色彩信號變換成其它色彩空間的預(yù)處理操作。也就是，要在預(yù)處理操作中執(zhí)行色彩空間變換、過濾以及色彩二次抽樣。
色彩空間變換意味著將由R、G、B分量組成的色彩圖像變換為表示圖像的亮度Y和色度的分量。R、G和B色彩信號組成的信息重疊，但是，通過利用色彩空間變換，圖像的、包括細致的區(qū)域的絕大多數(shù)信息，都被映射到亮度Y，而冗余色彩信息則被留在色度信息中。這是因為人眼對亮度的變化較色度的變化更敏感。
圖1描述了依據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的色彩變換技術(shù)。
在圖1中，通過使用方程式1，將RGB色彩空間變換到Y(jié)CbCr色彩空間。
YCbCr=ΦYCbCrRGB,]]>YCbCr=0.21260.71520.0722-0.1146-0.38540.50.5-0.4542-0.0458RGB---(1)]]>逆變換由方程式2執(zhí)行。
RGB=ΦYCbCr-1YCbCr,]]>RGB=1.00.01.57481.0-0.1873-0.46811.01.85560.0YCbCr---(2)]]>現(xiàn)有技術(shù)中的色彩變換技術(shù)僅限于保持與黑白信號處理的兼容性。然而，為了高速傳輸高質(zhì)量和高分辨率的圖像信息，此技術(shù)已經(jīng)得到改變。H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)包括主要針對減少色彩變換誤差的技術(shù)。
圖2描述了由Parchem等發(fā)明、微軟公司申請的第5745119號美國專利申請中的色彩變換方法。
圖2示出了一種將RGB色彩空間的色彩信號變換到Y(jié)CoCg色彩空間的變換操作。
如圖2所示，利用變換函數(shù)(ΦYCoCg)，RGB色彩空間被變換到Y(jié)CoCg色彩空間。YCoCg信號被數(shù)字地處理，且利用逆變換函數(shù)(ΦYCoCg-1)將處理后的信號逆變換到RGB色彩空間。
如圖2所示，向YCoCg色彩空間的變換是利用方程式3完成的。
YCoCg=ΦYCoCgRGB,]]>YCoCg=1/41/21/410-1-1/21-1/2RGB---(3)]]>至RGB色彩空間的逆變換是利用方程式4完成的。
RGB=ΦYCoCg-1YCoCg,]]>RGB=11/2-1/2101/21-1/2-1/2YCoCg---(4)]]>
與圖2相似，由Tran等發(fā)明的、FastVDO申請的第6421464號美國專利申請中介紹了一種用于將RGB色彩空間變換到Y(jié)FbFr色彩空間的方法。微軟和FastVDO所提出的色彩變換技術(shù)都可利用整體映射和提升方案保證逆變換。
但是，這些色彩變換技術(shù)都基于理想的處理操作，并且在實際操作中編碼誤差是不可避免的。編碼誤差會在變換中和逆變換中出現(xiàn)。
因此，非常需要減少編碼誤差的色彩變換技術(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了一種減少編碼誤差的色彩變換方法。
本發(fā)明還提供一種減少編碼誤差的色彩變換裝置。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種將表示第一色彩空間的第一色彩分量組變換成表示第二色彩空間的第二色彩分量組的色彩變換方法，所述的方法包括從預(yù)定儲存器中讀取第一色彩分量組；利用預(yù)定的變換函數(shù)將讀取的第一色彩分量組變換成第二色彩分量組；并儲存對應(yīng)于第一色彩分量組的第二色彩分量組，其中，所述變換函數(shù)由如下方式確定確定用于獲取所述第一分量組的主要分量的第一變換矩陣，并用預(yù)定的整數(shù)k乘以所確定的第一變換矩陣的每個元素。所述方法進一步包括d)將第二色彩分量組逆變換成第一色彩分量組，該逆變換包括d1)從所述預(yù)定儲存器讀取第二色彩分量組；d2)利用一逆變換函數(shù)，將所讀取的第二色彩分量組逆變換為第一色彩分量組；和d3)儲存對應(yīng)于第一色彩分量組的變換后的第二色彩分量組，其中，所述逆變換函數(shù)由如下方式確定確定第一變換矩陣的逆矩陣，并用整數(shù)k的倒數(shù)乘以逆矩陣中的每個元素。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種色彩變換方法，該方法將表示第一色彩空間的第一色彩分量組變換成表示第二色彩空間的第二色彩分量組，所述方法包括從預(yù)定儲存器中讀取第一色彩分量組；利用預(yù)定的變換函數(shù)將所讀取的第一色彩分量組變換成第二色彩分量組；并儲存對應(yīng)于第一色彩分量組的第二色彩分量組，其中，變換函數(shù)由如下方式確定c1)確定用于獲取第一分量組的主要分量的的第一變換矩陣和c2)補償?shù)谝蛔儞Q矩陣以使第一色彩分量組的動態(tài)范圍與第二色彩分量組的動態(tài)范圍實質(zhì)上相等。所述方法進一步包括d)將第二色彩分量組逆變換成第一色彩分量組，該逆變換包括d1)從所述預(yù)定儲存器中讀取第二色彩分量組；d2)利用一逆變換函數(shù)，將所讀取的第二色彩分量組逆變換為第一色彩分量組；和d3)儲存對應(yīng)于第一色彩分量組的變換后的第二色彩分量組，其中，所述逆變換函數(shù)通過確定所述第一變換矩陣的逆矩陣實現(xiàn)。此外，所述第一變換矩陣根據(jù)Karhunen-Loeve(KL)變換確定，所述Karhunen-Loeve(KL)變換用于利用所述第一色彩分量的自相關(guān)特性獲取主要分量。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供一種色彩變換裝置，該裝置將表示第一色彩空間的第一色彩分量組變換成表示第二色彩空間的第二色彩分量組，其包括存儲器，其儲存第一色彩分量組和第二色彩分量組以使其相互對應(yīng)；和色彩變換器，其將從所述儲存器中讀取的第一色彩分量組變換成第二色彩分量組，其中，所述色彩變換器包括主要分量獲取器，其確定用來根據(jù)預(yù)定變換算法獲得第一色彩分量組的主要成分的第一變換矩陣；第一乘法器，其計算第二變換矩陣，該第二變換矩陣相當(dāng)于將所確定的第一變換矩陣乘以預(yù)定整數(shù)k；和中央處理器，其利用所述第二變換矩陣計算第二色彩分量組。
所述的裝置進一步包括逆變換器，該逆變換器通過利用逆變換函數(shù)將所述第二色彩分量組變換為所述第一色彩分量組，其中，所述逆變換器包括逆矩陣計算器，其確定所述第一變換矩陣的逆矩陣，和第二計算器，其通過將所述逆矩陣中的每個元素都乘以整數(shù)k的倒數(shù)來計算逆變換矩陣。
通過使用依據(jù)本發(fā)明的色彩變換方法和裝置，能夠減少編碼誤差。


通過對參考附圖的示例性實施例的詳細描述，本發(fā)明的上述及其它特征和優(yōu)點將變得更加顯而易見，其中圖1描述了一種依據(jù)傳統(tǒng)技術(shù)的色彩變換技術(shù)；圖2示出了一種將色彩信號從RGB色彩空間變換到Y(jié)CoCg色彩空間的變換操作；圖3是描述依據(jù)本發(fā)明的色彩變換方法和裝置的方框圖；圖4概念地示出了依據(jù)本發(fā)明的一個方面的色彩變換方法；圖5詳細地示出了依據(jù)本發(fā)明的一個方面的色彩變換方法；圖6概念地示出了依據(jù)本發(fā)明的另一方面的色彩變換裝置；和圖7是一個將依據(jù)本發(fā)明的色彩變換方法和裝置的最大信噪比與其它方法的最大信噪比相比較的圖。
具體實施例方式
圖3是描述了一種根據(jù)本發(fā)明的色彩變換方法和裝置的方框圖。
參考圖3，利用變換函數(shù)Φ，RGB色彩空間中表示的色彩信息被變換成YSbSr色彩空間中表示的色彩信息。由圖像編碼操作310壓縮YSbSr色彩空間中表示的色彩信息，并由解碼操作330解壓縮。使用低規(guī)格硬件將壓縮后的圖像信息傳送到接收部件，并利用逆變換函數(shù)Φ-1將接收的色彩信息變換回RGB色彩空間。
在圖像編碼310和解碼330運行之前，通過將RGB色彩空間變換成YSbSr色彩空間，提高了圖像處理的效率。也就是，數(shù)字圖像信號壓縮方法利用了圖像數(shù)據(jù)間的高關(guān)聯(lián)特性。運動圖像由具有微小變化的相似值組成，而圖像數(shù)據(jù)由作為一個整體的具有相似亮度和色度值的像素組成。通過減少圖像信號中的冗余，足以形成原始圖像的信息能以減少的數(shù)據(jù)量傳送。例如，在藍天圖像的情況下，原始圖像能夠用由單個表示藍色的值組成，而不是用成百上千個具有相同信息的像素組成。該減少冗余的操作被稱作圖像壓縮或者圖像編碼。
已經(jīng)開發(fā)了相互使用的各種圖像壓縮技術(shù)?？赡苡袔讉€將這些壓縮技術(shù)分類的標(biāo)準(zhǔn)，然而，這些技術(shù)都能被分為無損和有損技術(shù)。使用無損技術(shù)，有可能將原始數(shù)據(jù)完全恢復(fù)，因此這種方法可用于醫(yī)療應(yīng)用，如X射線和計算機斷層造影(CT)，其中小像素值的變化是重要的。其壓縮比相當(dāng)?shù)?，例如約3∶1～2∶1。另一方面，有損技術(shù)具有較高的壓縮比，例如約10∶1～40∶1，具有相對高的分辨率，在小分辨率降低的情況下壓縮比還可提高。因此，有損壓縮技術(shù)被廣泛地應(yīng)用。有損方法主要用于包括多媒體服務(wù)的應(yīng)用中，這些應(yīng)用中小像素值的改變不是很重要的，而僅僅關(guān)注整體的圖像質(zhì)量。經(jīng)各種圖像壓縮技術(shù)處理的位流數(shù)據(jù)(stream data)利用解碼方法進行逆變換。
順便提及，在編碼操作310中，變換到Y(jié)SbSr色彩空間的圖像信號具有例如在編碼操作310期間的舍入誤差的誤差，且該誤差在解碼操作330期間傳播。微軟和FastVDO提出的色彩變換方法中的編碼誤差如下。
為了解釋方便，假設(shè)RGB色彩信息的動態(tài)范圍為0至225。此外，假設(shè)其它色彩空間也具有8比特精確度。應(yīng)該注意的是，該假設(shè)不限制本發(fā)明的范圍。
首先，RGB色彩空間的色彩信息要被變換到Y(jié)CbCr色彩空間。方程式1的舍入誤差為1/12。通常，方程式5的函數(shù)的舍入誤差ΔE根據(jù)方程式6計算。
ΔE=12∫12a12ax2f(x)dx]]>=112a2---(6)]]>現(xiàn)在，在從YCbCr色彩空間逆變換到RGB色彩空間的過程中，通過使用方程式2和方程式6，能獲得方程式7。
逆變換誤差＝1/12*(12+0.18732+0.46812)...(7)因此，每個色彩分量ER、EG、EB的誤差都在方程式8中示出。
ER=112(12+12+02+1.57482)=0.3733]]>EG=112(12+12+0.18732+0.46812)=0.1878---(8)]]>EB=112(12+12+1.85562+02)=0.4536]]>在方程式8中的每個誤差分量的第一項表示編碼誤差，而隨后的三個分量表示傳播誤差。
由于我們假設(shè)每個色彩分量都由8比特精確度表示，所以利用方程式9計算出峰值信噪比(PSNR)。
PSNRR=10·log2552ER=52.4db]]>PSNRG=10·log2552EG=55.4db---(9)]]>PSNRB=10·log2552EB=51.6db]]>如方程式9所示，每個色彩分量的PSNR受每個色彩分量的ER、EG和EB影響。每個色彩分量的整體誤差均受傳播誤差的影響比受編碼誤差的影響要大。這是因為傳播誤差比編碼誤差大三倍。因此，通過減少傳播誤差就能提高信噪比。
通過利用此特性，根據(jù)本發(fā)明的一個方面的色彩變換方法建議了一個新的色彩變換函數(shù)，該函數(shù)將變換函數(shù)Φ中的每個元素都乘以預(yù)定的整數(shù)k。通過將色彩變換函數(shù)中的每個元素都乘以整數(shù)k，編碼誤差增加。但是，由于逆變換函數(shù)Φ-1中的每個分量乘以整數(shù)的倒數(shù)1/k，傳播誤差就顯著降低。因此，整體誤差、即編碼誤差和傳播誤差的總和結(jié)果降低，這也降低了PSNR。
在表示色彩信息時，將變換函數(shù)Φ乘以k以及將逆變換函數(shù)Φ-1乘以1/k的操作需要一個附加比特。但是，N比特數(shù)據(jù)可以用N+1編解碼器，正如微軟提出的YCoCg色彩變換方法中使用的具有一個附加比特的提升方案。此外，根據(jù)JVT專家的說明，并不需要使用具有與輸入數(shù)據(jù)比特數(shù)相同的編解碼。因此，附加比特能夠利用現(xiàn)有技術(shù)的硬件處理。
如上建議的色彩變換技術(shù)還能用于所有現(xiàn)有技術(shù)的色彩變換方法。也就是，將RGB色彩空間變換到Y(jié)UV、YIQ、YPbPr、YUW、XYZ或YCbCr的所有變換函數(shù)中的每個元素都可乘以預(yù)定的整數(shù)k，并且逆變換函數(shù)的每個分量都可乘以倒數(shù)1/k，從而能提高PSNR。
當(dāng)使用較大的整數(shù)時，能夠很好地降低傳播誤差，但是優(yōu)選地，整數(shù)k滿足k＝2m以方便硬件實現(xiàn)。當(dāng)k滿足k＝2m時，當(dāng)相乘時色彩信息能夠被移m比特。
圖4概念性地示出了依據(jù)本發(fā)明一個方面的色彩變換方法。
首先，在S410中讀取表示在RGB色彩空間中的RGB色彩分量組。然后，通過使用變換函數(shù)Φ，將RGB色彩分量變換到Y(jié)SbSr色彩空間。如上所述，通過將變換函數(shù)Φ的各個元素乘以預(yù)定整數(shù)k，傳播誤差能夠能夠被最小化并且能夠提高PSNR。
然后，在S450中，存儲并處理由變換函數(shù)Φ變換的YSbSr色彩分量組。例如，處理后的YSbSr色彩分量組能被壓縮和傳送。然后，在S470中，通過利用逆變換函數(shù)Φ-1，接收到的YSbSr色彩分量組可被逆變換到RGB色彩空間。導(dǎo)出依據(jù)本發(fā)明的變換函數(shù)Φ的操作將參考圖5詳細描述。
圖5詳細示出了依據(jù)本發(fā)明的一個方面的色彩變換方法。
首先，在S505中，從儲存器中讀取RGB色彩空間中的色彩分量組。所述RGB色彩分量組可以是從大量樣本中導(dǎo)出的經(jīng)驗值。
然后，在S515中，標(biāo)準(zhǔn)化該RGB色彩分量組，并計算標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果的自相關(guān)矩陣Rx。該標(biāo)準(zhǔn)化操作根據(jù)方程式10執(zhí)行。
R=r-E[r]std(r),]]>G=g-E[g]std(g),]]>R=b-E[b]std(b)---(10)]]>在方程式10中，R、G和B表示每個色彩分量r、g和b的標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果，E[]表示平均值并且std(.)指標(biāo)準(zhǔn)變化。
R、G和B的自相關(guān)矩陣Rx利用方程式11計算。
Rx=var(R)E[RG]E[RB]E[RG]var(G)E[GB]E[RB]E[GB]var(B)---(11)]]>方程式12提供了一個廣泛使用的經(jīng)驗值的實例。
Rx=10.85250.75450.852510.92250.75450.92251---(12)]]>圖5中示出的本發(fā)明的實施例通過使用Karhunen-Loeve變換(KL變換)執(zhí)行色彩變換。但是，這并不限制本發(fā)明的范圍，且現(xiàn)有技術(shù)中的所有技術(shù)都可用于色彩變換。
為了執(zhí)行KL變換，在S525中，利用方程式13計算本征向量和本征值。
Rx·Φ＝Φ·Δ ...(13)在方程式13中，Φ是一組滿足方程式14的本征向量，Δ是一個對角矩陣，其具有一組降序排列的本征值作為其元素。
Φ＝[Φ1Φ2Φ3] ...(14)本征向量和本征值如方程式15和16確定。
ΦT=0.55870.59680.5758-0.78600.15970.5972-0.26440.7863-0.5584---(15)]]>Δ=2.68820000.25360000.0582---(16)]]>然后，使用方程式15和16執(zhí)行KL變換，以減少圖像信號的冗余。
如方程式15所示，本征向量ΦT是酉矩陣(unitary matrix)。也就是，利用L2范數(shù)(norm)將本征向量ΦT標(biāo)準(zhǔn)化。因此，在步驟S535中，本征向量ΦT中的每一列都利用L1范數(shù)換算比例，以便將變換后的色彩分量組的動態(tài)范圍換成RGB色彩空間的動態(tài)范圍。由于向量僅僅被換算比例，所以保留了KL變換特性。L2范數(shù)表示向量的各個元素之和，而L1范數(shù)表示元素的絕對值之和。
在下面的方程式17中示出了用L1范數(shù)換算比例的本征向量φT。
ΦL1T=0.32270.34470.3326-0.50950.10350.3870-0.16430.4887-0.3470---(17)]]>通過使用方程式17，使得YSbSr色彩空間的動態(tài)范圍對應(yīng)于RGB色彩空間的動態(tài)范圍。但是，必須補償其偏移。在步驟S545中，偏移被補償，以使色彩分量的動態(tài)范圍在0-255之間。在圖4中，通過用負系數(shù)之和平衡正系數(shù)之和，得到偏移128。在下面的方程式18中示出了偏移補償?shù)慕Y(jié)果。
ΦL1,biasedT=0.3230.3440.333-0.50.1060.394-0.1610.5-0.339---(18)]]>方程式18與KL變換的變換函數(shù)相似，并且保持了YcbCr色彩空間的動態(tài)范圍和偏移。如上所述，在步驟S555中，方程式18中的每個元素都可以乘以整數(shù)k，以使編碼誤差最小化。
當(dāng)k＝2時，在步驟S565中給出如方程式19的結(jié)果。
YSbSr=0.6460.6880.666-1.00.2120.788-0.3221.0-0.678RGB---(19)]]>在步驟S575中，在存儲器中存儲并處理利用方程式19變換的表示YSbSr色彩空間的色彩分量組。如上所述，表示在YSbSr色彩空間中的色彩分量組可利用預(yù)定的壓縮算法壓縮并進行傳送。利用逆變換函數(shù)對所收到的YSbSr色彩空間中的色彩分量組進行逆變換。其中，該逆變換函數(shù)是方程式19中示出的變換矩陣再乘以整數(shù)k的逆矩陣。另外，在步驟S585中，逆變換函數(shù)與方程式18中的矩陣的逆矩陣再乘以1/k相同。在步驟S595中，利用導(dǎo)出的逆矩陣將表示在YSbSr色彩空間中的色彩分量組逆變換到RGB色彩空間。
在圖5中，KL變換通過使用連續(xù)隨機過程的級數(shù)展開變換圖像信息。當(dāng)給一個出隨機向量時，將所給出向量的自相關(guān)矩陣Rx的本征向量作為KL變換的基本向量使用。根據(jù)線性代數(shù)，KL變換的系數(shù)等于自相關(guān)矩陣Rx的本征向量。由于隨機輸入信號的絕大多數(shù)能量都集中在最初的幾個系數(shù)中，因此KL變換也被稱作主分量分析方案。
但是，本發(fā)明不局限于KL變換。另一方面，本發(fā)明能用于每一種通過獲取新向量而集中能量的變換技術(shù)，所述新向量由通過變換輸入向量而具有較原始信號低的相關(guān)特性的轉(zhuǎn)換后的值組成。例如，離散傅里葉變換(DFT)，離散余弦變換(DCT)，小波變換，沃爾什變換和哈達馬特變換(Hadamard Transformation)也適用于本發(fā)明。
DFT使用N有限數(shù)據(jù)塊上的無限數(shù)據(jù)序列的傅里葉變換，并對應(yīng)于從頻譜獲取的采樣頻譜。在DFT中，隨著編碼比特率的降低，梯級效果增加，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降。此外，由于變換系數(shù)是復(fù)數(shù)，DFT難以執(zhí)行。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)自相關(guān)性大時，DCT具有合理的能量集中特性。哈達馬特變換很好地適于數(shù)字信號處理，其包括實際元素，并具有二元性和正交特性。由于在此過程中沒有乘法運算，可利用哈達馬特變換實現(xiàn)高速變換。
圖6概念地示出了依據(jù)本發(fā)明另一方面的色彩變換裝置。
圖6中的色彩變換裝置600包括接口610，色彩變換器650，儲存器690和逆變換器680。
首先，RGB色彩空間中的色彩分量組通過接口610由色彩變換裝置600接收。利用色彩變換器650中的變換函數(shù)變換所接收的色彩分量組。色彩變換器650包括主要分量獲取器630、第一乘法器635和中央處理器660。用于確定所接收的色彩分量組的主要分量的第一變換矩陣在主要分量獲取器630中計算。第一乘法器635通過將在主要分量獲取器630中獲取的第一變換矩陣乘以整數(shù)k，而計算出第二變換矩陣。中央處理器660使用第二變換矩陣變換色彩分量組。
為了解釋方便，在圖6中示出的實施例中，主要分量獲取器630使用KL變換獲取圖像信息的主要分量。主要分量獲取器630包括自相關(guān)矩陣計算器642，本征向量計算器644，動態(tài)范圍補償器646和偏移補償器648。自相關(guān)矩陣計算器642獲取輸入信號的自相關(guān)矩陣Rx。如上所述，本征向量計算器644使用本征向量確定第一變換矩陣。動態(tài)范圍補償器646和偏移補償器648補償變換后的色彩分量組的動態(tài)范圍和偏移分量，以便分別對應(yīng)于RGB色彩空間的動態(tài)范圍和偏移分量。
經(jīng)色彩變換器650變換的色彩分量組儲存在儲存器690中，以對應(yīng)于RGB色彩空間中的色彩分量組。
圖6中示出的色彩變換裝置600還包括逆變換器680。逆變換器680將YSbSrS色彩空間的色彩分量組逆變換為RGB色彩空間的色彩分量組。逆變換器680包括逆變換矩陣計算器670和第二乘法器685。如上所述，用來執(zhí)行逆變換的逆變換矩陣相應(yīng)于在主要分量獲取器630中計算的第二變換矩陣的逆矩陣。因此，第二乘法器685將逆矩陣計算器670所得的結(jié)果中的各個元素都乘以1/k，即，將第一變換矩陣的逆矩陣乘以1/k。通過將逆矩陣乘以1/k，降低了傳播誤差。
圖7是一個將依據(jù)本發(fā)明的色彩變換方法和裝置的最大信噪比與其它方法的最大信噪比相比較的圖。
圖7描述了YUV色彩空間、YCbCr色彩空間和依據(jù)本發(fā)明的YSbSr色彩空間的編碼誤差。線條(1)表示依據(jù)本發(fā)明的YSbSr色彩空間的編碼誤差，而線條(2)和(3)分別表示微軟提出的YCbCr色彩空間的編碼誤差和YUV色彩空間的編碼誤差。
如圖7所示，依據(jù)本發(fā)明的色彩變換方法的PSNR比YCbCr的大20％和比YUV的大40％。隨著比特率增大，改進變得更加顯著，這意味著隨著硬件的發(fā)展本發(fā)明的性能將更好。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種用于降低處理色彩信號中的編碼誤差的色彩變換方法。
此外，還提供一種用于降低處理色彩信號中的編碼誤差的色彩變換裝置。
本發(fā)明的實施例可以寫成計算機程序，且可在通用的利用計算機可讀記錄介質(zhì)執(zhí)行該程序的數(shù)字計算機上實現(xiàn)。
計算機可讀記錄介質(zhì)的實例包括磁存儲介質(zhì)(例如，ROM，軟盤，硬盤等)，光學(xué)記錄介質(zhì)(例如，CD-ROM或DVD)以及如載波的儲存介質(zhì)(例如，通過萬維網(wǎng)的傳送)。
雖然已經(jīng)參考其示例性實施例對本發(fā)明進行了特別表示和描述，但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不偏離所附述權(quán)利要求所限定的本發(fā)明精神和范圍的情況下，可以作出對形式和細節(jié)的改變。例如，本發(fā)明不局限于方程式16和17所提供的變換函數(shù)，并且元素值也將隨著測試圖像的改變而改變。因此，本發(fā)明可用于所有這樣變換技術(shù)，該技術(shù)能通過獲取圖像信息的主要分量導(dǎo)出變換函數(shù)，并補償輸出的動態(tài)范圍和偏移分量，以使其對應(yīng)于輸入的動態(tài)范圍和偏移。此外，根據(jù)本發(fā)明的色彩變換裝置包括逆變換器，但本發(fā)明不局限于此配置。
權(quán)利要求
1.一種色彩變換方法，其將表示第一色彩空間的第一色彩分量組變換為表示第二色彩空間的第二色彩分量組，所述方法包括a)從預(yù)定儲存器中讀取第一色彩分量組；b)使用預(yù)定的變換函數(shù)將所讀取的第一色彩分量組變換為第二色彩分量組；和c)儲存所述第二色彩分量組，以使其與所述第一色彩分量組相對應(yīng)，其中所述變換函數(shù)由如下方式確定確定用于獲取所述第一分量組的主要分量的第一變換矩陣，和用預(yù)定的整數(shù)k乘以所確定的第一變換矩陣的每個元素。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述方法進一步包括d)將所述第二色彩分量組逆變換成所述第一色彩分量組，所述逆變換包括d1)從所述預(yù)定的儲存器中讀取該第二色彩分量組；d2)利用逆變換函數(shù)將所讀取的第二色彩分量組逆變換為第一色彩分量組；和d3)儲存變換后的第二色彩分量組，以使其對應(yīng)于所述第一色彩分量組，其中所述逆變換函數(shù)由如下方式確定確定所述第一變換矩陣的逆矩陣，并用所述整數(shù)k的倒數(shù)乘以該逆矩陣中的每個元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其中，所述整數(shù)k滿足k＝2m，而m是正整數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一變換矩陣基于離散傅里葉變換(DFT)、離散余弦變換(DCT)、沃爾什變換和哈達馬特變換中的一個確定。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中，所述第一變換矩陣基于Karhunen-Loeve(KL)變換確定，所述Karhunen-Loeve(KL)變換用于利用第一色彩分量的自相關(guān)特性獲取主要分量。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中，所述第一變換矩陣的由如下方式確定e1)計算所述第一色彩分量組的每個元素的標(biāo)準(zhǔn)值的自相關(guān)矩陣(Rx)；e2)通過KL變換自相關(guān)矩陣(Rx)來計算本征向量(ΦT)；e3)補償本征向量(ΦT)，以使所述第一色彩分量組的動態(tài)范圍實質(zhì)上等于所述第二色彩分量組的動態(tài)范圍；和e4)用所述第二色彩分量組的偏移補償所述第一色彩分量組的偏移。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其中，所述第一色彩空間是由RGB色彩分量組表示的色彩空間，所述補償操作e3)進一步包括利用L1范數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化所述本征向量(ΦT)中的每個元素，以及所述變換函數(shù)實質(zhì)上等于以下矩陣0.6460.6880.666-1.00.2120.788-0.3221.0-0.678.]]>
8.一種色彩變換方法，其將表示第一色彩空間的色彩分量組變換為表示第二色彩空間的色彩分量組，所述方法包括a)從預(yù)定的儲存器中讀取第一色彩分量組；b)使用預(yù)定的變換函數(shù)將所讀取的第一色彩分量組變換為第二色彩分量組；和c)儲存所述第二色彩分量組，以使其對應(yīng)于所述第一色彩分量組，其中所述變換函數(shù)由如下方式確定c1)確定用于獲取所述第一分量組的主要分量的第一變換矩陣，和c2)補償所述第一變換矩陣，以使所述第一色彩分量組的動態(tài)范圍實質(zhì)上等于所述第二色彩分量組的動態(tài)范圍。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中，所述方法進一步包括d)將所述第二色彩分量組逆變換成所述第一色彩分量組，該逆變換包括d1)從所述預(yù)定的儲存器讀取所述第二色彩分量組；d2)利用逆變換函數(shù)將所讀取的第二色彩分量組逆變換為所述第一色彩分量組；和d3)儲存變換后的第二色彩分量組，以使其對應(yīng)于所述第一色彩分量組，其中所述逆變換函數(shù)通過確定所述第一變換矩陣的逆矩陣來實現(xiàn)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述第一變換矩陣基于Karhunen-Loeve(KL)變換確定，所述Karhunen-Loeve(KL)變換用于利用所述第一色彩分量的自相關(guān)特性獲取主要分量。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中，所述第一變換矩陣由如下方式確定e1)計算所述第一色彩分量組元素的標(biāo)準(zhǔn)化值的自相關(guān)矩陣(Rx)，和e2)通過KL變換所述自相關(guān)矩陣(Rx)來計算本征向量(ФT)，其中補償所述變換矩陣，以使所述第一色彩分量組的偏移實質(zhì)上等于所述第二色彩分量組的偏移。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，其中，所述第一色彩空間是由RGB色彩分量組表示的色彩空間，所述補償操作c2)進一步包括利用L1范數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化所述本征向量(ΦT)中的每個元素，以及當(dāng)k＝2時，所述變換函數(shù)實質(zhì)上等于以下矩陣0.6460.6880.666-1.00.2120.788-0.3221.0-0.678.]]>
13.一種色彩變換裝置，其將表示第一色彩空間的第一色彩分量組變換成表示第二色彩空間的第二色彩分量組，所述裝置包括存儲器，其儲存所述第一色彩分量組和所述第二色彩分量組，以使其相互對應(yīng)，和色彩變換器，其將從所述儲存器中讀取的第一色彩分量組變換成第二色彩分量組，其中所述色彩變換器包括主要分量獲取器，其確定用于根據(jù)預(yù)定的變換算法獲取所述第一色彩分量組的主要分量的第一變換矩陣；第一乘法器，其計算第二變換矩陣，所述第二變換矩陣相應(yīng)于將確定的第一變換矩陣乘以預(yù)定整數(shù)k；和中央處理器，其利用所述第二變換矩陣計算第二色彩分量組。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的裝置，其進一步包括逆變換器，所述逆變換器通過利用逆變換函數(shù)將所述第二色彩分量組變換為所述第一色彩分量組，其中所述逆變換器包括逆矩陣計算器，其確定所述第一變換矩陣的逆矩陣，和第二計算器，其通過將所述逆矩陣中的每個元素都乘以所述整數(shù)k的倒數(shù)計算逆變換矩陣。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的裝置，其中，所述整數(shù)k滿足k＝2m，而m是正整數(shù)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，所述主要分量獲取器基于離散傅里葉變換(DFT)，離散余弦變換(DCT)，沃爾什變換和哈達馬特變換中的一個確定所述第一變換矩陣。
17.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中，主要分量獲取器根據(jù)Karhunen-Loeve(KL)變換確定所述第一變換矩陣，所述Karhunen-Loeve(KL)變換利用所述第一色彩分量的自相關(guān)指數(shù)獲取主要分量。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的裝置，其中，所述主要分量獲取器包括自相關(guān)矩陣計算器，其計算所述第一色彩分量組元素的標(biāo)準(zhǔn)值的自相關(guān)矩陣(Rx)；本征向量計算器，其通過KL變換所述自相關(guān)矩陣(Rx)計算所述本征向量(ΦT)；動態(tài)范圍補償器，其補償所述本征向量(ΦT)，以使所述第一色彩分量組的動態(tài)范圍基本上等于所述第二色彩分量組的動態(tài)范圍；和偏移補償器，其補償所述第一色彩分量組的偏移，以使之等于所述第二色彩分量組的偏移。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的裝置，其中，所述第一色彩空間是由RGB色彩分量組表示的色彩空間，所述動態(tài)范圍補償器利用L1范數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化所述本征向量(ΦT)中的每個元素，以及當(dāng)k＝2時，所述變換函數(shù)實質(zhì)上等于以下矩陣0.6460.6880.666-1.00.2120.788-0.3221.0-0.678.]]>
20.一種色彩變換裝置，其將表示第一色彩空間的第一色彩分量組變換成表示第二色彩空間的第二色彩分量組，所述色彩裝置包括存儲器，其儲存所述第一色彩分量組和所述第二色彩分量組，以使其相互對應(yīng)，和色彩變換器，其將從所述儲存器中讀出的第一色彩分量組變換成第二色彩分量組，其中所述色彩變換器包括主要分量獲取器，其確定用于根據(jù)預(yù)定的變換算法獲取所述第一色彩分量組的主要分量的第一變換矩陣；動態(tài)范圍補償器，其補償所述第一變換矩陣，以使所述第一色彩分量組的動態(tài)范圍實質(zhì)上等于所述第二色彩分量組的動態(tài)范圍；和中央處理器，其利用補償?shù)牡谝蛔儞Q矩陣計算出所述第二色彩分量組。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的裝置，其進一步包括逆變換器，該逆變換器使用補償后的第一變換矩陣的逆矩陣將所述第二色彩分量組逆變換成第一色彩分量組。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中，所述主要分量獲取器根據(jù)Karhunen-Loeve(KL)變換確定所述第一變換矩陣，所述Karhunen-Loeve(KL)變換利用所述第一色彩分量的自相關(guān)特征來獲取主要分量。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的裝置，其中，所述主要分量獲取器包括自相關(guān)矩陣計算器，其計算所述第一色彩分量組的標(biāo)準(zhǔn)值的自相關(guān)矩陣(Rx)；本征向量計算器，其通過KL變換自相關(guān)矩陣(Rx)計算本征向量(ΦT)；和偏移補償器，其補償所述第一色彩分量組的偏移，以使之與所述第二色彩分量組的偏移相等。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的裝置，其中，所述第一色彩空間是由RGB色彩分量組表示的色彩空間，動態(tài)范圍補償器利用L1范數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化所述本征向量(ΦT)中的每個元素，并且所述變換函數(shù)實質(zhì)上等于以下矩陣0.6460.6880.666-1.00.2120.788-0.3221.0-0.678.]]>
全文摘要
本發(fā)明涉及一種色彩變換方法，該方法將表示第一色彩空間的第一色彩分量組變換為表示第二色彩空間的第二色彩分量組。所述的方法包括從預(yù)定儲存器中讀取第一色彩分量組；使用預(yù)定的變換函數(shù)將讀取的第一色彩分量組變換為第二色彩分量組；以及儲存相對于第一色彩分量組的第二色彩分量組，其中變換函數(shù)由如下方式確定確定用于獲取第一分量組的主要分量的第一變換矩陣，以及將確定的第一變換矩陣的每個元素都乘以預(yù)定的整數(shù)k。所述的色彩變換方法能降低編碼誤差。
文檔編號H04N1/60GK1627325SQ20041010473
公開日2005年6月15日 申請日期2004年12月6日 優(yōu)先權(quán)日2003年12月5日
發(fā)明者金鉉文, 趙大星, 金佑湜 申請人:三星電子株式會社