Устройство обработки изображений на основе технологии pixp (pix picture)
Полезная модель относится к видео и телевизионной технике, и в частности, к телевизионным приемникам, устройствам обработки и отображения изображений. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, обеспечение адаптивной коррекции и антишумовой обработки изображения для исправления различных искажений "цветность-яркость" и "яркость-цветность, повышение резкости изображения без появления дополнительных шумов и ложных контуров. Предложено устройство обработки изображений на основе технологии PixP (Pix Picture) для адаптивной коррекции и антишумовой обработки изображений обработки, в котором входной видеосигнал поступает на вход внешнего кадрового ОЗУ и первый вход внутреннего ОЗУ строк, на второй-третий вход которого подается сигнал задержанных кадров с внешнего кадрового ОЗУ, внутреннее ОЗУ строк соответствующими первыми-четвертыми выходами соединено с соответствующими первыми-четвертыми входами детектора движения для попиксельного предсказания движения яркости Y и цветности С и первыми-четвертыми входами 3D фильтра, причем первый-второй выход внутреннего ОЗУ строк соединен с первым-вторым входом 2D фильтра, при этом пятый-шестой вход детектора движения соединен с управляющим выходом внутреннего ОЗУ строк, первые-вторые входы смесителя С соединены с выходами детектора движения, а третий и четвертый входы соединены соответственно с первыми выходами 2D и 3D фильтров, при этом вторые выходы 2D и 3D фильтров подключены к первому и второму входу смесителя Y, к третьему входу которого подключен первый выход смесителя С, а второй выход смесителя С и выход смесителя Y являются выходами устройства. Устройство используется для обработки различных сигналов эфирного телевидения, включая сигналы стандарта цифрового телевизионного вещания и может входить в состав: телевизора, плазменной или ЖК индикаторной панели, спутникового тюнера, устройства записи и воспроизведения, мультимедийного или DVD проигрывателя.
Полезная модель относится к видео и телевизионной технике, и в частности, к устройствам обработки и отображения видео и изображений.
Предложенная полезная модель может быть использована, например, для обработки различных сигналов таких как сигналы эфирного телевидения, включая стандарты цифрового телевидения: цифрового наземного телевизионного вещания (DVB-T), кабельного цифрового телевидения (DVB-C), цифрового спутникового телевизионного вещания (DVB-S), сигналы с внешнего или внутреннего мультимедийного проигрывателя или цифрового видеодиска (DVD) и может быть использована в телевизионных приемниках, спутниковом тюнере, видеомагнитофоне, устройстве записи и воспроизведения, мультимедийном или DVD проигрывателе.
Из уровня техники известны различные устройства обработки и отображения изображений. Так из патента на изобретение RU 2198434 С2, МПК H04N 5/66, известна схема коррекции динамического изображения в составе устройства отображения, содержащая: устройство обнаружения вектора движения блока в течение одного кадра или множества кадров, корректор быстро движущегося динамического изображения для коррекции и вывода входного видеосигнала с использованием средства правильной коррекции динамического изображения, когда значение вектора движения, который обнаруживается с помощью устройства обнаружения вектора движения, больше установленного значения S, корректор медленно движущегося динамического изображения для коррекции и вывода входного видеосигнала с использованием средства коррекции правильного динамического изображения и дискриминационный селектор для выделения выходного сигнала, поступающего из корректора быстро движущегося динамического изображения, из выходного сигнала, поступающего из корректора медленно движущегося динамического изображения, для вывода в устройство отображения в зависимости от того, является ли значение вектора движения, который обнаруживается с помощью устройства обнаружения вектора движения, больше или меньше, чем значение S. Дискриминационный селектор выводит входной видеосигнал, скорректированный с помощью корректора быстро движущегося динамического изображения, в устройство отображения, когда значение обнаруженного вектора движения становится больше значения S, и выводит входной видеосигнал, скорректированный с помощью корректора медленно движущегося динамического изображения, в устройство отображения, когда значение обнаруженного вектора движения меньше значения S.
Недостатком указанного решения является то, что в нем используется только два значения скорости движения объекта, и с соответственно все движения с другими скоростями будут либо недокорректированы, либо перекорректированы, а также невозможность исправления искажений и шумов в обрабатываемом изображении.
Наиболее близким аналогом по назначению и технической сущности к предложенной полезной модели является патент на изобретение RU 2113068 С1, МПК H04N 9/78, в котором предложено устройство для выделения сигнала движущегося изображения, содержащее предварительный фильтр, вход которого является входом устройства для приема видеосигнала для исключения несущей и преобразования боковых полос, содержащихся в видеосигнале, первый гребенчатый фильтр, вход которого подключен к выходу предварительного фильтра для обнаружения сигнала движущегося изображения, который является разностной составляющей видеосигнала после фильтрации с выхода предварительного фильтра. Первый гребенчатый фильтр содержит первый блок задержки на кадр, вход и выход которого соответственно являются входом и выходом первого гребенчатого фильтра, и первый вычитатель, первый вход которого подключен к выходу предварительного фильтра, а второй вход вычитателя подключен к выходу первого блока задержки на кадр для вычитания выходного сигнала первого блока задержки на кадр из выходного сигнала фильтра и вывода результата вычитания. Первые и вторые входы компенсатора ошибок подключены соответственно к выходу предварительного фильтра и выходу первого гребенчатого фильтра для компенсации ошибок в сигнале движущегося изображения, обнаруженном в первом гребенчатом фильтре, причем компенсатор ошибок состоит из второго гребенчатого фильтра для обнаружения второго сигнала движущегося изображения, выполненного в виде второго блока задержки на кадр, вход которого подключен к выходу первого блока задержки на кадр, и второго вычитателя, первый вход которого подключен к выходу предварительного фильтра, а второй вход второго вычитателя подключен к выходу второго блока задержки на кадр для вычитания выходного сигнала второго устройства задержки на кадр из выходного сигнала предварительного фильтра и вывода результата вычитания, блока логической операции для исключения ошибок в первом сигнале движения путем логической обработки выходного сигнала первого вычитателя с выходным сигналом второго вычитателя. Блок логической операции для исключения ошибок состоит из вычитателя абсолютного значения, подключенного к выходу второго вычитателя для преобразования выходного сигнала второго вычитателя в абсолютное значение, первого порогового детектора, вход которого подключен к выходу вычислителя абсолютного значения для сравнения выходного сигнала вычислителя абсолютного значения с заранее заданным пороговым значением и затем для генерирования логического сигнала согласно результату сравнения, и управляемого переключателя, сигнальный вход которого подключен к выходу первого порогового детектора, а управляющий вход подключен к выходу первого вычитателя.
Недостатком указанного решения является то, что оно не позволяет оптимально произвести антишумовую обработку изображения для исправления перекрестных искажений "цветность-яркость" и "яркость-цветность, а также не обеспечивает достаточную четкость переходов как на границе контрастных, так и слабоконтрастных объектов изображения без появления дополнительных шумов и ложных контуров.
Соответственно, необходимо разработать такое устройство обработки и отображения изображений, которое расширяет функциональные возможности известных устройств, не имеет указанных недостатков и обеспечивает адаптивную коррекцию и антишумовую обработку изображения для исправления различных искажений, например, "цветность-яркость" и "яркость-цветность, а также повышает резкость изображения как на границе контрастных, так и слабоконтрастных объектов изображения без появления дополнительных шумов и ложных контуров.
Полезная модель позволяет устранить недостатки предшествующего уровня техники, и задачей является создание устройства обработки изображений для адаптивной коррекции и антишумовой обработки изображений, при этом полезная модель направлена на достижение нового технического результата - снижение заметности искажений движущихся объектов на экране устройства отображения и антишумовой обработкой изображения, тем самым повысить качество отображения объектов изображения на экране телевизора. Также обеспечивается снижение вычислительной нагрузки и тем самым возможность более эффективной адаптивной обработки и коррекции изображений.
Указанный технический результат достигается тем, что предложено устройство отображения изображений с использованием технологии PixP (Pix Picture) для его воспроизведения, содержащее: внешнее кадровое ОЗУ, внутреннее ОЗУ строк, детектор движения, 2D и 3D фильтры, смеситель С и смеситель Y, отличающееся тем, что входной композитный видеосигнал (CVBS) поступает на вход внешнего кадрового ОЗУ и первый вход внутреннего ОЗУ строк, на второй-третий вход которого подается сигнал задержанных кадров с внешнего кадрового ОЗУ, внутреннее ОЗУ строк соответствующими первыми-четвертыми выходами соединено с соответствующими первыми-четвертыми входами детектора движения для попиксельного предсказания движения яркости Y и цветности С и первыми-четвертыми входами 3D фильтра, причем первый-второй выход внутреннего ОЗУ строк соединен с первым-вторым входом 2D фильтра, при этом пятый-шестой вход детектора движения соединен с управляющим выходом внутреннего ОЗУ строк, первые-вторые входы смесителя С соединены с выходами детектора движения, а третий и четвертый входы соединены соответственно с первыми выходами 2D и 3D фильтров, при этом вторые выходы 2D и 3D фильтров подключены к первому и второму входу смесителя Y, к третьему входу которого подключен первый выход смесителя С, а второй выход смесителя С и выход смесителя Y являются выходами устройства.
Предпочтительными вариантами осуществления полезной модели является: выполнение прецизионной и независимой обработки цветовых составляющих сигнала Y, С изображения; выполнение обработки изображения для снижения перекрестных искажений "цветность-яркость" и "яркость-цветность" и динамического углубления яркостных и цветовых переходов для обеспечения резкости изображения границе контрастных и слабоконтрастных объектов изображения; выполнение адаптации изображения под заданный формат, преобразования частоты кадров изображения и преобразования чересстрочной развертки телевизионного сигнала в прогрессивную развертку на основе режима интерполяции соседних строк; выполнение адаптивной коррекции движущихся изображений на основе корректирующих коэффициентов для сегментов изображения соответствующего кадра изображения; выполнение преложенного устройства в составе телевизора, плазменной или ЖК индикаторной панели, спутникового тюнера, устройства записи и воспроизведения мультимедийного или DVD проигрывателя, получая с этих устройств входной сигнал для выполнения его обработки. Так в качестве телевизионного приемника оно может обрабатывать сигнал телевещания цифрового наземного телевизионного вещания (DVB-T), кабельного цифрового телевидения (DVB-C), цифрового спутникового телевизионного вещания (DVB-S) и др.
Таким образом, все отличительные от прототипа признаки устройства обработки изображений направлены на получение технического результата, а именно снижение заметности искажений движущихся объектов на экране устройства отображения с адаптивной коррекцией и антишумовой обработкой изображения при снижении вычислительной нагрузки для его отображении на различных устройствах отображения.
Проведенный анализ уровня техники и наиболее близкого аналога позволяет определить, что предложенное техническое решение, характеризующееся описанной совокупностью существенных признаков является новым, а возможность его использования в промышленности определяет его как промышленно применимым.
Эти и другие аспекты устройства обработки изображений согласно предложенной полезной модели станут очевидными и будут объяснены со ссылками на реализации и варианты осуществления, описанные в дальнейшем, и со ссылками на чертеж.
На фиг.1 показана общая блок-схема устройства обработки изображения с использованием технологии PixP (Pix Picture).
На фиг.2 показана блок-схема для выполнения цифрового адаптивного шумопонижения.
На фиг.3 показана блок-схема для выполнения нелинейного динамического преобразования форматов изображения.
На фиг.4 показан структурная схема операций преобразования чересстрочной развертки телевизионного сигнала в прогрессивную развертку ЖК дисплея.
На фиг.5 показано исходное и обработанное изображение устройством обработки изображения с использованием технологии PixP (Pix Picture).
Так фиг.1 иллюстрирует блок-схему устройства обработки изображения с использованием технологии PixP (Pix Picture) 10, содержащее: внешнее кадровое оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 11, внутреннее ОЗУ строк 12, детектор движения 15, 2D фильтр 13 и 3D фильтр 14, смеситель Y 16 и смеситель С 17. Входной композитный видеосигнал (CVBS) поступает на вход внешнего кадрового ОЗУ 11 и первый вход внутреннего ОЗУ строк 12, на второй-третий вход которого подается сигнал задержанных кадров с внешнего кадрового ОЗУ 11, внутреннее ОЗУ строк 12 разделяет полученные соответствующие кадры на строки текущего кадра и строки предыдущего кадра, которые через первый-четвертый выход подаются на соответствующие первые-четвертые входы детектора движения 15 для попиксельного предсказания движения яркости Y и цветности С, а также на первые-четвертые входы 3D фильтра 14. Также первый-второй выход внутреннего ОЗУ строк 12 соединен с первым-вторым входом 2D фильтра 13, при этом пятый-шестой вход детектора движения 15 соединен с управляющим выходом внутреннего ОЗУ строк 12, первые-вторые входы смесителя С 17 соединены с выходами детектора движения 15, а третий и четвертый входы соединены соответственно с первыми выходами 2D фильтра 13 и 3D фильтра 14, при этом вторые выходы 2D и 3D фильтров подключены к первому и второму входу смесителя Y 16, к третьему входу которого подключен первый выход смесителя С 17, а второй выход смесителя С 17 и выход смесителя Y 16 являются выходами устройства.
В качестве входного сигнала для устройства обработки изображения с использованием технологии PixP (Pix Picture) используется сигнал, полученный из различных источников, например, с устройства чтения компакт и DVD дисков, с внешнего или внутреннего мультимедийного проигрывателя, устройств хранения информации, беспроводных устройств, устройств телевещания стандарта цифрового наземного телевизионного вещания (DVB-T), стандарта кабельного цифрового телевидения (DVB-C), стандарта цифрового спутникового телевизионного вещания (DVB-S).
Внешнее и внутреннее ОЗУ устройства могут содержать, без ограничения и другие подходящие типы памяти.
Предложенное устройство обработки видео и изображений на основе технологии PixP объединяет широкий набор цифровых новинок в области обработки изображения и содержит несколько функциональных подсистем общий принцип функционирования которых обеспечивает нижеуказанные функциональные возможности.
Адаптивный цифровой гребенчатый фильтр производит высококачественное разделение сигналов цветности и яркости. Применяют цифровые методы шумоподавления с использованием гребенчатых фильтров (2D-шyмoпoдaвлeниe) или, что намного эффективнее, со сравнением каждого кадра изображения с предыдущим без потери деталей (3D- или временное шумоподавление). Как вариант, возможно использовать первый способ для сцен с высоким уровнем движения, а второй способ применяют при неподвижном изображении и в сценах с малым уровнем движения. Гребенчатый фильтр расширяет ширину полосы частот яркостного сигнала и уменьшает уровень помех, подобных паразитным узорам, вызванным перекрестными искажениями "цветность-яркость" и "яркость-цветность, что позволяет сохранить на экране максимальную ясность цветов без потери общей четкости изображения.
Так фиг.2 схематично иллюстрирует блок-схему для выполнения цифрового адаптивного шумопонижения. Предложенная трехмерная цифровая адаптивная система шумопонижения, по сравнению со своими 2D аналогами, позволяет значительно снизить общую шумность изображения, в то же время не приводя к смазанности динамических сцен. Трехмерная цифровая адаптивная система шумопонижения содержит: блок шумоподавления 21 на первый вход которого поступает входной видеосигнал для адаптивного шумопонижения, при этом его второй вход соединен с выходом кадровой памяти 22, а выход подключен к первому входу компаратора 23 на второй вход которого подается входной видеосигнал, при этом выход компаратора 23 соединен со входом кадровой памятью 22, а также является выходом системы шумопонижения.
На фиг.3 показана общая блок-схема устройства обработки изображения с использованием технологии PixP (Pix Picture) с возможностью нелинейного динамического преобразования форматов изображения. Устройство определяет сигнал с информацией о формате входного изображения и может использовать эту информацию для автоматического выбора корректного способа преобразования форматов, при этом на вход устройства необходимо подавать тактовые сигналы (синхронизацию) соответствующие выходному формату. Возможно использование преобразования соотношения сторон изображения с различными коэффициентами масштабирования по вертикали, например, от 0,75 до 1,33 и горизонтали от 1 до 1,33. Для этого входной видеосигнал 31 и тактовый сигнал подают на блок управления выходным сигналом 32, который первым своим входом-выходом соединен с внешним ОЗУ, а вторым входом с программируемым тактовым генератором 35, а второй выход блока управления выходным сигналом 32 является видео выходом 33, при этом программируемый тактовый генератор 35 также подключен к видео выходу 33. Программируемая многофункциональная система нелинейного динамического преобразования форматов изображения позволяет в наилучшей степени адаптировать изображение под различный формат экрана изображения. Пользователю предлагаются широкие возможности настройки системы преобразования форматов 4:3 или 16:9, а также чересстрочной или прогрессивной развертки в зависимости от персональных предпочтений. При подключении телевизора в качестве монитора персонального компьютера обеспечивается дополнительная возможность отображения изображения вообще без каких-либо преобразований формата. Это позволяет полностью сохранить разрешение и четкость исходной картинки, не внося в нее никаких дополнительных искажений, связанных с пересчетом форматов изображения.
Подсистема динамического углубления яркостных и цветовых переходов обеспечивает беспрецедентную резкость изображения как на границе контрастных, так и слабоконтрастных объектов изображения. Использование адаптивных нелинейных методов обеспечивает значительное повышение четкости переходов без появления дополнительных шумов и ложных контуров, одновременно производится прецизионное согласование яркостных и цветовых переходов на экране устройства отображения или телевизора. Адаптивная подсистема динамического контраста служит для управления светлыми и темными объектами изображения и увеличивает общую контрастность изображения на 50%. Подсистема глобального и локального управления глубиной резкости приводят к значительному увеличению ощущаемой глубины воспроизводимого изображения. Прецизионная и независимая обработка цветовых составляющих сигнала Y, С одновременно с использованием дополнительных систем обработки цветовой информации, таких как Dynamic Blue Stretch, Dynamic Vivid Skin отвечают за повышение качества цветопередачи и обеспечивают формирование ярких, сочных и насыщенных цветов, максимально приближенных к "живой" картинке. Так на фиг.5 показано исходное и обработанное изображение устройством обработки изображения с использованием технологии PixP (Pix Picture).
Подсистема произвольного преобразования частоты кадров, которая позволяет без мерцания отображать на экране телевизора изображение с любого источника, независимо от исходной частоты кадров источника сигнала. Трехмерная подсистема преобразования чересстрочной развертки телевизионного сигнала в прогрессивную развертку ЖК панели позволяет устранить типичную для большинства телевизоров "гребенку", возникающую на границе контрастных объектов, что достигается использованием режима интерполяции соседних строк (структурная схема операций показана на фиг.4). Причем в качестве входного кадра предпочтительно используется изображение, предварительно обработанное подсистемой адаптивной коррекции движущихся изображений Motion Stream Technology.
Использование в предложенном устройстве технологии адаптивной коррекции движущихся изображений Motion Stream Technology, обеспечивает оптимальный подбор корректирующих параметров для отдельных фрагментов изображения и обеспечивает повышение качества изображения как движущихся, так и неподвижных объектов, что позволяет получить четкую и чистую картинку даже при воспроизведении сцен с многочисленными движущимися объектами. Технология Motion Stream Technology в детекторе движения функционирует следующим образом. Входное изображение (строки текущего и предыдущего кадров с внутреннего ОЗУ), содержит последовательность кадров телевизионного изображения, которые анализируются, в результате чего строится массив корректирующих коэффициентов для отдельных элементов изображения. Корректирующие коэффициенты подбираются индивидуально для каждого движущегося объекта на основе анализа детектором движения информации о скорости и направлении перемещения объекта. Так на первом этапе анализа изображения осуществляется выделение отдельных объектов в поле кадра методом автоматической сегментации изображения с адаптивно настраиваемыми параметрами сегментации. Далее осуществляется покадровое сравнение каждого из выделенных сегментов изображения и расчет вектора движения для отдельных сегментов. Так расчетное перемещение и движение отдельных сегментов изображения для каждого следующего кадра сравнивается с реальным его изображением следующего кадра и строится массив корректирующих коэффициентов для обеспечения максимальной степени соответствия между расчетным и реальным изображением объекта. Массив корректирующих коэффициентов и используется для коррекции изображения каждого последующего кадра, при этом корректируется смещение сегмента на следующем кадре относительно предыдущего кадра, что позволяет исправить "лесенку" на границах движущихся объектов при чересстрочной развертке исходного изображения. Использование адаптивных методов обеспечивает оптимальный подбор корректирующих параметров для отдельных фрагментов изображения. Это позволяет значительно снизить размытие и характерные искажения границ движущихся объектов, исключая возможность размытия и искажения неподвижных частей изображения.
Предложенная технология PixP (Pix Picture) способна одинаково эффективно работать как с традиционными ЖК дисплеями, так и с ЖК дисплеями со светодиодной подсветкой (LED) и плазменными панелями высокого разрешения и обеспечивает формирование высококачественного изображения с улучшенной контрастностью, сочностью и разрешением и позволяет отобразить на экране телевизора изображение, практически не отличающееся от натурального.
Полезная модель может быть осуществлена посредством аппаратных средств, содержащих несколько отличных элементов или посредством запрограммированного процессора/компьютера. Так все используемые средства выполнены преимущественно в виде запрограммированного процессора или микросхемы.
Также перечисленные средства/модули или несколько из этих средств могут быть воплощены одним и тем же элементом аппаратных или программных средств и наоборот могут быть объединены и выполнены как одно устройство. Кроме того, предложенное устройство обработки изображений может входить в состав, например, телевизионной приставки, спутникового тюнера, видеомагнитофона, устройства записи/воспроизведения, мультимедийного или DVD проигрывателя.
Вышеупомянутые варианты осуществления полезной модели не являются исчерпывающими и приведены только с целью пояснения полезной модели и подтверждения ее промышленной применимости и специалисты в данной области техники способны создавать альтернативные варианты ее осуществления без отрыва от объема приложенной формулы, но в пределах сущности полезной модели, отраженной в описании.
1. Устройство обработки изображений для его воспроизведения, содержащее: внешнее кадровое ОЗУ, внутреннее ОЗУ строк, детектор движения, 2D и 3D фильтры, смеситель С и смеситель Y, отличающееся тем, что входной видеосигнал поступает на вход внешнего кадрового ОЗУ и первый вход внутреннего ОЗУ строк, на второй-третий вход которого подается сигнал задержанных кадров с внешнего кадрового ОЗУ, внутреннее ОЗУ строк соответствующими первыми-четвертыми выходами соединено с соответствующими первыми-четвертыми входами детектора движения для попиксельного предсказания движения яркости Y и цветности С и первыми-четвертыми входами 3D фильтра, причем первый-второй выход внутреннего ОЗУ строк соединен с первым-вторым входом 2D фильтра, при этом пятый-шестой вход детектора движения соединен с управляющим выходом внутреннего ОЗУ строк, первые-вторые входы смесителя С соединены с выходами детектора движения, а третий и четвертый входы соединены соответственно с первыми выходами 2D и 3D фильтров, при этом вторые выходы 2D и 3D фильтров подключены к первому и второму входу смесителя Y, к третьему входу которого подключен первый выход смесителя С, а второй выход смесителя С и выход смесителя Y являются выходами устройства.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено с возможностью прецизионной и независимой обработки цветовых составляющих сигнала изображения Y, С.
3. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено с возможностью обработки изображения для снижения перекрестных искажений "цветность-яркость" и "яркость-цветность" и динамического углубления яркостных и цветовых переходов для обеспечения резкости изображения границе контрастных и слабоконтрастных объектов изображения.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено с возможностью адаптировать изображение под заданный формат, преобразования частоты кадров изображения и преобразования чересстрочной развертки телевизионного сигнала в прогрессивную развертку на основе режима интерполяции соседних строк.
5. Устройство по п.1, отличающееся тем, что выполнено с возможностью адаптивной коррекции движущихся изображений на основе корректирующих коэффициентов для сегментов изображения соответствующего кадра изображения.
6. Устройство по п.1, отличающееся тем, что оно выполнено в составе телевизора, плазменной индикаторной панели или жидкокристаллического устройства отображения, спутникового тюнера, устройства записи и воспроизведения мультимедийного или DVD проигрывателя, получая входной видеосигнал с этих устройств.
