一种LED显示屏视频信号处理中对色域进行修正的方法

摘要

本发明公开了一种LED显示屏视频信号处理中对色域进行修正的方法，针对现有方法缩减了LED显示屏的色域范围和算法复杂的缺点，提出一种仅用一个转移矩阵扩展视频源信号色域的方法：颜色空间转换模块完成视频源制式的三原色系统与CIE1931XYZ表色系统的相互转换，通过XYZ/Yxy规格化模块得出信号在CIE1931Yxy色度图中的色品坐标；在Yxy色度系统中用一个转移矩阵对色品坐标进行扩展修正；修正后的色品坐标通过Yxy/XYZ反规格化模块得到新的XYZ值；后经颜色空间转换模块得到扩展后的三基色值。本发明突出了LED显示屏色彩表现力强的优势，以较简单的算法改善了LED显示屏的颜色失真。

说明书

技术领域

本发明涉及一种LED显示屏视频信号处理技术，尤其涉及一种LED显示屏视频信号处理中对色域进行修正的方法。

背景技术

LED显示屏全彩显示的色域修正用来完成现有视频信号源制式与LED显示屏的色域匹配，改善因二者的三基色特性不同而造成的颜色失真。其原理是通过一种变换，把各颜色的三基色值转换为新的值去控制LED显示屏的驱动电流，显示出所需要的颜色。现有的用于LED显示屏的色域修正方法有两种：第一种方法是分别求得现有视频源制式的三原色系统、LED显示屏的三原色系统与CIE1931XYZ表色系统的转化关系，把CIE1931XYZ表色系统中三刺激值作为中间量，得到彩色LED显示屏的三原色系统与现有视频源制式的三原色系统之间的转换关系，达到保持原色域，保证视频的显示质量的目的；第二种方法是将现有视频源色域作为目标色域，使LED显示屏色域中的不同色品对应多组不同的转移矩阵，并映射到视频源色域中，得到LED实际的驱动电流值，改善颜色失真。方法一与方法二都将现有视频源色域作为目标色域，缩减了LED显示屏的色域范围，没有突出LED显示屏之宽色域的色彩表现力；方法二需要大量转移矩阵，算法复杂，实际中实现困难。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明的目的是基于保持白平衡、保持视频源的亮度，在色差允许的前提下，提出一种LED显示屏视频信号处理中对色域进行修正的方法，仅用一个转移矩阵对视频源信号进行色品坐标修正，使现有视频源制式的三基色坐标尽可能向LED显示屏的三基色坐标靠近，改善LED显示屏的颜色失真，扩展视频源信号的色域、展现更丰富的颜色。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种LED显示屏视频处理中对色域进行修正的方法，包括颜色空间转换模块A、XYZ/Yxy规格化模块、色品坐标修正模块、Yxy/XYZ反规格化模块、颜色空间转换模块B和对比模块，具体包括以下步骤：

A、通过颜色空间转换模块A完成视频源制式的三原色系统向CIE1931XYZ表色系统的转换：颜色空间转换模块A的输入信号R_P、G_P、B_P与输出X、Y、Z之间的转换关系如下：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=M_1*\left(\begin{array}{c}{R}_P\\ G_P\\ B_P\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，矩阵M₁中的元素由现有视频源制式决定，X、Y、Z为视频源信号在CIE1931XYZ表色系统中的值；

B、用XYZ/Yxy规格化模块完成CIE 1931XYZ表色系统到CIE1931Yxy色度系统的转换，得到视频数据在CIE 1931Yxy色度图中的色品坐标x_P、y_P、z_P；其输入X、Y、Z与输出x_P、y_P、z_P之间的转换关系如下：

$x_P=\frac{X}{X+Y+Z}$

$y_P=\frac{Y}{X+Y+Z}---\left(2\right)$

z_P＝1-x_P-y_P

C、在Yxy色度系统中用一个转移矩阵对色品坐标进行扩展修正：色品坐标修正模块的输入x_P、y_P、z_P与输出x_L、y_L、z_L的关系由

$\left(\begin{array}{c}{x}_L\\ y_L\\ z_L\end{array}\right)=M_{\mathrm{correct}}*\left(\begin{array}{c}{x}_P\\ y_P\\ z_P\end{array}\right)---\left(3\right)$

决定，其中

M_correct＝M_L*(M_P)^-1                      (4)

$M_P=\left(\begin{array}{ccc}{x}_{\mathrm{RP}}& x_{\mathrm{GP}}& x_{\mathrm{BP}}\\ y_{\mathrm{RP}}& y_{\mathrm{GP}}& y_{\mathrm{BP}}\\ z_{\mathrm{RP}}& z_{\mathrm{GP}}& z_{\mathrm{BP}}\end{array}\right)---\left(5\right)$

$M_L=\left(\begin{array}{ccc}{x}_{\mathrm{RL}}& x_{\mathrm{GL}}& x_{\mathrm{BL}}\\ y_{\mathrm{RL}}& y_{\mathrm{GL}}& y_{\mathrm{BL}}\\ z_{\mathrm{RL}}& z_{\mathrm{GL}}& z_{\mathrm{BL}}\end{array}\right)---\left(6\right)$

公式(5)、公式(6)中的元素分别是现有视频源制式、LED显示屏的红绿蓝三基色的色品坐标；

D、将修正后的色品坐标x_L、y_L、z_L通过Yxy/XYZ反规格化模块得到新的XYZ值：Yxy/XYZ反规格化模块的输入为x_L、y_L、z_L、Y，保持视频源各颜色亮度不变，输出CIE1931XYZ新的三刺激值X′、Y′、Z′；

E、经颜色空间转换模块B得到扩展后的三基色值：颜色空间转换模块B的输入信号X′、Y′、Z′与输出R_L、G_L、B_L的关系为

$\left(\begin{array}{c}{R}_L\\ G_L\\ B_L\end{array}\right){=M}_2*\left(\begin{array}{c}{X}^{\prime }\\ Y^{\prime }\\ Z^{\prime }\end{array}\right)---\left(7\right)$

其中，矩阵M₂的元素由LED显示屏的发光二极管特性所决定。

在执行所述的步骤A的同时，用比较模块判断输入信号R_P、G_P、B_P是否相等，如果R_P、G_P、B_P的值都相等，则跳过步骤C；否则，按照步骤A至步骤E的顺序执行。

本发明所述的步骤C中，仅用一个转移矩阵，对视频源信号的色品坐标x_P、y_P、z_P进行修正，将视频源制式的色域扩展至LED显示屏的色域。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

1、本发明以LED显示屏的色域作为目标色域，用公式(3)将视频源信号的色品坐标映射到目标色域中，使得到的视频信号色域与物理媒介色域相符合，扩展了视频源信号的色域，突出了LED显示屏色彩表现力强的优势。

2、由于本发明在CIE 1931Yxy色度系统中仅用一个转移矩阵对视频源信号进行修正，以较简单的算法改善LED显示屏的颜色失真。

3、本发明通过改进软件实现，与现有方法比较可以提高处理的实时性，同时也节约了硬件的改造费用。

附图说明

本发明共有附图2张，其中：

图1是本发明的信号处理流程图。

图2是实施方式中核心算法的色品坐标对应图。

图中：11、颜色空间转换模块A，12、XYZ/Yxy规格化模块，13、色品坐标修正模块，14、Yxy/XYZ反规格化模块，15、颜色空间转换模块B，16、对比模块，17、PAL制式的色域，18、LED显示屏的色域。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步地描述。如图1所示，一种LED显示屏视频处理中对色域进行修正的方法，所述的LED显示屏的视频处理系统包括颜色空间转换模块A11、XYZ/Yxy规格化模块12、色品坐标修正模块13、Yxy/XYZ反规格化模块14、颜色空间转换模块B15和对比模块16，具体包括以下步骤：

A、通过颜色空间转换模块A11完成视频源制式的三原色系统向CIE1931XYZ表色系统的转换：颜色空间转换模块A11的输入信号R_P、G_P、B_P与输出X、Y、Z之间的转换关系如下：

$\left(\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right)=M_1*\left(\begin{array}{c}{R}_P\\ G_P\\ B_P\end{array}\right)---\left(1\right)$

其中，矩阵M₁中的元素由现有视频源制式决定，X、Y、Z为视频源信号在CIE1931XYZ表色系统中的值；

B、用XYZ/Yxy规格化模块12完成CIE 1931XYZ表色系统到CIE1931Yxy色度系统的转换，得到视频数据在CIE 1931Yxy色度图中的色品坐标x_P、y_P、z_P；其输入X、Y、Z与输出x_P、y_P、z_P之间的转换关系如下：

$x_P=\frac{X}{X+Y+Z}$

$y_P=\frac{Y}{X+Y+Z}---\left(2\right)$

z_P＝1-x_P-y_P

C、在Yxy色度系统中用一个转移矩阵对色品坐标进行扩展修正：色品坐标修正模块13的输入x_P、y_P、z_P与输出x_L、y_L、z_L的关系由

$\left(\begin{array}{c}{x}_L\\ y_L\\ z_L\end{array}\right)=M_{\mathrm{correct}}*\left(\begin{array}{c}{x}_P\\ y_P\\ z_P\end{array}\right)---\left(3\right)$

决定，其中

M_correct＝M_L*(M_P)^-1                     (4)

$M_P=\left(\begin{array}{ccc}{x}_{\mathrm{RP}}& x_{\mathrm{GP}}& x_{\mathrm{BP}}\\ y_{\mathrm{RP}}& y_{\mathrm{GP}}& y_{\mathrm{BP}}\\ z_{\mathrm{RP}}& z_{\mathrm{GP}}& z_{\mathrm{BP}}\end{array}\right)---\left(5\right)$

$M_L=\left(\begin{array}{ccc}{x}_{\mathrm{RL}}& x_{\mathrm{GL}}& x_{\mathrm{BL}}\\ y_{\mathrm{RL}}& y_{\mathrm{GL}}& y_{\mathrm{BL}}\\ z_{\mathrm{RL}}& z_{\mathrm{GL}}& z_{\mathrm{BL}}\end{array}\right)---\left(6\right)$

公式(5)、公式(6)中的元素分别是现有视频源制式、LED显示屏的红绿蓝三基色的色品坐标；

D、将修正后的色品坐标x_L、y_L、z_L通过Yxy/XYZ反规格化模块14得到新的XYZ值：Yxy/XYZ反规格化模块14的输入为x_L、y_L、z_L、Y，保持视频源各颜色亮度不变，输出CIE1931XYZ新的三刺激值X、Y、Z；

E、经颜色空间转换模块B15得到扩展后的三基色值：颜色空间转换模块B15的输入信号X′、Y′、Z′与输出R_L、G_L、B_L的关系为

$\left(\begin{array}{c}{R}_L\\ G_L\\ B_L\end{array}\right){=M}_2*\left(\begin{array}{c}{X}^{\prime }\\ Y^{\prime }\\ Z^{\prime }\end{array}\right)---\left(7\right)$

其中，矩阵M₂的元素由LED显示屏的发光二极管特性所决定。

在执行所述的步骤A的同时，用比较模块16判断输入信号R_P、G_P、B_P是否相等，如果R_P、G_P、B_P的值都相等，则跳过步骤C；否则，按照步骤A至步骤E的顺序执行。

所述的步骤C中，仅用一个转移矩阵，对视频源信号的色品坐标x_P、y_P、z_P进行修正，将视频源制式的色域扩展至LED显示屏的色域。

下面以图2为例，以PAL制式的电视信号作为现有视频源，LED显示屏作为目标显示设备，介绍本发明软件部分的核心，即色品修正模块的实现方式。小三角形内区域为PAL制式的色域(17)，大三角形内区域为LED显示屏的色域(18)。色域(17)的三个顶点分别是PAL制式的三基色在CIE1931Yxy色度系统中的位置，色域(18)的三个顶点分别是LED显示屏的三基色在CIE1931Yxy色度系统中的位置。色域(17)的顶点向色域(18)顶点对应移动至重合，由公式(3)可以得到唯一的转移矩阵M_correct。色域(17)内，除白点保持不变外，其他各点的色品坐标均用上述转移矩阵M_correct进行修正。若干颜色样本的修正结果如图2中箭头方向所示，在色差允许的条件下，扩展了视频源信号的色域。