Brevet FR2814890A1 — publié le 20020405

La présente invention concerne un appareil destiné à améliorer le contraste d'un signal vidéo et plus particulièrement un appareil qui traite en temps réel le contraste d'un tel signal. Les procédés visant à améliorer la qualité de l'image délivrée par un appareil d'affichage vidéo permettent à l'utilisateur d'avoir une meilleure sensation de précision en accentuant les bordures ou en améliorant le contraste entre la lumière et l'obscurité comme un filtre homomorphe. La figure 1 est un schéma fonctionnel d'un appareil classique destiné à améliorer le contraste d'un signal vidéo en utilisant un filtre homomorphe. Comme l'illustre le dessin, l'appareil comprend une unité 101 de conversion logarithmique afin d'obtenir le logarithme d'un signal vidéo, un filtre d'onde 102 afin de séparer les logarithmes des signaux vidéo issus de l'unité 101 de conversion logarithmique en des composantes basse fréquence et haute fréquence, un premier multiplicateur 103A destiné à atténuer la composante basse fréquence à l'aide d'un coefficient d'atténuation, un second multiplicateur 103B destiné à amplifier la composante haute fréquence à l'aide d'un coefficient d'amplification, un additionneur 104 destiné à ajouter la composante haute fréquence amplifiée par le premier multiplicateur 103A et la composante basse fréquence atténuée par le second multiplicateur 103B et une unité de conversion exponentielle destinée à récupérer le signal d'addition délivré par l'additionneur 104. La figure 2 présente une fonction de probabilité cumulative selon le nombre de pixels et le niveau de la luminance des signaux vidéo. Comme l'illustre le dessin, dans le cas de la présence d'une partie sombre dans le signal vidéo, référencée A sur la figure 2, la courbe de la fonction 2 2814890 de distribution de probabilité cumulative entre le nombre de pixels et le niveau de la luminance se situe au-dessus de la ligne de base pointillée. Dans le cas de la présence d'une partie brillante dans le signal vidéo, référencée B sur la figure 2, la courbe de la fonction de probabilité cumulative entre le nombre de pixels et le niveau de la luminance se situe au-dessous de la ligne de base pointillée. Dans le cas de la présence d'une partie de luminosité moyenne dans le signal vidéo, référencée C sur la figure 2, la courbe de la fonction de probabilité cumulative entre le nombre de pixels et le niveau de la luminance se situe à proximité immédiate de la ligne de base pointillée. Dans le cas de la présence simultanée d'une partie sombre et d'une partie brillante dans le signal vidéo, référencée D sur la figure 2, la courbe de la fonction de distribution de probabilité cumulative entre le nombre de pixels et le niveau de la luminance se situe au-dessous ou au-dessus de la ligne de base pointillée. La technique classique sera décrite en se référant aux figures 1 et2. Un signal vidéo est introduit dans l'unité 101 de conversion logarithmique pour y subir une transformation logarithmique et la transformée logarithmique du signal vidéo est introduite dans le filtre d'onde 102 pour y être séparée en une composante basse fréquence et une composante haute fréquence. Là, le premier multiplicateur 103A multiplie par un coefficient d'atténuation la composante basse fréquence et délivre la composante basse fréquence atténuée A fois afin d'améliorer le contraste de la composante basse fréquence. Le second multiplicateur 103B multiplie la composante haute fréquence par le coefficient d'amplification afin de délivrer la composante haute fréquence amplifiée B fois. 3 2814890 La composante basse fréquence atténuée et la composante haute fréquence amplifiée sont additionnées dans l'additionneur 104 et le signal résultant est converti de manière exponentielle dans l'unité 105 de conversion exponentielle afin de récupérer le signal vidéo originel puisque le signal avait subi une transformation logarithmique. Les coefficients A et B sont négatifs ou positifs en fonction de la lumière ou de l'obscurité et leur valeur représente le degré de la luminosité. Plus précisément, le filtre homomorphe améliore le contraste d'un signal vidéo en atténuant la composante basse fréquence et en amplifiant la composante haute fréquence à l'aide de coefficients d'amplification ou d'atténuation déterminés. Toutefois, le filtre homomorphe classique présente l'inconvénient de ne pas pouvoir traiter de manière adaptative un signal vidéo puisque la composante basse fréquence est atténuée et que la composante haute fréquence est amplifiée à l'aide de coefficients déterminés. De plus, le procédé consistant à sélectionner un coefficient différemment selon un signal vidéo ne permet pas d'effectuer simplement un traitement en temps réel et en conséquence, il est impossible d'améliorer un signal vidéo de façon uniforme. De plus, le signal vidéo de sortie final doit être mis à l'échelle puisque le phénomène de conversion d'un niveau continu se produit dans le cas de l'atténuation de la composante basse fréquence et en conséquence, une valeur maximale et une valeur minimale de la composante du signal se produisent et provoquent une gêne dans le traitement en temps réel. 4 2814890 Un but de la présente invention est donc de fournir un appareil destiné à améliorer le contraste d'un signal vidéo qui puisse fournir un contraste amélioré en temps réel en créant des coefficients de conversion basse fréquence et haute fréquence d'une valeur correcte en fonction de la propriété intrinsèque du signal vidéo, en fournissant ces coefficients au filtre homomorphe et en permettant de contrôler par un utilisateur le contraste d'un signal vidéo de manière adaptative à travers un premier à un cinquième signal de référence. Afin d'obtenir ces avantages parmi d'autres, et selon le but de la présente invention et les modes de réalisation décrits plus bas, il est fourni un appareil destiné à améliorer le contraste d'un signal vidéo comprenant une unité de création de coefficient afin de créer un coefficient de conversion basse fréquence qui amplifie ou atténue la composante basse fréquence du signal vidéo, une unité de détection de bordure afin de détecter les changements rapides de luminance dans la direction verticale et dans la direction horizontale, une unité de conversion logarithmique afin d'obtenir la transformée logarithmique du signal vidéo reçu en entrée, un filtre passe-bas afin de laisser passer la composante basse fréquence du signal ayant subi la transformation logarithmique, un filtre passe-haut afin de laisser passer la composante haute fréquence du signal ayant subi la transformation logarithmique, un premier multiplicateur afin de multiplier le signal qui traverse le filtre passe-bas par le coefficient de conversion basse fréquence, une unité de correction de gain afin d'ajuster la valeur maximum du signal vidéo qui a été amplifié ou atténué par le premier multiplicateur afin d'être à un certain niveau, recevant le coefficient de conversion basse fréquence issu de l'unité de création de coefficient, un second multiplicateur afin de multiplier le signal qui traverse le filtre passe- haut par le signal issu de l'unité de détection de bordure, un premier 2814890 additionneur afin d'additionner les signaux issus du premier multiplicateur et de l'unité de correction de gain, un second additionneur afin d'additionner le signal issu du second multiplicateur et du premier additionneur et une unité de conversion exponentielle afin de convertir le signal exponentiel issu du premier additionneur. Les objets, fonctions et avantages de la présente invention, cités précédemment, et d'autres, deviendront plus clairs en se référant à la description de la présente invention détaillée ainsi qu'aux dessins qui l'accompagnent. Les dessins ci-joints illustrent des modes de réalisation non limitatifs de l'invention et servent à en expliquer les principes. Dans les dessins: La figure 1 est un schéma fonctionnel qui représente un appareil classique destiné à améliorer le contraste d'un signal vidéo en utilisant un filtre homomorphe; La figure 2 présente une fonction de probabilité cumulative selon le nombre de pixels et le niveau de la luminance des signaux vidéo; La figure 3 est un premier mode de réalisation d'un appareil réalisé selon la présente invention; et La figure 4 est un second mode de réalisation d'un tel appareil. L'appareil de la figure 3 comprend une unité 300 de création de coefficient destinée à créer un coefficient de conversion basse fréquence qui atténue la composante basse fréquence d'un signal vidéo Y_in recevant le signal vidéo Yin, le signal de synchronisation verticale Vsync et le premier signal de référence Réf. 1, une unité 350 de détection de la bordure afin de détecter un changement de luminance recevant le signal vidéo Y_in, une unité de conversion logarithmique afin d'obtenir la transformée logarithmique recevant le signal vidéo entré Y_in, un filtre 6 2814890 passe-bas 330 afin de laisser passer la composante basse fréquence du signal ayant subi la transformation logarithmique, un filtre passe-haut 340 afin de laisser passer la composante haute fréquence du signal ayant subi la transformation logarithmique, un premier multiplicateur 410 afin de multiplier le signal qui traverse le filtre passe-bas par le coefficient de conversion basse fréquence, un second multiplicateur 420 afin de multiplier le signal qui passe le filtre passe-haut par le signal issu de l'unité de détection de la bordure, une unité 380 de correction du gain afin de corriger le changement de la valeur maximum du signal vidéo, un premier additionneur 440 afin d'additionner les signaux issus du premier multiplicateur 410 et de l'unité 380 de correction du gain, un second additionneur 430 afin d'additionner le signal issu du second multiplicateur 420 et du premier additionneur 440 et une unité 360 de conversion exponentielle afin de convertir le signal exponentiel issu de l'additionneur 430. L'unité 300 de création de coefficient crée un coefficient de conversion basse fréquence afin d'accentuer les composantes basse fréquence du signal vidéo Y_in. Là, l'utilisateur entre le premier signal de référence Réf. 1 et le signal vidéo Yin. L'utilisateur peut accentuer la partie sombre du signal vidéo Yin. Le coefficient de conversion basse fréquence est multiplié dans le premier multiplicateur 410 avec le signal qui a traversé le filtre passe- bas 330. Si le coefficient de conversion est égal à 0,5, étant donné que le signal qui a traversé le filtre passe-bas 330 et le coefficient de conversion basse fréquence sont multipliés dans le premier multiplicateur 410, les composantes basse fréquence du signal vidéo qui ont traversé le filtre passe-bas sont atténuées ou amplifiées. 7 2814890 L'unité 310 de traitement de la valeur minimum détecte la valeur minimum du signal video Y_in dans les trames en recevant le signal vidéo Y_in et le signal de synchronisation verticale Vsync, puis moyenne le minimum des trames ou des multiples de trames, délivre la valeur moyenne comme la valeur minimum 02 et soustrait du signal vidéo la valeur minimum. Le signal soustrait O1 attaque l'unité 320 de conversion logarithmique et l'unité 350 de détection de la bordure. Là, la valeur minimum du signal vidéo Y_in indique la partie la plus sombre du signal vidéo Y_in. Par conséquent, si la valeur minimum est soustraite du signal vidéo Y_in, le niveau le plus bas du signal vidéo issu de l'unité 310 de traitement de la valeur minimum est conservé comme étant la valeur zéro. L'unité 350 de détection de la bordure détecte les changements rapides de la luminance du signal vidéo dans la direction verticale et dans la direction horizontale. Là, le signal vidéo présentant un changement rapide de luminance est la composante basse fréquence du signal vidéo. L'unité 320 de conversion logarithmique convertit de manière logarithmique le signal issu de l'unité 310 de traitement de la valeur minimum. Le signal transformé de manière logarithmique est séparé en signaux vidéo de composantes basse fréquence et haute fréquence grâce au filtre passe-bas 330 et au filtre passe-haut 340. Étant donné que le signal vidéo de la composante basse fréquence est multiplié par le coefficient de conversion créé par l'unité 300 de création de coefficient, la basse fréquence du signal vidéo est amplifiée ou atténuée. L'unité 380 de correction du gain conserve à un certain niveau la valeur maximum du signal vidéo amplifié ou atténué par le premier multiplicateur 410. Plus précisément, la valeur de sortie de l'unité 380 de 8 2814890 correction du gain est utilisée par l'obtention d'une forme opérationnelle telle que la formule 1: valeur de sortie de l'unité de correction du gain = (log Ymx)(1 - MDC) formule 1 Ici, Yma, est la valeur maximum du signal vidéo et MDC est le coefficient de conversion basse fréquence. De même, étant donné que le signal vidéo de la composante haute fréquence est multiplié par le signal issu de l'unité 350 de détection de la bordure dans le second multiplicateur, la composante haute fréquence du signal vidéo est amplifiée ou atténuée. La composante haute fréquence et la composante basse fréquence, amplifiée ou atténuée respectivement, sont additionnées dans l'additionneur 430 et le signal vidéo résultant est converti de manière exponentielle dans l'unité 360 de conversion exponentielle. La valeur minimum du signal converti de manière exponentielle est récupérée dans l'unité 370 de récupération de la valeur minimum et le signal vidéo récupéré Yout est fourni avec un contraste amélioré. L'appareil de la figure 4 comprend une unité de comparaison 301 afin de comparer les tailles du niveau du signal vidéo et du deuxième signal de référence, une unité de comptage 302 afin de compter le nombre de pixels qui sont plus petits ou plus grands que ceux du deuxième signal de référence Réf. 2 en utilisant le signal de synchronisation verticale V_sync recevant le signal vidéo Yin et le deuxième signal de référence Réf. 2, le soustracteur 303 afin de soustraire la valeur fournie par l'unité de comptage 302 et le troisième signal de référence Réf. 3, une unité 304 de création du coefficient de conversion basse fréquence afin de délivrer le coefficient de conversion basse fréquence en synchronisation avec le signal de synchronisation verticale Vsync, une unité 311 de détection de 9 2814890 la valeur minimum afin de détecter la valeur minimum du signal vidéo Y_in recevant le signal vidéo Y_in et le signal de synchronisation verticale V_sync, le soustracteur 312 afin d'obtenir la différence entre le signal issu du détecteur de la valeur minimum 311 et le signal vidéo Y_in, une unité 350 de détection de la bordure afin de détecter le changement de la luminance recevant le signal issu du soustracteur 312, l'additionneur 450 afin d'additionner le signal issu de l'unité 350 de détection de la bordure et le cinquième signal de référence Réf. 5 prédéterminé par l'utilisateur, une unité 320 de conversion logarithmique afin d'effectuer la conversion logarithmique recevant le signal issu du soustracteur 312, le filtre passe-bas 330 afin de laisser passer la composante basse fréquence du signal converti de manière logarithmique, le filtre passe haut 340 afin de laisser passer la composant haute fréquence du signal converti de manière logarithmique, le premier multiplicateur 410 afin de multiplier le signal issu de l'additionneur 450 par le signal vidéo qui a traversé le filtre passe haut, une unité 380 de correction du gain afin de corriger le changement de la valeur maximum du signal vidéo, une unité 360 de conversion exponentielle afin de convertir de manière exponentielle le signal vidéo Y_in, une unité 370 de récupération de la valeur minimum afin d'ajouter la valeur minimum du signal vidéo issu de l'unité 311 de détection de la valeur minimum et le signal vidéo issu de l'unité 360 de conversion exponentielle afin de récupérer ce qui a été traité par l'unité 311 de détection de la valeur minimum et le premier signal de référence Réf. 1, le quatrième signal de référence Réf. 4 et le cinquième signal de référence Réf. 5 afin de contrôler en temps réel le contraste du signal vidéo Yin. Ici, les références non décrites désignent l'unité 310 de détection de la valeur minimum ainsi que les additionneurs 305, 430 et 440. 2814890 L'unité de comparaison 301 compare la taille de chaque pixel du signal vidéo Y_in et le niveau du deuxième signal de référence Réf. 2. L'unité de comptage 302 compte le nombre de pixels ayant des niveaux supérieurs à ceux du deuxième signal de référence Réf. 2 après avoir comparé le niveau du deuxième signal de référence Réf. 2 et la taille de chaque pixel du signal vidéo Y_in en synchronisation avec le signal de synchronisation verticale Réf. 2 dans l'unité de comparaison 301. Le soustracteur 303 soustrait du troisième signal de référence Réf. 3 la valeur issue de l'unité de comptage 302. Là, étant donné que la valeur issue du compteur 302 est la différence entre la taille du troisième signal de référence Réf. 3 et le nombre de pixels des signaux vidéo comptés sur la base du troisième signal de référence Réf. 3, si l'utilisateur contrôle la taille du troisième signal de référence Réf. 3, il est possible d'ajuster la sensibilité d'une partie sombre ou d'une partie brillante. Selon le résultat obtenu, la valeur du coefficient basse fréquence obtenue en sortie de l'unité 304 de création du coefficient de conversion basse fréquence, fluctue sur la base du premier signal de référence. L'unité 311 de détection de la valeur minimum détecte la valeur minimum du signal video Y_in dans les trames recevant le signal vidéo Y_in et le signal de synchronisation verticale Vsync, puis moyenne le minimum dans des trames ou des multiples de trames, délivre la valeur moyenne comme une valeur minimum 02 et soustrait du signal vidéo la valeur minimum. Le signal soustrait O1 est introduit dans l'unité 320 de conversion logarithmique et dans l'unité 350 de détection de la bordure. Là, la valeur minimum du signal vidéo Y_in indique la partie la plus sombre du signal vidéo Y_in. Par conséquent, si la valeur minimum est soustraite du signal vidéo Y_in, le niveau le plus bas du signal vidéo issu du soustracteur 312 est conservé comme étant la valeur zéro. il 2814890 L'unité 350 de détection de la bordure détecte les changements rapides de la luminance du signal vidéo dans la direction verticale et dans la direction horizontale. Là, le signal vidéo présentant un changement rapide de luminance est la composante haute fréquence du signal vidéo. L'unité 320 de conversion logarithmique convertit de manière logarithmique le signal issu du soustracteur 312. Le signal transformé de manière logarithmique est séparé en signaux vidéo de composantes basse fréquence et haute fréquence grâce au filtre passe-bas 330 et au filtre passe-haut 340. Étant donné que le signal vidéo Y_in de la composante basse fréquence est multiplié par le coefficient de conversion basse fréquence créé par l'unité 300 de création de coefficient dans le premier multiplicateur 410, la basse fréquence du signal vidéo est amplifiée ou atténuée. De même, étant donné que le signal vidéo Yin de la composante haute fréquence est multiplié par le signal issu de l'unité 350 de détection de la bordure dans le second multiplicateur 420, la composante haute fréquence du signal vidéo Yin est amplifiée ou atténuée. Le quatrième signal de référence Réf. 4 est additionné au signal basse fréquence issu du premier multiplicateur 410 multiplié par le coefficient de conversion basse fréquence issu de l'unité 380 de correction de gain. Plus précisément, l'utilisateur peut contrôler la valeur maximum de la composante basse fréquence du signal vidéo calculée finalement par le quatrième signal de référence Réf. 4. Le cinquième signal de référence Réf. 5 est additionné à la valeur issue de l'unité 350 de détection de la bordure et en conséquence, 12 2814890 l'utilisateur peut contrôler directement la composante haute fréquence du signal vidéo Y_in. Le signal vidéo avec la haute fréquence et le signal basse fréquence, amplifié ou atténué, sont additionnés dans l'additionneur 430. Le signal vidéo résultant est converti de manière exponentielle dans l'unité 360 de conversion exponentielle. Le minimum du signal converti de manière exponentielle est récupéré dans l'unité 370 de récupération de la valeur minimum et fourni comme un signal vidéo Y_in ayant un contraste amélioré. L'appareil selon la présente invention peut fournir un contraste amélioré en temps réel en produisant des coefficients de conversion basse fréquence et haute fréquence sous une forme appropriée selon la propriété intrinsèque, en fournissant un coefficient au filtre homomorphe et en permettant le contrôle, par un utilisateur, du contraste d'un signal vidéo de manière adaptative à travers des signaux de base (du premier au cinquième). 13 2814890 REVENDICATIONS 1. Appareil destiné à améliorer le contraste d'un signal vidéo, caractérisé en ce qu'il comprend une unité (300) de création de coefficient de conversion basse fréquence qui amplifie ou atténue la composante basse fréquence du signal vidéo; une unité (350) de détection de la bordure détectant un changement rapide de la luminance dans la direction verticale et dans la direction horizontale; une unité (320) de conversion logarithmique du signal vidéo reçu; un filtre passe bas (330) pour la composante basse fréquence du signal converti de manière logarithmique; un filtre passe haut (340) pour la composante haute fréquence du signal converti de manière logarithmique; un premier multiplicateur (410) multipliant par un coefficient de conversion basse fréquence le signal traversant le filtre passe bas (330); une unité (380) de correction du gain ajustant la valeur maximum du signal vidéo qui a été amplifié ou atténué par le premier multiplicateur (410) afin de se trouver à un certain niveau recevant le coefficient de conversion basse fréquence issu de l'unité (300) de création de coefficient; un second multiplicateur (420) multipliant le signal qui traverse le filtre passe haut (340) par le signal issu de l'unité (350) de détection de la bordure; un premier additionneur (440) des signaux issus du premier multiplicateur (410) et de l'unité (380) de correction du gain; un second additionneur (430) des signaux issus du second multiplicateur (420) et du premier additionneur (440); et une unité (360) de conversion exponentielle convertissant de manière exponentielle le signal issu du premier additionneur (440). 14 2814890 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une unité (311) de traitement de la valeur minimum détectant la valeur minimum du signal vidéo; et une unité (370) de récupération de la valeur minimum ajoutant la valeur minimum du signal vidéo issu de l'unité (311) de traitement de la valeur minimum. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'unité de traitement de la valeur minimum comprend une unité de détection (311) de la valeur minimum du signal vidéo par réception du signal vidéo et du signal de synchronisation verticale; et un soustracteur (312) soustrayant la valeur minimum issue de l'unité de détection (311) de la valeur minimum du signal vidéo. 4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité (300) de création de coefficient comprend une unité (301) de comparaison de la taille du niveau du signal vidéo (Yin) et de celle d'un deuxième signal de référence (Réf 2); une unité (302) de comptage du nombre de pixels plus petits ou plus grands que le deuxième signal de référence (Réf 2) à l'aide du signal de synchronisation verticale; et une unité (304) de création d'un coefficient de conversion basse fréquence en synchronisation avec le signal de synchronisation verticale. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'unité (304) de création de coefficient comprend un soustracteur (303) soustrayant la valeur issue de l'unité de comptage (302) d'un troisième signal de référence (Réf 3). 6. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend un premier signal de référence (Réf 1) pour le contrôle, par l'utilisateur, du coefficient de conversion basse fréquence; et un additionneur (305) du premier signal de référence (Réf 1) et du 1 5 2814890 coefficient de conversion basse fréquence issu de l'unité (304) de création de coefficient de conversion basse fréquence. 7. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur issue de l'unité (380) de correction du gain est (log Ymx)(1 - MDC) o Ym, ,,x est la valeur maximum du signal vidéo et MDC est le coefficient de conversion basse fréquence. 8. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal issu du premier multiplicateur (410) et la valeur issue de l'unité (380) de correction du gain sont contrôlés par un quatrième signal de référence (Réf 4). 9. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur issue de l'unité (350) de détection de la bordure est contrôlée par un cinquième signal de référence (Réf 5).