CN1938752A - 从一图像数据集到另一个的改进的色域映射系统和方法 - Google Patents

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    • G09G2340/06—Colour space transformation

Abstract

本申请书揭示了用于将第一色彩空间中的输入图像数据转换为第二色彩空间格式的图像数据的方法和系统。一些实施例揭示了利用一些成本低廉的硬件和软件具体实施方案来进行这些转换的改进技术。

Description

从一图像数据集到另一个的改进的色域映射系统和方法
技术领域
本发明涉及用于将输入图像数据从一个色彩空间转换到进入另一个色彩空间的图像数据的方法和系统。
背景技术
在下列权利共有的美国专利申请中，揭示了用于为图像显示设备提高成本/性能曲线的新型子像素排列，这些申请中每一个的全部在这里通过参考引用：(1)美国专利申请序列号No.09/916,232(“‘232号申请”)，标题为“ARRANGEMENT OF COLOR PIXELS FOR FULL COLOR IMAGINGDEVICES WITH SIMPLIFIED ADDRESSING”，申请日2001年7月25日；(2)美国专利申请序列号No.10/278,353(“‘353号申请”)，标题为“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXELARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITHINCREASED MODULATION TRANSFER FUNCTION RESPONSE”，申请日2002年10月22日；(3)美国专利申请序列号No.10/278,352(“‘352号申请”)，标题为“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXELARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITHSPLIT BLUE SUB-PIXELS”，申请日2002年10月22日；(4)美国专利申请序列号No.10/243,094(“‘094号申请”)，标题为“IMPROVED FOUR COLORARRANGEMENTS AND EMITTERS FOR SUB-PIXEL RENDERING”，申请日2002年9月13日；(5)美国专利申请序列号No.10/278,328(“‘328号申请”)，标题为“IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAYSUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS WITH REDUCED BLUELUMINANCE WELL VISIBILITY”，申请日2002年10月22日；(6)美国专利申请序列号No.10/278,393(“‘393号申请”)，标题为“COLOR DISPLAYHAVING HORIZONTAL SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS”，申请日2002年10月22日；(7)美国专利申请序列号No.10/347,001(“‘001号申请”)，标题为“IMPROVED SUB-PIXEL ARRANGEMENTS FORSTRIPED DISPLAYS AND METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXELRENDERING SAME”，申请日2003年1月16日。
对于在水平方向具有偶数个子像素的特定子像素重复组，揭示了下列系统和技术来产生改进，例如，正确的点反转模式和其它改进，在这里通过参考引用它们的全部内容：(1)标题为“IMAGE DERADATION CORRECTIONIN NOVEL LIQUID CRYSTAL DISPLAY”的美国专利申请序列号10/456,839；(2)标题为“IMAGE DEGRADATION IN NOVEL LIQUID CRYSTALDISPLAY”的美国专利申请序列号10/455,925；(3)标题为“SYSTEM ANDMETHOD OF PERFORMANCE DOT INVERSION WITH STANDARDDRIVERS AND BACKPLANE ON NOVEL DISPLAY PANEL LAYOUT”的美国专利申请序列号10/455,931；(4)标题为“SYSTEM AND METHOD FORCOMPENSATING FOR VISUAL EFFECTS UPON PANELS HAVING FIXEDPATTERN NOISE WITH REDUCED QUANTIZATION ERROR”的美国专利申请序列号10/456,927；(5)标题为“DOT INVERSION ON NOVEL DISPLAYPANEL LAYOUTS WITH EXTRA DRIVERS”的美国专利申请序列号10/456,806；(6)标题为“LIQUID CRYSTAL DISPLAY BACKPLANELAYOUTS AND ADDRESSING FOR NON-STANDARD SUBPIXELARRANGEMENTS”的美国专利申请序列号10/456,838；(7)2003年10月28号申请的、标题为“IMAGE DEGRADATION CORRECTION IN NOVELLIQUID CRYSTAL DISPLAY WITH SPLIT BLUE SUBPIXEL”的美国专利申请序列号10/696,236；(8)2004年3月23号申请的、标题为“IMPROVEDTRANSISTOR BACKPLANE FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAYCOMPRISING DIFFERENT SIZED SUBPIXEL”的美国专利申请序列号10/807,604。
当与这些申请中以及如下公有美国专利中所进一步揭示的子像素着色(SPR)系统和方法结合的时候，这些改善将特别明显：(1)美国专利申请序列号No.10/051,612(“‘612号申请”)，标题为“CONVERSION OF RGBPIXEL FORMAT DATA TO PENTILE MATRIX SUB-PIXEL DATAFORMAT”，申请日2002年1月16日；(2)美国专利申请序列号No.10/150,355(“‘355号申请”)，标题为“METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXELRENDERING WITH GAMMA ADJUSTMENT”，申请日2002年5月17日；(3)美国专利申请序列号No.10/215,843(“‘843号申请”)，标题为“METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITHADAPTIVE FILTERING”，申请日2002年8月8日；(4)美国专利申请序列号No.10/379,767，标题为“SYSTEMS AND METHODS FOR TEMPORALSUB-PIXEL RENDERING OF IMAGE DATA”，申请日2003年3月4日；(5)美国专利申请序列号No.10/379,765，标题为“SYSTEMS AND METHODSFOR MOTION ADAPTIVE FILTERING”，申请日2003年3月4日；(6)的美国专利申请序列号No.10/379,766，标题为“SUB-PIXEL RENDERINGSYSTEM AND METHOD FOR IMPROVED DISPLAY VIEWING ANGLES”申请日2003年3月4日；(7)美国专利申请序列号No.10/409,413，标题为“IMAGE DATA SET WITH EMBEDDED PRE-PIXEL RENDERED IMAGE”，申请日2003年4月7日。在这里引入这些专利的全部作为参考。
在权利共有的并共同等待审批的下列美国专利申请中，揭示了全范围转换和映射的改进：(1)美国专利申请序列号No.10/691,200，标题为“HUEANGLE CALCULATION SYSTEM AND METHODS”，申请日2003年10月21日；(2)美国专利申请序列号No.10/691,377，标题为“METHOD ANDAPPARATUS FOR CONVERTING FROM SOURCE COLOR SPACE TORGBW TRARGET COLOR SPACE”，申请日2003年10月21日”，申请日2003年10月21日；(3)美国专利申请序列号No.10/691,396，标题为“METHODAND APPARATUS FOR CONVERTING FROM A SOURCE COLOR SPACETO A TRARGET COLOR SPACE”，申请日2003年10月21日；和(4)美国专利申请序列号No.10/690,716，标题为“GAMUT CONVERSION SYSTEMAND METHODS”，申请日2003年10月21日。在这里引入这些专利的全部作为参考。
在下列申请中描述了额外的优点：(1)美国专利申请序列号No.10/696,235，标题为“DISPLAY SYSTEM HAVING IMPROVED MULTIPLEMODES FOR DISPLAYING IMAGE DATA FROM MULITIPLE INPUTSOURCE FORMATS”，申请日2003年10月28日；和(2)美国专利申请序列号No.10/696,026，标题为“SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMINGIMAGE RECONSTRUCTION AND SUBPIXEL RENDERING TO EFFECTSCALING FOR MULTI-MODE DISPLAY”，申请日2003年10月28日。
此外，下列共有并共同等待审批的申请的全部在这里作为参考引用：(1)美国专利申请序列号[专利代理人备审案件第08831.0064号]，标题为“SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING SUB-PIXEL RENDERINGOFIMAGE DATA IN NON-STRIPED DISPLAY SYSTEMS”；(2)美国专利申请序列号[专利代理人备审案件第08831.0065号]，标题为“SYSTEMS ANDMETHODS FOR SELECTING A WHITE POINT FOR IMAGE DISPLAY”；(3)美国专利申请序列号[专利代理人备审案件第08831.0066号]和No.10/961,506，标题都为“NOVEL SUBPIXEL LAYOUTS ANDARRANGEMENTS FOR HIGH BRIGHTNESS DISPLAYS”；(4)美国专利申请序列号[专利代理人备审案件第08831.0068号]，标题为“IMPROVEDSUBPIXEL RENDERING FILTERS FOR HIGH BRIGHTNESS SUBPIXELLAYOUTS”。在这里引入这些专利作为参考。本说明书中提到的所有专利以它们的全部在这里通过参考引用。
发明内容
在本发明的一个实施例中，给出了用于将第一色彩空间中的输入图像数据转换为第二色彩空间中的输出图像数据的方法和系统。第二色彩空间可以具有RGBW格式。该系统和方法包括用于计算色度/亮度值以及计算来自第一色彩空间的所述输入图像数据的色调角的转换器；色调角三角形计算器，所述色调角三角形计算器确定输入数据所位于的色度三角形，以及矩阵乘法单元，所述矩阵乘法单元将输入数据乘以根据色度三角形确定而选择的转换矩阵。
在本发明的另一个实施例中，给出了用于将第一色彩空间中的输入图像数据转换为第二色彩空间中的输出图像数据的方法和系统。第二色彩空间可以具有RGBW格式。该方法和系统的步骤可以包括计算色度/亮度值以及计算来自第一色彩空间的所述输入图像数据的色调角；确定输入数据所位于的色度三角形，以及将输入数据乘以根据色度三角形确定而选择的转换矩阵。
附图说明
构成本说明书的一部分而结合在本说明书内的附图，是用来解说本发明的示范性的具体实施方案和实施例，这些图连同有关叙述则用来解释本发明的原理。
图1为从RGB(RGB＝Red、Green、Blue，红绿蓝)到RGBW(RGB＝Red、Green、Blue、White，红绿蓝白)转换器的构造的一个实施例的概貌。
图2为简化的RGB到亮度转换器的一个实施例。
图3为简化的RGB到色度转换器的一个实施例。
图4为色调角计算器的一个实施例。
图5为色调角计算器的一部分。
图6为除运算单元实施例的一级。
图7为把五个除运算单元连接起来执行5比特除运算的一个实施例。
图8为3×3矩阵乘法器的RG(RG＝Red、Green，红绿)场合的简化实施例。
图9为3×3矩阵乘法器的GB(RGB＝Green、Blue，绿蓝)场合的简化
实施例。
图10为3×3矩阵乘法器的BR(RGB＝Blue、Red蓝红)场合的简化实施例。
图11为色域钳位电路的一个实施例。
图12为W选择器的一个实施例。
图13为显示通过延迟W选择的减小的带宽的图示的一个实施例。
图14为显示硬件中的RGBW转换和子像素着色(SPR＝Sub-PixelRendering)的图示的一个实施例。
图15为显示具有简化的显示器硬件的RGBW和子像素着色软件具体实施方案的图示的一个实施例。
图16为RGBW和子像素着色软件具体实施方案的替代实施例。
具体实施方式
现在将详细地参考具体实施方案和实施例，它们的范例显示在附图中。无论在何处，只要可能将在所有附图中采用相同的参考号码来称谓相同或类似的部分。
构造概貌
用于从一个色彩空间到另一色彩空间的色域映射(gamut mapping)的一些系统和方法，在上述结合引用的第‘200号专利申请书、第‘377号专利申请书，第‘396号专利申请书和第‘716号专利申请书中有所揭示。本专利申请通过揭示在那些系统的硬件和软件具体实施方案这两方面的额外的节约、功效和成本降低，而对那些系统和方法进行改进。
一个可引起某些功效的潜在的简化假设，是假设目标色彩空间为RGBW。在这个假定下，在“色域流水线(gamut pipeline)”内有很多可能的优化。例如，对于RGB到RGBW色域映射系统，色域扩展可能不是很重要或可适用的；但在进行色域转换之后，可能需要进行色域钳位。另外，对于采用3×4矩阵乘法的多基色系统(如RGBC等等)——该矩阵乘法通常为4基色多基色所要求的——能用一个3×3矩阵乘法器和一个多路转换器来替代。同时，根据这里以及上述申请书中揭示的方法，那些3×3矩阵可能具有为0、1和/或2的幂的很多元素。这种条件，可容许通过减少门电路的数目的专门用途的硬件来执行该矩阵乘法。
图1示出从RGB色彩空间到RGBW色彩空间的一个可能的色域映射系统100。将RGB数据输入102(可能是每种色彩8比特)输入到色度/亮度转换器104。块104的输出，可能是多个色度/亮度坐标(如Y，By，Ry或类似坐标)中的一个坐标，并输入到色调角计算器106内，然后该输入可传到色调角三角形对照表(look-up table，LUT)108(如以前在上述结合引用的申请书中所描述的)。从而可以将色调角三角形转换为多基色矩阵对照表110，该对照表110把矩阵系数加载到3×3矩阵乘法器112。将可知晓：每行的比特数目的规格——在说明书或在附图中——只是提供来阐述可能的实施例，但本发明的范围并不局限于任何特定的数据集，或局限于任何数据通道上的特定带宽。
色度亮度转换器
用于计算亮度的“NTCS”公式为：Y＝0.2126*R+0.7152*G+0.0511*B。然而，为了计算色调角的目的，公式Y＝(2*R+5*G+B)/8已可足够接近地满足要求，而且它可以便利地仅使用二进制移位和加运算来进行计算。这相当于计算Y＝0.25*R+0.625*G+0.125*B。
图2示出具体实施上面的Y计算的高级框图200的一个实施例。在202中输入RGB数据，并且R左移1比特(即乘以2)；在204中G数据左移2比特再与其自身相加(即乘以5)，而且B数据与红色相加，然后再与绿色求总和。然后在206中把得到的总和右移3比特，就可提供上面所给出的最终的Y数据。应当知晓：只要算法结果相同，该运算和它们的运算次序是可以改变的。
图3示出色度计算块300的一个实施例。色度分量是一个矢量，从公式x＝B-Y和y＝R-Y算出的两个带符号的数值。然而，可能需要使用这些数值的绝对值，从而可能直接计算它们的绝对值，并把它们的符号单独分开。比较器302和304分别用来判定B＞Y和R＞Y是否成立。将这些判定的结果作为用于色调角计算器的x和y的符号加以保存，并且用于在减去它们之前选择性地交换这些值。减运算可以作为后面接着加运算308的二进制补码NEG(取负)运算306来完成。由于输入的数值是带符号的数，取负可能引起一个额外的比特。然而，因为已经知道符号是1，并且知道结果是一个正数，该比特在加运算中可以忽略。替代地，该功能性可通过许多不同的方式来完成，包括对两个数值都执行所有可能的减运算，并在最后选择正的数值。
色调角计算器
可能把色度/亮度转换器与色调角计算器组合起来，从而实现某种优化。图4描述这种组合的色调角计算器400的一个实施例。
色度的绝对值
如果色度/亮度转换器与色调角计算器组合在一起(如在块402和404中那样)，色度的绝对值已经存在，包括它们在取绝对值之前所具有的符号。取绝对值有助于把计算限制在可能的色彩矢量角的一个象限内。将可知晓：在块402和404中的“Y”指的是亮度值，而从块404向前输出的“y”指的是色度值。
选择八分圆(octant)，y＞x
检验色度y数值是否大于色度x数值可以确定色调角是在矢量角的第一还是第二的八分圆内，或者作为替代的说法，即该角度是否大于45度。通过交换色度的x和y分量(可能通过图4和5中的块406来执行)，可能把计算限制在全部可能的色彩矢量角的第一八分圆内。当然，可以将检验的结果保存起来，用以校正最终输出色调角。除运算模块408提供输入数据到反正切(actan)对照表，这将在后面加以讨论。
动作对照表
动作对照表(action LUT)410的一个实施例，可以含有比特和补偿值(offset)的小表格，这些补偿值在最后步骤时加上去作为对在第一八分圆内进行所有计算的简化的校正。动作对照表的一个可能的实施例包括在下面。在该例子中，y＜0、x＜0和y＞x结果的串行连接为该对照表的地址。输出是“取负”比特以及补偿值。“取负”比特表示是否需要反正切运算结果的负值。补偿值是在最后步骤加到高位比特处的角度。可能需要为色调角选择角度的单位，使绕色彩矢量圆一周只产生256“度”的角度。这造成一些方便的优化。其中之一是在动作对照表中的所有补偿值都是64的倍数，低位6个比特的数值总为零，因而它们不需保存。
         动作对照表
地址   取负 补偿值
000   0 00
001   1 01
010   1 10
011   0 01
100   1 00
101   0 11
110   0 10
111   1 11
y/x除运算
在块408，将y分量除以色度的x分量。这能够通过多种可能的方式完成。一种方式可对x分量取倒数(invert，INV)为一定点小数，然后再以此倒数与y作乘运算。取倒数可在对照表中进行，然而除非乘法器有足够宽的比特位(例如12比特)，该相乘的结果可能不精确。可能利用图6中所示的模块600(“DIVI”)，在一个多步骤流水线中完成该除运算。除运算中的每一步骤，只作单个的移位、加运算和选择操作。而输出则是用于下一步骤的余数和结果的一个比特。经过有限数目的步骤之后，将得到由除运算中所需要的所有比特。
图7示出一个可能的实施例700，其中x和y是8比特数据单元，而结果为5比特数。应当注意：x可能是9比特，来自已经“取负(二进制的补码)”的8比特数。当将y左移时，它也变为用于加运算的9比特。对于Y输出，只需结果的低位8比特即可满足需要。另外，可以从x和y两者中丢弃掉最低有效比特(least significant bit)，使得在所有的DIVI模块中都可以采用8比特地址。来自加运算的进位比特(carry bit)可以用于选择所输入的y数值或已作过“减运算”的y数值作为输出。进位的补值为结果比特。
在图7中，应当注意：色度的x分量只需要在流水线的起点取负(二进制的补码)。还应注意：DIVI模块已经对x＞y和结果为小于1的定点小数的情况作了优化。当x＝0时，结果将为零。当x＝y时，结果会使所有比特为1，这比正确答案稍微小一些。然而，由于储存正确答案将需要结果中的另外的比特，这个小的误差可以满足足够接近以用于色调角计算来实现某种硬件功效的需要。
反正切对照表
除运算的结果可用来作为反正切(arc tangent，atan)对照表的索引。反正切对照表的一个可能的实施例示出如下。因为这个表可能比较小，可能储存正和负的反正切值，并使用来自动作对照表的“取负”比特作为反正切对照表的地址的最低有效比特。在一个实施例中，其中原始值为5比特无符号整数，它们的负值可能产生6个比特，以具有符号位的空间。然而，该符号位通常与输入“取负”比特一致，所以可能无需储存它，并且反正切对照表仍保持5比特宽。
反正切对照表
    00     00     01     31     03     29     04     28
    05     27     06     26     08     24     09     23
    10     22     11     21     12     20     13     19
    15     17     16     16     17     15     18     14
    19     13     20     12     21     11     22     10
    23     09     24     08     25     07     25     07
    26     06     27     05     28     04     29     03
    29     03     30     02     31     01     31     01
最终的加运算
反正切对照表的结果可再加到从动作对照表选择的补偿值上。然而，该操作可比完全的加运算简单。因为来自动作对照表的补偿值，可以具有一定数目的包含的为零的比特(例如6个)，所以在加运算中不涉及低位比特。为了构成最终的色调角角度，将从反正切对照表输出的数量(例如5个)的比特，简单地拷贝到色调角的低位的数量(例如5个)的比特中。“取负”比特成为色调角的最后一个比特(例如第6个比特)，并且将“取负”比特的额外的(例如两个)的更多复制增加到来自动作对照表的补偿值上来形成色调的高位比特(例如2个比特)。这样，在这个实施例中，只需要两比特加运算。这示于下列表格中。
  neg   neg   neg  atan4  atan3  atan2  atan1  atan0
    +   off1   off0
    ＝   hue7   hue6   hue5  hue4  hue3  hue2  hue1  hue0
色度三角形对照表
色调角可以用来作为一个表的索引，以确定输入的色彩位于哪个色度三角形内。下面给出色度三角形对照表的一个实施例。在RGBW场合，可以只有三个色度三角形，所以该表可以得到三个可能的号码的仅一个。引导到该对照中的计算，可作为不用这些计算的较大对照表的折衷。
色度三角形对照表
 2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2
 2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2
 2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2
 2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2
 2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  2  0  0  0  0  0
 0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
 0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
 0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
 0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
 0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
 0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
 1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
 1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
 1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
 1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
 1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  2  2  2  2
多基色矩阵对照表
接下来，色度三角形号码可用来从储存在图1中的对照表110内的多基色矩阵中选择一个，以在以后的色彩空间转换步骤中使用。这些号码可以根据任何给定的、不同的显示器模型的特性而改变——下面示出显示器模型的一个实施例。应当注意：转换矩阵可能包括正数和负数，所以乘法器可能是带有正负符号的——除非应用此处所建议优化方法。在一个实施例中，在这些矩阵内的数值可以乘以128，以允许7比特的值加上符号比特的空间。从而结果可除以128，而不是256。
多基色矩阵
    168  0      -400    168    -400    0      128RGW，三角形0     128  0    0-40  168  0-40  0    168GBW，三角形1     168  -40    00    128    00    -40    168BRW，三角形2
RGB色彩通道
输入伽玛对照表
在一个实施例中，进到流水线的输入数据可能是“sRGB”或非线性RGB。于此情况，可能需要在进行色彩转换或子像素着色之前，在(可选的)输入伽玛表(示为图1中的块103)内将该数据线性化。应当注意：因为色彩转换会保持该色调角，色调角可以根据sRGB数值来计算。这容许色调角可以利用非线性RGB数值加以计算。sRGB的一个特征是它表现得有点像一种压缩模式，它容许以8比特储存通常要占用更多比特的图像数据。所以，一旦将数据线性化，可以需要以更多的比特来储存得到的数据，以避免任何可能的图像缺陷。因此，在图1所示的实施例中，输入伽玛块103把8比特输入数据转换成11比特线性RGB数据。
如果输入数据为YCbCr(黄青蓝青红)或某种其它的TV(电视)格式，这些格式中的大多数隐含着对它们已施加过的非线性变换，从而也可能需要输入伽玛表。对于这些格式，可能需要在把它们向下传送到流水线之前转换为sRGB。
多基色矩阵乘运算转换
在一个实施例中，为了实现RGB到RGBW色彩空间转换，可能实行3×4矩阵乘运算。这可能需要12个乘法器和加法器。然而，在RGBW中，W(白色)数值可能表现为等于其它结果中的一个，把矩阵乘运算减缩为3×3矩阵的乘运算。在一个实施例中，因为每次乘运算都是与同样带符号的8比特系数的11×8＝12比特，这对具体实现仍可能有问题。应当注意：乘法器输入11比特数值，但输出的是12比特结果。该额外的比特可用来检测在下面描述的色域钳位通道中那些超出色域外的数值。
有利的是，矩阵中的很多系数或者是零或者是2的幂。剩余下的系数，乘以168的乘运算可以通过3次移位和加运算来做到，而乘以40可以用2次移位和加运算来做到。采用这些常数，可以对于每个色度三角形设计专门用途的硬件。幸运的是，在RGBW中只有三个色度三角形，所以处理所有这些情况的硬件可以保持简单。有可能所有三个公式并行运行，在最后具有多路转换器来根据由色调角通道所输出的色度三角形号码，选择正确的答案。图8、9和10为分别实现对于RGW、GBW和BRW色度三角形的计算的实施例。从而在这些实施例中，将11-比特输入数值乘以8比特常数将得到19比特的数值。当把它们右移7个比特时，最终结果将为12比特的数值。这些数值的高位比特指出色彩超出色域外，并由后面所描述的色域钳位通道使用。此处也可能产生负的结果，必须将它们钳位为零。
还应当注意：在三个三角形情况中的两个中，将每个输入色彩乘以168。该计算可在公式之间共享，总共只要用168进行三次乘运算，进一步削减了总的门电路数目。还应当注意：当测量了每个新的RGBW显示器模型的色度，所使用的确切常数可以改变。
伽玛钳位通道
当将黑色和白色映射为RGB和RGBW中的相同颜色时，RGBW的总色域“体积”可变得小于RGB。因此可能有一些颜色，特别是明亮的饱和色彩，存在于RGB内但是不能显示在RGBW中。当这些色彩出现时，可能需要对这种情形加以控制。简单的把RGBW数值钳位到最大范围内，可能引起这些色彩的色调失真。作为替代，可检测那些超出色域外的色彩，并以一种在把它们带回范围内时仍保持色调不变的方式加以缩放。
检测是否在色域内
可设计在上面的多基色矩阵转换区域中的乘法器和累加器，使得它们返回大于它们的输入值的数值。这使得有可能计算O.O.G.数值(O.O.G＝OUT-OF-GAMUT，色域外)。这些数值通常不大于输入数值范围的两倍，所以在输出中容许多出一个比特，用于“溢出(overflow)”数值。如果在R、G和B所有的三个结果中，该额外的溢出比特为零，则色彩是在色域内，而且可以使它可绕开其余的色域钳位通道。图11示出能够实现图1中的块114和/或116的功能性的硬件的一个实施例。如所可见，将所有三个转换的基色的高位比特(比特11)一起进行或运算(1102)以产生O.O.G.信号——该信号然后可以由多路转换器1110用来选择旁路绕开模式(bypass mode)或由倒数对照表(Inv LUT)1106修正过的数据。
色域外响应
如果在R、G和B结果中任何一个的溢出比特为开(on)，这指示得到了色域外的色彩，并且所有三个基色都可能要以某因子加以缩放——例如相同的因子。用相同的因子来缩放所有的三个分量，趋向于在保持色调之外降低亮度和饱和度。该缩放因子通常是略小于1的数，因此它可以是定点二进制小数。
最大分量
处理超出色域外的数据的一种方式，是计算到色域边缘的距离相对于超出色域外的距离的比值，作为把超出色域外的数据带回范围内的色域缩放因子。在一个计算模式中，这可能需要计算两个平方根。在另一个实施例中，色彩空间的宽度相对于超出色域外的色彩的最大分量的比值可以产生相同的结果——不需成本花费大的平方根计算。这通过观察色域中的相似三角形即可看出。色彩空间的宽度趋向于为2的幂(例如，对于11比特的线性RGB数值的情况，为211)，从而变成一种方便的比特移位。MAX(取最大值)块1104选择色域外的色彩的最大分量。
倒数对照表
色域外分量的最大值可通过在倒数对照表1106中对它进行查找而取倒数。在一个实施例中，尽管使用12比特的转换的值，将容许用2倍的色域外的数值，实际上，超过最大容许值25％是罕见的。这容许倒数对照表仅有256个入口。超出色域外的最大分量的低位8个比特可以用作进入该倒数表的索引。倒数表可能包含某些误差，可是1/x表的初始占25％那里通常没有误差出现，所以这可以满足需要。
钳位乘法器
在一个实施例中，倒数对照表中可能具有12比特数值，所以3个12×11＝11的乘法器，可以满足把超出色域外的数值缩回范围内。因为倒数数值可表示为介于0.75和1之间的定点二进制数，乘法器的输出可以只是11比特。也有可能倒数表变得有效位稍微少一些，或许每个倒数数值只有8比特，通过使用12×8＝11的乘法器，得到门电路中显著的节省。
当从多基色矩阵乘运算输出的R、G和B分量超出在色域外时，可将它们乘以倒数对照表的输出。当数值在色域内时，可以使输入数值绕开乘法器，从而旁路绕开色域钳位。
白色选择
如上面所述，RGBW的W数值，可以表现为与其它基色中的一个相等，所以可以延迟选择W数值一直到以后才进行，以避免重复处理。图12示出一个硬件的实施例，该实施例利用多路转换器从其它经过转换的基色中的一个选择W数值。结果将是4个基色，RGB和W，而且这结束了RGB到RGBW多基色转换。应当注意：直到该阶段，W数值等于其它基色中的一个，可是因为子像素着色不同于其它基色的处理W(白色)，到达显示器的最终结果将是不同于任何其它基色的W数值。
子像素着色和输出伽玛
在一个实施例中，从多基色转换的输出可能是线性色彩分量，因此子像素着色模块将无需进行输入伽玛转换。这也意味着：输入分量每种基色可具有多于8比特(例如在一个实施例中为11比特)。在图1的实施例中，示出于子像素着色后进行输出伽玛，以显示该数据在经过转换发送到显示器之前，仍能保持在线性域(linear domain)内直到最后时刻。应当知晓：这种输出伽玛表可以为特定的显示器面板定制。
可选的输出伽玛对照表
在其它实施例中，有可能RGBW显示器可以在多于一块的电路板上采用多于一个步骤。因此在电路板之间，可能需要使用8比特数值在标准接口上传递数据。如上所述，不期望把线性分量截断为8比特。一个补偿方式是，通过对在输出路径上的数据施加sRGB非线性变换，来转换用于传递的数据。从而，第二电路板可以进行输入修正，把数据再次线性化为11比特。
在电路板之间传送4基色色彩也可能是困难的。图13描述一个实施例。该系统随同3基色(RGB)色彩发送2比特的信息，可以将W选择多路转换器移到第二块电路板上，而W基色将无需在电路板之间传递。所传送的2比特的信息，是在色调角通道上所计算出的色度三角形的号码。
为低成本具体实施方案简化的RGBW
实施多基色转换的复杂性，似乎是把RGBW限制得只能应用于高端系统中。然而，可能有一些办法来在低成本显示器中使用为了RGBW的多基色转换。少许剩余的与奇常数的乘运算，在某些具体实施方案中能以软件方式来实现，或者把那些常数转换为较容易在硬件中实现的数也许可以满足需要。
当基色和白色点与sRGB标准一致时，矩阵会变得更为简单。sRGB基色和白色点得到一些数，如上面以及图8、9和10中所示，这些数只要通过2或3次移位和加运算就能实现与它的乘运算。限制因素可能是子像素着色算法的复杂性。
    红色     绿色     蓝色   白色点
X     0.6400     0.3000     0.1500   0.3127
Y     0.3300     0.6000     0.0600   0.3290
Z     0.0300     0.1000     0.7900   0.3583
上表具有用于sRGB标准的CIE色度值。使用这些值，能够计算出D65白色点的CIE XYZ坐标，从而可以导出把线性RGB数值转换为CIE XYZ三色值的转换矩阵：
另外，使用上述基色把RGBW数值转换为CIE XYZ三色值的一个可能的矩阵如下：
Figure A20058001007600201
把CIE XYZ三色值转换到RGBW值的矩阵给出如下：
将根据输入色彩所在的色度三角形，使用这三个矩阵中的一个来对输入色彩进行转换。这些系数可以利用标准sRGB色度来导出。对输入数据和显示器使用同样的基色可使这些矩阵简化。
如果输入图像的色彩基色假设是未知的，则可以使用sRGB假设。输入RGB数值，可以通过早先提到过的R2X矩阵来转换为CIE XYZ，然后再使用上面三个矩阵中的一个转换为RGBW。在实践中，R2X矩阵能够预先与上述其它三个矩阵中的每一个组合在一起，从而对于每个输入色彩只进行一次矩阵乘运算就能满足需要。在低成本具体实施方案中，那些矩阵也可通过将它们乘以2的某次幂而转换为整数：
Figure A20058001007600203
在上面的例子中，组合这些矩阵，然后乘以64，来把它们的系数转换为的硬件，2的其它幂将起作用。于此情况，使用数值64得到一些系数，它们将适合带一个符号比特的8比特字节。这得到其中只能做8比特的算术运算的低成本的具体实施方案。在带有16比特算术运算的具体实施方案中，可使用大于64的乘法器。
这些矩阵涉及乘以0、乘以64(在定点二进制移位后乘以1)、以及乘以84和乘以20的乘运算。乘以20能用2次移位和1次加运算来做到，乘以84能用3次移位和2次加运算来做到。在乘运算后，总是要求进行2次减运算。这简单的足以在硬件或软件中实现，所以无需尝试和寻找更方便的数。
从sRGB到RGBW的转换，在硬件中可相当低廉地做到。子像素着色可能需要以显示刷新速率运行的行缓存器(line buffer)和滤光器。如果系统具有硬件子像素着色，增加逻辑来进行RGBW不会有值得重视的更多困难。在硬件模型中，对每个帧时间取一次所有的RGB数值，然后经历如下的过程：转换为RGBW、移位通过行缓冲器、进行区域重新采样滤光、发送到TCON和/或显示器、而后消失。图14中对该系统进行了描述。
然而，在低成本具体实施方案的一个实施例中，与采用硬件相反，子像素着色可以在软件中实现。从而，在软件中增加RGBW计算也是合理的。在一个实施例中，可能有一些帧缓冲器要访问。例如，如果应用程序写到其中的系统存储器中有一个RGB帧缓存器，那么软件驱动程序可以把该数据转换为子像素着色版本并把它储存到硬件帧缓存器中。在图15中描述了这样一个系统。可选择的，系统可以使驱动程序转换经过改变的小矩形区域，而不要求在每次作出任何改变时对整个显示都进行转换。
软件驱动程序常常不能完全地模拟硬件。例如，软件可能没有行缓冲器。而是替代地对RGB帧缓存器做随机访问。这可能需要在每次取出RGB值的时候，从RGB值重新计算RGBW值。例如，在一个实施例中，子像素着色滤波器可能有2×3个系数。从而，于此情况，在对围绕着它的区域进行再次着色的过程中，每个RGB数值可能要取出并转换6次。
在一个实施例中，可以将确定色度三角形号码减少为作4次比较。矩阵乘运算可通过5次移位，3次加运算和2次减运算来完成。色域钳位可能需要作2次比较和3次除运算。色域钳位可以在色彩的一个小子集上进行，而且简单的一组3次检验即可判定决定是否可以跳过该步骤。如果处理器足够快，并能做除运算(或至少，倒数对照表查找和乘运算)，那么它就可以满足需要。
然而，在带有足够的存储器以储存帧缓存器的另一份拷贝的较慢的处理器上，通过将每个RGB像素只转换到RGBW一次并把它们储存到中间帧缓冲器内可减少转换到RGBW所花费的时间。作为一个例子，考虑120×160的24比特RGB显示器。储存帧缓存器的一个拷贝可以只占58K字节。而RGBW中间帧缓冲器则为77K字节。于子像素着色之后，硬件帧缓存器仅为39K字节。图16中描述了这样一个系统。
另外一个实施例可以用较小的行缓存器代替RGBW帧缓存器的。利用较多的软件处理，可能建立类似于典型子像素着色硬件具体实施方案中的行缓存器的RGBW数值的行缓村器。具有显示器的宽度的两个行缓冲器即可满足需要。在此版本中，RGB数值只取出和转换一次，然后从行缓存器读出多次。
尽管已经参考范例实施例描述了本发明，本领域的技术人员将可以理解在不偏离本发明的范围可以进行各种修改并且可以用等价物替换其中的元件。此外，在不偏离其中的基本范围下，可以进行很多修改来适应特定的条件或者材料到教导中。因此，意图是本发明不局限于作为意图实施本发明的最佳模式揭示的最佳实施例，但是本发明将包括落入附加的权利要求的范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种系统，用于把第一色彩空间中的输入图像数据转换为第二色彩空间中的输出图像数据，其中所述第二色彩空间具有RGBW格式，所述系统包括：
转换器，用于计算色度/亮度值，并计算来自第一色彩空间的所述输入图像数据的色调角；
色调角三角形计算器，所述色调角三角形计算器确定输入数据所位于的色度三角形；
矩阵乘运算单元，所述单元把输入数据与转换矩阵相乘，该转换矩阵是根据色度三角形确定而选择的。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述转换器还含有用于计算来自所述输入图像数据的色度数据的绝对值的装置。
3.根据权利要求2所述的系统，其中所述转换器还含有用于确定输入图像数据的色调角的八分圆的装置。
4.根据权利要求3所述的系统，其中所述转换器还含有用于根据检验条件的结果来交换x和y色度值的装置。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述矩阵乘运算单元还含有用于选择用于转换所述输入图像数据的至少一个3×3的矩阵的装置。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述矩阵乘运算单元含有用于计算多个色度三角形转换的装置，以及用于选择所述多个色度三角形转换的一个的多路转换器。
7.根据权利要求1所述的系统，其中所述系统还包括：
超出色域检测单元；以及
色域钳位单元，用于对检测到的色域外图像数据的色域进行钳位。
8.根据权利要求7所述的系统，其中所述色域钳位单元计算色彩空间的宽度相对于色域外色彩的最大分量的比值。
9.根据权利要求1所述的系统，其中所述输入色彩数据的色彩基色和白色点与sRGB标准一致。
10.根据权利要求1所述的系统，其中所述输入色彩数据的色彩基色是未知的，并且所述系统把所述输入色彩数据转换为CIE XYZ并转换为RGBW数据。
11.一种方法，用于把第一色彩空间中的输入图像数据转换为第二色彩空间中的输出图像数据，其中所述第二色彩空间具有RGBW格式，所述方法的步骤包括：
计算色度/亮度值并计算来自第一色彩空间的所述输入图像数据的色调角；
确定输入数据所位于的色度三角形；
把该输入数据与转换矩阵相乘，该转换矩阵是根据色度三角形确定而选择的。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述计算步骤还包括：计算来自所述输入图像数据的色度数据的绝对值。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述计算步骤还包括：确定输入图像数据的色调角的八分圆。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述计算步骤还包括：根据检验条件的结果，交换x和y色度值。
15.根据权利要求11所述的方法，其中所述相乘步骤还包括：选择用于转换所述输入图像数据的至少一个3×3矩阵。
16.根据权利要求11所述的方法，其中所述相乘步骤还包括计算多个色度三角形转换；以及
选择所述多个色度三角形转换中的一个。
17.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法还包括：
检测超出色域外情况；以及
对所检测的色域外图像数据的色域进行钳位。
18.根据权利要求17所述的方法，其中所述钳位步骤还包括：
计算色彩空间的宽度相对于色域外色彩的最大分量的比值。
19.根据权利要求11所述的方法，其中所述输入色彩数据的色彩基色和白色点与sRGB标准一致。
20.根据权利要求11所述的方法，其中所述方法还包括：把所述输入色彩数据转换为CIE XYZ并转换为RGBW数据。
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