CN100418353C - 帧循环型噪声降低方法和帧循环型噪声降低装置 - Google Patents
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Abstract
一种在将一帧期间分割为多个子场，通过每个子场的发光的组合来显示灰度的图像显示装置中使用的帧循环型噪声降低方法，基于前一帧的图像信号和当前帧的图像信号的差分信号以及子场的排列，检测减亮度变化区域、以及增亮度变化区域的其中一个或者其两者作为子场模糊恶化的区域，并且，基于所述差分信号，检测图像的活动量，基于表示所述活动量的活动量信号和表示所述子场模糊恶化的区域的量度变化信号决定循环量，在所述子场模糊恶化的区域，将所述循环量设定成与在除此之外的区域相等或者比其小的值。
Description
技术领域
本发明涉及用于将一场期间分割为多个子场，通过每个子场的发光的组合来显示灰度的图像显示装置的帧循环型噪声降低方法和帧循环型噪声降低装置。
背景技术
在利用了等离子体显示板的图像显示装置那样，利用进行2值显示的图像显示装置来显示多灰度图像的情况下，一般使用子场法。子场法是将一场期间分割为具有亮度加权的多个子场，对每个子场控制发光、不发光，从而进行图像显示的方法。例如，为了显示256灰度，将一场期间分割为8个子场，将各个子场的亮度加权设为‘1’、‘2’、‘4’、‘8’、‘16’、‘32’、‘64’、‘128’。如果这时输入图像信号为8位的数字信号，则将各位从最下位开始依次分配给8个子场，从而控制发光、不发光就可以。因为这8个子场的发光被视觉性地积分，所以可以显示中间灰度(例如参考工業調查会出版、内池平樹.御子柴茂生 共著“プラズマデイスプレイのすベて(等离子显示器详解)”165页～177页)。这里，子场的排列没有特别的限定，但是有例如图1A所示的从亮度加权小者至大者依次排列的情况(以下称为‘升序编码’)，以及如图1B所示的从亮度加权大者至小者依次排列的情况(以下称为‘降序编码’)的情况。
而且，提出了多种降低图像信号中包含的噪声，改善S/N比的噪声降低方法和噪声降低装置，还被利用于使用了等离子体显示板的图像显示装置中(例如参照特开2001-36770号公报)。作为在其中有效果的方法，帧循环型噪声降低方法被熟知(例如参照，日刊工業新聞社発行：吹抜敬彦著‘TV画像の多次元信号処理’190页)。一般地，图像信号虽然帧间的自相关性强，但是在图像信号中包含的噪声分量中没有自相关性。帧循环型噪声降低装置利用该特性进行噪声降低，所以通过使图像对每个帧进行平均处理来降低噪声分量。但是，对于活动图像区域，由于自相关性弱，所以如果对于活动图像区域取每个帧的平均，则活动图像本身被平均化，结果是产生模糊或者脱尾等的残像，分辨率降低。因此，作为实用的噪声降低装置，提出了从图像信号检测活动图像区域，根据其活动量来控制平均处理的程度(以下记为‘循环量’)的帧循环型噪声降低装置(例如参照特开平6-225178号公报)。图2是表示以往例子中的帧循环型噪声降低装置的一例的电路方框图。这样根据帧间的差分信号来检测活动图像区域，对于活动图像区域，通过较小地设定循环量k(0≤k≤1)来抑制残像，在静止图像区域中，通过较大地设定循环量k，可以得到噪声降低效果。
但是，在上述的噪声降低装置中，噪声降低效果和活动图像区域的模糊程度存在折衷(trade-off)的关系，所以在得到良好的噪声降低效果的同时难以抑制活动图像区域的模糊。因此，存在为了抑制活动图像区域的模糊，牺牲噪声降低效果，或者为了得到大的噪声降低效果而牺牲活动图像区域的模糊的问题点。
而且，在利用了子场法的图像显示装置中，已知由于视线的移动产生被称为活动图像疑似轮廓的灰度显示的混乱，以及图像的边缘部变得不鲜明的现象(以下称为‘子场模糊’)等的画质恶化(例如参照特开2002-229504号公报)。以下，对子场模糊发生机制进行说明。
图3表示利用图1A所示的升序编码，随着在从像素A至E中显示了灰度级‘63’时的时间的经过的子场的发光状态和视网膜上的视觉识别强度分布。在显示灰度级‘63’时，如图3所示，从像素A至E，具有亮度加权‘1’、‘2’、‘4’、‘8’、‘16’、‘32’的子场点亮。由于在静止图像的情况下视线停止，所以在各子场中的亮度加权‘1’、‘2’、‘4’、‘8’、‘16’、‘32’的发光如图3中箭头所示那样，由于相同像素位置的发光在视网膜上的相同位置被积分，所以显示区域的视觉识别强度一定。但是，如图4所示那样，例如在显示区域向左移动的活动图像的情况下，视线也向左移动，所以在视网膜上如图4中箭头所示那样，向倾斜方向积分子场的发光，其结果，不是如图4所示那样视觉识别强度一定，而是在显示区域的边缘部分产生边缘模糊。这样，在使用了子场法的图像显示装置中，产生活动图像区域的边缘部的分辨率低的子场模糊。这样的子场模糊即使改变子场的排列也不能消除。
一般来说，在图像显示装置中显示了活动图像的情况下，活动图像和视线的活动存在强相关，所以在以下不加以区别地表述视线的运动和活动图像的运动。
以上，以边缘部急剧的显示区域为例对子场模糊进行了说明，但是例如用TV照相机拍摄的图像等在实际的显示图像中，活动图像区域的边缘部分模糊的情况较多。在这样的情况下，在利用了升序编码的子场显示中，在如图5所示的活动图像区域的边缘中，沿着移动方向灰度级减少侧的边缘部的子场模糊的程度比原来的显示图像的边缘模糊更恶化。相反，在利用了降序编码的子场显示中，在如图6所示的活动图像区域的边缘中，沿着移动方向灰度级增加侧的边缘部的子场模糊被强调，比原来的显示图像的边缘模糊更恶化。输入图像中的边缘部的模糊越大，则该子场模糊也变得越大越醒目，活动图像区域的移动速度越快变得越快越醒目。这样的子场模糊即使改变子场的排列也不能消除。
因此，在利用上述帧循环型噪声降低装置进行噪声去除的情况下，存在以活动图像区域的边缘部分的模糊为起因，子场模糊被强调而被显著地视觉识别的问题点。
发明内容
本发明是为解决这样的问题点而完成的，目的是实现防止子场模糊的恶化，并且可以降低噪声的帧循环型噪声降低方法和帧循环型噪声降低装置。
为了实现上述目的，本发明帧循环型噪声降低方法的特征在于，用于将一场期间分割为多个子场，通过每个子场的发光的组合来显示灰度的图像显示装置，基于前一帧的图像信号和当前帧的图像信号的差分信号、以及子场的排列，检测减亮度变化区域以及增亮度变化区域的其中一个或者其两者作为子场模糊恶化的区域，并且，基于所述差分信号，检测图像的活动量，基于表示所述活动量的活动量信号和表示所述子场模糊恶化的区域的量度变化信号决定循环量，在所述子场模糊恶化的区域，将所述循环量设定成与在除此之外的区域相等或者比其小的值，其中所述减亮度变化区域为随着图像的活动、信号电平减少的区域，所述增亮度变化区域为随着图像的活动、信号电平增加的区域。。
附图说明
图1是表示子场法中的子场的排列的例子的图。
图2是以往的例子中的帧循环型噪声降低装置的电路方框图。
图3是表示静止图像显示时的子场的发光状态和视网膜上的视觉识别强度分布的图。
图4是表示活动图像显示时的子场的发光状态和视网膜上的视觉识别强度分布的图。
图5是表示升序编码中活动图像区域的边缘部中的模糊程度的图。
图6是表示降序编码中活动图像区域的边缘部中的模糊程度的图。
图7是本发明的实施方式中的帧循环型噪声降低装置的电路方框图。
图8是该帧循环型噪声降低装置的活动量检测部的电路方框图。
图9是该帧循环型噪声降低装置的亮度变化区域检测部的电路方框图。
图10是表示该帧循环型噪声降低装置的核化(coring)部的输出输入特性的图。
图11是表示输入图像的例子的图。
图12是表示本发明的实施方式中的帧循环型噪声降低装置的各部的信号的图。
图13是表示该帧循环型噪声降低装置的各部的信号的图。
图14是表示该帧循环型噪声降低装置的循环量决定部的电路方框图。
图15是表示该帧循环型噪声降低装置的移动量和循环量的关系的图。
图16是表示该帧循环型噪声降低装置的各部的信号的图。
具体实施方式
以下参照附图，说明本发明的实施方式。
(实施方式)
图7是本发明的实施方式中的帧循环型噪声降低装置的电路方框图，包括：帧存储器10、差分值计算部20、活动量检测部30、亮度变化区域检测部40、循环量决定部50、乘法器60、乘法器70、加法器80。
差分值计算部20求前一帧的图像信号和当前帧的图像信号的差分，作为差分信号输出到活动量检测部30和亮度变化区域检测部40。活动量检测部30基于差分信号检测图像中的活动图像区域的活动量，作为活动量信号输出到循环量决定部50。亮度变化区域检测部40基于差分信号和其符号，检测差分信号的符号为正的图像区域，即随着图像的活动，信号电平减少的区域(以下简称为“减亮度变化区域”)，以及差分信号的符号为负的图像区域，即信号电平增加的区域(以下简称为“增亮度变化区域”)。进而，根据子场的排列，将减亮度变化区域和增亮度变化区域的其中一个作为亮度变化区域，将表示亮度变化区域的亮度变化信号输出到循环量决定部50。
循环量决定部50根据活动量信号和亮度变化信号决定循环量k并输出到乘法器60、乘法器70。这里，循环量k(0≤k≤1)表示将图像信号对每个帧周期进行时间平均的程度，在k＝0的情况下，不进行时间平均，随着循环量k增大，时间平均的程度变大。因此，随着循环量k变大，噪声降低效果变大，但是容易产生子场模糊。
乘法器60在输入图像信号，即当前帧的图像信号中乘以乘数(1-k)。而且，乘法器70在来自帧存储器10的输出，即前一帧的图像信号中乘以循环量k。加法器80，将来自乘法器60和乘法器70的输出相加而作为输出图像信号输出。而且，来自加法器80的输出被积蓄到帧存储器10，在下一帧的处理中被使用。
图8是表示活动量检测部30的电路方框图的一例的图。绝对值部31计算从差分值计算部20输出的差分信号的绝对值，作为绝对值信号输出。低通滤波器部32对绝对值信号进行平滑处理。这是为了抑制差分信号中存在的噪声而设置的，为了避免由于噪声的影响活动量过大而设置。作为平滑处理，例如可以使用中值滤波。
图9是表示亮度变化区域检测部40的电路方框图的一例的图。亮度变化区域检测部40基于差分信号，进行存在子场模糊恶化可能性的区域的检测。核化(coring)部41是为了切除差分信号中包含的噪声而设置的，例如具有图10所示的输入输出特性。阈值TH值根据要切除的噪声振幅而被调整。由核化部41切除低振幅分量的信号通过低通滤波器部42而被平滑。低通滤波器部42为扩大地检测亮度变化区域而设置。符号判别部43判别施加了平滑处理的信号的符号，作为符号信号输出到亮度变化区域判定部44。亮度变化区域判定部44基于符号信号对应于子场的排列而判断存在子场模糊恶化的可能性的区域，作为亮度变化信号输出到循环量决定部50。
接着，对亮度变化区域检测部40的动作，以具体的活动图像为例进行以下的说明。图11是表示输入图像的例子的图，图11A是在暗的背景(信号电平＝0)中亮的物体(信号电平≠0)向左移动的图像。图12是表示在输入图11所示的图像时，实施方式中的帧循环型噪声降低装置的各部的信号的图，将当前帧的图像信号、作为一帧前的图像信号的前帧图像信号、从当前帧图像信号减去前帧图像信号后的差分信号分别显示为一行。在图12中，用斜线表示差分信号的符号为正的图像区域，即随着图像的活动，信号电平减少的减亮度变化区域，以及差分信号的符号为负的图像区域，即信号电平增加的增亮度变化区域。
在子场的排列是升序编码的情况下，亮度变化区域判定部44将符号信号为正的区域，即减亮度变化区域判定为子场模糊恶化的区域而输出亮度变化信号。相反，在子场排列为降序编码的情况下，将符号信号为负的区域，即增亮度变化区域判定为子场模糊恶化的区域。
如果无视噪声的影响，则由于上述那样帧间的静止图像的自相关性强，所以差分信号不为0的区域是存在图像的活动的区域，即存在产生子场模糊的可能性的区域，而且，可以根据差分信号的正负的符号来检测存在子场模糊恶化的可能性的区域。而且，如图11B所示，即使暗的物体在亮的背景中移动的图像，也可以如图13所示那样根据差分信号及其符号，检测存在子场模糊恶化的可能性的区域。
而且，对于子场的排列，不限于升序编码和降序编码，也可以通过子场的排列，将减亮度变化区域和增亮度变化区域两者设为强调子场模糊的亮度变化区域。
接着，对循环量决定部50的结构和动作进行说明。在以往的帧循环型噪声降低方法中，根据活动量的大小来决定循环量k。本发明的实施方式中的循环量决定部50也随着活动量变大而减少循环量那样来基于活动量信号决定循环量k。但是，在本发明的帧循环型噪声降低方法中，依赖于表示子场模糊恶化的区域的亮度变化信号，在亮度变化区域和亮度变化区域以外的区域中，使对于活动量的循环量k的值不同。图14是表示循环量决定部50的电路结构的一例的图。循环量决定部50包括用于对亮度变化区域以外的区域使用的从活动量变换到循环量k的变换表LUTA51，以及用于对亮度变化区域使用的变换表LUTB52和选择器53，选择器53根据亮度变化信号切换变换表LUTA51和变换表LUTB52的输出。具体来说，包括具有如图15所示的特性的两个变换表LUTA51、LUTB52，在图像信号为亮度变化区域的情况下，选择来自变换表LUTB52的循环量，在不是亮度变化区域的情况下，选择来自变换表LUTA51的循环量作为循环量信号k。
图16表示对于图11A所述的图像，即在暗背景中亮的物体向左移动，并且边缘部分模糊的图像信号，当前帧图像信号、前帧图像信号以及差分信号的各自一行。而且，图16中的(LUTA)所示的虚线表示利用变换表LUTA实施了帧循环型噪声降低处理时的图像信号，图16中的(LUTB)所示的虚线表示利用变换表LUTB实施了帧循环型噪声降低处理时的图像信号。
如果假设子场的排列为升序编码，则存在子场模糊恶化可能性的区域，即亮度变化区域变为差分信号的符号为正的左侧的边缘部。因此，为了防止子场模糊恶化，需要将左侧的边缘部保持得陡峭，为此，只要将亮度变化区域的循环量k设定得小于亮度变化区域以外的区域的循环量就可以。如图15所示，由于从变换表LUTB输出的循环量设定得比从变换表LUTA输出的循环量小，所以循环量决定部50在亮度变化区域中选择变换表LUTB，在此外的区域中选择变换表LUTA。
这样，通过在存在子场模糊恶化的可能性的区域中较小地设定循环量，可以防止子场模糊的恶化，通过在此外的区域中使用变换表LUTA的循环量，可以得到较大的噪声降低效果。这样，通过分别设定存在子场模糊恶化的可能性的区域和不是这样的区域中的循环量的值，在存在子场模糊恶化的可能性的区域，即亮度变化区域中将循环量设定得较小，可以防止子场模糊的恶化，通过在其他的区域中，将循环量设定得较大，可以得到充分的噪声降低效果。
而且，在本实施方式中，以具有图15所示的特性的两个变换表为例进行了说明，但是循环量的值不限于此，只要可以将亮度变化区域中的循环量设定得等于或者小于亮度变化区域以外的区域就可以得到相同的效果。
这样，本发明的实施方式中的噪声降低装置将存在强调子场模糊的可能性的区域作为亮度变化区域检测，控制对于活动量的循环量k的值，以使该区域的子场模糊减少。因此，可以在亮度变化区域以外的区域中保持较大的噪声降低效果，同时在亮度变化区域中，减少子场模糊，可以防止子场模糊的恶化。
按照本发明，可以实现防止子场模糊的恶化，并且可以降低噪声的帧循环型噪声降低方法和帧循环型噪声降低装置。
本发明在产业上的可利用性在于，本发明的帧循环型噪声降低方法和帧循环型噪声降低装置可以防止子场模糊的恶化，并且可以降低噪声，所以作为将一帧期间分割为多个子场，通过每个子场的发光的组合来显示灰度的图像显示装置的噪声降低装置等是有用的。
Claims (5)
1. 一种帧循环型噪声降低方法，用于将一场期间分割为具有亮度加权的多个子场，通过所述每个子场的亮度加权的组合来显示灰度的图像显示装置，其特征在于，包括：
基于前一帧的图像信号和当前帧的图像信号的差分信号、以及子场的排列，检测减亮度变化区域以及增亮度变化区域的其中一个或者其两者作为子场模糊恶化的区域，并且，基于所述差分信号，检测图像的活动量，基于表示所述活动量的活动量信号和表示所述子场模糊恶化的区域的量度变化信号决定循环量，在所述子场模糊恶化的区域，将所述循环量设定成与在除此之外的区域相等或者比其小的值，其中所述减亮度变化区域为随着图像的活动、信号电平减少的区域，所述增亮度变化区域为随着图像的活动、信号电平增加的区域。
2. 如权利要求1所述的帧循环型噪声降低方法，其特征在于，
在所述子场模糊恶化的区域或者除此之外的区域中，随着所述活动量变大而使所述循环量减少。
3. 如权利要求2所述的帧循环型噪声降低方法，其特征在于，
将对于所述子场模糊恶化的区域中的某个活动量的循环量设定为小于等于对于与所述子场模糊恶化的区域以外的区域中的所述某个活动量相同的活动量的循环量。
4. 如权利要求1所述的帧循环型噪声降低方法，其特征在于，
在构成所述一场期间的子场按照亮度加权小的顺序排列时，所述子场模糊恶化的区域被包含在所述减亮度变化区域中，
在构成所述一场期间的子场按照亮度加权大的顺序排列时，所述子场模糊恶化的区域被包含在所述增亮度变化区域中。
5. 一种帧循环型噪声降低装置，用于将一场期间分割为多个子场，通过每个所述子场的发光的组合来显示灰度的图像显示装置中，其特征在于，该装置包括：
亮度变化区域检测部，基于前一帧的图像信号和当前帧的图像信号的差分信号以及子场的排列，检测随着图像的活动、信号电平减少的减亮度变化区域以及随着图像的活动、信号电平增加的增亮度变化区域的其中一个或者其两者作为子场模糊恶化的区域；
活动量检测部，基于前一帧的图像信号和当前帧的图像信号的差分信号来检测图像的活动量；以及
循环量决定部，根据所述亮度变化区域检测部和所述活动量检测部的输出来决定循环量，
所述循环量决定部至少具有两个从所述活动量变换到所述循环量的变换表，通过所述亮度变化区域检测部的输出来切换所述变换表。
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