CN100435087C - 影像数据抖动方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种影像数据抖动方法和装置。首先提供对应于一帧的至少两个不同权数；判断该帧的顺序特征。接着，根据此顺序特征，选择其中一个权数，以作为一有效权数。比较影像输入数据的至少一最低有效位与有效权数，再根据比较的结果，对影像输入数据的至少一最高有效位作调整。本发明所述的影像数据抖动方法及装置，其具有较佳的画面平均颜色强度维持效果，解决了传统技术的固定失真现象。

Description

影像数据抖动方法和装置

技术领域

本发明是有关于一种影像处理方法和装置，特别是关于一种用于平面显示器的影像数据抖动(dithering)方法和装置。

背景技术

诸如笔记型计算机的可携式装置通常具有平面型显示器，例如液晶显示器(1iquid crystal display，LCD)。如图1A所示，传统液晶显示器10接收计算机绘图接口卡12输出的影像数据并转换为视频信号，以显示对使用者有意义的影像内容。计算机绘图接口卡12输出的影像数据格式通常为24位，意即各以8位的数字数据代表红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)三种基本颜色。然而，多数笔记型计算机的液晶显示器10可接受的影像数据格式却是18位，意即各以6位的数字数据代表红色、蓝色和绿色三种基本颜色。故笔记型计算机绘图接口卡12的输出影像数据必须经过转换器14作适当的转换才能为液晶显示器10所接受。

将24位的原始数字影像数据转换为16位的数字影像数据最直接的方式即是将每一基本颜色的二最低有效位(least significantbits)直接舍去或删节(truncated)。直接舍去二最低有效位意味牺牲部分的分辨率，此将使得某些影像内容造成人眼可察觉的失真现象，例如画面的不连续，而降低了液晶显示器的显像品质。为了弥补此等影像的失真问题，可以使用抖动(dithering)技术的影像处理方法来提升影像的视觉品质。抖动技术利用最低有效位动态地进位或舍去以试图使得原始影像的平均颜色强度(colorintensities)得以维持，而减少上述可察觉的影像失真问题。最低有效位的直接舍去意味颜色强度无条件地被降低，而抖动技术使得某些像素的前6个位进位，以弥补舍去位损失的亮度或颜色强度。

图1B显示一种传统抖动方法所使用的抖动模式(ditheringpattern)阵列示意图，其中位于阵列外的数字表示影像数据的水平坐标(X)和垂直坐标(Y)，阵列内的数字则表示抖动处理所依据的权数(weighting)。图示的抖动方法将任一帧(frame)画面中的数字影像数据对应到多个在水平方向和垂直方向均连续的2×2抖动模式阵列30。图1B仅显示对应于整个数字影像数据帧中坐标值最小的4×4个像素(pixel)所对应的四个2×2抖动模式阵列30，对于同一帧中的其他像素位置则重复对应相同的抖动模式阵列30。抖动模式阵列30内每一单元的实际坐标均对应到代表一个像素的空间位置，而每一单元内的数字是为一权数，其用以决定对应像素的颜色成分的二最低有效位究竟是要直接舍去或是要进位。如前所述，每一颜色成分均以8位数字数据来表示。当像素颜色成分的二最低有效位大于或等于对应阵列单元内含的权数之时，抖动处理后的输出是为原始像素颜色成分的前6个位加1，意即进位；当像素颜色成分的二最低有效位小于对应阵列单元内含的权数之时，抖动处理后的输出维持原始像素颜色成分的前6个位，意即直接舍去二最低有效位。

以下说明以BIT[b:a]表示一字节(byte)中第a个到第b个连续位所代表的数值。例如，BIT[1:0]表示字节中第0个位到第1个位(意即字节中的二最低有效位)所代表的数值；BIT[7:2]则表示字节中第2个位到第7个位所代表的数值。如图1B所例示，坐标(0，0)的权数为0，故坐标(0，0)的像素颜色成分将无条件进位，也就是抖动处理后的输出为BIT[7:2]+1。坐标(1，0)的权数为3，故若坐标(1，0)的像素颜色成分的二最低有效位BIT[1:0]大于或等于3，则抖动处理后的输出为BIT[7:2]+1，否则输出BIT[7:2]。其他坐标像素颜色成分的处理依此类推。

上述传统抖动方法虽改进了影像数据转换后的失真问题，不过抖动处理后的平均颜色强度仍然和原始的平均颜色强度有所差异，且对于某些影像内容可能有固定的失真现象。鉴于上述传统技术的缺失，有必要提出一种改良的抖动方法及其装置，以增进画面平均颜色强度的维持并解决固定的失真现象。

发明内容

为解决现有技术中的上述问题，本发明提出一种改良的抖动方法及装置，其具有较佳的画面平均颜色强度维持效果，用以解决传统技术的固定失真现象。

据此，本发明提出一种影像数据抖动方法。首先提供对应于一帧的至少两个不同权数(weighting)，及判断该帧的顺序特征。接着，根据此顺序特征，选择其中一个权数，以作为一有效权数。比较影像输入数据的至少一最低有效位(LSB)与有效权数，再根据比较的结果，对影像输入数据的至少一最高有效位(MSB)作调整。

本发明所述的影像数据抖动方法，上述所提供的权数包含二权数数列，分别对应至不同的两个抖动模式阵列。

本发明所述的影像数据抖动方法，上述抖动模式阵列之一是由另一抖动模式阵列的内容经由中心镜射而得到。

本发明所述的影像数据抖动方法，上述帧的顺序特征是代表奇数帧、偶数帧。

本发明所述的影像数据抖动方法，上述的奇数帧、偶数帧是根据视频垂直同步信号所判定。

本发明所述的影像数据抖动方法，上述的比较及调整步骤中，当该影像输入数据的最低有效位大于该有效权数时，则产生一进位位。

本发明所述的影像数据抖动方法，上述的比较及调整步骤中，当该影像输入数据的最低有效位大于该有效权数时，则将该进位位加至该影像输入数据的最高有效位，以进行进位调整。

根据本发明另提出一种影像数据抖动装置，其包含选择元件、比较元件及位调整元件。选择元件根据一帧的顺序特征，选择至少两个不同权数的其中之一，以作为一有效权数。比较元件比较影像输入数据的至少一最低有效位与有效权数。位调整元件根据比较元件的比较结果，对影像输入数据的至少一最高有效位作调整。

本发明所述的影像数据抖动装置，更包含：至少二可编程寄存器，用以分别产生及储存该至少二不同权数；一奇偶判定元件，其根据视频垂直同步信号以判定上述帧的顺序特征；以及一位分离元件，用以将该影像输入信号的位分为该最低有效位及该最高有效位两部分。

本发明所述的影像数据抖动装置，上述的奇偶判定元件为一计数器或是一触发器。

本发明所述的影像数据抖动装置，上述帧的顺序特征是代表奇数帧、偶数帧。

本发明所述的影像数据抖动装置，上述的至少二不同权数包含二权数数列，分别对应至不同的两个抖动模式阵列，并分别输入至该选择元件，其中上述抖动模式阵列之一是由另一抖动模式阵列的内容经由中心镜射而得到。

本发明所述的影像数据抖动装置，上述的比较元件输入该影像输入数据的该最低有效位与该有效权数，当该影像输入数据的该最低有效位大于该有效权数时，则产生一进位位。

本发明所述的影像数据抖动装置，上述的位调整元件输入该影像输入数据的该最高有效位与该进位位，用以将该进位位加至该影像输入数据的该最高有效位。

本发明所述的影像数据抖动装置，上述的位调整元件为一加法器。

本发明所述的影像数据抖动方法及装置，其具有较佳的画面平均颜色强度维持效果，解决了传统技术的固定失真现象。

附图说明

图1A的系统方块图显示传统液晶显示器、计算机绘图接口卡，及其之间的转换器；

图1B显示传统抖动方法所使用的抖动模式阵列的示意图；

图2的系统方块图显示本发明实施例的抖动装置及与绘图接口卡、显示器的关系；

图3A和图3B显示图2的抖动装置所使用的抖动模式权数阵列；

图4显示图2的抖动装置的细部方块图；

图5则显示与图4相对应的抖动方法的流程图。

具体实施方式

图2的系统方块图显示本发明实施例的抖动(dithering)装置100，其接收绘图接口卡102的影像输入数据DI，接着根据帧(frame)的顺序特征不同(例如根据视频垂直同步信号(verticalsynchronous signal)VSYNC)而将影像输入数据DI进行抖动处理，所产生的影像输出数据DO则输出至显示器104(例如液晶显示器)，用以增进显示画面平均颜色强度的维持，并解决传统显示装置、方法的固定失真现象。在本实施例的图式中，虽然抖动装置100是与绘图接口卡102、显示器104互为分离，然而在其他实施例中，抖动装置100可以设于显示器104内，也可设于绘图接口卡102或计算机其他部分内。

图3A和图3B显示图2的抖动装置100所使用的抖动模式(dithering pattern)权数(weighting)阵列。为说明简洁起见，如同图1B的说明方式，图3A和图3B亦仅显示对应于整个数字影像数据帧中坐标值最小的4×4个像素(pixel)当中的四个2×2抖动模式阵列(300A、300B)。此外，在此仅说明每一像素的其中一个颜色成分的处理。图3A所示的抖动模式是作用于顺序为奇数的帧(以下简称为奇数帧)，而图3B所示的抖动模式则作用于顺序为偶数的帧(以下简称为偶数帧)。然而，奇数与偶数可以互换，亦即，将图3B所示的抖动模式使用于奇数帧，而图3A所示的抖动模式则使用于偶数帧，其整体效果将会相同。图3A的抖动模式和图3B的抖动模式互为不同；在本实施例中，图3B的2×2抖动模式阵列300B内容是由图3A的2×2抖动模式阵列300A内容经由中心镜射(centro-mirrored)而得，如图3A的箭头所示。具体而言，假设M(X，Y)表示阵列M在坐标(X，Y)的值，则二个互呈中心镜射的2×2阵列M1和M2，其M1(0，0)等于M2(1，1)、M1(0，1)等于M2(1，0)、M1(1，0)等于M2(0，1)且M1(1，1)等于M2(0，0)。本实施例虽使用中心镜射方式产生互为不同的抖动模式，然而其他传统方式也可以适用于本发明。

本发明实施例的特征之一在于根据帧的顺序而动态变化所使用的抖动模式，借此得以动态维持抖动模式阵列范围内的相邻像素的平均颜色成分强度。在本实施例中，奇数帧和偶数帧的辨识、判定是通过分辨视频垂直同步信号，或者使用一计数器或触发器来记录帧的奇数或偶数。另外，抖动模式阵列(300A、300B)的内容则可以事先或运行时(run-time)来产生、储存，例如可以利用可编程寄存器(programmable register)以即时取得抖动模式阵列的内容。关于本发明实施例的抖动处理方法及其装置将于底下配合图式加以详述。

图4显示图2的抖动装置100的细部方块图，所示的各个方块可以为硬件电路，也可以是软件程序，或者其组合。图5则显示与图4相对应的抖动方法的流程图，各方块步骤所示的顺序不一定表示其动作顺序，且有些步骤可以同时进行。抖动装置100包含多工选择元件110、奇偶判定元件120、第一可编程寄存器121、第二可编程寄存器122、比较元件130、位分离元件140和进位元件150。于应用时，可以使用多个(例如四个)如图所示的抖动装置100，以并行(parallel)的方式来同时处理2×2抖动模式阵列(300A、300B)中的四个影像数据，以增进处理效能。当然，也可以仅使用单一抖动装置100，以串行(serial)方式来依序处理2×2抖动模式阵列(300A、300B)中的四个影像数据。

首先，提供二不同的权数(步骤200)。在本实施例中，是由第一可编程寄存器121、第二可编程寄存器122来分别产生及储存第一权数数据WD1、第二权数数据WD2，其又分别对应至前述奇数帧和偶数帧的抖动模式阵列单元内的权数。以图3A和图3B为例，若第一可编程寄存器121的内容分别为{0，1，2，3}时，第二可编程寄存器122应分别为{1，0，3，2}。在此实施例中，第一可编程寄存器121和第二可编程寄存器122所储存的权数彼此之差恰等于1，然不以此为限。在其他实施例中，若第一权数数据WD1、第二权数数据WD2是由外部或内部元件于运行时(run-time)所产生的，则可以省略第一可编程寄存器121、第二可编程寄存器122。

接着，判定目前帧的顺序特征(步骤202)。在本实施例中，是由奇偶判定元件120(例如一计数器或是一触发器)根据视频垂直同步信号VSYNC来产生帧奇偶判定信号ODD_EVEN。例如，当计数器输出的最低有效位为0时表示目前为奇数帧，为1时则表示目前为偶数帧。在本实施例中，奇偶判定信号ODD_EVEN是依序输出代表奇、偶的信号，然不以此为限。例如，也可以奇、奇、偶、偶的顺序输出。

于步骤204，根据顺序特征来选择权数WD1、WD2其中之一作为有效权数AWD。在本实施例中，多工选择元件110(例如二至一多工器)根据帧奇偶判定信号ODD_EVEN来选择二位的第一权数数据WD1、第二权数数据WD2其中之一，因而输出一个二位的有效权数AWD。详言之，当帧奇偶判定信号ODD_EVEN为0时，多工选择元件110选择第一权数数据WD1作为输出的有效权数AWD；当帧奇偶判定信号ODD_EVEN为1时，多工选择元件110选择第二权数数据WD2作为输出的有效权数AWD。

于步骤206中，将影像输入数据DI的部分最低有效位(leastsignificant bits)LSB 2与有效权数AWD作比较。在本实施例中，以位分离元件140先将8位的影像输入数据DI分为二最低有效位LSB2和六最高有效位(most significant bits)MSB6。在其他实施例中，不限定于将其分为二位及六位。图式中的位分离元件140在此仅示意其功能，实际上可以省略位分离元件140，而直接将各位线连接至相对应元件(130、150)的输入端。接着，比较元件130(例如比较器)接收来自多工选择元件110的有效权数AWD和分离自影像输入数据DI的二最低有效位LSB2并对二者做比较。

经比较后，若二最低有效位LSB2大于或等于有效权数AWD，则输出一进位信号CARRY。进位元件150在未接收到进位信号CARRY时，其影像输出信号DO等于原始的六最高有效位MSB6。反之，若进位元件150收到进位信号CARRY时，则其输出影像信号DO等于六最高有效位MSB6进位后的值，亦即为MSB6+1(步骤208)。上述的进位元件150可以为加法器。在本实施例中，当二最低有效位LSB2大于或等于有效权数AWD，则对六最高有效位MSB6进行进位调整；在其他实施例中，也可以采用退位调整；再者进位/退位的调整值也不限定为1。

以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。

附图中符号的简单说明如下：

10：液晶显示器

12：计算机绘图接口卡

14：转换器

30：抖动模式阵列

100：抖动装置

102：绘图接口卡

104：显示器

110：多工选择元件

120：奇偶判定元件

121：第一可编程寄存器

122：第二可编程寄存器

130：比较元件

140：位分离元件

150：进位元件

200-208：抖动方法的步骤

300A：抖动模式阵列

300B：经中心镜射后的抖动模式阵列

ODD_EVEN：帧奇偶判定信号

WD1：第一权数数据

WD2：第二权数数据

AWD：有效权数

DI：影像输入数据

DO：影像输出信号

LSB2：影像输入数据的二最低有效位

MSB6：影像输入数据的六最高有效位

CARRY：进位信号

X：影像数据水平坐标轴

Y：影像数据垂直坐标轴

Claims (15)

1.一种影像数据抖动方法，其特征在于，该影像数据抖动方法包含：

提供对应于一帧的至少两个不同权数；

判断该帧的顺序特征；

根据该顺序特征，选择该权数其中之一，以作为一有效权数；

比较影像输入数据的至少一最低有效位与该有效权数；及

根据该比较的结果，对该影像输入数据的至少一最高有效位作调整。

2.根据权利要求1所述的影像数据抖动方法，其特征在于，上述所提供的权数包含二权数数列，分别对应至不同的两个抖动模式阵列。

3.根据权利要求2所述的影像数据抖动方法，其特征在于，上述抖动模式阵列之一是由另一抖动模式阵列的内容经由中心镜射而得到。

4.根据权利要求1所述的影像数据抖动方法，其特征在于，上述帧的顺序特征是代表奇数帧、偶数帧。

5.根据权利要求4所述的影像数据抖动方法，其特征在于，上述的奇数帧、偶数帧是根据视频垂直同步信号所判定。

6.根据权利要求1所述的影像数据抖动方法，其特征在于，上述的比较及调整步骤中，当该影像输入数据的最低有效位大于该有效权数时，则产生一进位位。

7.根据权利要求6所述的影像数据抖动方法，其特征在于，上述的比较及调整步骤中，当该影像输入数据的最低有效位大于该有效权数时，则将该进位位加至该影像输入数据的最高有效位，以进行进位调整。

8.一种影像数据抖动装置，其特征在于，该影像数据抖动装置包含：

一选择元件，根据一帧的顺序特征，选择至少两个不同权数的其中之一，以作为一有效权数；

一比较元件，用以比较影像输入数据的至少一最低有效位与该有效权数；及

一位调整元件，根据该比较元件的比较结果，对该影像输入数据的至少一最高有效位作调整。

9.根据权利要求8所述的影像数据抖动装置，其特征在于，更包含：

至少二可编程寄存器，用以分别产生及储存该至少二不同权数；

一奇偶判定元件，其根据视频垂直同步信号以判定上述帧的顺序特征；以及

一位分离元件，用以将该影像输入信号的位分为该最低有效位及该最高有效位两部分。

10.根据权利要求9所述的影像数据抖动装置，其特征在于，上述的奇偶判定元件为一计数器或是一触发器。

11.根据权利要求8所述的影像数据抖动装置，其特征在于，上述帧的顺序特征是代表奇数帧、偶数帧。

12.根据权利要求8所述的影像数据抖动装置，其特征在于，上述的权数包含二权数数列，分别对应至不同的两个抖动模式阵列，并分别输入至该选择元件，其中上述抖动模式阵列之一是由另一抖动模式阵列的内容经由中心镜射而得到。

13.根据权利要求8所述的影像数据抖动装置，其特征在于，上述的比较元件输入该影像输入数据的该最低有效位与该有效权数，当该影像输入数据的该最低有效位大于该有效权数时，则产生一进位位。

14.根据权利要求13所述的影像数据抖动装置，其特征在于，上述的位调整元件输入该影像输入数据的该最高有效位与该进位位，用以将该进位位加至该影像输入数据的该最高有效位。

15.根据权利要求8所述的影像数据抖动装置，其特征在于，上述的位调整元件为一加法器。

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