CN1324543C - 在显示器上处理视频图像的方法和设备 - Google Patents
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Abstract
一种位线重复算法的自适应预滤波。当观察点在PDP屏幕上移动时,将引入赝像,通常被称为“动态虚影”。减少这种影响的一种简单方法需要在昂贵的屏幕亮度上使用多个子域。称为位线重复(BLR)的第一个想法是使垂直分辨率与寻址时间互换成为可能,以便为相同亮度配置更多的子域。但是,这样一种解决方案会在大多数运动期间引入垂直赝像。因此,在子域编码步骤之前,先执行被分成多个象素块的图像垂直滤波,其中每一块包括至少在水平方向一个象素和在垂直方向对应共用行数目的象素的数目。预滤波步骤的作用是每一象素块内的亮度值之差被限制于一个预先确定的值,在这种情况下,BLR仅仅引入很轻微的垂直损失而无运动赝像。
Description
技术领域
本发明涉及一种在显示器上处理视频图像的方法。此外,本发明还涉及相应的设备。
背景技术
多年以来,等离子体显示器已引起电视制造商越来越大的兴趣。确实,现在这种技术已使获得大尺寸(摆脱了阴极射线管CRT的限制)、小厚度而又没有任何观察角限制的彩色平面显示屏成为可能。参考欧洲CRT-TV的最新发展,为改善其图像质量已做了很多工作。因此,象等离子体这样的新技术必须提供至少比原来的标准CRT-TV技术一样或更好的图像质量。一方面,等离子体技术提供了“无限的”尺寸,满意的厚度的可能性,另一方面,它也会产生新的会降低图像的可能性,另一方面,它也会产生新的降低图像质量的赝像。大多数这类赝像与常见的CRT-TV图像中的赝像不同,因为人们不自觉地习惯了原CRT-TV的赝像。
图1表示所谓矩阵等离子体技中一个等离子体单元的基本结构,参考标号10指的是玻璃面板,11指的是透明的行电极,12指的是屏幕的背板,两层介质层13用来隔离彼此相对的面板和背板,在背板中,列电极14整体地垂直于行电极11。单元内部由发光物质15(荧光)和隔离器16组成,该隔离器用来把不同彩色的荧光物质(绿色15a)(蓝色15b)(红色15c)分开。17表示由放电发出的紫外辐射。从绿色荧光物15a发出的光用箭头18表示,从这一等离子体显示单元的结构可见,为了产生被显示的图像中一个图像元素(像素)的彩色,必须有产生相应于RGB三种色彩成分的三个等离子体单元。
像素中每个R、G、B分量的灰度电平是在PDP内借助于调制每帧光脉冲数量来控制的。眼睛将在对应眼睛时间响应的周期内积分这一时间调制。如果要建立的视频电平数是n级,那么最有效的寻址方案应是访问n次。在共用8-bit表示视频电平的情况下,等离子体单元应被访问256次,但这在技术上是不可能的,因为每次寻址操作需要很多时间(每行约2微秒>一个寻址周期960微秒>全部256个寻址操作245毫秒),它超过了20毫秒的50Hz视频帧的可用时间周期。
从文献报导中可知,已有一种比较实际的寻址方案。按照这一寻址方案,最小的8个子域被用在一个帧周期的子域结构中,(在8-bit视频电平数据字的情况下)。用这8个子域的组合就可能产生256个不同的灰度电平。这一寻址方案图解于图2中,在这一图中,每一色彩分量的每一视频电平按下列加权的8-bit组合来体现。
1/2/4/8/16/32/64/128为了用PDP技术实现这一编码。帧周期被分成被称为子域的8个发光周期,每一个子域相应于相应的子域编码字中的一位,bit“2”的光脉冲数是bit“1”的两倍,以此类推。用这8个子周期,通过子域组合可以建立起256个灰度级。产生这种灰度电平再现的标准原理是基于ADS(地址分开显示)原理,其中,所有操作是以不同的次数在整个显示屏上进行。图2的底部表示,在这种寻址方案中,每个子域是由三部分组成的,即寻址周期,维持周期和擦除周期。
在ADS寻址方案中,所有基本的循环一个接一个的发生,首先,所有屏幕单元在一个周期内被写入(寻址),然后,所有单元被点亮(维持),最后,所有单元被一起擦除。
图2中的子域结构仅仅是一个简单的例子,在文献中还可找到非常不同的子域结构,它们可以有更多的子域和不同的子域加权。为了减少运动的赝像,常采用较多的子域,为了增加响应的精确性,可在更多的子域上采用“预置”(priming),“预置”是一个独立可选的周期,期间该单元被充电和擦除,这一充电会引起小的放电,也就是说会产生背景光,从原则上说这是不希望的。在“预置”周期之后,紧接着擦除周期,使充电被立即熄灭。上述过程对于需要再次寻址单元的下一子域周期来说是必要的。所以,“预置”是一个周期,它使下一个寻址周期更为有利。也就是说,它借助于有规则的同时激发所有单元来改善写入阶段的效率。对于所有子域寻址周期的长度可以相等,擦除周期的长度也一样。但是,在子域结构中,可能第一组子域的寻址周期长度与第二组子域寻址周期的长度不同。在寻址周期内,单元从显示的第一行到n行被逐行寻址。在擦除周期内,所有单元在一次冲击中被同时放电,其需时的时间比寻址时间短。图3的例子表示有8个子域的标准子域结构,其中也包含“预置”(priming)操作。在某一时刻,这些操作中的一个操作作用于整个屏幕。
这种光辐射模型引入新的对应灰度电平和色彩扰动的图像质量的降低,被定义为动态虚影(dynamie false confour),因为它相当于PDP上的观察点运动时出现在图像中色彩边缘的幻影。图像中这种错误导致像皮肤的均匀的区域上有明显轮廓的痕迹。当图像有平滑的等级,还有当光辐射周期超过数毫秒时,这种现象更为明显。此外,当观察者摇动头部时,这种现象也会出现在静止画面上,这就得出这样的结论:这种错误与人的视觉有关。为了了解人眼对运动目标的视觉基本机理,考虑一种简单的情况,即在每帧5个像素上的灰度电平在128和127之间过渡,人眼跟踪这一运动的情况。
图4表示,在黑色灰度区,发光的子域相应于用标准8个子域编码中的128级,在灰色灰度区,它相应于127级,
在图4上,可以观察在运动期间人眼积分的情况。两条人眼积分的极限对角线表示被感觉的信号出错的范围,在它们之间,人眼将感觉到亮度的缺失,导致出现如图5所示的黑色边界。代替标准的8子域编码,可选择更多子域的新编码方案,如图6所示,它表示有12个子域的子域结构。
图7表示在灰度128/127过渡,每帧移动5个像素的情况下,不同的子域结构对光产生的影响。
此外,该图也表示了在灰阶128/127过渡情况下,新的编码对虚影的影响,其中在视网膜上感觉到的最小视频电平增强了很多,从0增至123,因此,如果子域数增加,那么在运动情况下图像质量也将得到改善。尽管如此,子域数增加受到如下关系的限制。
(1)nSF×NL×Tad+TLight≤FFrame
其中nSF表示子域数,NL代表行数,Tad代表每行一个子域寻址的持续时间,TLight表示屏发光的持续时间,FFrame表示帧周期。很明显,子域数的增加,将减少屏发光的时间TLight,因此减少屏的整体亮度和对比度。
第一个称为位线重复原理(BLR)的想法在于用一些称为共子域的子域,借助于把相邻的K行连成一组的方法来减少要寻址的行数,在这种情况下,前面的关系式(1)作如下的修改
(2)nCommonSF×NL/K×Tad+nSpecificSF×Tad+TLight≤FFrame
其中nCommonSF代表共用子域数,nSpecificSF代表特定的子域数,K代表具有共用相同子域的相邻行数
下面的例子作为对BLR编码的详细说明,其中K=2,假定只要9个子域对通常的屏幕寻址,就能获得可以接受的对比度,但是用9个子域,虚影效应将仍然是严重的干扰。考虑到前面图6和图7中的子域编码对虚影问题有很好的功效,在这一编码方案中,选择了6个特定子域和6个共用子域,于是,前面的关系式(2)变成。
(3)6×NL/2×Tad+6×NL×Tad+TLight=9×NL×Tad+TLight≤TFrame它等效于9个子域编码时的关系,因此,用这种位线重复编码,我们可以人为地把12个子域处理成与9个子域有相同的光脉冲总数(相同的亮度和对比度)。我们将把这一位线重复编码的例子表示如下:
1-
2-
4-5-
8-10-
15-20-
30-40-50-70
其中下面加横线的数字代表共用子域的值,在这种情况下,这些共用子域的值在相邻两行的每个像素之间是相同的,因为我们已选择了K=2,让我们取一个在相邻两行上位于相同水平位置,其值为36和51的例子,见图8。
有多种可能用来编码这些数值(括号内的代码代表与6个共用子域相应的代码,右边是最低有效位(LSB)):
36=
30+
4+2(100110) 51=50+
1(000001)
=
30+5+
1(100001) =40+10+1(000001)
=20+
15+
1(010001) =40+
8+
2+1(001011)
=20+10+5+1(000001) =40+5+
4+2(000110)
=20+10+
4+
2(000110) =
30+20+
1(100001)
=20+
8+5+
2+
1(001011) =
30+10+
8+
2+
1(101011)
=
15+10+
8+
2+
1(011011) =
30+10+5+
4+
2(100110)
=
15+10+5+
4+
2(010110) =20+
15+10+5+
1(010001)
=20+
15+10+
4+
2(010110)
=20+
15+
8+5+2+1(011011)
从这一例子,人们可以找到一种在位线重复(对共用字段的相同编码=括号内相同的值)的情况下编码这两个值而无任何错误(无垂直分辨率的损失)的方法。
36=
30+
4+2和51=
30+10+5+
4+2
36=
30+5+
1和51=
30+20+
1
36=20+
15+
1和51=20+
15+10+5+
1
36=20+10+5+
1和51=5+1
36=20+10+5+
1和51=40+10+
1
36=20+10+
4+2和51=40+5+
4+2
36=20+
8+5+
2+
1和51=40+
8+
2+
1
36=
15+10+
8+
2+
1和51=20+
15+
8+5+
2+1
36=
15+10+5+
4+
2和51=20+
15+10+
4+
2
尽管如此,还存在某此情况,其中由于对每一共用子域需要相同编码而使编码中缺少可塑性而造成错误,例如,为了使共用子域有相同的代码,36和52的值必须用36和51或37与52代替。此外,因为在相邻两行之间有公共的值,因此这两行之间最大的差值只能通过非公共子域来获得,对这里的例子,这就意味着图像中最大的垂直过渡被限于195,这一限制引起垂直分辨率的降低,还伴有下面要研究的新的赝像。
关系式(2)代表了基于K(K≥32)共用行的BLR整体概念的主要条件,在下面的解释中,假定配置7个标准子域和K=6。图9说明了这一概念。6个像素位于同一水平位置,但6条相邻的行除了它们特殊要求用专门的子域编码外都用相同的共用子域编码。
下面是有256级灰阶的BLR编码的例子
1-
2-
4-5-
8-10-
15-20-
30-40-50-70下面有横线的值代表共用值,这一编码需时相当于7个标准子域的时间(6个为特定的,每个为标准寻址时间+6个是公共用的,每个为1/6的标准寻址时间),但是改善了屏幕虚影的灰度级再现,在这6行共用行中的最大过渡的可能性由特定值的总和(∑=195)限制。因此,仍有图像分辨率损失,但这可用专门的编码算法使其最佳。BLR编码原理的准确说明已发表在以前的欧洲专利申请书中(EP-A-0874349,EP-A-0874348,EP-A-0945846,EP-A-1058229,WO-A-00/25291,和PCT/FR00/02498),尽管如此,下面仍将给出这一编码算法的总体说明。
(1)在K值的量中,选择最小和最大的K值Vmax和Vmin;
(2)修改这两个值,使其差D=(Vmax’-Vmin’)为5的倍数;
(3)修改所有与Vmin’之差高于最大有效变化(特定值之和∑=SPEmax)的值为Vmin’+SPEmax,这些新值将是新的最高视频电平Vmax”;
(4)编码新的最大值是为标准视频值,而不考虑BLR的概念;
(5)核对Vmax”中所有共用值的总和是否小于Vmin’。如果不是,则把Vmax”中的共用值用编码Vmin’所需的共用值代替,这些共用值将被用来对所有值编码,其代码将被称为COM_PART,因为它只相应于共用子域的代码(亦即共用部分);
(6)考虑到这一共用部分COM_PART,对所有值编码
表示于图10中的例子将帮助说明这一算法
执行下列编码步骤:
(1)Vmax=128和Vmin=52
(2)Vmax’=127和Vmin’=52,其差D=(Vmax’-Vmin’)=75=5×15
(3)不做
(4)127=
1+
2+
4+5+10+
15+20+
30+40
(5)COM_RART=
1+
2+
4+
15+
30=52
在这一例子中,COM,PART(52)≤Vmin’(52)
(6)编码所有值
52
1+
2+
4+
15+
30=52(无误差)
60
1+
2+
4+10+
15+
30=62(误差=2)
86
1+
2+
4+5+10+
15+20+
30=87(误差=1)
115
1+
2+
4+5+
15+20+
30+40=117(误差=2)
128
1+
2+
4+5+10+
15+20+
30+40=127(误差=1)
82
1+
2+
4+10+
15+20+
30=82(无误差)
在前面的例子中我们可以看到,由于BLR算法缺少自由度,在编码初值时引起一些误差,这可能导致在图像中引入新的噪声,成为与灰阶重现以及虚影特性等一起要折中考虑的一个因素,尽管如此,大多数赝像是由垂直分辨率的限制造成的。
BLR垂直分辨率的限制引入了一种新的赝像。当K=2(BLR具有相同共用子域的行),两个共用行为一组的最大垂直分辨率是由特定子域的总和所决定。以3249的垂直过渡作为例子。按照BLR原理,本例中垂直过渡受值195(特定加权的总和)所限制,因此,为了对3249的过渡编码(Δ=246),必须接受246-195=51的误差,这一误差将只加到高视频电平上,减少它对眼睛感觉的亮度程度,所以3249的过渡将如下编码:
3=
2+
1和249≈198=70+50+40+20+10+5+
2+
1
这种编码误差将发生在两相邻共用行的每一次这样的过渡上。图11表示在两个目标(黑和白)之间过渡的情况下产生这种误差的例子,并形象地表明在两目标之间过渡产生新的赝像,其中黑目标的视频值为3,白目标的视频值为249。当黑至白的过渡发生在一个线对的两共用行上时,这一过渡将被黑至灰(灰阶198)的过渡所代替。如果这一过渡发生在属于不同线对的两个行上时,其过渡仍保持理想的(3249)。这将在大多数的运动期间在图像中引入赝像,如图12所示。在垂直方向以单数幅度移动时,由BLR对过渡编码产生的人为值将改变,因为该过渡不再在同一垂直位置上(在两条共用行的一组内或在两条共用行的两组之间),这就导致讨厌的运动噪声。
在K=6(具有相同共用子域的BLR)的情况下,六行共用行为一组的最大垂直分辨率是由特定子域的和决定。
在图13中K=6的情况下,可以看到由六条相邻行实现的BLR所产生的赝像。对这六行而言,它不可能代表完全的垂直黑至白过渡(受特定加权限制)。这将被具有独立几何结构的黑至灰的过渡所代替(对具有相同黑至白过渡的有6行一组的所有组都一样)。这确实是一种干扰,因为它与原图结构无关。
为了减少等离子体屏上的赝像,有时建议采用脉冲均衡技术:这是一种比较复杂的技术。它采用均衡脉冲,当预见灰度级的干扰时,就把它加入电视信号中或从电视信号中减去。此外,由于虚影效应与运动有关,对于每一种速度需要不同的脉冲数,这就需要对每一速度储存一张大LUT(查找表),并且还需要一个运动评估器。再者,因为虚影与子域结构有关,对于每一种新的子域结构必须重新计算脉冲数。但是,这种技术的缺点在于把错误加到图像中来补偿出现在人眼视网膜上的故障。另一方面,当速度增加时,需要更多的脉冲,这就导致在很高速度时与图像内容的矛盾。
此外,还提出了其它动态算法,这些基于运动估计的算法将提供很好的虚影减少效果而没有垂直分辨率的损失。但这种算法比较复杂,并且需开发完善的自适应运动评估器,这需要长的时间和需要在集成电路中更大规模的集成。
发明内容
根据上面说明的问题,本发明的目的在于采用位线重复算法时减小这种虚影效应。
一种在显示器上处理视频图像的方法,该显示器具有多个发光单元,这些发光单元的一个或多个相应于图像中的每一个像素,其中,视频帧或视频域的持续时间被分成多个子域,子域期间,发光单元被对应于子域编码字(SFR,SFG,SFB)的小脉冲产生的光激活,用这些子域来控制亮度,其中,确定了两个或多个像素行子域编码字的预定数目的对应像素,该像素对于称为共用子域的子域的数目具有相同的项,在子域编码垂直滤波之前,图像被分成多个像素块,每像素块至少包括水平方向的一个像素和在垂直方向的对应两个或多个像素行的预定数目的多个像素,其中,在垂直滤波期间,每一像素块内的亮度值的差被限于一个最大的允许值。
基于自适应滤波的技术目的在于改善图像的质量,如垂直分辨率,噪声和被引入的虚影结构的减少。
附图说明
结合附图,对本发明作更详细的说明,在图中:
图1表示在矩阵技术中等离子体显示屏单元的结构;
图2表示在一帧周期内,常规ADS寻址方案;
图3表示标准子域编码原理;
图4表示解释虚影效应的一个例子;
图5表示接图3的状态显示一帧图时出现黑色边界的情况;
图6表示一种改进的子域结构;
图7表示图3中用图5的子域结构的情况;
图8是根据位线重复方法,为寻址的目的,把两条相邻的像素行组成一组的情况;
图9表示K=6时对K行的一般BLR算法概念;
图10表示根据图9的概念对BLR编码的例子;
图11表示K=2时BLR赝像的一个例子;
图12表示在运动情况下,BLR赝像(K=2)的例子;
图13表示K=6时,BLR赝像的例子;
图14表示根据本发明,K=2时,专门的BLR预滤波;
图15表示K=6时,专门的BLR预滤波;
图16说明BLR预滤波的实现;
图17表示PDP的方块图。
具体实施方式
结合图14和图17对本发明的实施作说明,为减少BLR垂直赝像的预滤波方法是基于一类垂直预滤波,它使误差适应图像结构。事实上,位于图像中所有强的垂直过渡受到限制是与BLR的垂直限制(亦即本例中的195)和BLR的规定(共用行数K)有关,其原理显示在对于不同K值的图14和图15中。
在图14和图15的例子中,在图像表示中出现一错误,但感谢预滤波,这一错误与图像的内容相关。换句话说,这种错误看起来像锐度的损失,而并不认为是人为的赝像,这种预滤波将避免发生在BLR编码期间,相应于BLR算法说明中校验(3)的任何限制。此外,出现在图像中的不同的运动不会改变得到稳定编码图像的结果。这种预滤波是基于一种垂直滤波器,其规模由BLR的K值决定(也就是说,在本例中为2个或6个抽头的滤波器)。这一滤波器将独立地处理BLR分组中的每一组,对于每一个被滤波的组,最大垂直分辨率与BLR的限制(即在本BLR例中为195)有关而受到限制。
滤波原理在K=6时,描述在图16中。在这一例子中,滤波器抽头的数目被设置为6个,与K=6的BLR例相匹配。很明显,这个数目是可以改变的,且与被选择的BLR模型有关。值SPEmax代表从BLR得来的最大垂直分辨率(∑特定加权,在本例中为195)。全部滤波算法描述如下:
对每一像素i
{
对第一行
{
值Min=255;
对(t=0;t<k;t++)
{
值Min=min(值Min;Pi,j+t)
}
对(t=0;t<k;t++)
{
如果|值Min-Pi,j+t|>SPEmax
那么Pi,j+t=值Min+SPEmax
}
}
}
在这一算法说明中,k代表共用行数(亦即本例中的2或6),SPEmax代表该BLR允许的最大垂直过渡(亦即本例中的195)。之后,运用标准BLR算法。
图17描述了本发明的一种可能的线路实现,RGB输入图像被送到去辐射(degamma)操作单元1。这个方块的输出被送到BLR预滤波方块2,其根据等离子体控制方块3设定的k值和SPEmax值完成垂直图像滤波。同一方块将设定BLR子域编码方块4,使其能在预滤波之后进行正确的视频编码,从BLR子域编码方块4输出的子域信号被送到串/并转换器5。被转换的信号被用来驱动等离子体显示屏6,这一系统能依据例如子域重复速率(60Hz标准BLR,50Hz特定的EUTV-BLR)使用不同的BLR模型。必须对预滤波方块2规定最大可用的K值,它规定了滤波需要的最大行存储器(亦即对于K=6,6个行存储器)。
本发明算法的优点是能使虚影效应明显减少,因为它能人为的配置更多的子域而没有对比度的损失,没有垂直分辨率的明显损失,此外,这一算法还减少了许多可感知的BLR赝像,这些赝像通常是因为标准BLR算法降低了有效的垂直分辨率而产生的,还有,这一算法非常简单,并且能快速完成,所以,它可被看作是对比较复杂的算法(像动态虚影减少)的代替算法,后者的复杂算法还需要更多的努力去开发。
Claims (8)
1.一种在显示器上处理视频图像的方法,该显示器具有多个发光单元,这些发光单元的一个或多个相应于图像中的每一个像素,其中,视频帧或视频域的持续时间被分成多个子域,子域期间,发光单元被对应于子域编码字(SFR,SFG,SFB)的小脉冲产生的光激活,用这些子域来控制亮度,其中,确定了两个或多个像素行子域编码字的预定数目的对应像素,该像素对于称为共用子域的子域的数目具有相同的项,其特征在于:在子域编码垂直滤波之前,图像被分成多个像素块,每像素块至少包括水平方向的一个像素和在垂直方向的对应两个或多个像素行的预定数目的多个像素,其中,在垂直滤波期间,每一像素块内的亮度值的差被限于一个最大的允许值。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于滤波的步骤包括:
在一个像素块内确定所有像素亮度的最小值;
如果最小值与像素亮度值之间的差超过最大允许的差值,则把最小值和最大允许的差值之和分配给像素块的像素。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于最大允许的差值是所有非共用子域的权重之和,以下称为子域结构中的特定子域。
4.根据前述权利要求1所述的方法,其特征在于用于红、绿、蓝颜色的三个发光单元被分配给图像中的每一个像素,并对每种颜色分别进行垂直滤波。
5.一种在显示器(6)上处理视频图像的设备,显示器具有多个发光单元,这些发光单元的一个或多个相应于图像中的每个像素,其中,视频帧或视频域的持续时间由BLR子域编码装置(4)分成多个子域,在子域期间,发光单元被对应子域编码字(SFR,SFG,SFB)的小脉冲产生的光激活,这些子域被用来作亮度控制,其中,确定了两个或多个像素行子域编码字的预定数目的对应像素,该像素对于称为共用子域的子域的数目具有相同的项,其特征在于:垂直滤波的滤波装置(2),其图像被分成多个像素块,每块至少包括水平方向一个像素和在垂直方向对应共用行的预定数目的多个像素,所说的滤波装置具有一个限制器,它限制了每一像素块内的亮度值与最大允许值之差,其中,滤波装置(2)的输出被送到BLR子域编码装置(4)。
6.根据权利要求5所述的设备,其特征在于滤波装置(2)包括:
确定装置,用于确定一个像素块内所有像素的最小亮度值;
限制装置,如果最小值与像素亮度值之差超过最大允许的差值,则把最小值与最大允许的差值之和分配给像素块的像素。
7.根据权利要求5或6所述的设备,其特征在于还包括控制装置(3),用来提供最大允许的差值作为没有共用子域加权的子域结构中特定子域权重之和。
8.根据权利要求5所述的设备,其特征在于用于红、绿、蓝颜色的三个发光单元被分配给图像中的每一个像素。
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