CN1741108A - 抖动方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种处理视频数据的方法。应该减小当将抖动施加于转移函数时出现的噪声。因此，将第一输出值和第二输出值与转移函数的离散输入值相关联(S1)。根据给定数量的抖动比特，选择等于和/或在所述第一输出值和所述第二输出值之间、使用最少数量的抖动比特的中间值(S2)。最后将这个中间值用作离散输入值的输出值(S3)。因此，可以显著地减小抖动噪声。

Description

抖动方法和设备
技术领域
本发明涉及一种对用于处理视频数据的转移函数施加抖动(dithering)的方法。而且，本发明还涉及用于对视频数据施加抖动的对应设备。
背景技术
PDP(等离子体显示板)使用仅能够为“ON(导通)”或“OFF(截止)”的放电室的矩阵阵列。不同于在CRT或LCD中由发射光的模拟控制来表示灰度级，PDP通过调制每帧的光脉冲(维持脉冲)数量来控制灰度级。在与眼睛反应时间对应的时间段中由眼睛将这种时间调制进行结合。因为以给定频率的光脉冲的数量来描绘视频幅度，所以更大的幅度意味着更多的光脉冲，从而更多的“ON”时间。为此，这种调制也被称为PWM—脉冲宽度调制。
这种PWM引起一个PDP图像质量问题：较差的灰度级描绘质量，特别是在画面的较暗区域。确实，与亮度近似与所施加的阴极电压成平方比的CRT相反，PDP的亮度与放电脉冲的数量成线性关系。因此必须将近似数字二次的去伽玛(degamma)函数施加到视频(通常由查询表来完成)。
抖动是一种公知技术，其用于减少由于所显示的分辨率比特的有限数量而引起的量化效应。主要有两种抖动用于PDP：
-矩阵抖动(比较在专利申请EP1269457中的基于单元的抖动，和在专利申请EP1262947中的其增强版多屏蔽(Multi-Mask)抖动)，其改进了灰度级描绘但是加入了一些抖动模式(结构噪声)。
-误差扩散，其改进了灰度级描绘并且不产生抖动模式，但加入了一些噪声。
本发明示教的目的是减小与矩阵抖动一同出现的抖动噪声。但是这里所说明的方法不能减小误差扩散噪声。
原则上，矩阵抖动可以恢复与期望一样多的比特。但是，抖动噪声频率减小，并且由此随着抖动比特数量的增加，噪声变得更加明显。在实施矩阵抖动中，因为使用的比特越多则模式越明显，所以最多可以使用3比特的抖动。
这种现象的原因是如果将3比特用于抖动，将有8种不同的抖动模式，如图1种所示，并且模式的重复时间需要8个时钟单元。因此，抖动模式的重复频率低。如果将多于3比特用于抖动，重复频率将会非常小以至不能接受。如果只使用2比特的抖动，则抖动模式的重复频率将会是3比特抖动的重复频率的两倍高。
另一方面是如果使用3比特的抖动，则1/2的模式(第一抖动比特)是非常不明显的，1/4和3/4的模式(第二抖动比特)要稍稍更明显一些，而1/8、3/8、5/8和7/8的模式(第三抖动比特)可能更加明显和不好(比较于图1)。例如，在标准的基于单元的抖动(专利申请EP1269457)的情况中，4帧抖动的合成(integration)得出了图1所示的级别。
在4×4矩阵抖动块的每个单元中的值0、1/4、1/2、3/4和1意味着在4帧期间将级别1激活0、1、2、3或4次。根据这个例子，级别1/8、3/8、5/8和7/8不如抖动的其他模式细微(并且更加明显和麻烦)。
在图2中示出了在编码步骤前数据处理的典型块结构。将8比特输入数据YI馈送到去伽玛块1。在查询表LUT#1的帮助下，实现去伽玛函数。将11比特的输出信号YA发送到矩阵抖动块2。将来自矩阵抖动块2的8比特输出信号YB输入到施加第二查询表LUT#2的码转换块3。在编码步骤之后产生的输出信号包括16比特数据。
由其中出现抖动比特的去伽玛LUT来做出抖动模式的选择。矩阵抖动块只施加与抖动比特对应的矩阵模式。
问题是在低级别中抖动比特是真正需要的(因为去伽玛函数)，但是在较高的级别中，它们不是真正必要的，并且由于它们只增加一些模式而没有增加级别所以相反可能不需要它们。可以用例子来更好地说明。定义了去伽玛函数如下：
Y A = 255 × ( Y I 255 ) γ
其中YI是输入数据而YA是去伽玛块1的输出数据。γ是去伽玛函数的常用指数。在例子中γ＝2.2。
即使用3比特的抖动，在0和21之间的一些级别也具有相同的输出，其意味着级别的损失。但是在级别122后，即使没有抖动所有的输出也不同。这意味着，没有抖动就没有级别损失，但是没有抖动量化噪声就更多。
在较高的级别中，抖动对于减小量化噪声可能有用，但是不必有3比特的抖动。然而，例如表1中所示，在182和189之间的输入级别都使用第三比特的抖动，表1是从附录中所给出的表3中提取的。
 输入   输出
 8比特   8.3比特
 182   121,375
 183   122,875
 184   124,375
 185   125,875
 186   127,375
 187   128,875
 188   130,375
 189   131,875
      表1
所以对这些高级别使用抖动模式是不好的。
发明内容
所以，本发明的目的是提供一种方法和设备，它们使能改进量化步骤的抖动。
根据本发明，通过将转移函数施加于视频数据、将抖动施加于所述转移函数来处理所述视频数据的方法而实现这个目的。为了将所述抖动施加于转移函数，所述方法包括下面步骤：
通过将第一输出值和第二输出值与转移函数的离散输入值相关联，而将抖动施加于用于处理视频数据的所述转移函数，
选择等于和/或在所述第一输出值和第二输出值之间、使用最少数量的抖动比特的中间值，以及
将所述中间值用作所述离散输入值的输出值。
例如，如果输出值为12.125和12.875，则等于和/或在这些输出值之间的值是：
12.125(十进制)等于1100.001(浮点数的二进制表示)，
12.25(十进制)等于1100.01(二进制)，
12.375(十进制)等于1100.011(二进制)，
12.5(十进制)等于1100.1(二进制)，
12.625(十进制)等于1100.101(二进制)，
12.75(十进制)等于1100.11(二进制)
12.875(十进制)等于1100.111(二进制)
使用最少数量比特的中间值是12.5。
而且，提供一种用于处理视频数据设备，该设备具有用于将转移函数施加于所述视频数据的处理装置和用于将抖动施加于所述转移函数的抖动装置，其中所述抖动装置将第一输出值和第二输出值与所述转移函数的离散输入值相关联，选择等于和/或在所述第一输出值和所述第二输出值之间、使用最少数量的抖动比特的中间值，而且将所述中间值用作所述离散输入值的输出值。
本发明方法和设备的优点是可以显著地减少抖动噪声。
转移函数可以是去伽玛函数。去伽玛函数的量化效应通常是令人烦扰的。因此，去伽玛函数值的改进的抖动具有非常好的效果。
可以通用查询表来改进转移函数。这样的LUT(查询表)改进了处理速度。
在具体实施例中，通过修改转移函数的参数来计算第一和第二输出值。特别是，可以修改转移函数的输入参数。可以通过对该参数加减修改的值来执行修改，从而通过修改的值来获得第一和第二输出值。由此，可以确定可接受的误差。
如果存在多个中间值，它们带有相同最少数量的所用抖动比特，则选择较接近离散函数值的值作为中间值。由此，进一步避免了误差。
附图说明
用所附附图来说明本发明，其中：
图1示出了矩阵抖动块，其用于基于单元的抖动；
图2示出了根据现有技术，在编码步骤前进行数据处理的方框图；和
图3示出了本发明方法的流程图。
具体实施方式
本发明基于下面知识。
与输入上的小误差对应的、输入的仅为0.05的小偏移，会导致使用仅仅1比特抖动的级别。所以可以在不增加显著的量化噪声的情况下避免在表1中指示的较差的抖动模式，如在下面表2中所示。
  输入   输出
  8.3比特
  182,05   121,5
  183,05   123
  184,05   124,5
  185,05   126
  186,05   127,5
  187,05   129
  188,05   130,5
  189,05   132
       表2
实际上从全局来说，舍入处理使得通过抖动所增加的值等于0/8，1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，或7/8的任何一个的概率对于所有级别都相同。所以原则上，使用第三抖动比特(即通过抖动所增加的值等于1/8，3/8，5/8或7/8)的级别的概率为1/2。
当产生去伽玛LUT，总存在舍入误差。现在，思路是操控这个误差以特许更好的抖动模式。换句话说，必须估计和限制误差。
不容易估计在输出上的误差(量化误差)，这是因为这个误差在较高级别中总是比在较低级别中相对较小(在标准编码的情况下)。在重心编码(比较专利申请EP1256924)或元代码(Metacode)(比较专利申请EP1353315)的情况中，估计更差，这是因为级别的非统一分布和所产生的量化误差的非统一性。
为此，考虑在输入上的误差比较容易。具体地说，估计和限制误差比较容易。
所以在图3中所示的第一步骤S1将决定可接受的误差的极限τ。τ的可能值可以是0，1。如下定义了去伽玛函数的两个极限曲线：
Y - τ = 255 × ( Y I - τ 255 ) γ 和 Y + τ = 255 × ( Y I + τ 255 ) γ
用这两个极限曲线，可以为每个输入值YI定义不同于值YA的两个输出值Y-τ和Y+τ在附录中给出的表3示出了去伽玛块1的对应的输入值YI(第一列)和输出值YA(第二和第五列)。表3的第三和第四列代表极限曲线的值Y-τ和Y+τ。每个去伽玛输出值包括8比特整数和3比特抖动值。
根据本发明，为每个输入值选择使用最少抖动比特的、在值Y-τ和Y+τ之间的中间值(比较于步骤S2)。例如可以在输入值20和30的行中所看见的。为所考虑的输入值YI选择所述中间值作为输出值。当存在具有相同数量的抖动比特的不同值时，必须选择较接近于实际值的值。但是，如果对于实际输入值在值Y-τ和Y+τ之间存在比值Y-τ和Y+τ小的抖动的输出值，则必须选择这个值。输入值146的行示出了这样的例子。此外，必须考虑尽可能使用不同的输出值(比较输入值26和27的优化输出值)。
用标准方法(比较表3的第二列)，131个级别(分别为61，28和36)正在使用第三抖动比特(分别为第二、第一和没有抖动比特)，而本发明优化方法只有28(分别63和70和95)。
在不进行硬件改动的情况下，可以将本发明应用于现今可获得的处理设备，这是因为只需要改变LUT的内容。但是，先进的处理设备能够自动地计算优化的LUT。在这种情况下，需要特殊的计算装置来执行图3中所示的方法。
                                附录
                                表3
                           (Y＝2，2和τ＝0，1)
                 去伽玛输出(8.3比特)
 输入(8比特)   没有优化   Y-T   Y+T   使用优化
  0   0   0   0   0
  1   0   0   0   0
  2   0   0   0   0
  3   0   0   0   0
  4   0   0   0   0
  5   0   0   0   0
  6   0,125   0,125   0,125   0,125
  7   0,125   0,125   0,125   0,125
  8   0,125   0,125   0,125   0,125
  9   0,125   0,125   0,125   0,125
  10   0,25   0,25   0,25   0,25
  11   0,25   0,25   0,25   0,25
  12   0,25   0,25   0,25   0,25
  13   0,375   0,375   0,375   0,375
  14   0,375   0,375   0,375   0,375
  15   0,5   0,5   0,5   0,5
  16   0,625   0,625   0,625   0,625
  17   0,625   0,625   0,625   0,625
  18   0,75   0,75   0,75   0,75
  19   0,875   0,875   0,875   0,875
  20   1   0,875   1   1
  21   1   1   1   1
  22   1,125   1,125   1,125   1,125
  23   1,25   1,25   1,25   1,25
  24   1,375   1,375   1,375   1,375
  25   1,5   1,5   1,5   1,5
  26   1,625   1,625   1,75   1,625
  27   1,875   1,75   1,875   1,75
  28   2   2   2   2
  29   2,125   2,125   2,125   2,125
  30   2,25   2,25   2,375   2,25
  31   2,5   2,5   2,5   2,5
  32   2,625   2,625   2,625   2,625
  33   2,875   2,875   2,875   2,875
  34   3   3   3   3
  35   3,25   3,25   3,25   3,25
  36   3,375   3,375   3,5   3,5
  37   3,625   3,625   3,625   3,625
  38   3,875   3,875   3,875   3,875
  39   4,125   4,125   4,125   4,125
  40   4,375   4,25   4,375   4,25
  41   4,625   4,5   4,625   4,5
  42   4,875   4,75   4,875   4,75
  43   5,125   5   5,125   5
  44   5,375   5,375   5,375   5,375
  45   5,625   5,625   5,625   5,625
  46   5,875   5,875   5,875   5,875
  47   6,125   6,125   6,25   6,25
  48   6,5   6,5   6,5   6,5
  49   6,75   6,75   6,75   6,75
  50   7,125   7   7,125   7
  51   7,375   7,375   7,375   7,375
  52   7,75   7,625   7,75   7,625
  53   8   8   8,125   8
  54   8,375   8,375   8,375   8,375
  55   8,75   8,75   8,75   8,75
  56   9,125   9   9,125   9
  57   9,5   9,375   9,5   9,5
  58   9,75   9,75   9,875   9,75
  59   10,125   10,125   10,25   10,25
  60   10,625   10,5   10,625   10,5
  61   11   10,875   11   11
  62   11,375   11,375   11,375   11,375
  63   11,75   11,75   11,75   11,75
  64   12,125   12,125   12,25   12,25
  65   12,625   12,625   12,625   12,625
  66   13   13   13,125   13
  67   13,5   13,375   13,5   13,5
  68   13,875   13,875   14   14
  69   14,375   14,375   14,375   14,375
  70   14,875   14,75   14,875   14,75
  71   15,25   15,25   15,375   15,25
  72   15,75   15,75   15,875   15,75
  73   16,25   16,25   16,375   16,25
  74   16,75   16,75   16,875   16,75
  75   17,25   17,25   17,375   17,25
  76   17,75   17,75   17,875   17,75
  77   18,25   18,25   18,375   18,25
  78   18,875   18,75   18,875   18,75
  79   19,375   19,25   19,375   19,25
  80   19,875   19,875   20   20
  81   20,5   20,375   20,5   20,5
  82   21   21   21,125   21
  83   21,625   21,5   21,625   21,5
  84   22,125   22,125   22,25   22,25
  85   22,75   22,625   22,75   22,75
  86   23,375   23,25   23,375   23,25
  87   24   23,875   24   24
  88   24,5   24,5   24,625   24,5
  89   25,125   25,125   25,25   25,25
  90   25,75   25,75   25,875   25,75
  91   26,375   26,375   26,5   26,5
  92   27,125   27   27,125   27
  93   27,75   27,625   27,75   27,75
  94   28,375   28,375   28,5   28,5
  95   29   29   29,125   29
  96   29,75   29,625   29,75   29,75
  97   30,375   30,375   30,5   30,5
  98   31,125   31   31,125   31
  99   31,75   31,75   31,875   31,75
  100   32,5   32,5   32,625   32,5
  101   33,25   33,125   33,25   33,25
  102   34   33,875   34   34
  103   34,75   34,625   34,75   34,75
  104   35,5   35,375   35,5   35,5
  105   36,25   36,125   36,25   36,25
  106   37   36,875   37   37
  107   37,75   37,625   37,875   37,625
  108   38,5   38,5   38,625   38,5
  109   39,25   39,25   39,375   39,25
  110   40,125   40   40,125   40
  111   40,875   40,875   41   41
  112   41,75   41,625   41,75   41,75
  113   42,5   42,5   42,625   42,5
  114   43,375   43,25   43,5   43,5
  115   44,25   44,125   44,25   44,25
  116   45,125   45   45,125   45
  117   45,875   45,875   46   46
  118   46,75   46,75   46,875   46,75
  119   47,625   47,625   47,75   47,75
  120   48,625   48,5   48,625   48,5
  121   49,5   49,375   49,5   49,5
  122   50,375   50,25   50,5   50,5
  123   51,25   51,25   51,375   51,25
  124   52,25   52,125   52,25   52,25
  125   53,125   53   53,25   53
  126   54,125   54   54,125   54
  127   55   54,875   55,125   55
  128   56   55,875   56,125   56
  129   57   56,875   57   57
  130   57,875   57,875   58   58
  131   58,875   58,75   59   59
  132   59,875   59,75   60   60
  133   60,875   60,75   61   61
  134   61,875   61,75   62   62
  135   62,875   62,875   63   63
  136   64   63,875   64,125   64
  137   65   64,875   65,125   65
  138   66   66   66,125   66
  139   67,125   67   67,25   67
  140   68,125   68,125   68,25   68,25
  141   69,25   69,125   69,375   69,25
  142   70,375   70,25   70,5   70,5
  143   71,375   71,375   71,5   71,5
  144   72,5   72,375   72,625   72,5
  145   73,625   73,5   73,75   73,5
  146   74,75   74,625   74,875   74,75
  147   75,875   75,75   76   75,75
  148   77   76,875   77,125   77
  149   78,25   78,125   78,25   78,25
  150   79,375   79,25   79,5   79,5
  151   80,5   80,375   80,625   80,5
  152   81,75   81,625   81,875   81,75
  153   82,875   82,75   83   83
  154   84,125   84   84,25   84
  155   85,25   85,125   85,375   85,25
  156   86,5   86,375   86,625   86,5
  157   87,75   87,625   87,875   87,75
  158   89   88,875   89,125   89
  159   90,25   90,125   90,375   90,25
  160   91,5   91,375   91,625   91,5
  161   92,75   92,625   92,875   92,75
  162   94   93,875   94,125   94
  163   95,25   95,125   95,375   95,25
  164   96,5   96,375   96,75   96,5
  165   97,875   97,75   98   98
  166   99,125   99   99,25   99
  167   100,5   100,375   100,625   100,5
  168   101,875   101,625   102   102
  169   103,125   103   103,25   103
  170   104,5   104,375   104,625   104,5
  171   105,875   105,75   106   106
  172   107,25   107,125   107,375   107,25
  173   108,625   108,5   108,75   108,5
  174   110   109,875   110,125   110
  175   111,375   111,25   111,5   111,5
  176   112,75   112,625   112,875   112,75
  177   114,25   114,125   114,375   114,25
  178   115,625   115,5   115,75   115,5
  179   117,125   116,875   117,25   117
  180   118,5   118,375   118,625   118,5
  181   120   119,875   120,125   120
  182   121,375   121,25   121,625   121,5
  183   122,875   122,75   123   123
  184   124,375   124,25   124,5   124,5
  185   125,875   125,75   126   126
  186   127,375   127,25   127,5   127,5
  187   128,875   128,75   129   129
  188   130,375   130,25   130,5   130,5
  189   131,875   131,75   132,125   132
  190   133,5   133,375   133,625   133,5
  191   135   134,875   135,125   135
  192   136,625   136,375   136,75   136,5
  193   138,125   138   138,375   138
  194   139,75   139,625   139,875   139,75
  195   141,375   141,125   141,5   141,25
  196   142,875   142,75   143,125   143
  197   144,5   144,375   144,75   144,5
  198   146,125   146   146,375   146
  199   147,75   147,625   148   148
  200   149,375   149,25   149,625   149,5
  201   151,125   150,875   151,25   151
  202   152,75   152,625   152,875   152,75
  203   154,375   154,25   154,625   154,5
  204   156,125   155,875   156,25   156
  205   157,75   157,625   157,875   157,75
  206   159,5   159,25   159,625   159,5
  207   161,125   161   161,375   161
  208   162,875   162,75   163   163
  209   164,625   164,5   164,75   164,5
  210   166,375   166,125   166,5   166,5
  211   168,125   167,875   168,25   168
  212   169,875   169,625   170   170
  213   171,625   171,5   171,75   171,5
  214   173,375   173,25   173,625   173,5
  215   175,25   175   175,375   175
  216   177   176,75   177,125   177
  217   178,75   178,625   179   179
  218   180,625   180,375   180,75   180,5
  219   182,5   182,25   182,625   182,5
  220   184,25   184,125   184,5   184,5
  221   186,125   186   186,375   186
  222   188   187,75   188,125   188
  223   189,875   189,625   190   190
  224   191,75   191,5   191,875   191,5
  225   193,625   193,375   193,75   193,5
  226   195,5   195,375   195,75   195,5
  227   197,375   197,25   197,625   197,5
  228   199,375   199,125   199,5   199,5
  229   201,25   201,125   201,5   201,5
  230   203,25   203   203,375   203
  231   205,125   205   205,375   205
  232   207,125   206,875   207,375   207
  233   209,125   208,875   209,25   209
  234   211,125   210,875   211,25   211
  235   213   212,875   213,25   213
  236   215   214,875   215,25   215
  237   217,125   216,875   217,25   217
  238   219,125   218,875   219,25   219
  239   221,125   220,875   221,375   221
  240   223,125   223   223,375   223
  241   225,25   225   225,375   225
  242   227,25   227,125   227,5   227,5
  243   229,375   229,125   229,5   229,5
  244   231,375   231,25   231,625   231,5
  245   233,5   233,25   233,75   233,5
  246   235,625   235,375   235,875   235,5
  247   237,75   237,5   238   237,5
  248   239,875   239,625   240,125   240
  249   242   241,75   242,25   242
  250   244,125   243,875   244,375   244
  251   246,25   246,125   246,5   246,5
  252   248,5   248,25   248,625   248,5
  253   250,625   250,375   250,875   250,5
  254   252,75   252,625   253   253
  255   255   254,75   255,25   255

Claims (10)

1、一种用于处理视频数据的方法，其通过将转移函数施加于所述视频数据、将抖动施加于所述转移函数来处理视频数据，其特征在于为了将所述抖动施加于转移函数，其包括下面步骤：
(S1)将第一输出值和第二输出值与所述转移函数的离散输入值相关联；
(S2)选择等于和/或在所述第一输出值和所述第二输出值之间、使用最少数量的抖动比特的中间值；和
(S3)将所述中间值用作所述离散输入值的输出值。
2、根据权利要求1所述的方法，其中所述转移函数是去伽玛函数。
3、根据权利要求1或2所述的方法，其中通过查询表来提供所述转移函数。
4、根据前面权利要求之一的方法，其中通过修改转移函数的参数来计算所述第一和第二输出值。
5、根据权利要求4所述的方法，其中通过对所述参数加减修改值来修改所述参数，并且通过所述修改的参数而获得所述第一和第二输出值。
6、根据前面权利要求之一的方法，其中，如果存在带有相同最少数量的所用抖动比特的多个中间值，则选择较接近所述离散函数值的值作为中间值。
7、一种用于处理视频数据设备，该设备具有：
处理装置(1)，用于将转移函数施加于所述视频数据；和
抖动装置(2)，用于将抖动施加于所述转移函数；
其特征在于：
所述抖动装置(2)将第一输出值和第二输出值与所述转移函数的离散输入值相关联，选择等于和/或在所述第一输出值和所述第二输出值之间、使用最少数量的抖动比特的中间值，而且将所述中间值用作所述离散输入值的输出值。
8、根据权利要求7所述的设备，其中所述转移函数是去伽玛函数。
9、根据权利要求7或8所述的设备，其具有用于在查询表中提供所述转移函数的存储装置。
10、根据权利要求7到9之一的设备，其中所述抖动装置(2)适于通过修改转移函数的参数来计算所述第一和所述第二输出值。
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