DE10241353A1

DE10241353A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Umwandeln eines Farbbildes

Info

Publication number: DE10241353A1
Application number: DE10241353A
Authority: DE
Inventors: Andrew Dr. Stevens
Original assignee: SP3D Chip Design GmbH
Current assignee: SP3D Chip Design GmbH
Priority date: 2002-09-06
Filing date: 2002-09-06
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2022-09-07
Also published as: KR100809199B1; US20050243109A1; JP2005538396A; CN1679052B; JP4518392B2; AU2003264135A8; EP1535474A2; CN1679052A; KR20050032625A; US7643039B2; AU2003264135A1; WO2004023822A3; TWI228917B; WO2004023822A2; DE10241353B4; TW200415913A

Abstract

Ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umwandeln von Eingangsdaten, die durch eine Abtastung eines Farbbildes mit in einem ersten Gitter angeordneten Pixeln erzeugt sind, in Ausgangsdaten, die eine Wiedergabe des Farbbildes mit in einem zweiten Gitter angeordneten Pixeln bewirken, wobei jedes Pixel der Eingangsdaten und der Ausgangsdaten eine Mehrzahl von Unterpixeln aufweist, wobei jedes Unterpixel eines Pixels einer Farbkomponente des Farbbildes zugeordnet ist, erzeugt ein Unterpixel einer Farbkomponente der Ausgangsdaten durch Filtern der Unterpixel der entsprechenden Farbkomponente der Eingangsdaten unter Verwendung einer auf dieses Unterpixel der Ausgangsdaten örtlich bezogene Filterfunktion.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Umwandeln von Farbbildern und hier insbesondere auf ein Verfahren und auf eine Vorrichtung zum Umwandeln von Eingangsdaten, die durch eine Abtastung eines Farbbildes mit in einem ersten Gitter angeordneten Pixeln erzeugt sind, in Ausgangsdaten, die eine Wiedergabe des Farbbildes mit in einem zweiten Gitter angeordneten Pixeln bewirken. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine Bildskalierungseinrichtung für Farbanzeigegerät mit Unterpixeln bzw. Teilpixeln (Sub-Pixel) für unterschiedliche Komponenten.
Die Skalierung von Bildern findet insbesondere bei der Anzeige von Bildern auf Bildschirmen Anwendung, wobei die Skalierung in einer Steuerungsschaltung eines Bildschirms, wie beispielsweise eines Farb-Flüssigkristall-Bildschirms (LCD = Liquid Cristal Display) durchgeführt wird. Solche Anzeigen (Bildschirme) umfassen ein physikalisch festgelegtes Gitter von Pixeln, wobei jedes der Pixel ein Trio von benachbarten Unterpixeln umfasst, wobei jedes Pixel ein Unterpixel für die rote Komponente, ein Unterpixel für die grüne Komponente und ein Unterpixel für die blaue Komponente des Bildpixels umfasst, welches auf der Anzeige darzustellen ist. Typischerweise ist es jedoch erforderlich, dass Anzeigesysteme, die solche Bildschirme umfassen, auch in der Lage sein müssen, Bilddaten wiederzugeben, deren Abtastgitter sich von dem Gitter unterscheidet, welches in dem Bildschirm physikalisch implementiert ist. Werden solche Bilddaten bereitgestellt, so ist in der Steuerungsschaltung der Anzeige eine Bildskalierungsvorrichtung vorgesehen, die aktiviert wird, um eine Version des Bildes zu erzeugen, welches, beispielsweise durch erneute Abtastung, auf das physikalische Anzeigegitter angepasst wurde.
Geräte, die eine Bild-Neuabtastung (Bildskalierung) mit hoher Qualität ermöglichen, berechnen typischerweise die neu abgetasteten Bilddaten (Ausgangsdaten) durch Filtern der ursprünglichen Bilddaten (Eingangsdaten) mittels eines Mehrphasen-Digitalfilters mit mehreren Abgriffen (Multi-Tap Polyphase Digitalfilter). Obwohl es möglich ist, zweidimensionale Filter zu implementieren, ist es normalerweise ökonomischer die Bildskalierung derart zu implementieren, dass zwei eindimensionale Filter angewendet werden, nämlich ein horizontales Skalierungsfilter, welches auf jede Reihe oder Zeile in dem Bild angewendet wird, und ein vertikales Skalierungsfilter, welches auf jede Spalte in dem Eingangsbild angewendet wird.
1 zeigt eine schematische Darstellung der Skalierung eines Farbbildes durch Umwandeln der Eingangspixel in Ausgangspixel gemäß einem herkömmlichen Ansatz. In 1 sind beispielhaft sechs Pixel 100₁ bis 100₆ gezeigt, welche von dem ursprünglichen Farbbild stammen und die Eingangsdaten oder Eingangspixel darstellen. Zur Darstellung auf einem Bildschirm ist es nun erforderlich, die Eingangspixel zu skalieren, um diese auf das physikalisch festgelegte Gitter der Anzeigevorrichtung abzubilden, was dadurch erreicht wird, dass basierend auf den Eingangspixeln 100₁ bis 100₆ ebenfalls sechs Ausgangspixel 102₁ bis 102₆ erzeugt werden. Sowohl für die Eingangspixel 100₁ bis 100₆ als auch für die skalierten Ausgangspixel 102₁ bis 102₆ sei angenommen, dass die jeweiligen Farbkomponenten in den jeweiligen Pixeln gleichmäßig über jedes Pixel verteilt sind.
Beispielhaft sei nun die Erzeugung des Ausgangspixels 102₄ betrachtet. Um den Wert (z.B. Intensitätswert) für dieses Pixel 102₄ zu erhalten, wird eine Gewichtungsfunktion 104 auf die Eingangspixel 100₁ bis 100₆ angewandt, wobei die Gewichtungsfunktion 104 auf die Mitte des Ausgangspixel 102₄ bezogen ist, wie dies in 1 zu erkennen ist. Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist die y-Achse die Ska lierungsachse 106, und entlang der x-Achse ist die Entfernung vom Mittelpunkt des skalierten Pixels, also vom Mittelpunkt des betrachteten Ausgangspixels 102₄ aufgetragen.
1 zeigt die mathematische Beziehung zwischen den Eingangspixeldaten (Pixel 100₁ bis 100₆ ) und den skalierten Ausgangspixeldaten, die durch herkömmliche Geräte oder Schaltungen erzeugt werden. Die Luminanz eines Ausgangspixels, beispielsweise des Pixels 102₄ , wird als gewichtete Summe der Luminanzen der Eingangspixel 100₁ bis 100₆ , die um die Position des Ausgangspixels 102₄ in dem Bild angeordnet sind, abgeleitet. Die genaue Gewichtung, die jedem der Eingangspixel zugeordnet wird, wird abhängig von der Position des jeweiligen Eingangspixels relativ zum Mittelpunkt des Ausgangspixels 102₄ festgelegt, wie dies durch den Verlauf der Gewichtungsfunktion 104 in 1 zu erkennen ist.
Eine optimale Auswahl der Gewichtungsfunktion 104 (Filterkern, Filterkernel) und eine optimale Auswahl der Vorrichtung zum effizienten Realisieren der Berechnungen der gewichteten Summe in einer oder mehreren Dimensionen sind Fachleuten bekannt.
Vorrichtungsmäßig wird die in 1 dargestellte Umwandlung zur Neuabtastung (Skalieren) der Farbbilder dadurch realisiert, dass die getrennten Farbkomponenten in den Eingangsbilddaten individuell gefiltert werden. Bei dem in 1 beschriebenen Ansatz werden, wie herkömmlicherweise üblich, alle Farbkomponenten unter Verwendung identischer Abtastpositionen (oder Abtastphasen) gefiltert, wobei die identischen Abtastpositionen jeweils auf den Mittelpunkt des zu skalierenden Ausgangspixels (siehe Pixel 102₄ in 1) bezogen sind. Dieser Ansatz ist optimal, wenn die Bilder auf Anzeigeelementen angezeigt werden, bei denen die Farbkomponenten für jedes Pixel physikalisch zusammen angeordnet sind.
Dies ist jedoch nur in wenigen Ausnahmefällen gegeben, so dass herkömmlicherweise keine optimale Neuabtastung der Farbbilder erreicht werden kann, insbesondere dann nicht, wenn das Abtastgitter, mit dem die Eingangsdaten oder ursprünglichen Farbdaten erzeugt wurden, von dem physikalisch festgelegten Gitter des Anzeigeelements abweichen. In solchen Situationen leidet die Schärfe des angezeigten Bildes nach der Umwandlung, was auf eine erhöhte Durchlassbanddämpfung sowie auf eine Erhöhung des Aliasingeffekt zurückgeht.
Ausgehend von diesem Stand der Technik liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zu schaffen, welche die Skalierung von Farbbildern mit erhöhter Schärfe ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 gelöst.
Die vorliegende Erfindung schafft ein Verfahren zum Umwandeln von Eingangsdaten, die durch eine Abtastung eines Farbbildes mit in einem ersten Gitter angeordneten Pixeln erzeugt sind, in Ausgangsdaten, die eine Wiedergabe des Farbbildes mit in einem zweiten Gitter angeordneten Pixeln bewirken, wobei jedes Pixel der Eingangsdaten und der Ausgangsdaten eine Mehrzahl von Unterpixeln aufweist, wobei jedes Unterpixel eines Pixels einer Farbkomponente des Farbbildes zugeordnet ist, mit folgendem Schritt:
Erzeugen eines Unterpixels einer Farbkomponente der Ausgangsdaten durch Filtern der Unterpixel der entsprechenden Farbkomponente der Eingangsdaten unter Verwendung einer auf dieses Unterpixel der Ausgangsdaten örtlich bezogenen Filterfunktion.
Die vorliegende Erfindung schafft ferner eine Vorrichtung zum Umwandeln von Eingangsdaten, die durch eine Abtastung eines Farbbildes mit in einem ersten Gitter angeordneten Pixeln erzeugt sind, in Ausgangsdaten, die eine Wiedergabe des Farbbildes mit in einem zweiten Gitter angeordneten Pixeln bewirken, wobei jedes Pixel der Eingangsdaten und der Ausgangsdaten eine Mehrzahl von Unterpixeln aufweist, wobei jedes Unterpixel eines Pixels einer Farbkomponente des Farbbildes zugeordnet ist, wobei die Vorrichtung eine Verarbeitungseinheit umfasst, die die Eingangsdaten empfängt und ein Unterpixel einer Farbkomponente der Ausgangsdaten durch Filtern der Unterpixel der entsprechenden Farbkomponente der Eingangsdaten unter Verwendung einer auf dieses Unterpixel der Ausgangsdaten örtlich bezogene Filterfunktion erzeugt.
Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen, herkömmlichen Ansatz zur Skalierung von Farbbildern lehrt die vorliegende Erfindung einen neuartigen Ansatz, gemäß dem jede Farbkomponente, beispielsweise durch geeignete Filterelemente, verarbeitet wird, und zwar unter Verwendung von Abtastpositionen oder Abtastphasen, die dem aktuellen physikalischen Ort des Unterpixels einer Farbkomponente entsprechen. Der Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der erfindungsgemäße Ansatz skalierte Bilder schafft, welche deutlich schärfer sind, wenn dieselben angezeigt werden, als Bilder die durch herkömmliche Ansätze, wie sie oben beschrieben wurden, erzeugt wurden. Im skalierten Bild findet sich eine geringere Durchlassbanddämpfung, die durch die Filter hervorgerufen wird, sowie ein geringerer Aliasing-Effekt.
Durch die vorliegende Erfindung wird somit ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Vorrichtung zum erneuten Abtasten bzw. Skalieren von Farbbildern, beispielsweise für eine optimale Anzeige auf Farbanzeigeelementen geschaffen, wobei jedes Bildelement (Pixel) in getrennte Unterpixel geteilt ist, die jeweils einer bestimmten Farbkomponente zugeordnet sind.
Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung werden die skalierten Ausgangsdaten ungeschnitten bereitgestellt, es wurde also keine „Clipping"-Funktion auf die Ausgangsdaten angewendet. In diesem Fall wird gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel nachfolgend zur Umwandlung der Eingangsdaten in skalierte Ausgangsdaten eine Clipping-Fehlerreduzierung durchgeführt, wobei hier vorzugsweise für jedes erzeugte Unterpixel zunächst eine Störung bzw. ein Fehler in dem Unterpixel festgestellt wird, wobei die Störung durch ein Unterschreiten bzw. Überschreiten der maximal zulässigen Intensität für das Ausgangspixel festgelegt sein kann. Anschließend werden diese Fehler im erzeugten Unterpixel durch Beaufschlagen von benachbarten Unterpixeln mit einer entgegengesetzten Störung bzw. einem entgegengesetzten Fehler kompensiert.
Bevorzugte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen definiert.
Nachfolgend werden anhand der beiliegenden Zeichnungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung der Umwandlung von Eingangspixeln in Ausgangspixel gemäß einem herkömmlichen Ansatz;
2 ein Blockdiagramm, das den erfindungsgemäßen Ansatz zur Umwandlung von Eingangspixeln in Ausgangspixel gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt;
3 eine schematische Darstellung der Umwandlung von Eingangspixeln in Ausgangspixel gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Umwandlung von Eingangspixeln in Ausgangspixel;
5 ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reduzierung von Störungen/Fehlern in den erfindungsgemäß erzeugten Ausgangspixeln;
6 ein erstes Ausführungsbeispiel für das Korrekturmodul der Vorrichtung aus 5; und
7 ein zweites Ausführungsbeispiel für das Korrekturmodul der Vorrichtung aus 5.
2 zeigt ein Blockdiagramm, welches den erfindungsgemäßen Ansatz zur Umwandlung von Eingangspixeln in Ausgangspixel gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel zeigt, wobei hier erfindungsgemäß in einem ersten Block 108 die Filterung der Unterpixel durchgeführt wird und in einem anschließenden Block 110 eine Fehler-Reduzierung erfolgt. Bei dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel werden in dem Block 108 die ursprünglichen Bilddaten eingegeben und am Ausgang des Blocks 108 und somit am Eingang des Blocks 110 liegen nicht geschnittene, also keiner Clipping-Funktion unterworfene, gefilterte Bilddaten bereit, auf deren Basis die Clipping-Fehlerreduzierung durchgeführt wird. Am Ausgang des Blocks 110 liegen dann die geschnittenen und gefilterten Bilddaten in skalierter Form vor, die gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel unter Verwendung einer eindimensionalen Fehlerdiffusion korrigiert wurden, um Clipping-Störungen zu korrigieren.
Bei der in Block 108 schematisch dargestellten Filterung werden vorzugsweise Polyphasen-Skalierungsfilter für die jeweiligen Unterpixel eingesetzt.
Hinsichtlich der in 2 dargestellten Struktur der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Farbskalierung wird darauf hingewiesen, dass hier ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel dargestellt ist, die vorliegende Erfindung jedoch in ihrem breitesten Aspekt lediglich die Erzeugung der vom Block 108 ausgegebenen, skalierten Unterpixel betrifft, und die zusätzliche, im Block 110 wiedergegebene Fehlerreduzierung optional durchgeführt werden kann, sofern solche Fehler auftreten. Nachfolgend wird daher zunächst die Erfindung in ihrem breitesten Aspekt bezüglich der Erzeugung der Unterpixel näher erläutert.
In 3 ist eine schematische Darstellung zur Umwandlung von Eingangspixeln in Ausgangspixel gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. In 3 sind gleiche oder ähnliche Elemente, die bereits in der 1 gezeigt sind, mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
Wie aus 3 zu entnehmen ist, sind auch hier beispielhaft sechs Eingangspixel 100₁ bis 100₆ dargestellt, die von den ursprünglichen Bilddaten stammen. Bei diesen ursprünglichen Bilddaten sind die Farbkomponenten gleichmäßig über jedes Pixel verteilt.
Ferner sind beispielhaft die skalierten Ausgangspixel 102₁ und 102₆ dargestellt, wobei hier zusätzlich die den jeweiligen Farbpixeln zugeordneten Unterpixel für die jeweilige Farbkomponente dargestellt sind, wobei jedem der Pixel 102₁ bis 102₆ drei Unterpixel zugeordnet sind, wobei hier beispielhaft angenommen sei, dass ein erstes Unterpixel für die rote Farbkomponente, ein zweites Unterpixel für die grüne Farbkomponente und ein drittes Unterpixel für die blaue Farbkomponente zugeordnet ist, wie dies beim Pixel 102₆ beispielhaft durch die Bezugszeichen R, G, B gezeigt ist. Zur Umwandlung der Eingangspixel 100₁ bis 100₆ in die Ausgangspixel sei beispielhaft, ähnlich wie in 1, auch hier das skalierte Ausgangspixel 102₉ betrachtet.
Wie aus einem Vergleich mit 1 ohne weiteres ersichtlich ist, basiert der erfindungsgemäße Ansatz nicht mehr darauf, dass jedem skalierten Ausgangspixel eine Gewichtungsfunktion und damit auch jeder Farbkomponente die örtlich feststehende Gewichtungsfunktion zugeordnet wird, sondern erfindungsgemäß wird jedem der Unterpixel des Ausgangspixels 102₄ eine Gewichtungsfunktion und eine eigene Skalierungsachse zugeordnet, um hier für jedes Unterpixel die Anteile der Eingangspixel zu bestimmen, die in dieses Unterpixel einfließen. Wie zu erkennen ist, ist bei dem beispielhaft betrachteten Ausgangspixel 102₄ der Rotfarbkomponente die Skalierungsachse 106a zugeordnet, um die herum symmetrisch die diesem Unterpixel zugeordnete Gewichtungsfunktion 108a angeordnet ist. Dem Unterpixel für die Gelb-Komponente des Pixels 102₄ ist die Abtastachse 106b und die Gewichtungsfunktion 108b zugeordnet, und dem Unterpixel für die Blaukomponente des Pixel 102₄ ist die Abtastachse 106c sowie die Gewichtungsfunktion 108c zugeordnet.
Entlang der x-Achse, die in 3 gezeigt ist, ist der Abstand von dem jeweiligen skalierten Unterpixelmittelpunkt aufgetragen. Die jeweiligen Gewichtungsfunktionen 108a bis 108c bewirken eine entsprechende Gewichtung der jeweiligen Eingangsfarbkomponenten in Eingangspixeln.
Anders als im Stand der Technik, bei dem, wie anhand der 1 erläutert wurde, davon ausgegangen wurde, dass nicht nur die Eingangsdaten eine gleichmäßige Verteilung der Farbkomponenten aufweisen sondern auch die skalierten Ausgangsdaten, wird bei der erfindungsgemäßen Umwandlung der Tatsache Rechnung getragen, dass dies im Regelfall, wie dies oben beschrieben wurde, nicht der Fall ist. Die skalierten Bilddaten reflektieren nun aufgrund der erfindungsgemäßen Umwandlungsform die Positionen der Unterpixel in den skalierten Ausgangspixeln.
3 zeigt somit die mathematische Beziehung zwischen den Eingangspixeln 100₁ bis 100₆ und den Ausgangspixeln 102₁ bis 102₆ , die durch die erfindungsgemäße Skalierung erzeugt wurden. Die Skalierung erfolgt ähnlich wie in 1 jedoch wird die Gewichtung der Luminanzwerte der Eingangspixel zur Erzeugung eines Ausgangspixels für jede Farbkomponente vorzugsweise auf eine Mitte des Unterpixels in dem zu erzeugenden Ausgangspixel 102₉ bezogen. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel bezieht sich die tatsächliche Beziehung auf ein Anzeigegerät, bei dem die Pixel in rote, grüne und blaue Unterpixel unterteilt sind, die entlang der Skalierungsachse getrennt sind.
In 4 ist ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Umwandlung von Eingangspixeln in Ausgangspixel, welches das anhand der 3 näher erläuterte Verfahren implementiert, dargestellt. 4 zeigt ein Blockdiagramm für eine eindimensionale Unterpixelskalierungsvorrichtung, wobei für das dargestellte Ausführungsbeispiel angenommen sei, dass jedes Pixel drei Farbkomponenten umfasst. Dementsprechend umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung drei Filtereinheiten 110a, 110b und 110c, die die jeweiligen Farbkomponenten der Eingangspixeldaten empfangen. Bei den Filtereinheiten 110a bis 110c handelt es sich vorzugsweise um Polyphasen-Filter, welche als Eingangsdaten die jeweiligen Intensitäten der Farbkomponenten im ursprünglichen Bild empfangen. Eine Abtastphaseninterpolationsvorrichtung 112 ist wirksam mit jedem der Filter 110a bis 110b verbunden, um für jede der Farbkomponente geeignete Abtastpositionen bereitzustellen, um also die jeweiligen Gewichtungsfunktionen entsprechend der erwünschten örtlichen Position bezüglich eines Unterpixels zu verschieben. Vorzugsweise sind die Filterfunktionen auf den Mittelpunkt eines Unterpixels bezogen, wie dies in 3 dargestellt ist.
Am Ausgang der Filter 110a bis 110b liegt jeweils ein skaliertes Unterpixel an, aus dem die Ausgangspixeldaten bestehen. Die Filter geben für das jeweilige Unterpixel, also für die jeweilige Bildfarbkomponente im skalierten Ausgangsbild eine Intensität an, die ungeschnitten (keiner Clipping-Funktion unterworfen) ist.
Bei dem in 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung handelt es sich um eine eindimensionale Unterpixel-Skalierungseinrichtung, wobei der genaue Entwurf und die genaue Implementierung von geeigneten Polyphasenfiltern und Phaseninterpolationselementen Fachleuten bekannt ist.
Der Hauptunterschied zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und der erfindungsgemäßen Vorrichtung zu herkömmlichen Bildskalierungsansätzen besteht darin, dass zum einen getrennte Phasen bzw. Abtastpositionen für jede der Farbkomponenten, also für jedes Polyphasenfilter 110a bis 110c erzeugt werden, wodurch sichergestellt ist, dass die Abtastposition bzw. die Phase den Mittelpunkten der Unterpixel für die jeweilige Farbkomponente entspricht, und nicht, wie im Stand der Technik üblich, dem Mittelpunkt des Gesamtausgangspixels. Zum anderen sind die Polyphasenfilterarithmetikeinheiten gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel derart implementiert, dass keine Clipping-Funktion des Endwertes bzw. des Zwischenwertes durchgeführt wird, so dass die arithmetischen Elemente der Filterstrukturen derart ausgestaltet sind, dass dieselben einen großen numerischen Bereich aufweisen, dessen Größe ausreichend ist, um auch arithmetische Ergebnisse handzuhaben, die weit außerhalb des zulässigen Bereichs liegen.
An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass für den Fall, dass die Unterpixel Mittelpunkte mit der Skalierungsachse zusammenfallen die erfindungsgemäße Vorrichtung identische Ergebnisse liefert, wie sie durch ein herkömmliches Skalierungsfilter bereitgestellt werden.
Hinsichtlich der durch die Einrichtung 112 bereitgestellten Abtastphasen ist darauf hinzuweisen, dass die Beziehung der Abtastphasen, die an die Polyphasenfilter 110a bis 110c bereitgestellt werden von dem tatsächlichen Skalierungsfaktor abhängen. Unter der Annahme dass die Unterpixelelemente für die Farbkomponente c Mittelpunkte aufweisen, die o_c Pixelbreiten von dem Mittelpunkt des Pixels entfernt sind, dann würde sich die Verschiebung ϕ_c für das Polyphasenfilter für die Farbkomponente c wie folgt ergeben: ϕc = ϕ + Oc/S mit:
s = Filterskalierungsfaktor (das Verhältnis der Beabstandung der Eingangsabtastwerte zu der Beabstandung der Ausgangsabtastwerte), und
ϕ = herkömmliche Filterabtastphase für ein vollständiges Pixel
Nachfolgend wird anhand der 5 bis 7 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert, bei dem die nicht geschnittenen Unterpixel einer zusätzlichen Fehlerreduzierung unterzogen werden.
Obwohl durch das erfindungsgemäße Verfahren, wie oben erläutert, schärfere skalierte Bilder erzeugt werden, kann das Ausgangssignal des Skalierungsfilterelements oder jegliche Skalierungsfilteroperation, die ein ähnliches Prinzip verwendet (siehe Filter 110a bis 110c in 4) dazu tendieren, sichtbare Farbartefakte in der Anzeige wiederzugeben, welche durch das sogenannte Clipping (Schneiden) hervorgerufen werden. Diesbezüglich ist festzuhalten, dass die Form von gut entworfenen Skalierungsfilterkernen derart gewählt ist, dass die Gewichtung von Eingangspixeln in der Nähe des Filter-Mittelpunkts (Kernelcenter) EINS überschreiten kann, und die Gewichtung von Pixeln weit vom Filter-Mittelpunkt (Kernelcenter) entfernt kann negativ sein. Wenn Eingangsbilder scharfe Kanten oder Linien mit Farbkomponentenintensitäten aufweisen, die nahe der maximalen oder minimalen Intensität sind, die physikalisch noch angezeigt werden kann, werden solche Kerne gefilterte Ausgangssignale erzeugen, mit Intensitäten, die größer als die maximal zulässige Intensität oder kleiner als die minimal zulässige Intensität sind. Solche außerhalb des zulässigen Bereichs liegende Intensitäten werden dann abgeschnitten, also einer „Clipping"-Operation unterworfen. Gemäß dieser Clipping-Operation werden Intensitäten oberhalb des maximal zulässigen Wertes als maximale Intensität behandelt, wohingegen Intensitäten unterhalb der minimal zulässigen Intensität als minimale Intensität behandelt werden. Diese Clipping-Operation kann ein Teil der Funktionsweise des Anzeigegeräts sein. Bei digitalen Geräten jedoch, bei denen ungeschnittene Daten typischerweise zu extremen Störungen aufgrund des numerischen Überflusses bzw. Unterflusses (Overflow bzw. Underflow) führen würden, wird herkömmlicherweise die Clipping-Operation explizit als letzter Schritt der Filterberechnung durchgeführt.
Für herkömmliche Skalierungsvorrichtungen, welche auf das Gesamtpixel wirken, sind die durch die Clipping-Operation in das dargestellte Bild eingebrachten Störungen im allgemeinen nicht sichtbar. Die Störungen fügen lediglich eine zusätzliche Verschmierung (blurring) hinzu, die durch die (stärkere) Verschmierung, die durch die Skalierung selbst eingebracht wird, maskiert ist. Bei stark farbigen Kanten kann die Clipping-Operation Farbstörungen hervorrufen, wobei diese jedoch selten wahrnehmbar sind, nachdem diese lediglich an Kantenpixeln auftreten, und nachdem die menschliche Sehschärfe bei eng beabstandeten Änderungen bei intensiven Farben schlecht ist.
Bei Unterpixel-Skalierungselementen führt die Tatsache, dass jede Farbkomponente mit einer unterschiedlichen Phase gefiltert wurde, jedoch dazu, dass die Clipping-Operation Störungen einfügt, die sowohl betragsmäßig größer als auch sichtbarer sind. Der Betrag der Störung ist größer, da die durch die Clipping-Operation eingefügte Störung in unter schiedlichen Farbkomponenten unterschiedliche Vorzeichen haben kann. Die maximale Farbstörung, die eingefügt wird, kann daher fast das Doppelte derjenigen betragen, die durch eine Gesamtpixelskalierung eingefügt wird. Störungen aufgrund der Clipping-Operation sind ferner besser sichtbar, da die Farbstörung an schwarzen und weißen Kanten auftritt, so dass die sich ergebenden farbigen Ränder an den Kanten von nicht-farbigen Bereichen wesentlich schneller wahrgenommen werden als Störungen der Farbe an Kanten von farbigen Bereichen.
Dieses gerade beschriebene Problem der Farbstörung, welches aufgrund der Clipping-Operation hervorgerufen wird, wird bei der vorliegenden Erfindung gemäß dem nun beschriebenen Ausführungsbeispiel durch eine Nachverarbeitung der durch die Filter 110a bis 110c (siehe 4) ausgegebenen skalierten Ausgangssignale gelöst. Gemäß dem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird eine eindimensionale Fehlerdiffusionseinheit verwendet, um Clipping-Fehler zu korrigieren, wodurch Farbstörungen auf einen Pegel reduziert werden, so dass diese nicht länger wahrnehmbar sind.
In 5 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reduzierung von Clipping-Störungen für einen Farbkanal gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Vorrichtung zur Reduzierung der Clipping-Störung umfasst ein erstes Modul A, das sogenannte Clipping-Modul, welche an einem Eingang die nicht-geschnittene, gefilterte, also skalierte, Intensität P_i für ein Pixel i empfängt. Das Modul A bestimmt einen Clipping-Fehler E_i und eine geschnittene Intensität C_i, die an den jeweiligen Ausgängen des Moduls A, die in 5 zu erkennen sind. Die Vorrichtung umfasst ferner einen ersten Zwischenspeicher 112, der das Signal E_i zwischenspeichert. Ferner ist ein Modul B vorgesehen, welches eine Zielkorrektur bestimmt. An einem ersten Eingang empfängt das Modul B den im ersten Zwischenspeicher 112 zwischengespeicherten Clipping-Fehler E_i-1 für ein Pixel, welches dem Pixel, dessen Intensität beim Modul A empfangen wird, unmittelbar vorhergeht. Ferner empfängt das Modul B einen unkorrigierten Clipping-Fehler U_i-2 für ein Pixel, das dem Pixel, dessen Intensität am Eingang des Moduls A empfangen wird, um zwei Pixel vorhergeht. Basierend auf diesen Eingangssignalen bestimmt das Modul B den Gesamt-Clipping-Fehler P_i-1 für das Pixel, welches dem Pixel vorhergeht, dessen Intensität beim Modul A empfangen wird. Der so bestimmte Gesamt-Clipping-Fehler wird in das Korrekturmodul C eingegeben, welches für ein Pixel, welches dem Pixel, dessen Intensität beim Modul A empfangen wird, um zwei Pixel vorausgeht, die Ausgangsintensität O_i-2 erzeugt, welche die abschließend korrigierte, geschnittene Ausgangsintensität dieses Pixels wiedergibt. Ferner erzeugt das Modul C den unkorrigierten Clipping-Fehler U_i-1 für das Pixel, welches dem Pixel unmittelbar vorhergeht, dessen Intensität am Modul A empfangen wird. Dieser Wert wird in einem zweiten Zwischenspeicher 114 zwischengespeichert. Ferner erzeugt das Modul C die teilweise korrigierte geschnittene Intensität C'₁, welche in einem dritten und einem vierten Zwischenspeicher 116, 118 zwischengespeichert werden, so dass die teilweise korrigierte geschnittene Intensität C'_i-2 für ein Pixel, welches dem aktuellen Pixel um zwei Pixel vorhergeht, dem Modul C wieder bereitgestellt werden kann.
Die Funktionsweise der in 5 dargestellten Anordnung sei nachfolgend im Detail erläutert. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Reduzierung von Farbstörungen, welche aufgrund der Clipping-Operation hervorgerufen wird, handelt es sich um ein wesentliches Merkmal dieses Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Der Entwurf dieser Vorrichtung nutzt die relativ geringe räumliche Schärfe des menschlichen Auges gegenüber Farbänderungen aus. Störungen der Farbe eines bestimmten Pixels können hinsichtlich der Sichtbarkeit für das menschliche Auge durch einen Prozess der Fehlerdiffusion kompensiert werden, bei dem für ein bestimmtes Pixel in den zu diesem Pixel benachbarten Pixel eine entgegengesetzte und somit kompensierende Störung ein gebracht wird. 5 zeigt das oben beschriebene Blockdiagramm der Vorrichtung zur Reduzierung der Clipping-Störung für eine einzelne Farbkomponente eines Farbbildes. Eine vollständige Vorrichtung würde die in 5 gezeigte Anordnung für jede Farbkomponente umfassen. Für RGB-Farbdaten, die verarbeitet werden, wäre es daher z. B. erforderlich, eine Fehlerreduzierungsvorrichtung für die rote Komponente, die blaue Komponente und die grüne Komponente zu haben.
Die in 5 gezeigte Vorrichtung wird getrennt jeder Ausgangsleitung der in 4 gezeigten Filter zugeordnet, so dass die entsprechenden Daten betreffend ungeschnittene Farbkomponenten, die durch die in 4 gezeigten eindimensionalen Skalierungsfilter ausgegeben werden, der entsprechenden Clipping-Störungs-Reduzierung unterworfen werden. Die gefilterten Farbkomponentenintensitätsdaten werden nacheinander ein Pixel pro Zeiteinheit an dem Eingang (Modul A) bereitgestellt. Geschnittene und korrigierte gefilterte Farbkomponentenintensitätsdaten werden dann mit einer Zwei-Pixel-Verzögerung ausgegeben. Zu Beginn jeder Reihe von Pixeln werden die Zwischenspeicher 112 und 114 auf Null zurückgesetzt, und das Ausgangssignal der Vorrichtung wird unterdrückt, bis das dritte Pixel verarbeitet wurde. Am Ende jeder Zeile müssen die letzten zwei Ausgangspixelwerte aus den Zwischenspeichern 116 und 118 ausgelesen werden. Für ein horizontales eindimensionales Skalierungsfilter entspricht jede Zeile einer Reihe von Pixeln, und für ein vertikales eindimensionales Skalierungsfilter entspricht jede Zeile einer Spalte von Pixeln. Das geschnittene und korrigierte Ausgangssignal O_i-2 wird auf die nachfolgend dargelegte Art und Weise mittels der in 5 gezeigten Anordnung erhalten.
In jedem Betriebszyklus empfängt das Modul A die Intensität P_i für das nächste zu verarbeitende Pixel (Pixel i). Aus der empfangenen Intensität bestimmt das Modul A die geschnittene Intensität C_i und den Clipping-Fehler E_i für das zu verarbeitende Pixel i unter Verwendung der nachfolgenden Berechnungsvorschrift:
mit:
MIN = minimal darstellbare Intensität
MAX = maximal darstellbare Intensität
Der Clipping-Fehler E_i-1 für das dem aktuellen Pixel i vorhergehende Pixel i-1 wird aus dem Zwischenspeicher 112 an die arithmetische Einheit B weitergegeben, zusammen mit dem unkorrigierten Clipping-Fehler U_i-2 für das dem jetzigen Pixel i zwei Pixel vorhergehende Pixel i-2. Die arithmetische Einheit B berechnet den Gesamtfehler T_i-1, der um das Pixel i-1 herum korrigiert werden muss. Die Berechnung erfolgt aufgrund der folgenden Berechnungsvorschrift: Ti-1 = Ei-1 + δ(Ui-2) wobei δ typischerweise gewählt ist zu δ(x) = x ÷ 2, was einfach implementiert werden kann und sehr gute Ergebnisse mit typischen Skalierungskernen (Kernels) ergibt.
Unterschiedliche Werte oder Vorschriften für δ sind möglich, vorausgesetzt dass diese das Vorzeichen beibehalten und den Betrag reduzieren. Das Auswählen des unterschiedlichen δ ermöglicht einen Kompromiss zwischen den unkorrigierten Fehlern und der Tendenz sichtbare Fehlerdiffusionsartefakte zu zeigen. Eine Funktion, die den Betrag um einen geringeren Umfang reduziert würde die unkorrigierten Fehler reduzieren, aber würde dazu tendieren sichtbare Fehlerdiffusionsartefakte zu zeigen, wenn diese innerhalb eines bestimmten Fehlermusters auftreten.
Eine Wahl von δ, die den Betrag um signifikant mehr als die Hälfte reduziert ist möglich, jedoch von wenig praktischem Interesse. Ähnliche Ergebnisse, die im sichtbaren Bereich nicht unterscheidbar sind können effizienter erreicht werden, indem die Berechnung von U_i-1 und U_i-2 weggelassen wird und statt dessen die Beziehung T_i-1 = E_i-1 verwendet wird.
Das Modul C korrigiert den gesamten Clipping-Fehler T_i-1, der sich für das Pixel i-1 angesammelt hat, so umfassend wie möglich. Die Korrektur erfolgt durch Einstellen der Intensitäten der Nachbarpixel, nämlich des Pixels i und des Pixels i-2. Für das Pixel i wird die geschnittene Intensität C_i eingestellt, um eine teilweise korrigierte geschnittene Intensität C'_i zu erzeugen. Für das Pixel i-2 wird die im vorhergehenden Berechnungsschritt bestimmte teilweise korrigierte geschnittene Intensität C'_i-2 eingestellt, um die abschließend korrigierte geschnittene Ausgangsintensität O_i-2 für dieses Pixel zu erhalten.
Die gesamte verwendete Einstellung ist derart gewählt, dass diese nahezu gleich –T_i-1 ist, sofern dies möglich ist, ohne zu bewirken, dass die eingestellten Intensitäten die physikalisch darstellbaren Intensitätsbereiche überschreiten. Wenn eine Gesamteinstellung gleich –T_i-1 möglich ist, dann werden die Einstellungen für die zwei benachbarten Pixel so gewählt, dass diese so gleich wie möglich sind.
Nachfolgend werden anhand der 6 und 7 zwei Ausführungsbeispiele zur Implementierung des Moduls C in 5 näher beschrieben. Ignoriert man verschiedene Variationen der Implementierung, welche lediglich in der genauen Formulierung der individuellen arithmetischen Operationen, die im Modul C durchgeführt werden, existieren, so existieren zwei grundsätzliche Implementierungen für dieses Modul C.
Ein erster Ansatz, der nachfolgend anhand der 6 näher erläutert wird, besteht darin zunächst die gesamte Einstellung zu berechnen, welche korrigiert werden kann, und dann diese gesamte Korrektur so gleichmäßig wie möglich zwischen den teilweise korrigierten Intensitäten C_i und C_i-2 zu verteilen.
6 zeigt ein Blockdiagramm für die Implementierung des Moduls C, welches diesen Ansatz verwendet.
Das Modul C umfasst gemäß dem in 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ein erstes MaxC-Untermodul 120 und ein zweites MaxC-Untermodul 122. Mittels der Module 120 und 122 werden die maximale möglichen positiven und negativen Korrekturen berechnet. Das Untermodul 120 bestimmt die maximal mögliche positive Korrektur C+ und die maximal mögliche negative Korrektur C– für den Eingangswert C'_i-2, die durchgeführt werden können, ohne dass Intensitäten außerhalb des anzeigbaren Bereichs erzeugt werden. Ebenso erzeugt das Modul 122 den entsprechenden maximal möglichen positiven und negativen Korrekturwert für C_i. In den Untermodulen 120 und 122 wird die gerade beschriebene Berechnung unter Verwendung der folgenden Berechnungsvorschrift durchgeführt: C+ = MAX – x C– = MIN – x mit:
x = Eingangssignal C_i bzw. C'_i-2.
Die durch die Untermodule 120 und 122 bestimmten maximal möglichen Korrekturen C+ werden durch den Summierer 124 summiert, um die maximal mögliche positive Korrektur T+ zu erhalten. Ebenso wird mittels des Summierers 126 der durch die Untermodule 120 bzw. 122 jeweils bestimmte maximale negative Korrekturwert addiert, um die maximal mögliche negative Korrektur T– zu bestimmen.
Die so berechneten maximal möglichen positiven und negativen Gesamtkorrekturwerte T+ und T– werden einem Auswahlmodul 128 zusammen mit dem Gesamtfehler T_i-1 eingegeben. Das Auswahl-Modul 128 berechnet die tatsächliche Korrektur Δ, die durchgeführt werden kann, basierend auf den Eingangssignalen T_i-1, T+ und T–. Das Ergebnis der Auswahl ist entweder T_i-1 sofern dessen Betrag klein genug ist, ansonsten ist das Ergebnis der Auswahl entweder T– oder T+, abhängig davon welcher der Werte das gleiche Vorzeichen wie T_i-1 hat. Das Auswahl-Untermodul 128 befolgt die nachfolgend wiedergegebene Berechnungsvorschrift zur Festlegung der tatsächlichen Korrektur Δ:
Das Ergebnis der Auswahl durch das Auswahl-Untermodul 128 wird dem Trenn-Untermodul 130 zugeführt, welche eine nahezu gleiche Partitionierung des ausgewählten tatsächlichen Korrekturwertes Δ in die Korrekturwert Δ_L und Δ_R für die Eingangssignale C_i, C'_i-2 gemäß der folgenden Berechnungsvorschrift festlegt: ΔL = Δ/2 ΔR = (Δ + 1)/2
Die Aufteilung in Δ_L und Δ_R kann auch auf umgekehrte Art und Weise, wie sie oben in der Berechnungsvorschrift gezeigt wurde, erfolgen.
Durch den Subtrahierer 132 wird der Korrekturwert Δ_L von C'_i-2 subtrahiert, und das Ergebnis wird dem Clipping-Modul 134 zugeführt, um das Ergebnis der Differenzbildung auf einen Bereich zwischen der minimal zulässigen und der maximal zulässigen Intensität zu beschränken bzw. zu beschneiden.
Das Clipping-Untermodul 134 arbeitet gemäß der folgenden Berechnungsvorschrift: [x] = max(min(x, MAX), MIN) E = x – [x] wobei x die Eingangsvariable des Clipping-Untermoduls 134 darstellt, die durch den Subtrahierer 132 bereitgestellt wird. [x] stellt den abgeschnittenen Bereich der Eingangsvariable auf den darstellbaren Intensitätsbereich dar, und E gibt die Differenz zwischen dem geschnittenen Eingangswert und dem ungeschnittenen Eingangswert wieder.
Der Korrekturwert Δ_R wird, ähnlich dem Korrekturwert Δ_L im Subtrahierer 136 von dem Wert C_i abgezogen, und die Differenz wird dem Clipping-Untermodul 138 bereitgestellt, das ebenso arbeitet wie das Clipping-Modul 134, welches oben beschrieben wurde.
Der Wert E der Clipping-Untermodule 134 und 138 gibt den Umfang wieder, um den Δ ungleich verteilt werden muss, um die maximal mögliche Korrektur zu erreichen. Der Wert E jeder der Einheiten 134 und 138 wird daher zu dem geschnittenen Ausgangswert [x] des anderen Moduls 138 und 134 addiert, um sicherzustellen, dass die korrekte Verteilung der Korrektur Δ erreicht wird.
Ein Summierer 140 empfängt den auf den sichtbaren Intensitätsbereich von C'_i-2 und addiert zu diesem Wert den durch das Untermodul 138 bereitgestellten Wert E, um so die endgültig korrigierte, geschnittene Intensität O_i-2 für das Pixel i-2 zu erhalten.
Ein weiterer Summierer 142 empfängt das auf den maximal darstellbaren Intensitätsbereich geschnittene Signal C_i, zu dem das von der Clipping-Untereinheit 134 erzeugte Signal E, wodurch für das Pixel i die teilweise korrigierte geschnittene Intensität C'_i erhalten wird. Ferner ist bei dem in 6 dargestellten Ausführungsbeispiel des Moduls C ein Subtrahierer 144 vorgesehen, welcher die tatsächliche Korrektur Δ sowie das Eingangssignal T_i-1 empfängt und voneinander abzieht, wodurch die unkorrigierte Clipping-Störung U_i-1 für das Pixel i-1 erzeugt wird, welche erforderlich ist, um bei der Korrektur des Pixel i herangezogen zu werden.
Nachfolgend wird anhand der 7 ein zweites Ausführungsbeispiel für das Modul C aus 5 näher erläutert. Bei diesem alternativen Ansatz zur Implementierung des Moduls C wird der bestimmte Gesamtfehler T_i-1 so gleichmäßig wie möglich verteilt, und anschließend werden die Ergebnisse geschnitten und korrigiert, um eine maximal mögliche Korrektur zu erhalten, ohne dass Intensitäten außerhalb des anzeigbaren Bereichs erzeugt werden. Bei der in 7 dargestellten Implementierung des Moduls C ist ein Trenn-Untermodul 146 vorgesehen, welches den berechneten Gesamtfehler T_i-1 empfängt und eine nahezu gleichmäßige Partitionierung des Gesamtfehlers T_i-1 für das Pixel i-1 berechnet, um die Korrekturwert T^L _i-1 und T^R _i-1 gemäß der folgenden Berechnungsvorschrift zu erzeugen: TL i-1 = Ti-1/2 TR i-1 = (Ti-1 + 1)/2
Die Aufteilung kann auch andersherum erfolgen.
Der Korrekturwert T^L _i-1 wird zu dem teilweise korrigierten Wert C'_i-2 hinzuaddiert, und der durch den Summierer 148 ausgegebene Wert wird einem Clipping-Untermodul 150 bereitgestellt. Das Clipping-Untermodul 150 arbeitet genauso wie die oben anhand der 6 beschriebenen Clipping-Untermodule und erzeugt ein geschnittenes Ergebnis, nämlich zum einen den weiter korrigierten Pixelwert F_i-2 sowie den verbleibenden, nicht korrigierten Fehler L_i-1. Beim Wert C'_i-2 handelt es sich um den zwischenkorrigierten Wert für das Pixel i-2, welcher zwei Betriebszyklen früher berechnet wurde.
Der Korrekturwert T^R _i-1 wird dem teilweise korrigierten Wert C_i hinzugefügt, und der Ausgang des Summierers 152 wird dem Eingang eines Clipping-Untermoduls 154 bereitgestellt. Das Clipping-Untermodul 154 erzeugt ein geschnittenes Ergebnis, welches den teilweise korrigierten Wert P'_i für das Pixel i sowie einen verbleibenden unkorrigierten Fehlerwert R_i-1.
Im Summierer 156 werden der verbleibende Fehler R_i-1 sowie der korrigierte Pixelwert F_i-2 addiert, und die durch den Summierer 156 erzeugte Summe wird einem weiteren Clipping-Untermodul 158 bereitgestellt, welches auf Grundlage der oben anhand der 6 beschriebenen Berechnungsvorschrift arbeitet. Das Modul 158 erzeugt ein geschnittenes Ergebnis, und gibt den abschließend korrigierten Wert O_i-2 für das Pixel i-2 aus. Ferner gibt das Modul 158 den unkorrigierten Teil von T^L _i-1 als U^L _i-1 aus.
Im Summierer 160 werden der verbleibende Fehler L_i-1 und der teilweise korrigierte Wert P'_i addiert, und das Ergebnis wird dem Clipping-Untermodul 162 zugeführt, welches ein geschnittenes Ergebnis erzeugt und den korrigierten Zwischenwert C'₁ für das Pixel i ausgibt und den unkorrigierbaren Teil von T^R _i-1 als U^R _i-1 ausgibt.
Die unkorrigierbaren Teile des Gesamtfehlers T_i-1 werden im Summierer 164 addiert, um die unkorrigierte Clipping-Störung U_i-1 für das Pixel i-1 zu erhalten, welche für die Korrektur des Pixel i herangezogen wird.
Bei der obigen Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wurden lediglich einzelne Unterpixel eines Ausgangspixels betrachtet. Zur Erzeugung eines Farbbilds zur Anzeige auf einem Anzeigegerät aus ursprünglichen Bilddaten ist es zum einen erforderlich, für jedes Pixel die jeweils zugeordneten Unterpixel basierend auf den erfindungsgemäßen Ansätzen umzuwandeln. Ferner werden dann entsprechend den erfindungsgemäßen Vorschriften alle Ausgangspixel erzeugt, um das skalierte Farbbild zu erhalten.
Obwohl oben anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele Bezug genommen wurde auf Farbsysteme welche RGB-Komponenten aufweisen, ist die vorliegende Erfindung natürlich nicht hierauf beschränkt, sondern kann ebenso eingesetzt werden für Systeme, welche andere Farbkomponenten oder Farbparameter verwenden, z.B. CMY, HSV.
Die vorliegende Erfindung wurde anhand eines Beispiels für eine Dimension beschrieben. Für die Verarbeitung eines vollständigen Bildes kann die Erfindung entweder zweidimensional implementiert werden oder, wie oben beschrieben, für Zeilen und Spalten jeweils eindimensional implementiert werden.

Claims

Verfahren zum Umwandeln von Eingangsdaten, die durch eine Abtastung eines Farbbildes mit in einem ersten Gitter angeordneten Pixeln (100₁ bis 100₂ ) erzeugt sind, in Ausgangsdaten, die eine Wiedergabe des Farbbildes mit in einem zweiten Gitter angeordneten Pixeln (102₁ bis 102₆ ) bewirken, wobei jedes Pixel der Eingangsdaten und der Ausgangsdaten eine Mehrzahl von Unterpixeln aufweist, wobei jedes Unterpixel eines Pixels einer Farbkomponente (R, G, B) des Farbbildes zugeordnet ist, mit folgendem Schritt: – (a) Erzeugen eines Unterpixels einer Farbkomponente (R, G, B) der Ausgangsdaten durch Filtern der Unterpixel der entsprechenden Farbkomponente der Eingangsdaten unter Verwendung einer auf dieses Unterpixel der Ausgangsdaten örtlich bezogenen Filterfunktion (108a, 108b, 108c).
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Filterfunktion (108a, 108b, 108c) auf einem Mittel des zu erzeugenden Unterpixels bezogen ist.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Filterfunktion (108a, 108b, 108c) die Unterpixel der Eingangsdaten bezogen auf deren örtliche Position bezüglich des zu erzeugenden Unterpixels gewichtet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, mit folgenden Schritten: – (b) Bestimmen einer Störung in dem erzeugten Unterpixel; und – (c) Kompensieren der im Schritt (b) bestimmten Störung durch Beaufschlagen von Unterpixeln in Pixeln der Ausgangsdaten, die zu dem Pixel mit dem erzeugten Unterpixel benachbart sind, mit einer entgegengesetzten Störung.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem im Schritt (b) eine dem erzeugten Unterpixel zugeordneten Intensität (P_i) bestimmt wird, eine auf eine minimale oder maximale Intensität (MIN, MAX) des erzeugten Unterpixels begrenzte Intensität (T_i) bestimmt wird, und ein die Störung wiedergebender Fehler (E_i) basierend auf der Differenz zwischen der Intensität des erzeugten Unterpixels (P_i) und der begrenzten Intensität (T_i) bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, bei dem in einem Schritt (c1) ein Gesamtfehler (T_i-1) des erzeugten Unterpixels basierend auf dem im Schritt I (b) erzeugten Fehler (E_i-1) und auf einem nicht korrigierten Fehler (U_i-2) eines vorhergehenden erzeugten Unterpixels bestimmt wird, und bei dem in einem Schritt (c2) der bestimmte Gesamtfehler (T_i-1) durch Einstellen der Intensitäten des vorhergehenden erzeugten Unterpixels und des nachfolgenden erzeugten Unterpixels korrigiert wird.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem im Schritt (c2) das Einstellen der Intensitäten derart durchgeführt wird, dass der Gesamtfehler (T_i-1) im wesentlichen vollständig korrigiert wird, wobei die maximale oder minimale zulässige Intensität für die Unterpixel nicht über- oder unterschritten wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem im Schritt (c2) zunächst die maximal mögliche Korrektur (T+, T–) berechnet wird und anschließend die berechnete maximale Korrektur (T+, T–) im wesentlichen gleichmäßig (Δ_L, Δ_R) auf die Unterpixel benachbarter Pixel verteilt wird.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, bei dem im Schritt (c2) der Gesamtfehler (T_i-1) im wesentlichen gleichmäßig (T^R _i-1, T^L _i-1) auf die Unterpixel benachbarter Pixel ver teilt wird und anschließend die Intensitäten dieser Unterpixel zur Korrektur des verteilten Gesamtfehlers eingestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Schritte (a) bis (c) für alle Unterpixel eines Pixels (102₄ ) der Ausgangsdaten wiederholt werden.
Verfahren nach Anspruch 10, bei dem die vorhergehenden Verfahrensschritte für alle Pixel (102₁ bis 102₆ ) der Ausgangsdaten wiederholt werden.
Vorrichtung zum Umwandeln von Eingangsdaten, die durch eine Abtastung eines Farbbildes mit in einem ersten Gitter angeordneten Pixeln (100₁ bis 100₆ ) erzeugt sind, in Ausgangsdaten, die eine Wiedergabe des Farbbildes mit in einem zweiten Gitter angeordneten Pixeln (102₁ bis 102₆ ) bewirken, wobei jedes Pixel der Eingangsdaten und der Ausgangsdaten eine Mehrzahl von Unterpixeln aufweist, wobei jedes Unterpixel eines Pixels einer Farbkomponente (R, G, B) des Farbbildes zugeordnet ist, mit einer Verarbeitungseinheit (110a, 110b, 110c, 112), die die Eingangsdaten empfängt und ein Unterpixel einer Farbkomponente der Ausgangsdaten durch Filtern der Unterpixel der entsprechenden Farbkomponente (R, G, B) der Eingangsdaten unter Verwendung einer auf dieses Unterpixel der Ausgangsdaten örtlich bezogenen Filterfunktion (108a, 108b, 108c) erzeugt.
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei der die Verarbeitungseinheit folgende Merkmale aufweist: eine Mehrzahl von Filteranordnungen (110a, 110b, 110c), wobei jede der Filteranordnungen einer der Farbkomponenten (R, G, B) in dem Farbbild zugeordnet ist und an gepasst ist, um aus den Eingangsdaten Unterpixel einer entsprechenden Farbkomponente zu empfangen, und einer Einrichtung (112), die mit jeder der Mehrzahl der Filteranordnungen (110a, 110b, 110c) wirksam verbunden ist, um jeder der Mehrzahl von Filteranordnungen eine entsprechende Filterfunktion (110a, 110b, 110c) zuzuordnen.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Filterfunktion (108a, 108b, 108c) auf eine Mitte des zu erzeugenden Unterpixels bezogen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, bei der die Filterfunktion (108a, 108b, 108c) die Unterpixel der Eingangsdaten bezogen auf deren örtliche Position bezüglich des zu erzeugenden Unterpixels gewichtet.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, mit einer Einrichtung (A) zum Bestimmen einer Störung in dem erzeugten Unterpixel; und einer Einrichtung (B, C) zum Kompensieren der Störung durch Beaufschlagen von Unterpixeln in Pixeln der Ausgangsdaten, die zu dem Pixel mit dem erzeugten Unterpixel benachbart sind, mit einer entgegengesetzten Störung.
Vorrichtung nach Anspruch 16, bei dem die Einrichtung (A) eine dem erzeugten Unterpixel zugeordnete Intensität (P_i) bestimmt, eine auf eine minimale oder eine maximale Intensität (MIN, MAX) des erzeugten Unterpixels begrenzte Intensität (C_i) bestimmt, und einen die Störung wiedergebenden Fehler (E_i) basierend auf der Differenz zwischen der Intensität des erzeugten Unterpixels (P_i) und begrenzten Intensität (C_i) bestimmt.
Vorrichtung nach Anspruch 17, bei der die Einrichtung (B, C) eine Einrichtung (B) zum Bestimmen eines Gesamtfehlers (T_i-1) zu erzeugten Unterpixels basierend auf dem erzeugten Fehler (E_i-1) und auf einem nichtkompensierten Fehler (U_i-2) eines vorhergehenden erzeugten Unterpixels, und eine Einrichtung (C) zum Korrigieren des bestimmten Gesamtfehlers (T_i-1) durch Einstellen der Intensitäten des vorhergehenden erzeugten Unterpixels und des nachfolgenden erzeugten Unterpixels umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Einrichtung (C) die Intensitäten derart einstellt, dass der Gesamtfehler (T_i-1) im wesentlichen vollständig kompensiert ist, wobei die maximale oder minimale zulässige Intensität für die Unterpixel nicht über- oder unterschritten wird.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei der die Einrichtung (C) zunächst die maximal mögliche Korrektur (T+, T–) berechnet und anschließend die berechnete maximale Korrektur (T+, T–) im wesentlichen gleichmäßig (Δ_L, Δ_R) auf die Unterpixel benachbarter Pixel verteilt.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei der die Einrichtung (C) den Gesamtfehler (T_i-1) im wesentlichen gleichmäßig (T^R _i-1, T^L _i-1) auf die Unterpixel benachbarter Pixel verteilt und anschließend die Intensitäten dieser Unterpixel zur Korrektur des verteilten Gesamtfehlers einstellt.