DE112005000750B4

DE112005000750B4 - Erzeugen und Anzeigen von räumlich versetzten Teilrahmen

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Publication number: DE112005000750B4
Application number: DE112005000750T
Authority: DE
Inventors: David C. Philomath Collins; Niranjan Mountain View DAMERA-VENKATA
Original assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Current assignee: Hewlett Packard Development Co LP
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2005-03-28
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2025-03-29
Also published as: US20050225571A1; DE112005000750T5; GB0619707D0; JP2007532951A; WO2005101368A1; GB2429365A; TW200537429A

Abstract

Verfahren zum Erzeugen von Teilrahmen niedriger Auflösung zum Anzeigen eines Bildes (12) hoher Auflösung mit einem Anzeigegerät (26), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Empfangen von Bilddaten (16) für das Bild, wobei die Bilddaten einen ersten Satz von Pixeln umfassen;
Erzeugen eines ersten und zweiten Teilrahmens (1412A, 1422A), wobei der erste und der zweite Teilrahmen einen zweiten Satz von Pixeln umfassen, wobei jedes Pixel des zweiten Satzes von Pixeln relativ zu einem Pixel des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist;
Erzeugen eines simulierten Bildes (1504) basierend auf dem ersten Teilrahmen (1412A), der bezüglich eines ersten Pixels (1404) des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, und auf dem zweiten Teilrahmen (1422A), der bezüglich eines zweiten Pixels des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, wobei das zweite Pixel an das erste Pixel (1404) angrenzt;
Erzeugen von Korrekturdaten basierend auf dem simulierten Bild (1504) und den Bilddaten (16) des...

Description

Hintergrund
Ein herkömmliches System oder eine Vorrichtung zum Anzeigen eines Bildes, wie z. B. eine Anzeige, ein Projektor oder ein anderes Bilderzeugungssystem, erzeugt ein angezeigtes Bild durch Adressieren eines Arrays von einzelnen Bildelementen oder Pixeln, die in horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten angeordnet sind. Eine Auflösung des angezeigten Bildes ist definiert als die Anzahl von horizontalen Zeilen und vertikalen Spalten von einzelnen Pixeln, die das angezeigte Bild bilden. Die Auflösung des angezeigten Bildes wird durch eine Auflösung des Anzeigegeräts selbst beeinträchtigt, sowie eine Auflösung der Bilddaten, die durch das Anzeigegerät verarbeitet werden und verwendet werden, um das angezeigte Bild zu erzeugen.
Um eine Auflösung des angezeigten Bildes zu erhöhen, müssen typischerweise die Auflösung des Anzeigegeräts sowie die Auflösung der Bilddaten, die verwendet werden, um das angezeigte Bild zu erzeugen, erhöht werden. Das Erhöhen einer Auflösung des Anzeigegeräts erhöht jedoch die Kosten und die Komplexität des Anzeigegeräts. Außerdem kann es sein, dass Bilddaten mit höherer Auflösung nicht verfügbar sind und/oder schwierig zu erzeugen sind.
Ansätze zur Anzeige von räumlich versetzten Teilrahmen eines Bildes sind z. B. in folgenden US-Patentanmeldungen der US 2004/0028293 A1, der US 2004/0027363 A1, der US 2004/0027313 A1, der US 2004/0024391 A1, der US 2005/0025388 A1, der US 2005/0069209 A1, der US 2005/0068335 A1, der US 2005/0093895 A1, der US 2005/0093894 A1, der US 2005/0094237 A1, der US 2005/0147321 A1, der US 2005/00168494A1, der US 2005/0168593 A1 und dem US 6,340,994 B1 beschrieben. Ferner nimmt die Anmeldung bezug auf die US 2005/0225570 A1 und die US 2005/0225569 A1, die am Prioritätstag der vorliegenden Anmeldung eingereicht wurden.
Es wäre wünschenswert, in der Lage zu sein, die Anzeige verschiedener Typen von graphischen Bildern zu verbessern, einschließlich natürlichen Bildern und kontrastreichen Bildern, wie z. B. Geschäftsgraphiken.
Es ist die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die eine verbesserte Erzeugung von Teilrahmen für die Anzeige eines Bildes ermöglichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1 und durch eine Vorrichtung nach Anspruch 11 gelöst.
Ferner schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und ein System zur Anzeige eines Bilds unter Verwendung der erfindungsgemäß erzeugten Teilrahmen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Bildanzeigesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
2A bis 2C sind schematische Diagramme, die die Anzeige von zwei Teilrahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
3A bis 3E sind schematische Diagramme, die die Anzeige von vier Teilrahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
4A bis 4E sind schematische Diagramme, die die Anzeige eines Pixels mit einem Bildanzeigesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
5 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von Teilrahmen mit niedriger Auflösung von einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung darstellt, unter Verwendung eines Nächster-Nachbar-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
6 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von Teilrahmen mit niedriger Auflösung von einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung darstellt, unter Verwendung eines bilinearen Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein System zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein System zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung darstellt, für Zwei-Positionsverarbeitung basierend auf trennbarem Aufwärtsabtasten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
9 ist ein Blockdiagramm, das ein System zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung für Zwei-Positionsverarbeitung darstellt, basierend auf nicht trennbarem Aufwärtsabtasten gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein System zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung für Vier-Positionsverarbeitung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
11 ist ein Blockdiagramm, das den Vergleich eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung und eines gewünschten Bilds mit hoher Auflösung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
12 ist ein Diagramm, das den Effekt in dem Frequenzbereich des Aufwärtsabtastens eines Teilrahmens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
13 ist ein Diagramm, das den Effekt in dem Frequenzbereich des Verschiebens eines aufwärts abgetasteten Teilrahmens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
14 ist ein Diagramm, das Einflussregionen für Pixel in einem aufwärts abgetasteten Bild gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
15 ist ein Diagramm, das die Erzeugung eines anfangs simulierten Bilds mit hoher Auflösung darstellt, basierend auf einem adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
16 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von Korrekturdaten basierend auf einem adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
17 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von aktualisierten Teilrahmen basierend auf einem adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
18 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von Korrekturdaten basierend auf einem adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
19A bis 19E sind schematische Diagramme, die die Anzeige von vier Teilrahmen bezüglich eines ursprünglichen Bilds mit hoher Auflösung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen.
20 ist ein Blockdiagramm, das ein System zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung für Vier-Positionsverarbeitung darstellt, unter Verwendung eines zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
21 ist ein Blockdiagramm, das die Erzeugung von Korrekturdaten unter Verwendung eines zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
22 ist ein Blockdiagramm, das ein System darstellt zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung für Vier-Positionsverarbeitung unter Verwendung eines vereinfachten zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
23 ist ein Blockdiagramm, das die Erzeugung von Korrekturdaten unter Verwendung eines vereinfachten zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt.
Detaillierte Beschreibung
Bei der folgenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil derselben bilden, und in denen darstellend spezifische Ausführungsbeispiele gezeigt sind, in denen die Erfindung praktiziert werden kann. Es ist klar, dass andere Ausführungsbeispiele verwendet werden können, und strukturelle oder logische Änderungen durchgeführt werden können, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einem begrenzenden Sinne zu sehen und der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ist durch die angehängten Ansprüche definiert.
I. Räumliche und zeitliche Verschiebung von Teilrahmen
Einige Anzeigesysteme, wie z. B. einige digitale Lichtprojektoren, können eventuell nicht ausreichend Auflösung haben, um einige Bilder mit hoher Auflösung anzuzeigen. Solche Systeme können konfiguriert sein, um für das menschliche Auge das Erscheinungsbild von Bildern mit höherer Auflösung zu ergeben, durch Anzeigen von räumlich und zeitlich verschobenen Bildern mit niedrigerer Auflösung. Die Bilder mit niedrigerer Auflösung werden als Teilrahmen bezeichnet. Ein Problem der Teilrahmenerzeugung, das durch Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung adressiert wird, ist das Bestimmen geeigneter Werte für die Teilrahmen, so dass die angezeigten Teilrahmen im Erscheinungsbild nahe dazu sind, wie das Bild mit hoher Auflösung, von dem die Teilrahmen abgeleitet wurden, erscheinen würde, falls es direkt angezeigt wird.
Ein Ausführungsbeispiel eines Anzeigesystems, das das Erscheinungsbild von verbesserter Auflösung durch zeitliche und räumliche Verschiebung von Teilrahmen liefert, ist in den oben erwähnten U.S.-Patentanmeldungen beschrieben und wird nachfolgend mit Bezugnahme auf 1–4E zusammengefasst.
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Bildanzeigesystem 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Bildanzeigesystem 10 ermöglicht das Verarbeiten eines Bildes 12, um ein angezeigtes Bild 14 zu erzeugen. Das Bild 12 ist definiert, um jegliche bildliche, graphische und/oder strukturelle Zeichen, Symbole, Abbildungen und/oder andere Darstellungen von Informationen zu umfassen. Das Bild 12 ist beispielsweise durch Bilddaten 16 dargestellt. Die Bilddaten 16 umfassen einzelne Bildelemente oder Pixel des Bildes 12. Obwohl ein Bild als durch das Bildanzeigesystem 10 verarbeitet dargestellt ist und beschrieben ist, ist klar, dass eine Mehrzahl oder Reihe von Bildern durch das Bildanzeigesystem 10 verarbeitet und angezeigt werden kann.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Bildanzeigesystem 10 eine Rahmenrateumwandlungseinheit 20 und einen Bildrahmenpuffer 22, eine Bildverarbeitungseinheit 24 und ein Anzeigegerät 26. Wie es nachfolgend beschrieben ist, empfangen und Puffern die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 und der Bildrahmenpuffer 22 Bilddaten 16 für das Bild 12, um einen Bildrahmen 28 für das Bild 12 zu erzeugen. Die Bildverarbeitungseinheit 24 verarbeitet den Bildrahmen 28, um einen oder mehrere Bildteilrahmen 30 für den Bildrahmen 28 zu definieren, und das Anzeigegerät 26 zeigt die Bildteilrahmen 30 zeitlich und räumlich an, um das angezeigte Bild 14 zu erzeugen.
Das Bildanzeigesystem 10, das die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 und/oder die Bildverarbeitungseinheit 24 umfasst, umfasst Hardware, Software, Firmware oder eine Kombination derselben. Bei einem Ausführungsbeispiel sind eine oder mehrere Komponenten des Bildanzeigesystems 10, einschließlich der Rahmenratenumwandlungseinheit 20 und/oder der Bildverarbeitungseinheit 24 in einem Computer, Computer-Server oder einem anderen Mikroprozessor-basierten System enthalten, das in der Lage ist, eine Sequenz von Logikoperationen auszuführen. Außerdem kann Verarbeitung im gesamten System verteilt sein, wobei einzelne Abschnitte in getrennten Systemkomponenten implementiert werden.
Die Bilddaten 16 können digitale Bilddaten 161 oder analoge Bilddaten 162 umfassen. Um analoge Bilddaten 162 zu verarbeiten, umfasst das Bildanzeigesystem 10 einen Analog/Digital-(A/D-)Wandler 32. Als solcher wandelt der A/D-Wandler 32 analoge Bilddaten 162 für eine nachfolgende Verarbeitung in eine digitale Form um. Somit kann das Bildanzeigesystem 10 digitale Bilddaten 161 und/oder analoge Bilddaten 162 für das Bild 12 empfangen und verarbeiten.
Die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 empfängt Bilddaten 16 für das Bild 12 und puffert oder speichert Bilddaten 16 in dem Bildrahmenpuffer 22. Genauer gesagt, die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 empfängt Bilddaten 16, die einzelne Linien oder Felder des Bildes 12 darstellen, und puffert Bilddaten 16 in dem Bildrahmenpuffer 22, um den Bildrahmen 28 für das Bild 12 zu erzeugen. Der Bildrahmenpuffer 22 puffert Bilddaten 16 durch Empfangen und Speichern aller Bilddaten für den Bildrahmen 28, und die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 erzeugt den Bildrahmen 28 durch nachfolgendes Wiedergewinnen oder Extrahieren aller Bilddaten für den Bildrahmen 28 von dem Bildrahmenpuffer 22. Als solcher ist der Bildrahmen 28 definiert, um eine Mehrzahl von einzelnen Linien oder Feldern von Bilddaten 16 zu umfassen, die eine Gesamtheit des Bildes 12 darstellen. Somit umfasst der Bildrahmen 28 eine Mehrzahl von Spalten und eine Mehrzahl von Zeilen von einzelnen Pixeln, die das Bild 12 darstellen.
Die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 und der Bildrahmenpuffer 22 können Bilddaten 16 als fortlaufende Bilddaten und/oder verschachtelte Bilddaten empfangen und verarbeiten. Mit fortlaufenden Bilddaten empfangen und speichern die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 und der Bildrahmenpuffer 22 aufeinanderfolgende Felder von Bilddaten 16 für das Bild 12. Somit erzeugt die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 einen Bildrahmen 28 durch Wiedergewinnen der aufeinanderfolgenden Felder von Bilddaten 16 für das Bild 12. Mit verschachtelten Bilddaten empfangen und speichern die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 und der Bildrahmenpuffer 22 ungerade Felder und gerade Felder von Bilddaten 16 für das Bild 12. Beispielsweise werden alle der ungeraden Felder von Bilddaten 16 empfangen und gespeichert, und alle geraden Felder der Bilddaten 16 werden empfangen und gespeichert. Als solches löst die Rahmenratenumwandlungseinheit 20 die Verschachtelung der Bilddaten 16 auf und erzeugt den Bildrahmen 28 durch Wiedergewinnen der ungeraden und geraden Felder der Bilddaten 16 für das Bild 12.
Der Bildrahmenpuffer 22 umfasst einen Speicher zum Speichern von Bilddaten 16 für einen oder mehrere Bildrahmen 28 von jeweiligen Bildern 12. Somit stellt der Bildrahmenpuffer 22 eine Datenbank von einem oder mehreren Bildrahmen 28 dar. Beispiele des Bildrahmenpuffers 22 umfassen einen nicht-flüchtigen Speicher (z. B. ein Festplattenlaufwerk oder eine andere beständige Speichervorrichtung), und können flüchtigen Speicher umfassen (z. B. Direktzugriffsspeicher (RAM)).
Durch Empfangen von Bilddaten 16 an der Rahmenratenumwandlungseinheit 20 und Puffern der Bilddaten 16 mit dem Bildrahmenpuffer 22 kann die Eingabezeitgebung der Bilddaten 16 von einer Zeitanforderung des Anzeigegeräts 26 entkoppelt werden. Genauer gesagt, da die Bilddaten 16 für den Bild rahmen 28 durch den Bildrahmenpuffer 22 empfangen und gespeichert werden, können die Bilddaten 16 bei jeder Rate als Eingabe empfangen werden. Als solches kann die Rahmenrate des Bildrahmens 28 in die Zeitanforderung des Anzeigegeräts 26 umgewandelt werden. Somit können die Bilddaten 16 für den Bildrahmen 28 bei einer Rahmenrate des Anzeigegeräts 26 von dem Bildrahmenpuffer 22 extrahiert werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Bildverarbeitungseinheit 24 eine Auflösungseinstellungseinheit 34 und eine Teilrahmenerzeugungseinheit 36. Wie es nachfolgend beschrieben ist, empfängt die Auflösungseinstellungseinheit 34 Bilddaten 16 für den Bildrahmen 28 und stellt eine Auflösung der Bilddaten 16 für die Anzeige auf dem Anzeigegerät 26 ein, und die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 erzeugt eine Mehrzahl von Bildteilrahmen 30 für den Bildrahmen 28. Genauer gesagt, die Bildverarbeitungseinheit 24 empfängt Bilddaten 16 für den Bildrahmen 28 bei einer ursprünglichen Auflösung und verarbeitet die Bilddaten 16, um die Auflösung der Bilddaten 16 zu erhöhen, zu verringern und/oder ungeändert zu lassen. Folglich kann das Bildanzeigesystem 10 mit der Bildverarbeitungseinheit 24 Bilddaten 16 mit verschiedenen Auflösungen empfangen und anzeigen.
Die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 empfängt und verarbeitet Bilddaten 16 für den Bildrahmen 28, um eine Mehrzahl von Bildteilrahmen 30 für den Bildrahmen 28 zu definieren. Falls die Auflösungseinstellungseinheit 34 die Auflösung der Bilddaten 16 eingestellt hat, empfängt die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 Bilddaten 16 bei der eingestellten Auflösung. Die eingestellte Auflösung der Bilddaten 16 kann erhöht, verringert oder gleich sein wie die ursprüngliche Auflösung der Bilddaten 16 für den Bildrahmen 28. Die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 erzeugt Bildteilrahmen 30 mit einer Auflösung, die mit der Auflösung des Anzeigegeräts 26 übereinstimmt. Die Bildteilrahmen 30 sind jeweils von einer Fläche gleich dem Bildrahmen 28. Die Teilrahmen 30 umfassen jeweils eine Mehrzahl von Spalten und eine Mehrzahl von Zeilen von einzelnen Pixeln, die einen Teilsatz von Bilddaten 16 des Bilds 12 darstellen, und haben eine Auflösung, die mit der Auflösung des Anzeigegeräts 26 übereinstimmt.
Jeder Bildteilrahmen 30 umfasst eine Matrix oder ein Array von Pixeln für den Bildrahmen 28. Die Bildteilrahmen 30 sind räumlich versetzt voneinander, so dass jeder Bildteilrahmen 30 unterschiedliche Pixel und/oder Abschnitte von Pixeln umfasst. Als solches sind die Bildteilrahmen 30 um einen vertikalen Abstand und/oder einen horizontalen Abstand voneinander versetzt, wie es nachfolgend beschrieben ist.
Das Anzeigegerät 26 empfängt Bildteilrahmen 30 von der Bildverarbeitungseinheit 24 und zeigt nacheinander Bildteilrahmen 30 an, um das angezeigte Bild 14 zu erzeugen. Genauer gesagt, da die Bildteilrahmen 30 räumlich voneinander versetzt sind, zeigt das Anzeigegerät 26 Bildteilrahmen 30 in unterschiedlichen Positionen gemäß dem räumlichen Versatz von Bildteilrahmen 30 an, wie es nachfolgend beschrieben ist. Als solches wechselt das Anzeigegerät 26 zwischen dem Anzeigen von Bildteilrahmen 30 für den Bildrahmen 28, um ein angezeigtes Bild 14 zu erzeugen. Folglich zeigt das Anzeigegerät 26 einen gesamten Teilrahmen 30 für den Bildrahmen 28 zu einem Zeitpunkt an.
Bei einem Ausführungsbeispiel führt das Anzeigegerät 26 einen Zyklus zum Anzeigen von Bildteilrahmen 30 für jeden Bildrahmen 28 durch. Das Anzeigegerät 26 zeigt Bildteilrahmen 30 an, damit dieselben räumlich und zeitlich voneinander versetzt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel lenkt das Anzeigegerät 26 Bildteilrahmen 30 optisch, um das angezeigte Bild 14 zu erzeugen. Als solches werden einzelne Pixel des Anzeigegeräts 26 an mehrere Positionen adressiert.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Anzeigegerät 26 eine Bildschiebeeinrichtung 38. Die Bildschiebeeinrichtung 38 verändert oder versetzt die Position der Bildteilrahmen 30 räumlich, wie sie durch das Anzeigegerät 26 angezeigt sind. Genauer gesagt, die Bildschiebeeinrichtung 38 variiert die Position der Anzeige der Bildteilrahmen 30, wie es nachfolgend beschrieben ist, um das angezeigte Bild 14 zu erzeugen.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Anzeigegerät 26 einen Lichtmodulator für die Modulation von einfallendem Licht. Der Lichtmodulator umfasst beispielsweise eine Mehrzahl von Mikrospiegelvorrichtungen, die angeordnet sind, um ein Array von Mikrospiegelvorrichtungen zu bilden. Als solches bildet jede Mikrospiegelvorrichtung eine Zelle oder ein Pixel der Anzeigevorrichtung 26. Die Anzeigevorrichtung 26 kann Teil einer Anzeige, eines Projektors oder eines anderen Bilderzeugungssystems bilden.
Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst das Bildanzeigesystem 10 einen Zeitgeber 40. Der Zeitgeber 40 kommuniziert beispielsweise mit der Rahmenrateumwandlungseinheit 20, der Bildverarbeitungseinheit 24, das die Auflösungseinstellungseinheit 34 und die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 umfasst, und dem Anzeigegerät 26, das die Bildschiebeeinrichtung 38 umfasst. Als solches synchronisiert der Zeitgeber 40 das Puffern und die Umwandlung von Bilddaten 16, um den Bildrahmen 28 zu erzeugen, die Verarbeitung des Bildrahmens 28, um die Auflösung der Bilddaten 16 einzustellen und Bildteilrahmen 30 zu erzeugen, und das Positionieren und Anzeigen von Bildteilrahmen 30, um das angezeigte Bild 14 zu erzeugen. Folglich steuert der Zeitgeber 40 die Zeitgebung des Bildanzeigesystems 10, so dass die gesamten Teilrahmen des Bilds 12 durch das Anzeigegerät 26 zeitlich und räumlich als angezeigtes Bild 14 angezeigt werden.
Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es in 2A und 2B dargestellt ist, definiert die Bildverarbeitungseinheit 24 zwei Bildteilrahmen 30 für den Bildrahmen 28. Genauer gesagt definiert die Bildverarbeitungseinheit 24 einen ersten Teilrahmen 301 und einen zweiten Teilrahmen 302 für den Bildrahmen 28. Als solches umfassen der erste Teilrahmen 301 und der zweite Teilrahmen 302 jeweils eine Mehrzahl von Spalten und eine Mehrzahl von Zeilen von einzelnen Pixeln 18 von Bilddaten 16. Somit bilden der erste Teilrahmen 301 und der zweite Teilrahmen 302 jeweils ein Bilddatenarray oder eine Pixelmatrix eines Teilsatzes von Bilddaten 16.
Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es in 2B dargestellt ist, ist der zweite Teilrahmen 302 um einen vertikalen Abstand 50 und einen horizontalen Abstand 52 von dem ersten Teilrahmen 301 versetzt. Als solches ist der zweite Teilrahmen 302 von dem ersten Teilrahmen 301 um einen vorbestimmten Abstand räumlich versetzt. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel sind ein vertikaler Abstand 50 und ein horizontaler Abstand 52 jeweils etwa eine Hälfte eines Pixels.
Wie es in 2C dargestellt ist, wechselt das Anzeigegerät 26 zwischen dem Anzeigen eines ersten Teilrahmens 301 in einer ersten Position und dem Anzeigen eines zweiten Teilrahmens 302 in einer zweiten Position, die von der ersten Position räumlich versetzt ist. Genauer gesagt, das Anzeigegerät 26 verschiebt die Anzeige des zweiten Teilrahmens 302 relativ zu der Anzeige des ersten Teilrahmens 301 um einen vertikalen Abstand 50 und einen horizontalen Abstand 52. Als solches überlappen Pixel des ersten Teilrahmens 301 Pixel des zweiten Teilrahmens 302. Bei einem Ausführungsbeispiel führt das Anzeigegerät 26 einen Zyklus zum Anzeigen des ersten Teilrahmens 301 in der ersten Position und des Anzeigens des zweiten Teilrahmens 302 in der zweiten Position für den Bildrahmen 28 durch. Somit ist der zweite Teilrahmen 302 räumlich und zeitlich angezeigt relativ zu dem ersten Teilrahmen 301. Die Anzeige von zwei zeitlich und räumlich verschobenen Teilrahmen auf diese Weise wird hierin als Zwei-Positionsverarbeitung bezeichnet.
Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, wie es in 3A–3D dargestellt ist, definiert die Bildverarbeitungseinheit 24 vier Bildteilrahmen 30 für den Bildrahmen 28. Genauer gesagt, die Bildverarbeitungseinheit 24 definiert einen ersten Teilrahmen 301, einen zweiten Teilrahmen 302, einen dritten Teilrahmen 303 und einen vierten Teilrahmen 304 für den Bildrahmen 28. Als solche umfassen der erste Teilrahmen 301, der zweite Teilrahmen 302, der dritte Teilrahmen 303 und der vierte Teilrahmen 304 jeweils eine Mehrzahl von Spalten und eine Mehrzahl von Zeilen von einzelnen Pixeln 18 von Bilddaten 16.
Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es in 3B–3D dargestellt ist, ist der zweite Teilrahmen 302 von dem ersten Teilrahmen 301 um einen vertikalen Abstand 50 und einen horizontalen Abstand 52 versetzt, der dritte Teilrahmen 303 ist von dem ersten Teilrahmen 301 um einen horizontalen Abstand 54 versetzt, und der vierte Teilrahmen 304 ist von dem ersten Teilrahmen 301 um einen vertikalen Abstand 56 versetzt. Als solches sind der zweite Teilrahmen 302, der dritte Teilrahmen 303 und der vierte Teilrahmen 304 jeweils räumlich versetzt voneinander, und um einen vorbestimmten Abstand räumlich versetzt von dem ersten Teilrahmen 301. Bei einem darstellenden Ausführungsbeispiel sind der vertikale Abstand 50, der horizontale Abstand 52, der horizontale Abstand 54 und der vertikale Abstand 56 etwa die Hälfte eines Pixels.
Wie es in 3E schematisch dargestellt ist, wechselt das Anzeigegerät 26 zwischen dem Anzeigen des ersten Teilrahmens 301 in einer ersten Position P₁, dem Anzeigen des zweiten Teilrahmens 302 in einer zweiten Position P₂, die von der ersten Position räumlich versetzt ist, dem Anzeigen des dritten Teilrahmens 303 in einer dritten Position P₃, die von der ersten Position räumlich versetzt ist, und dem Anzeigen des vierten Teilrahmens 304 in einer vierten Position P₄, die von der ersten Position räumlich versetzt ist. Genauer gesagt, das Anzeigegerät 26 verschiebt die Anzeige des zweiten Teilrahmens 302, des dritten Teilrahmens 303 und des vierten Teilrahmens 304 relativ zu dem ersten Teilrahmen 301 um den bestimmten vorbestimmten Abstand. Als solches überlappen die Pixel des ersten Teilrahmens 301, des zweiten Teilrahmens 302, des dritten Teilrahmens 303 und des vierten Teilrahmens 304 einander.
Bei einem Ausführungsbeispiel führt das Anzeigegerät 26 einen Zyklus des Anzeigens des ersten Teilrahmens 301 in der ersten Position, des Anzeigens des zweiten Teilrahmens 302 in der zweiten Position, des Anzeigens des dritten Teilrahmens 303 in der dritten Position und des Anzeigens des vierten Teilrahmens 304 in der vierten Position für den Bildrahmen 28 durch. Somit sind der zweite Teilrahmen 302, der dritte Teilrahmen 303 und der vierte Teilrahmen 304 räumlich und zeitlich relativ zueinander und relativ zu dem ersten Teilrahmen 301 angezeigt. Die Anzeige von vier zeitlich und räumlich verschobenen Teilrahmen auf diese Weise wird hierin als Vier-Positionsverarbeitung bezeichnet.
4A–4E stellen ein Ausführungsbeispiel des Abschließens eines Zyklus des Anzeigens eines Pixels 181 von dem ersten Teilrahmen 301 in der ersten Position, des Anzeigens eines Pixels 182 von dem zweiten Teilrahmen 302 in der zweiten Position, des Anzeigens eines Pixels 183 von dem dritten Teilrahmen 303 in der dritten Position und des Anzeigens eines Pixels 184 von dem vierten Teilrahmen 304 in der vierten Position dar. Genauer gesagt, 4A stellt die Anzeige des Pixels 181 von dem ersten Teilrahmen 301 in der ersten Position dar, 4B stellt die Anzeige des Pixels 182 von dem zweiten Teilrahmen 302 in der zweiten Position dar (wobei die erste Position durch gestrichelte Linien dargestellt ist), 4C stellt die Anzeige des Pixels 183 von dem dritten Teilrahmen 303 in der dritten Position dar (wobei die erste Position und die zweite Position durch gestrichelte Linien dargestellt sind), 4D stellt die Anzeige des Pixels 184 von dem vierten Teilrahmen 304 in der vierten Position dar (wobei die erste Position, die zweite Position und die dritte Position durch gestrichelte Linien dargestellt sind), und 4E stellt die Anzeige des Pixels 181 von dem ersten Teilrahmen 301 in der ersten Position dar (wobei die zweite Position, die dritte Position und die vierte Position durch gestrichelte Linien dargestellt sind).
Die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 (1) erzeugt Teilrahmen 30 basierend auf Bilddaten in dem Bildrahmen 28. Für einen Durchschnittsfachmann auf diesem Gebiet ist klar, dass Funktionen, die durch die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 durchgeführt werden, in Hardware, Software, Firmware oder jeder Kombination derselben implementiert werden können. Die Implementierung kann über einen Mikroprozessor, eine programmierbare Logikvorrichtung oder eine Zustandsmaschine sein. Komponenten der vorliegenden Erfindung können sich in Software auf einem oder mehreren computerlesbaren Medien befinden. Der Begriff computerlesbares Medium, wie er hierin verwendet wird, ist definiert, um jede Art von Speicher, flüchtig oder nicht-flüchtig, wie z. B. Disketten, Festplatten, CD-ROMs, Flash-Speicher, Nur-Lese-Speicher (ROM) und Direktzugriffsspeicher zu umfassen.
Bei einer Form der Erfindung haben die Teilrahmen 30 eine niedrigere Auflösung als der Bildrahmen 28. Somit werden die Teilrahmen 30 hierin auch als Bilder mit niedriger Auflösung 30 bezeichnet, und der Bildrahmen 28 wird hierin auch als Bild mit hoher Auflösung 28 bezeichnet. Für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet ist klar, dass die Begriffe niedrige Auflösung und hohe Auflösung hierin auf vergleichende Weise verwendet werden, und nicht auf eine bestimmte minimale oder maximale Anzahl von Pixeln beschränkt sind. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 konfiguriert, um Teilrahmen 30 basierend auf einem oder mehreren von sieben Algorithmen zu erzeugen. Diese sieben Algorithmen werden hierin wie folgt bezeichnet: (1) nächster Nachbar; (2) bilinear; (3) räumlicher Bereich; (4) Frequenzbereich; (5) adaptiver Mehrfachdurchlauf; (6) zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf; und (7) vereinfachter zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf.
Der Nächster-Nachbar-Algorithmus und der bilineare Algorithmus gemäß einer Form der Erfindung erzeugen Teilrahmen 30 durch Kombinieren von Pixeln von einem Bild mit hoher Auflösung 28. Der Räumlicher-Bereich-Algorithmus und der Frequenzbereich-Algorithmus gemäß einer Form der Erfindung erzeugen Teilrahmen 30 basierend auf der Minimierung eines globalen Fehlermaßes, das eine Differenz zwischen einem simulierten Bild mit hoher Auflösung und einem gewünschten Bild mit hoher Auflösung 28 darstellt. Der adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus, der zentrierte adaptive Mehr fachdurchlauf-Algorithmus und der vereinfachte zentrierte adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß verschiedenen Formen der Erfindung erzeugen Teilrahmen 30 basierend auf der Minimierung eines lokalen Fehlermaßes. Bei einem Ausführungsbeispiel umfasst die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 einen Speicher zum Speichern einer Beziehung zwischen Teilrahmenwerten und Werten eines Bilds mit hoher Auflösung, wobei die Beziehung auf der Minimierung eines Fehlermaßes zwischen den Werten eines Bildes mit hoher Auflösung und einem simulierten Bild mit hoher Auflösung basiert, die eine Funktion der Teilrahmenwerte ist. Ausführungsbeispiele von jedem dieser sieben Algorithmen sind nachfolgend mit Bezugnahme auf 5–22 beschrieben.
II. Nächster Nachbar
5 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von Teilrahmen mit niedriger Auflösung 30A und 30B (die gemeinsam als Teilrahmen 30 bezeichnet werden) von einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28 unter Verwendung eines Nächster-Nachbar-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Bild mit hoher Auflösung 28 vier Spalten und vier Zeilen von Pixeln, für eine Gesamtzahl von sechzehn Pixeln H1–H16. Bei einem Ausführungsbeispiel des Nächster-Nachbar-Algorithmus wird ein erster Teilrahmen 30A erzeugt, durch Nehmen jedes zweiten Pixels in einer ersten Zeile des Bilds mit hoher Auflösung 28, Überspringen der zweiten Zeile des Bilds mit hoher Auflösung 28, Nehmen jedes zweiten Pixels in der dritten Zeile des Bilds mit hoher Auflösung 28 und Wiederholen dieses Prozesses während des ganzen Bilds mit hoher Auflösung 28. Wie es in 5 gezeigt ist, umfasst somit die erste Zeile des Teilrahmens 30A Pixel H1 und H3, und die zweite Zeile des Teilrahmens 30A umfasst Pixel H9 und H11. Bei einer Form der Erfindung wird ein zweiter Teilrahmen 30B auf gleiche Weise erzeugt wie der erste Teilrahmen 30A, aber der Prozess beginnt bei einem Pixel H6, das von dem ersten Pixel H1 um eine Zeile nach unten und über eine Spalte verschoben ist. Wie es in 5 gezeigt ist, umfasst somit die erste Zeile des Teilrahmens 30B Pixel H6 und H8, und die zweite Zeile des Teilrahmens 30B umfasst Pixel H14 und H16.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der Nächste-Nachbar-Algorithmus mit einem 2×2-Filter implementiert, mit drei Filterkoeffizienten von „0” und einem vierten Filterkoeffizienten von „1”, um eine gewichtete Summe der Pixelwerte von dem Bild mit hoher Auflösung zu erzeugen. Das Anzeigen der Teilrahmen 30A und 30B unter Verwendung von Zwei-Positionsverarbeitung, wie es oben beschrieben ist, ergibt das Erscheinungsbild eines Bildes mit höherer Auflösung. Der Nächste-Nachbar-Algorithmus ist auch anwendbar auf Vier-Positionsverarbeitung, und ist nicht begrenzt auf Bilder mit der in 5 gezeigten Anzahl von Pixeln.
III. Bilinear
6 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von Teilrahmen mit niedriger Auflösung 30C und 30D (die gemeinsam als Teilrahmen 30 bezeichnet werden) von einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28, unter Verwendung eines bilinearen Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel umfasst das Bild mit hoher Auflösung 28 vier Spalten und vier Zeilen von Pixeln, für eine Gesamtzahl von sechzehn Pixeln H1–H16. Der Teilrahmen 30C umfasst zwei Spalten und zwei Zeilen von Pixeln, für eine Gesamtzahl von vier Pixeln L1–L4. Und der Teilrahmen 30D umfasst zwei Spalten und zwei Zeilen von Pixeln, für eine Gesamtzahl von vier Pixeln L5–L8.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden die Werte für die Pixel L1–L8 in den Teilrahmen 30C und 30D von den Pixelwerten H1–H16 des Bildes 28 erzeugt, basierend auf den folgenden Gleichungen I–VIII:
Gleichung I

L1 = (4H1 + 2H2 + 2H5)/8

Gleichung II

L2 = (4H3 + 2H4 + 2H7)/8

Gleichung III

L3 = (4H9 + 2H10 + 2H13)/8

Gleichung IV

L4 = (4H11 + 2H12 + 2H15)/8

Gleichung V

L5 = (4H6 + 2H2 + 2H5)/8

Gleichung VI

L6 = (4H8 + 2H4 + 2H7)/8

Gleichung VII

L7 = (4H14 + 2H10 + 2H13)/8

Gleichung VIII

L8 = (4H16 + 2H12 + 2H15)/8

Wie es von den obigen Gleichungen I–VIII ersichtlich ist, werden die Werte der Pixel L1–L4 in dem Teilrahmen 30C am meisten beeinflusst durch die Werte der Pixel H1, H3, H9 bzw. H11, aufgrund der Multiplikation mit Vier. Aber die Werte für die Pixel L1–L4 in dem Teilrahmen 300 werden ebenfalls beeinflusst durch die Werte der diagonalen Nachbarn der Pixel H1, H3, H9 und H11. Gleichartig dazu werden die Werte der Pixel L5–L8 in dem Teilrahmen 30D am meisten beeinflusst durch die Werte der Pixel H6, H8, H14 bzw. H16, aufgrund der Multiplikation mit Vier. Aber die Werte für die Pixel L5–L8 in dem Teilrahmen 30D werden ebenfalls beeinflusst durch die Werte der diagonalen Nachbarn der Pixel H6, H8, H14 und H16.
Bei einem Ausführungsbeispiel ist der bilineare Algorithmus mit einem 2×2-Filter implementiert, mit einem Filterkoeffizienten von „0” und drei Filterkoeffizienten mit einem Nicht-Nullwert (z. B. 4, 2 und 2), um eine gewichtete Summe der Pixelwerte von dem Bild mit hoher Auflösung zu erzeugen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden andere Werte für die Filterkoeffizienten verwendet. Das Anzeigen der Teilrahmen 30C und 30D unter Verwendung von Zwei-Positionsverarbeitung, wie es oben beschrieben ist, ergibt das Erscheinungsbild eines Bildes mit höherer Auflösung. Der bilineare Algorithmus ist auch anwendbar auf Vier-Positionsverarbeitung, und ist nicht auf Bilder mit der Anzahl von Pixeln, die in 6 gezeigt sind, beschränkt.
Bei einer Form des Nächster-Nachbar- und Bilinear-Algorithmus werden Teilrahmen 30 basierend auf einer linearen Kombination von Pixelwerten von einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung erzeugt, wie es oben beschrieben ist. Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel werden Teilrahmen 30 erzeugt basierend auf einer nicht-linearen Kombination von Pixelwerten von einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung. Falls beispielsweise das ursprüngliche Bild mit hoher Auflösung gamma-korrigiert ist, werden geeignete nicht-lineare Kombinationen bei einem Ausführungsbeispiel verwendet, um den Effekt der Gamma-Kurve aufzuheben.
IV. Systeme zum Erzeugen simulierter Bilder mit hoher Auflösung
7–10, 20 und 22 stellen Systeme dar zum Erzeugen von simulierten Bildern mit hoher Auflösung. Basierend auf diesen Systemen werden Räumlicher-Bereich-, Frequenzbereich-, adaptiver Mehrfachdurchlauf-, zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf-, und vereinfachter zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf-Algorithmen zum Erzeugen von Teilrahmen entwickelt, wie es nachfolgend näher beschrieben ist.
7 ist ein Blockdiagramm, das ein System 400 zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung 412 von zwei 4×4-Pixeln-Teilrahmen mit niedriger Auflösung 30E gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das System 400 umfasst eine Aufwärts-Abtaststufe 402, eine Verschiebungsstufe 404, eine Faltungsstufe 406 und eine Summationsstufe 410. Die Teilrahmen 30E werden aufwärts abgetastet durch die Aufwärts-Abtaststufe 402 basierend auf einer Abtastmatrix, M, wodurch aufwärts abgetastet Bilder erzeugt werden. Die aufwärts abgetasteten Bilder werden durch die Verschiebungsstufe 404 verschoben, basierend auf einer räumlichen Verschiebungsmatrix, S, wodurch verschobene aufwärts abgetastete Bilder erzeugt werden. Die verschobenen aufwärts abgetasteten Bilder werden mit einem Interpolationsfilter an der Faltungsstufe 406 gefaltet, wodurch blockhafte Bilder 408 erzeugt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das interpolierende Filter ein 2×2-Filter mit Filterkoeffizienten von „1”, wobei die Mitte der Faltung die obere linke Position in der 2×2-Matrix ist. Das Interpolationsfilter simuliert die Überlagerung von Teilrahmen mit niedriger Auflösung auf einem Hochauflösungsgitter. Die Pixeldaten der Teilrahmen mit niedriger Auflösung werden ausgedehnt, so dass die Teilrahmen auf einem Hochauflösungsgitter dargestellt werden können. Das Interpolationsfilter füllt die fehlenden Pixeldaten, die durch Aufwärts-Abtasten erzeugt werden. Die blockhaften Bilder 408 werden gewichtet und summiert durch den Summationsblock 410, um das simulierte 8×8-Pixel-Bild mit hoher Auflösung 412 zu erzeugen.
8 ist ein Blockdiagramm, das ein System 500 darstellt zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung 512 für Zwei-Positionsverarbeitung basierend auf trennbarem Aufwärts-Abtasten von zwei 4×4-Pixel-Teilrahmen mit niedriger Auflösung 30F und 30G gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das System 500 umfasst Aufwärts-Abtaststufen 502 und 514, eine Verschiebungsstufe 518, Faltungsstufen 506 und 522, eine Summationsstufe 508 und eine Multiplikationsstufe 510. Der Teilrahmen 30F wird durch die Aufwärts-Abtaststufe 502 um einen Faktor von Zwei aufwärts abgetastet, wodurch ein aufwärts-abgetastetes 8×8- Pixel-Bild 504 erzeugt wird. Die dunklen Pixel in dem aufwärts abgetasteten Bild 504 stellen die sechzehn Pixel von dem Teilrahmen 30F dar, und die hellen Pixel in dem aufwärts abgetasteten Bild 504 stellen Nullwerte dar. Der Teilrahmen 30G wird um einen Faktor von Zwei durch die Aufwärts-Abtaststufe 504 aufwärts abgetastet, wodurch ein aufwärts-abgetastetes 8×8-Pixel-Bild 516 erzeugt wird. Die dunklen Pixel in dem aufwärts abgetasteten Bild 516 stellen die sechzehn Pixel von dem Teilrahmen 30G dar, und die hellen Pixel in dem aufwärts abgetasteten Bild 516 stellen Nullwerte dar. Bei einem Ausführungsbeispiel tasten die Aufwärts-Abtaststufen 502 und 514 die Teilrahmen 30F bzw. 30G aufwärts ab, unter Verwendung einer diagonalen Abtastmatrix.
Das aufwärts abgetastete Bild 516 wird durch die Schiebestufe 518 verschoben, basierend auf einer räumlichen Schiebematrix, S, wodurch ein verschobenes aufwärts abgetastetes Bild 520 erzeugt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel führt die Schiebestufe 518 eine Ein-Pixel-Diagonalverschiebung durch. Die Bilder 504 und 520 werden mit einem Interpolationsfilter bei Faltungsstufen 506 bzw. 522 gefaltet, wodurch blockhafte Bilder erzeugt werden. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Interpolationsfilter an den Faltungsstufen 506 und 522 ein 2×2-Filter mit Filterkoeffizienten von „1”, und wobei die Mitte der Faltung die obere linke Position in der 2×2-Matrix ist. Die blockhaften Bilder, die an den Faltungsstufen 506 und 522 erzeugt werden, werden durch den Summationsblock 508 summiert und an der Multiplikationsstufe 510 mit einem Faktor von 0,5 multipliziert, um das simulierte 8×8-Pixel-Bild mit hoher Auflösung 512 zu erzeugen. Die Bilddaten werden um einen Faktor von 0,5 an der Multiplikationsstufe 510 multipliziert, weil bei einem Ausführungsbeispiel jeder der Teilrahmen 30F und 30G für nur die Hälfte des Zeitschlitzes pro Periode, die einer Farbe zugewiesen ist, angezeigt wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel, werden die Filterkoeffizienten des Interpolationsfilters an den Stufen 506 und 522 um einen Faktor von 0,5 reduziert, anstatt um einen Faktor von 0,5 an der Multiplikationsstufe 510 multipliziert.
Bei einem Ausführungsbeispiel, wie es in 8 gezeigt ist und oben beschrieben ist, werden die Daten eines Teilrahmens mit niedriger Auflösung durch zwei getrennte Teilrahmen 30F und 30G dargestellt, die getrennt aufwärts abgetastet werden basierend auf einer diagonalen Abtastmatrix (d. h. trennbares Aufwärts-Abtasten). Bei einem weiteren Ausführungsbeispiel, wie es nachfolgend mit Bezugnahme auf 9 beschrieben ist, werden die Daten eines Teilrahmens mit niedriger Auflösung durch einen einzigen Teilrahmen dargestellt, der basierend auf einer nicht-diagonalen Abtastmatrix (d. h, nicht-trennbare Aufwärts-Abtastung). aufwärts abgetastet wird.
9 ist ein Blockdiagramm, das ein System 600 darstellt, zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung 610 für Zwei-Positionsverarbeitung basierend auf nicht-trennbarem Aufwärts-Abtasten eines 8×4-Pixel-Teilrahmens mit niedriger Auflösung 30H gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das System 600 umfasst eine Fünfpunktanordnungs-Aufwärts-Abtaststufe 602, eine Faltungsstufe 606 und eine Multiplikationsstufe 608. Der Teilrahmen 30H wird aufwärts abgetastet durch die Fünfpunktanordnungs-Aufwärts-Abtaststufe 602, basierend auf einer Fünfpunktanordnungs-Abtastmatrix, Q, wodurch das aufwärts abgetastete Bild 604 erzeugt wird. Die dunklen Pixel in dem aufwärts abgetasteten Bild 604 stellen die zweiunddreißig Pixel von dem Teilrahmen 30H dar und die hellen Pixel in dem aufwärts abgetasteten Bild 604 stellen Nullwerte dar. Der Teilrahmen 30H umfasst Pixeldaten für zwei 4×4-Pixel-Teilrahmen für Zwei-Positionsverarbeitung. Die dunklen Pixel in der ersten, dritten, fünften und siebten Zeile des aufwärts abgetasteten Bildes 604 stellen Pixel für einen ersten 4×4-Pixel-Teilrahmen dar, und die dunklen Pixel in der zweiten, vierten, sechsten und achten Zeile von auf wärts abgetasteten Bildern 604 stellen Pixel für einen zweiten 4×4-Pixel-Teilrahmen dar.
Das aufwärts abgetastete Bild 604 wird mit einem Interpolationsfilter an der Faltungsstufe 606 gefaltet, wodurch ein blockhaftes Bild erzeugt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Interpolationsfilter ein 2×2-Filter mit den Filterkoeffizienten von „1”, und bei dem die Mitte der Faltung die obere linke Position in der 2×2-Matrix ist. Das blockhafte Bild, das durch die Faltungsstufe 606 erzeugt wird, wird an der Multiplikationsstufe 608 mit einem Faktor von 0,5 multipliziert, um das simulierte 8×8-Pixel-Bild mit hoher Auflösung 610 zu erzeugen.
10 ist ein Blockdiagramm, das ein System 700 dargestellt zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung 706 für Vier-Positionsverarbeitung basierend auf dem Teilrahmen 301 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 10 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Teilrahmen 301 ein 8×8-Array von Pixeln. Der Teilrahmen 301 umfasst Pixeldaten für 4×4-Pixel-Teilrahmen für Vier-Positionsverarbeitung. Die Pixel A1–A16 stellen Pixel für einen ersten 4×4-Pixel-Teilrahmen dar, die Pixel P1–P16 stellen Pixel für einen zweiten 4×4-Pixel-Teilrahmen dar, die Pixel C1–C16 stellen Pixel für einen dritten 4×4-Pixel-Teilrahmen dar, und die Pixel D1–D16 stellen Pixel für einen vierten 4×4-Pixel-Teilrahmen dar.
Der Teilrahmen 301 wird mit einem Interpolationsfilter an der Faltungsstufe 702 gefaltet, wodurch ein blockhaftes Bild erzeugt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Interpolationsfilter ein 2×2-Filter mit den Filterkoeffizienten von „1”, und wobei die Mitte der Faltung die obere linke Position in der 2×2-Matrix ist. Das blockhafte Bild, das durch die Faltungsstufe 702 erzeugt wird, wird an der Multiplikationsstufe 704 um einen Faktor von 0,25 multipliziert, um das simulierte 8×8-Pixel-Bild mit hoher Auflösung 706 zu erzeugen. Die Bilddaten werden an der Multiplikationsstufe 704 um einen Faktor von 0,25 multipliziert, weil bei einem Ausführungsbeispiel jeder der vier Teilrahmen, der durch den Teilrahmen 301 dargestellt wird, für nur ein Viertel des Zeitschlitzes pro Periode, die einer Farbe zugeordnet ist, angezeigt wird. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel werden die Filterkoeffizienten des Interpolationsfilters entsprechend reduziert, anstatt an der Multiplikationsstufe 704 um einen Faktor von 0,25 multipliziert.
V. Erzeugung von Teilrahmen basierend auf Fehlerminimierung
Wie es oben beschrieben ist, erzeugen die Systeme 400, 500, 600 und 700 simulierte Bilder mit hoher Auflösung 412, 512, 6110 bzw. 706 basierend auf Teilrahmen mit niedriger Auflösung. Falls die Teilrahmen optimal sind, ist das simulierte Bild mit hoher Auflösung so nahe wie möglich zu dem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28. Verschiedene Fehlermaße können verwendet werden, um zu bestimmen, wie nahe ein simuliertes Bild mit hoher Auflösung zu einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung ist, einschließlich mittlerer quadratischer Fehler, gewichteter mittlerer quadratischer Fehler, sowie andere.
11 ist ein Blockdiagramm, das den Vergleich eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung 412/512/610/706 und eines gewünschten Bilds mit hoher Auflösung 28 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein simuliertes Bild mit hoher Auflösung 412, 512, 610 oder 706 wird auf einer Pixel-Um-Pixel-Basis von dem Bild mit hoher Auflösung 28 an der Subtraktionsstufe 802 subtrahiert. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die resultierenden Fehlerbilddaten durch ein HVS-System-Gewichtungsfilter (W) 804 (HVS; HVS = human visual system = Menschliches Sichtsystem) gefiltert. Bei einer Form der Erfindung filtert das HVS-Gewichtungsfilter 804 die Fehlerbilddaten basierend auf Charakteristika des menschlichen visuellen Systems. Bei einem Ausführungsbeispiel reduziert oder eliminiert das HVS-Gewichtungsfilter 804 Hochfrequenzfehler. Der mittlere quadratische Fehler der gefilterten Daten wird dann bei der Stufe 806 bestimmt, um eine Messung zu liefern, wie nahe das simulierte Bild mit hoher Auflösung 412, 512, 610 oder 706 zu dem gewünschten Bild mit hoher Auflösung 28 ist.
Bei einem Ausführungsbeispiel sind die Systeme 400, 500, 600 und 700 mathematisch in einer Fehlerkostengleichung dargestellt, die die Differenz zwischen einem simulierten Bild mit hoher Auflösung 412, 512, 610 oder 706 und dem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28 misst. Optimale Teilrahmen werden identifiziert durch Lösen der Fehlerkostengleichung für die Teilrahmendaten, die den minimalen Fehler zwischen dem simulierten Bild mit hoher Auflösung und dem gewünschten Bild mit hoher Auflösung liefert. Bei einem Ausführungsbeispiel werden global optimale Lösungen in dem räumlichen Bereich und in dem Frequenzbereich erhalten, und eine lokal optimale Lösung wird unter Verwendung eines adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus erhalten. Der Räumlicher-Bereich-, Frequenzbereich- und adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus werden nachfolgend mit Bezugnahme auf 12–18 näher beschrieben. Die zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf- und vereinfachter zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf-Algorithmen werden nachfolgend mit Bezugnahme auf 19–23 näher beschrieben.
VI. Räumlicher Bereich
Eine Räumlicher-Bereich-Lösung zum Erzeugen optimaler Teilrahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel wird im Zusammenhang des in 9 gezeigten Systems 600 beschrieben. Das in 9 gezeigte System 600 kann mathematisch in einer Fehlerkostenfunktion durch die folgende Gleichung IX dargestellt werden: Gleichung IX
wobei:

I*_Q: = optimale Niedrigauflösungsdaten für den Teilrahmen 30H;
J: = Fehlerkostenfunktion, die zu minimieren ist;
n und k: = Indizes zum Identifizieren von Hochauflösungspixelpositionen für die Bilder 604 und 610;
I_Q(k): = Bilddaten von dem aufwärts abgetasteten Bild 604 an der Position k;
f(n – k): = Filterkoeffizient des Interpolationsfilters an einer Position n – k; und
h(n): = Bilddaten für gewünschtes Bild mit hoher Auflösung 28 an der Position n.

Die Summation von ”I_Q(k)f(n – k)” in der Gleichung IX stellt die Faltung des aufwärts abgetasteten Bildes 604 und des Interpolationsfilters f dar, durchgeführt an der Stufe 606 in dem System 600. Die Filteroperation wird durchgeführt, indem im Wesentlichen das untere rechte Pixel des 2×2-Interpolationsfilters über jedes Pixel des aufwärts abgetasteten Bildes 604 gleitet. Die vier Pixel des aufwärts abgetasteten Bildes 604 in dem 2×2-Interpolationsfilterfenster werden mit dem entsprechenden Filterkoeffizienten multipliziert (d. h. bei dem darge stellten Ausführungsbeispiel „1”). Die Ergebnisse der vier Multiplikationen werden summiert und der Wert für das Pixel des aufwärts abgetasteten Bildes 604, der der unteren rechten Position des Interpolationsfilters entspricht, wird durch die Summe der vier Multiplikationsergebnisse ersetzt. Die Hochauflösungsdaten, h(n), von dem Bild mit hoher Auflösung 28 werden von dem Faltungswert I_Q(k)f(n – k) subtrahiert, um einen Fehlerwert zu liefern. Die Summation des quadratischen Fehlers über alle Hochauflösungspixelpositionen liefert ein Maß des Fehlers, der zu minimieren ist.
Eine optimale Räumliche-Bereich-Lösung kann erhalten werden durch Nehmen der Ableitung der Gleichung IX bezüglich jeder der Niedrigauflösungspixel, und Setzen derselben gleich Null, wie es in der folgenden Gleichung X gezeigt ist: Gleichung X
wobei:

Θ: = der Satz von Fünfpunktanordnungsgitterpunkten.

Somit, wie es von Gleichung X zu sehen ist, wird die Ableitung nur an dem Satz von Fünfpunktanordnungsgitterpunkten genommen, die den dunklen Pixeln in dem aufwärts abgetasteten Bild 604 in 9 entsprechen. Das Einfügen der Gleichung für J, das in der Gleichung IX gegeben ist, in die Gleichung X, und das Nehmen der Ableitung, wie es in der Gleichung X spezifiziert ist, führt zu der folgenden Gleichung XI:
Gleichung XI

Σ kl*Q (k)Cff(t – k) = Σ nh(n)(n – t), tεΘ

Das Symbol C_ff in der Gleichung XI stellt die Autokorrelationskoeffizienten des Interpolationsfilters f dar, wie sie durch die folgende Gleichung XII definiert sind:
Gleichung XII

Cff(n) = Σ kf(n)f(n + k)

Gleichung XI kann in Vektorform gesetzt werden, wie es in der folgenden Gleichung XIII gezeigt ist:
Gleichung XIII

Cffl*Q = hf, tεΘwobei:

C_ff

= Matrix von Autokorrelationskoeffizienten des Interpolationsfilters f

I * / Q

= Vektor, der die unbekannten Bilddaten für den Teilrahmen 30H darstellt, sowie „bedeutungslose” Daten (d. h. die Bilddaten, die den hellen Pixeln in dem aufwärts abgetasteten Bild 604 entsprechen);

h_f

= Vektor, der eine gefilterte Version des simulierten Bilds mit hoher Auflösung 610 unter Verwendung des Interpolationsfilters f darstellt.

Das Laschen der Zeilen und Spalten, die bedeutlungslosen Daten entsprechen (d. h. den Daten, die nicht in dem Satz von Fünfpunktanordnungsgitterpunkten, Θ sind), führt zu der folgenden Gleichung XIV:
Gleichung XIV

C ~ffĨ*Q = h ~f wobei:

Ĩ * / Q

= Vektor, der nur die unbekannten Bilddaten für den Teilrahmen 30H darstellt.

Die obige Gleichung XIV ist ein dünnes Nicht-Töplitz-System, das ein dünnes System von linearen Gleichungen darstellt. Da die Matrix von Autokorrelationskoeffizienten bekannt ist, und der Vektor, der die gefilterte Version des simulierten Bilds mit hoher Auflösung 610 darstellt, bekannt ist, kann die Gleichung XIV gelöst werden, um die optimalen Bilddaten für den Teilrahmen 30H zu bestimmen. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 konfiguriert, um die Gleichung XIV zu lösen, um Teilrahmen 30 zu erzeugen.
V. Frequenzbereich
Eine Frequenzbereichslösung zum Erzeugen optimaler Teilrahmen 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in dem Kontext des in 8 gezeigten Systems 500 beschrieben. Bevor die Frequenzbereichslösung beschrieben wird, werden einige Eigenschaften der schnellen Fourier-Transformation (FFT), die auf die Frequenzbereichslösung anwendbar sind, mit Bezugnahme auf 12 und 13 beschrieben.
12 ist ein Diagramm, das den Effekt in dem Frequenzbereich des Aufwärts-Abtastens eines 4×4-Pixel-Teilrahmens 30J gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 12 gezeigt ist, wird der Teilrahmen 30J aufwärts abgetastet um einen Faktor von Zwei, durch die Aufwärts-Abtaststufe 902, um ein aufwärts abgetastetes 8×8-Pixel-Bild 904 zu erzeugen. Die dunklen Pixel in dem aufwärts abgetasteten Bild 904 stellen die sechzehn Pixel von dem Teilrahmen 30J dar, und die hellen Pixel in dem aufwärts abgetasteten Bild 904 stellen Nullwerte dar. Das Nehmen der FFT des Teilrahmens 30J führt zu dem Bild (L) 906. Das Nehmen der FFT des aufwärts abgetasteten Bildes 904 führt zu dem Bild (L_U) 908. Das Bild (L_U) 908 umfasst 4×4-Pixel-Abschnitte, die der Bildabschnitt (L₁) 910A, der Bildabschnitt (L₂) 910B, der Bildabschnitt (L₃) 910C und der Bildabschnitt (L₄) 910D sind. Wie es in 12 gezeigt ist, sind die Bildabschnitte 910A–910D jeweils gleich wie das Bild 906 (z. B. L₁ = L₂ = L₃ = L₄ = L).
13 ist ein Diagramm, das den Effekt in dem Frequenzbereich des Verschiebens eines 8×8-Pixel-aufwärtsabgetasteten Teilrahmens 904 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 13 gezeigt ist, wird der aufwärts abgetastete Teilrahmen 904 durch die Verschiebungsstufe 102 verschoben, um ein verschobenes Bild 1004 zu erzeugen. Das Nehmen der FFT des aufwärts abgetasteten Teilrahmens 904 führt zu dem Bild (L_U) 1006. Das Nehmen der FFT des verschobenen Bildes 1004 führt zu dem Bild (L_US) 1008. Das Bild (L_US) 1008 umfasst 4×4-Pixel-Abschnitte, die der Bildabschnitt (LS₁) 1010A, der Bildabschnitt (LS₂) 1010B, der Bildabschnitt (LS₃) 1010C und der Bildabschnitt (LS₄) 1010D sind. Wie es in 13 gezeigt ist, ist das Bild 1008 gleich wie das Bild 1006 multipliziert mit einer komplexen Exponentialgröße W (d. h. L_US = W·L_U), wobei eine punktweise Multiplikation bezeichnet. Die Werte für die komplexe Exponentialgröße W sind durch die folgende Gleichung XV gegeben: Gleichung XV
wobei:

k₁: = Zeilenkoordinate in dem FFT-Bereich;
k₂: = Spaltenkoordinate in dem FFT-Bereich;
M: = Anzahl von Spalten in dem Bild; und
N: = Anzahl von Zeilen in dem Bild.

Das in 8 gezeigte System 500 kann mathematisch in einer Fehlerkostenfunktion durch die folgende Gleichung XVI dargestellt werden: Gleichung XVI
wobei:

(L^* _A, L^* _B): = Vektoren, die die optimalen FFTs der Teilrahmen 30F bzw. 30G darstellen, die in 8 gezeigt sind;
J: = Fehlerkostenfunktion, die zu minimieren ist;
i: = Index, der FFT-Blöcke identifiziert, die gemittelt wurden (z. B. werden für das Bild 908 in 12 vier Blöcke gemittelt, wobei i = 1 Block 910A entspricht, i = 2 Block 910B entspricht, i = 3 Block 910C entspricht, und i = 4 Block 910D entspricht);
F: = Matrix, die die FFT des Interpolationsfilters f darstellt;
L_A: = Vektor, der die FFT des Teilrahmens 30F darstellt, der in 8 gezeigt ist;
L_B: = Vektor, der die FFT des Teilrahmens 30D darstellt, die in 8 gezeigt ist;
W: = Matrix, die die FFT des komplexen Koeffizienten darstellt, der durch die Gleichung XV gegeben ist;
H: = Vektor, der die FFT des gewünschten Bilds mit hoher Auflösung 28 darstellt.

Der hochgestellte Index „H” in Gleichung XVI stellt die Hermitesche dar (d. h. X^H ist die Hermitesche von X). Der „Hut” über den Buchstaben in der Gleichung XVI zeigt an, dass diese Buchstaben eine diagonale Matrix darstellen, wie sie in der folgenden Gleichung XVII definiert ist: Gleichung XVII
Das Nehmen der Ableitung von Gleichung XVI bezüglich der konjugiert Komplexen von LA und das Setzen derselben gleich Null führt zu der folgenden Gleichung XVIII: Gleichung XVIII
Das Nehmen der Ableitung von Gleichung XVI bezüglich der konjugiert Komplexen von L_B und das Setzen auf Null führt zu der folgenden Gleichung XIX: Gleichung XIX
Der horizontale Strich über den Buchstaben in den Gleichungen XVIII und XIX zeigt an, dass diese Buchstaben eine konjugiert Komplexe darstellen (d. h. Ā stellt die konjugiert Komplexe von A dar).
Das Lösen der Gleichungen von XVIII und XIX für L_A und L_B führt zu den folgenden Gleichungen XX und XXI
Gleichung XX
Gleichung XXI
Die Gleichungen XX und XXI können unter Verwendung von pseudo-inversen Filtern in dem Frequenzbereich implementiert werden. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 konfiguriert, um basierend auf den Gleichungen XX und XXI Teilrahmen 30 zu erzeugen.
VIII. Adaptiver Mehrfachdurchlauf
Ein adaptiver Mehrfachdurchlauf-Algorithmus zum Erzeugen von Teilrahmen 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet vergangene Fehler, um Schätzungen für die Teilrahmendaten zu aktualisieren, und lieferte schnelle Konvergenz und geringe Speicheranforderungen. Die adaptive Mehrfachdurchlauflösung gemäß einem Ausführungsbeispiel ist im Zusammenhang des in 9 gezeigten Systems 600 beschrieben. Das in 9 gezeigte System 600 kann mathematisch in einer Fehlerkostenfunktion dargestellt werden, durch die folgende Gleichung XXII:
Gleichung XXII

J(n)(n) = |e( n )(n)|2 = (Σ kl(n)Q (k)f(n – k) – h(n)wobei:

n

= Index, der die aktuelle Iteration identifiziert;

J⁽ⁿ⁾(n)

= Fehlerkostenfunktion bei der Iteration n;

e⁽ⁿ⁾(n)

= Quadratwurzel der Fehlerkostenfunktion, J⁽ⁿ⁾(n);

n und k

= Indizes zum Identifizieren von Positionen von Pixeln mit hoher Auflösung in den Bildern 604 und 610;

|_Q ⁽ⁿ⁾(k)

= Bilddaten von dem aufwärts abgetasteten Bild 604 an der Position k;

f(n– k)

= Filterkoeffizient des Interpolationsfilters an einer Position n – k; und

h(n)

= Bilddaten für das gewünschte Bild mit hoher Auflösung 28 an der Position n.

Wie es von der Gleichung XII ersichtlich ist, anstatt einen globalen räumlichen Bereichsfehler zu minimieren durch Summieren über das gesamte Bild mit hoher Auflösung, wie es in der obigen Gleichung IX gezeigt ist, wird ein lokaler räumlicher Bereichsfehler, der eine Funktion von n ist, minimiert.
Ein Algorithmus der kleinsten mittleren quadratischen Abweichung (LMS; LMS = least mean squares) wird bei einem Ausführungsbeispiel verwendet, um die Aktualisierung zu bestimmen, die in der folgenden Gleichung XXIII dargestellt ist: Gleichung XXIII
wobei:

Θ: = der Satz von Fünfpunktanordnungsgitterpunkten (d. h. die dunklen Pixel in dem aufwärts abgetasteten Bild 604 in 9); und
α: = Schärfungsfaktor.

Das Nehmen der Ableitung der Gleichung XXII liefert den Wert für die Ableitung in Gleichung XXIII, die in der folgenden Gleichung XXIV gegeben ist: Gleichung XXIV
Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein Block-LMS-Algorithmus verwendet, der den mittleren Gradienten über eine „Einflussregion” verwendet, um die Aktualisierung durchzuführen, wie es durch die folgende Gleichung XXV dargestellt ist: Gleichung XXV
wobei:

Ω: = Einflussregion

14 ist ein Diagramm, das Einflussregionen (Ω) 1106 und 1108 für Pixel in einem aufwärts abgetasteten Bild 1100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das Pixel 1102 des Bildes 1100 entspricht einem Pixel für einen ersten Teilrahmen, und das Pixel 1104 des Bildes 1100 entspricht einem Pixel für einen zweiten Teilrahmen. Die Region 1106, die ein 2×2-Array von Pixeln mit dem Pixel 1102 in der oberen linken Ecke des 2×2-Arrays umfasst, ist die Einflussregion für das Pixel 1102. Gleichartig dazu ist die Region 1108, die ein 2×2-Array von Pixeln mit dem Pixel 1104 in der oberen linken Ecke des 2×2-Arrays umfasst, die Einflussregion für das Pixel 1104.
15 ist ein Diagramm, das die Erzeugung eines anfänglich simulierten Bilds mit hoher Auflösung 1208 darstellt, basierend auf einem adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Ein anfänglicher Satz von Teilrahmen mit niedriger Auflösung 30K-1 und 30L-1 wird basierend auf einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28 erzeugt. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird der Anfangssatz von Teilrahmen 30K-1 und 30L-1 unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels des Nächster-Nachbar-Algorithmus erzeugt, der oben mit Bezugnahme auf 5 beschrieben ist. Die Teilrahmen 30K-1 und 30L-1 werden aufwärts abgetastet, um ein aufwärts abgetastetes Bild 1202 zu erzeugen. Das aufwärts abgetastete Bild 1202 wird mit einem Interpolationsfilter 1204 gefaltet, wodurch ein blockhaftes Bild erzeugt wird, das dann mit einem Faktor von 0,5 multipliziert wird, um das simulierte Bild mit hoher Auflösung 1208 zu erzeugen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Interpolationsfilter 1204 ein 2×2-Filter mit Filterkoeffizienten von „1”, wobei die Mitte der Faltung die obere linke Position in der 2×2-Matrix ist. Das untere rechte Pixel 1206 des Interpolationsfilters 1204 ist über jedem Pixel in dem Bild 1202 positioniert, um den blockhaften Wert für diese Pixelposition zu bestimmen. Wie es in 15 gezeigt ist, ist das untere rechte Pixel 1206 des Interpolationsfilters 1204 über dem Pixel in der dritten Zeile und der vierten Spalte des Bildes 1202 positioniert, das einen Wert von „0” aufweist. Der blockhafte Wert für diese Pixelposition wird bestimmt durch Multiplizieren der Filterkoeffizienten durch die Pixelwerte in dem Fenster des Filters 1204, und Addieren der Ergebnisse. Werte außerhalb des Rahmens werden als „0” angesehen. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel ist der blockhafte Wert für das Pixel in der dritten Zeile und vierten Spalte des Bildes 1202 durch die folgende Gleichung XXVI gegeben
Gleichung XXVI

(1×0) + (1×5) + (1×5) + (1×0) = 10

Der Wert in der Gleichung XXVI wird dann mit dem Faktor 0,5 multipliziert, und das Ergebnis (d. h. 5) ist der Pixelwert für das Pixel 1210 in der dritten Zeile und der vierten Spalte des anfänglich simulierten Bilds mit hoher Auflösung 1208.
Nachdem das anfangs simulierte Bild mit hoher Auflösung 1208 erzeugt wurde, werden Korrekturdaten erzeugt. 16 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von Korrekturdaten basierend auf dem adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 16 gezeigt ist, wird das anfangs simulierte Bild mit hoher Auflösung 1208 von dem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28 subtrahiert, um ein Fehlerbild 1302 zu erzeugen. Korrekturteilrahmen 1312 und 1314 werden erzeugt durch Mitteln von 2×2-Blöcken von Pixeln in dem Fehlerbild 1302. Das Pixel 1308 in der ersten Spalte und ersten Zeile des Fehlerbildes 1302 hat beispielsweise eine Einflussregion 1304. Die Pixelwerte in der Einflussregion 1304 werden gemittelt, um einen ersten Korrekturwert zu erzeugen (d. h. 0,75). Der erste Korrekturwert wird für das Pixel in der ersten Spalte und der ersten Zeile des Korrekturteilrahmens 1312 verwendet. Gleichartig dazu hat das Pixel 1310 in der zweiten Spalte und zweiten Zeile des Fehlerbildes 1302 eine Einflussregion 1306. Die Pixelwerte in der Einflussregion 1306 werden gemittelt, um einen zweiten Korrekturwert zu erzeugen (d. h. 0,75). Der zweite Korrekturwert wird für das Pixel in der ersten Spalte und der ersten Zeile des Korrekturteilrahmens 1314 verwendet.
Der Korrekturwert in der ersten Zeile und zweiten Spalte des Korrekturteilrahmens 1312 (d. h. 1,38) wird erzeugt, indem im Wesentlichen der dargestellte Einflussregionskasten 1304 zwei Spalten nach rechts geschoben wird, und diese vier Pixel innerhalb des Kastens 1304 gemittelt werden. Der Korrekturwert in der zweiten Zeile und ersten Spalte des Korrekturteilrahmens 1312 (d. h. 0,50) wird erzeugt, indem im Wesentlichen der dargestellte Einflussregionskasten 1304 zwei Zeilen nach unten geschoben wird, und diese vier Pixel innerhalb des Kastens 1304 gemittelt werden. Der Korrekturwert in der zweiten Zeile und zweiten Spalte des Korrekturteilrahmens 1312 (d. h. 0,75) wird erzeugt, indem im Wesentlichen der dargestellte Einflussregionskasten 1304 zwei Spalten nach rechts und zwei Zeilen nach unten geschoben wird, und diese vier Pixel in dem Kasten 1304 gemittelt werden.
Der Korrekturwert in der ersten Zeile und zweiten Spalte des Korrekturteilrahmens 1314 (d. h. 0,00) wird erzeugt, indem im Wesentlichen der dargestellte Einflussregionskasten 1306 zwei Spalten nach rechts geschoben wird, und diese Pixel in dem Kasten 1306 gemittelt werden. Werte außerhalb des Rahmens werden als „0” betrachtet. Der Korrekturwert in der zweiten Zeile und ersten Spalte des Korrekturteilrahmens 1314 (d. h. 0,38) wird erzeugt, indem im Wesentlichen der dargestellte Einflussregionskasten 1306 zwei Zeilen nach unten geschoben wird, und diese Pixel in dem Kasten 1306 gemittelt werden. Der Korrekturwert in der zweiten Zeile und zweiten Spalte des Korrekturteilrahmens 1314 (d. h. 0,00) wird erzeugt, indem im Wesentlichen der dargestellte Einflussregionskasten 1306 zwei Spalten nach rechts und zwei Zeilen nach unten geschoben wird, und diese vier Pixel innerhalb des Kastens 1306 gemittelt werden.
Die Korrekturteilrahmen 1312 und 1314 werden verwendet, um aktualisierte Teilrahmen zu erzeugen. 17 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von aktualisierten Teilrahmen 30K-2 und 30L-2 basierend auf dem adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Wie es in 17 gezeigt ist, wird der aktualisierte Teilrahmen 30K-2 erzeugt durch Multiplizieren des Korrekturteilrahmens 1312 mit dem Schärfungsfaktor, α, und Addieren des Anfangs-Teilrahmens 30K-1. Der aktualisierte Teilrahmen 30L-2 wird erzeugt durch Multiplizieren des Korrekturteilrahmens 1314 mit dem Schärfungsfaktor, α, und Addieren des Anfangs-Teilrahmens 30L-1. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Schärfungsfaktor α gleich 0,8.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden aktualisierte Teilrahmen 30K-2 und 30L-2 bei der nächsten Iteration des adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus verwendet, um weitere aktualisierte Teilrahmen zu erzeugen. Jede gewünschte Anzahl von Iterationen kann durchgeführt werden. Nach einer Anzahl von Iterationen konvergieren die Werte für die Teilrahmen, die unter Verwendung des adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus erzeugt wurden, auf optimale Werte. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 konfiguriert, um basierend auf dem adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus Teilrahmen 30 zu erzeugen.
Das Ausführungsbeispiel des adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus, das oben mit Bezugnahme auf 15–17 beschrieben ist, ist für Zwei-Positionsverarbeitung. Für Vier-Positionsverarbeitung wird die Gleichung XXIV zu der folgenden Gleichung XXVII: Gleichung XXVII
wobei:

l⁽ⁿ⁾: = Niedrigauflösungsdaten für die vier Teilrahmen 30;

Und die Gleichung XXII wird zu der folgenden Gleichung XXVIII: Gleichung XXVIII
Für Vier-Positionsverarbeitung gibt es vier Teilrahmen, daher ist die Menge an Daten mit niedriger Auflösung gleich wie die Menge an Daten mit hoher Auflösung. Jeder Hochauflösungsgitterpunkt trägt einen Fehler bei, und es gibt keinen Bedarf, die Gradientenaktualisierung zu mitteln, wie es in der obigen Gleichung XXV dargestellt ist. Statt dessen gibt der Fehler an einer bestimmten Position direkt die Aktualisierung.
Wie es oben beschrieben ist, verwendet der adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus bei einem Ausführungsbeispiel eine LMS-Technik (LMS = Least Mean Square = kleinste mittlere quadratische Abweichung), um Korrekturdaten zu erzeugen. Bei einem anderen Ausführungsbeispiel verwendet der adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus eine POCS-Technik (POCS = Projektion an a convex set = Projektion auf einem konvexen Satz), um Korrekturdaten zu erzeugen. Die adaptive Mehrfachdurchlauflösung basierend auf der POCS-Technik gemäß einem Ausführungsbeispiel ist in dem Kontext des in 9 gezeigten Systems 600 beschrieben. Das in 9 gezeigte System 600 kann mathematisch in einer Fehlerkostenfunktion durch die folgende Gleichung XXIX dargestellt werden:
Gleichung XXIX

|e(n)| |(Σ klQ(k)f(n – k) – h(n)|wobei:

e(n)

= Fehlerkostenfunktion;

n und k

= Indizes, die Hochauflösungspixelpositionen identifizieren;

l_Q(k)

= Bilddaten von dem aufwärts abgetasteten Bild 604 an der Position k;

f(n – k)

= Filterkoeffizient des Interpolationsfilters an einer Position n – k; und

h(n)

= Bilddaten für das gewünschte Bild mit hoher Auflösung 28 an der Position n.

Ein beschränkter Satz für die POCS-Technik ist durch die folgende Gleichung XXX definiert:
Gleichung XXX

C(n) = {lQ(n): |(Σ klQ(k)f(n – k) – h(n))| ≤ n}wobei:

C(n)

= beschränkter Satz, der alle Teilrahmendaten von dem aufwärts abgetasteten Bild 604 umfasst, das durch den Parameter, η, begrenzt ist; und

η

= Fehlergrößenbegrenzungsbeschränkung.

Die Teilrahmenpixelwerte für die aktuelle Iteration werden basierend auf der folgenden Gleichung XXXI bestimmt: Gleichung XXXI
wobei:

n: = Index, der die aktuelle Iteration identifiziert;
λ: = Relaxationsparameter; und
∥⁣f∥⁣: = Norm der Koeffizienten des Interpolationsfilters.

Das Symbol n* in der Gleichung XXXI stellt die Position in der Einflussregion Ω dar, wo der Fehler ein Maximum ist, und ist durch die folgende Gleichung XXXII definiert:
Gleichung XXXII

n* = argmax{nεΩ: |e(n)|}

18 ist ein Diagramm, das die Erzeugung von Korrekturdaten, basierend auf dem adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus unter Verwendung einer POCS-Technik gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Bei einem Ausführungsbeispiel wird ein anfangs simuliertes Bild mit hoher Auflösung 1208 auf gleiche Weise erzeugt, wie es oben mit Bezugnahme auf 15 beschrieben ist. Das anfangs simulierte Bild mit hoher Auflösung 1208 wird von dem ursprünglichen hohen Auflösungsbild 28 subtrahiert, um ein Fehlerbild 1302 zu erzeugen. Die obige Gleichung XXXI wird dann verwendet, um aktualisierte Teilrahmen 30K-3 und 30L-3 von den Daten in dem Fehlerbild 1302 zu erzeugen. Für das dargestellte Ausführungsbeispiel wird angenommen, dass der Relaxationsparameter, λ, in der Gleichung XXXI gleich 0,5 ist, und die Fehlergrößenbegrenzungsbeschränkung, η, gleich 1 ist.
Mit der POCS-Technik wird der maximale Fehler, e(n*) in der Einflussregion identifiziert, anstatt die Pixelwerte in der Einflussregion zu mitteln, um einen Korrekturwert zu bestimmen, wie es oben mit Bezugnahme auf 16 beschrieben ist. Ein aktualisierter Pixelwert wird dann erzeugt unter Verwendung der entsprechenden Formel von der Gleichung XXXI, die davon abhängt, ob der maximale Fehler, e(n*) in der Einflussregion größer als 1 ist, geringer als 1 oder gleich 1 (da für dieses Beispiel η = 1).
Beispielsweise hat das Pixel in der ersten Spalte und ersten Zeile des Fehlerbilds 1302 eine Einflussregion 1304.
Der maximale Fehler in dieser Einflussregion 1304 ist 1 (d. h. e(n*) = 1). Mit Bezugnahme auf die Gleichung XXXI für den Fall, wo e(n*) = 1, ist der aktualisierte Pixelwert gleich dem vorhergehenden Wert für dieses Pixel. Mit Bezugnahme auf 15 war der vorhergehende Wert für das Pixel in der ersten Spalte und der ersten Zeile des Teilrahmens 30K-1 2, daher bleibt dieses Pixel mit einem Wert von 2 in dem aktualisierten Teilrahmen 30K-3. Das Pixel in der zweiten Spalte und zweiten Zeile des Fehlerbilds 1302 hat eine Einflussregion 1306. Der maximale Fehler in dieser Einflussregion 1306 ist 1,5 (d. h. e(n*) = 1,5). Mit Bezugnahme auf die Gleichung XXXI für den Fall, wo e(n*) > 1, ist der aktualisierte Pixelwert gleich der Hälfte des vorhergehenden Werts für dieses Pixel, plus die Hälfte der Menge (e(n*) – 1), was gleich 1,25 ist. Mit Bezugnahme auf 15 war der vorhergehende Wert für das Pixel in der ersten Spalte und der ersten Zeile des Teilrahmens 30L-1 2, daher ist der aktualisierte Wert für dieses Pixel in dem aktualisierten Teilrahmen 30L-3 1,25.
Die Einflussregionskästen 1302 und 1304 werden im Wesentlichen um das Fehlerbild 1302 herum bewegt, auf die gleiche Weise wie es oben mit Bezugnahme auf 16 beschrieben ist, um die verbleibenden aktualisierten Werte in den aktualisierten Teilrahmen 30K-3 und 30L-3 basierend auf der Gleichung XXXI zu erzeugen.
IX. Zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf
Ein zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf-Algorithmus zum Erzeugen von Teilrahmen gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet vergangene Fehler, um Schätzungen für Teilrahmendaten zu aktualisieren, und kann schnelle Konvergenz und geringe Speicheranforderungen liefern. Der mittlere adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus modifiziert den oben beschriebenen adaptiven Vier-Positions-Mehrfachdurchlauf-Algorithmus. Mit dem zentrierten adaptiven Mehrfachdurch lauf-Algorithmus ist jedes Pixel in jedem der vier Teilrahmen 30 zentriert bezüglich eines Pixels in einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28. Die vier Teilrahmen sind mit dem Anzeigegerät 26 angezeigt, das Vier-Positionsverarbeitung verwendet, wie es oben mit Bezugnahme auf 3A–3E beschrieben ist.
19A–19E sind schematische Diagramme, die die Anzeige von vier Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A bezüglich eines ursprünglichen Bilds mit hoher Auflösung 28 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellen. Wie es in 19A gezeigt ist, umfasst das Bild 28 8×8-Pixel mit einem Pixel 1404, das zu Darstellungszwecken schraffiert ist.
19B stellt den ersten Teilrahmen 1412A bezüglich des Bildes 28 dar. Der Teilrahmen 1412A umfasst 4×4-Pixel zentriert auf einem ersten Satz von Pixeln in dem Bild 28. Ein Pixel 1414 in dem Teilrahmen 1412A ist beispielsweise bezüglich des Pixels 1404 von dem Bild 28 zentriert.
19C stellt den zweiten Teilrahmen 1422A bezüglich des Bildes 28 dar. Der Teilrahmen 1422A umfasst 4×4-Pixel zentriert auf einem zweiten Satz von Pixeln in dem Bild 28. Ein Pixel in dem Teilrahmen 1422A ist beispielsweise zentriert bezüglich eines Pixels rechts von dem Pixel 1404 von dem Bild 28. Zwei Pixel 1424 und 1426 in dem Teilrahmen 1422A überlappen das Pixel 1404 von dem Bild 28.
19D stellt den dritten Teilrahmen 1432A bezüglich des Bildes 28 dar. Der Teilrahmen 1432A umfasst 4×4-Pixel zentriert auf einem dritten Satz von Pixeln in dem Bild 28. Ein Pixel in dem Teilrahmen 1432A ist beispielsweise zentriert bezüglich eines Pixels unter dem Pixel 1404 von dem Bild 28. Die Pixel 1434 und 1436 in dem Teilrahmen 1432A überlappen das Pixel 1404 von dem Bild 28.
19E stellt den vierten Teilrahmen 1442A bezüglich des Bildes 28 dar. Der Teilrahmen 1442A umfasst 4×4-Pixel zentriert auf einem vierten Satz von Pixeln in dem Bild 28. Ein Pixel in dem Teilrahmen 1442A ist beispielsweise zentriert bezüglich eines Pixels diagonal nach rechts und unterhalb des Pixels 1404 von dem Bild 28. Die Pixel 1444, 1446, 1448 und 1450 in dem Teilrahmen 1442A überlappen das Pixel 1404 von dem Bild 28.
Wenn die vier Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A angezeigt sind, verbinden sich neun Teilrahmenpixel, um die angezeigte Darstellung jedes Pixels von dem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28 zu bilden. Beispielsweise verbinden sich neun Teilrahmenpixel – Pixel 1414 von dem Teilrahmen 1412A, die Pixel 1424 und 1426 von dem Teilrahmen 1422A, die Pixel 1434 und 1436 von dem Teilrahmen 1432A und die Pixel 1444, 1446, 1448 und 1450 von dem Teilrahmen 1442A, um die angezeigte Darstellung des Pixels 1404 von dem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28 zu kombinieren. Diese neun Teilrahmenpixel tragen jedoch unterschiedliche Mengen an Licht zu der angezeigten Darstellung des Pixels 1404 bei. Insbesondere tragen die Pixel 1424, 1426, 1434 und 1436 von den Teilrahmen 1422A bzw. 1432A jeweils etwa halb so viel Licht bei wie das Pixel 1414 von dem Teilrahmen 1412A, wie es durch nur einen Teil der Pixel 1424, 1426, 1434 und 1436 dargestellt ist, die das Pixel 1404 in 19C und 19D darstellen. Gleichartig dazu tragen die Pixel 1444, 1446, 1448 und 1450 von dem Teilrahmen 1442A jeweils etwa ein Viertel so viel Licht bei wie das Pixel 1414 von dem Teilrahmen 1412A, wie es durch nur einen Teil der Pixel 1444, 1446, 1448 und 1450 dargestellt ist, die das Pixel 1404 in 19C und 19D überlappen.
Die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 erzeugt die anfänglichen vier Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A von dem Bild mit hoher Auflösung 28. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A erzeugt werden unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels des Nächster-Nachbar-Algorithmus, der oben mit Bezugnahme auf 5 dargestellt ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen können die Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A unter Verwendung anderer Algorithmen erzeugt werden. Für Fehlerverarbeitung werden die Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A aufwärts abgetastet, um ein aufwärts abgetastetes Bild zu erzeugen, das als Teilrahmen 30M in 20 gezeigt ist.
20 ist ein Blockdiagramm, das ein System 1500 darstellt zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung 1504 für Vier-Positionsverarbeitung basierend auf dem Teilrahmen 30M unter Verwendung eines zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 20 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Teilrahmen 30M ein 8×8-Array von Pixeln. Der Teilrahmen 30M umfasst Pixeldaten für 4×4-Pixel-Teilrahmen für Vier-Positionsverarbeitung. Pixel A1–A16 stellen Pixel von dem Teilrahmen 1412A dar, Pixel B1–B16 stellen Pixel von dem Teilrahmen 1422A dar, Pixel C1–C16 stellen Pixel von dem Teilrahmen 1432A dar, und Pixel D1–D16 stellen Pixel von dem Teilrahmen 1442A dar.
Der Teilrahmen 30M wird mit einem Interpolationsfilter an der Faltungsstufe 1502 gefaltet, wodurch das simulierte Bild mit hoher Auflösung 1504 erzeugt wird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Interpolationsfilter ein 3×3-Filter, wobei die Mitte der Faltung die Mittelposition in der 3×3-Matrix ist. Die Filterkoeffizienten der ersten Zeile sind „1/16”, „2/16”, „1/16”, die Filterkoeffizienten der zweiten Zeile sind „2/16”, „4/16”, „2/16” und die Filterkoeffizienten der letzten Zeile sind „1/16”, „2/16”, „1/16”.
Die Filterkoeffizienten stellen die relativen Proportionen dar, die die neun Teilrahmenpixel zu der angezeigten Darstellung eines Pixels des Bilds mit hoher Auflösung 28 beitragen. Unter Bezugnahme auf das Beispiel von 19 oben tragen die Pixel 1424, 1426, 1434 und 1436 von den Teilrahmen 1422A bzw. 1432A jeweils etwa halb so viel Licht bei wie das Pixel 1414 von dem Teilrahmen 1412A, und die Pixel 1444, 1446, 1448 und 1450 von dem Teilrahmen 1442A tragen jeweils etwa ein Viertel so viel Licht bei wie das Pixel 1414 von dem Teilrahmen 1412A. Die Werte der Teilrahmenpixel 1414, 1424, 1426, 1434, 1436, 1444, 1446, 1448 und 1450 entsprechen den Pixeln A6, B5, B6, C2, C6, D1, D5, D2 bzw. D6 in dem Teilrahmenbild 30M. Somit wird das Pixel A6_SIM für das simulierte Bild 1504 (das dem Pixel 1404 in 19 entspricht) von den Werten in dem Teilrahmenbild 30M berechnet, wie folgt in der Gleichung XXXIII: Gleichung XXXIII
Die Bilddaten werden durch einen Faktor von 16 dividiert, um die relativen Proportionen auszugleichen, die die neun Teilrahmenpixel zu jedem angezeigten Pixel beitragen.
Nachdem das simulierte Bild mit hoher Auflösung 1504 erzeugt wurde, werden Korrekturdaten erzeugt. 21 ist ein Blockdiagramm, das die Erzeugung von Korrekturdaten unter Verwendung eines zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus in einem System 1520 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung darstellt. Das simulierte Bild mit hoher Auflösung 1504 wird auf einer Pixel-Um-Pixel-Basis von dem Bild mit hoher Auflösung 28 an der Subtraktionsstufe 1522 subtrahiert. Bei einem Ausführungsbeispiel werden die resultierenden Fehlerbilddaten durch ein Fehlerfilter 1526 gefiltert, um ein Fehlerbild 1530 zu erzeugen. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Fehlerfilter ein 3×3-Filter, wobei die Mitte der Faltung die Mittelposition in der 3×3-Matrix ist. Die Filterkoeffi zienten der ersten Zeile sind „1/16”, „2/16”, „1/16”, die Filterkoeffizienten der zweiten Zeile sind „2/16”, „4/16”, „2/16” und die Filterkoeffizienten der letzten Zeile sind „1/16”, „2/16”, „1/16”. Die Filterkoeffizienten stellen die proportionalen Differenzen zwischen einem Pixel eines Teilrahmens mit niedriger Auflösung und den neun Pixeln des Bilds mit hoher Auflösung 28 dar. Wie es in 19B dargestellt ist, wird der Fehlerwert in dem Fehlerbild 1530 für das Pixel eines Teilrahmens mit niedriger Auflösung 1414 gemessen gegenüber dem Pixel 1404 des Bilds mit hoher Auflösung 28, und den acht Hochauflösungspixeln unmittelbar benachbart zu dem Pixel 1404. Mit den obigen Filterkoeffizienten werden die Hochauflösungspixel über, unter, links und rechts von dem Pixel 1404 zwei Mal so stark gewichtet wie die Hochauflösungspixel benachbart zu den Ecken des Pixels 1404 beim Berechnen des Fehlerwerts, der dem Pixel 1414 entspricht. Gleichartig dazu wird das Pixel 1404 zwei Mal so stark gewichtet wie die vier Hochauflösungspixel über, unter, links und rechts von dem Pixel 1404 beim Berechnen des Fehlerwerts, der dem Pixel 1414 entspricht.
Vier Korrekturteilrahmen (nicht gezeigt), die den anfänglichen Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A bzw. 1442A zugeordnet sind, werden von dem Fehlerbild 1530 erzeugt. Vier aktualisierte Teilrahmen 14125, 14225, 14325 und 14425 werden erzeugt, durch Multiplizieren der Korrekturteilrahmen mit dem Schärfungsfaktor α, und Hinzufügen der anfänglichen Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A bzw. 1442A. Der Schärfungsfaktor α kann für unterschiedliche Iterationen des zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus unterschiedlich sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann sich der Schärfungsfaktor α zwischen aufeinanderfolgenden Iterationen verringern. Beispielsweise kann der Schärfungsfaktor α für eine erste Iteration „3” sein, für eine zweite Iteration „1,8”, und für eine dritte Iteration „0,5”.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden aktualisierte Teilrahmen 14125, 14225, 14325 und 14425 bei der nächsten Iterati on des zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus verwendet, um weitere aktualisierte Teilrahmen zu erzeugen. Jede gewünschte Anzahl von Iterationen kann durchgeführt werden. Nach einer Anzahl von Iterationen konvergieren die Werte für die Teilrahmen, die unter Verwendung des zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus erzeugt wurden, zu optimalen Werten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 konfiguriert, um Teilrahmen 30 basierend auf dem zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus zu erzeugen.
Bei dem Ausführungsbeispiel des oben beschriebenen zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus wurden die Zähler- und Nennerwerte des Filterkoeffizienten ausgewählt, um Potenzen von 2 zu sein. Durch Verwenden von Potenzen von 2 kann das Verarbeiten in digitalen Systemen beschleunigt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen des zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus können andere Filterkoeffizientenwerte verwendet werden.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der eben beschriebene zentrierte adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus modifiziert werden, um zwei Teilrahmen für Zwei-Positionsverarbeitung zu erzeugen. Die beiden Teilrahmen werden mit dem Anzeigegerät 26 angezeigt, unter Verwendung von Zwei-Positionsverarbeitung, wie es oben mit Bezugnahme auf 2A–2C beschrieben ist. Mit Zwei-Positionsverarbeitung sind die Pixel B1–B16 und C1–C16 in dem Bild 30M (in 20 gezeigt) Null, und das Interpolationsfilter umfasst ein 3×3-Array, bei dem die erste Zeile von Werten „1/8”, „2/8”, „1/8” ist, die zweite Zeile von Werten „2/8”, „4/8”, „2/8” ist, und die dritte Zeile von Werten „1/8”, „2/8”, „1/8” ist. Das Fehlerfilter für Zwei-Positionsverarbeitung ist das gleiche wie das Fehlerfilter für Vier-Positionsverarbeitung.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der zentrierte adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus für jede Anzahl von Iterationen in einem Durchlauf durchgeführt werden, durch Mischen der Berechnungen jeder Iteration in einen einzigen Schritt für jeden Teilrahmenpixelwert. Auf diese Weise wird jeder Teilrahmenpixelwert erzeugt, ohne explizit Simulations-, Fehler- und Korrektur-Teilrahmen für jede Iteration zu erzeugen. Statt dessen wird jeder Teilrahmenpixelwert unabhängig von Zwischenwerten berechnet, die von den ursprünglichen Bildpixelwerten berechnet werden.
X. Vereinfachter zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf
Ein vereinfachter zentrierter adaptiver Mehrfachdurchlauf-Algorithmus zum Erzeugen von Teilrahmen 30 gemäß einem Ausführungsbeispiel verwendet vergangene Fehler, um Schätzungen für Teilrahmendaten zu aktualisieren, und liefert schnelle Konvergenz und geringe Speicheranforderungen. Der vereinfachte zentrierte adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus modifiziert den oben beschriebenen adaptiven Vier-Positions-Mehrfachdurchlauf-Algorithmus. Mit dem vereinfachten zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus ist jedes Pixel in jedem der vier Teilrahmen 30 zentriert bezüglich eines Pixels in einem ursprünglichen Bild mit hoher Auflösung 28, wie es oben mit Bezugnahme auf 19A–19E beschrieben ist. Die vier Teilrahmen sind angezeigt mit dem Anzeigegerät 26 unter Verwendung von Vier-Positionsverarbeitung, wie es oben mit Bezugnahme auf 3A–3E beschrieben ist.
Mit Bezugnahme auf 19A–19E erzeugt die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 die anfänglichen vier Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A von dem Bild mit hoher Auflösung 28. Bei einem Ausführungsbeispiel können die Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A unter Verwendung eines Ausführungsbeispiels des Nächster-Nachbar-Algorithmus erzeugt werden, der oben mit Bezugnahme auf 5 beschrieben ist. Bei anderen Ausführungsbeispielen können Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A unter Verwendung anderer Algorithmen erzeugt werden. Für Fehlerverarbeitung werden die Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A und 1442A aufwärts abgetastet, um ein aufwärts abgetastetes Bild zu erzeugen, das in 22 als Teilrahmen 30M gezeigt ist.
22 ist ein Blockdiagramm, das ein System 1600 zum Erzeugen eines simulierten Bilds mit hoher Auflösung 1604 für Vier-Positionsverarbeitung basierend auf dem Teilrahmen 30N darstellt, unter Verwendung eines vereinfachten zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Bei dem in 22 dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Teilrahmen 30N ein 8×8-Array von Pixeln. Der Teilrahmen 30N umfasst Pixeldaten für 4×4-Pixel-Teilrahmen für Vier-Positionsverarbeitung. Die Pixel A1–A16 stellen Pixel von dem Teilrahmen 1412A dar, die Pixel B1–B16 stellen Pixel von dem Teilrahmen 1422A dar, die Pixel C1–C16 stellen Pixel von dem Teilrahmen 1432A dar, und die Pixel D1–D16 stellen Pixel von dem Teilrahmen 1442A dar.
Der Teilrahmen 30N wird mit einem Interpolationsfilter an einer Faltungsstufe 1602 gefaltet, und erzeugt dadurch das simulierte Bild mit hoher Auflösung 1604. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Interpolationsfilter ein 3×3-Filter, wobei die Mitte der Faltung die Mittelposition in der 3×3-Matrix ist. Die Filterkoeffizienten der ersten Zeile sind „0”, „1/8”, „0”, die Filterkoeffizienten der zweiten Zeile sind „1/8”, „4/8”, „1/8”, und die Filterkoeffizienten der letzten Zeile sind „0”, „1/8”, „0”.
Die Filterkoeffizienten nähern die relativen Proportionen, die die fünf Teilrahmenpixel zu der angezeigten Darstellung eines Pixels des Bilds mit hoher Auflösung 28 beitragen. Unter Bezugnahme auf das Beispiel von 19 oben tragen die Pixel 1424, 1426, 1434 und 1436 von den Teilrahmen 1422A bzw. 1432A jeweils etwa halb so viel Licht bei wie das Pixel 1414 von den Teilrahmen 1412A, und die Pixel 1444, 1446, 1448 und 1450 von dem Teilrahmen 1442A tragen jeweils etwa ein Viertel so viel Licht bei wie das Pixel 1414 von dem Teilrahmen 1412A. Mit dem vereinfachten zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus werden die Beiträge von den Pixeln 1444, 1446, 1448 und 1450, die als die „Eckpixel” bezeichnet werden, beim Berechnen des Pixelwerts für das Pixel 1414 ignoriert, wie es durch die Filterkoeffizientenvon 0 angezeigt ist, die den Eckpixeln zugeordnet sind.
Die Werte der Teilrahmenpixel 1414, 1424, 1426, 1434, 1436, 1444, 1446, 1448 und 1450 entsprechen den Pixeln A6, B5, B6, C2, C6, D1, D5, D2 bzw. D6 in dem Teilrahmenbild 30N. Somit wird das Pixel A6_SIM für das simulierte Bild 1504 (das dem Pixel 1404 in 19 entspricht) berechnet von den Werten in dem Teilrahmenbild 30N, wie folgt in der Gleichung XXXIV: Gleichung XXXIV
Die Gleichung XXXIV vereinfacht zu der Gleichung XXXV:
Gleichung XXXV

A6SIM = (C2 + B5 + (4×A6) + B6 + C6)/8

Die Bilddaten werden durch einen Faktor von 8 dividiert, um die relativen Proportionen auszugleichen, die die fünf Teilrahmenpixel zu jedem angezeigten Pixel beitragen.
Nachdem das simulierte Bild mit hoher Auflösung 1604 erzeugt wurde, werden Korrekturdaten erzeugt. 23 ist ein Blockdiagramm, das die Erzeugung von Korrekturdaten darstellt, unter Verwendung eines zentrierten adaptiven Mehr fachdurchlauf-Algorithmus in einem System 1700 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das simulierte Bild mit hoher Auflösung 1604 wird auf einer Pixel-Um-Pixel-Basis an einer Subtraktionsstufe 1702 von dem Bild mit hoher Auflösung 28 subtrahiert, um ein Fehlerbild 1704 zu erzeugen.
Vier Korrekturteilrahmen (nicht gezeigt), die den anfänglichen Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A bzw. 1442A zugeordnet sind, werden von dem Fehlerbild 1704 erzeugt. Vier aktualisierte Teilrahmen 1704A, 1704B, 1704C und 1704D werden durch Multiplizieren der Korrekturteilrahmen mit dem Schärfungsfaktor α, und Hinzufügen der anfänglichen Teilrahmen 1412A, 1422A, 1432A bzw. 1442A erzeugt. Der Schärfungsfaktor α kann für unterschiedliche Iterationen des vereinfachten zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus unterschiedlich sein. Bei einem Ausführungsbeispiel kann sich der Schärfungsfaktor α zwischen aufeinanderfolgenden Iterationen verringern. Beispielsweise kann der Schärfungsfaktor α für eine erste Iteration „3” sein, für eine zweite Iteration „1,8” und für eine dritte Iteration „0,5”.
Bei einem Ausführungsbeispiel werden aktualisierte Teilrahmen 1704A, 1704B, 1704C und 1704D bei der nächsten Iteration des vereinfachten zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus verwendet, um weitere aktualisierte Teilrahmen zu erzeugen. Jede gewünschte Anzahl von Iterationen kann durchgeführt werden. Nach einer Anzahl von Iterationen konvergieren die Werte für die Teilrahmen, die unter Verwendung des vereinfachten zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus verwendet werden, zu optimalen Werten. Bei einem Ausführungsbeispiel ist die Teilrahmenerzeugungseinheit 36 konfiguriert, um Teilrahmen 30 basierend auf dem zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus zu erzeugen.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel des vereinfachen zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus wurden die Zähler- und Nenner-Werte des Filterkoeffizienten ausgewählt, um Potenzen von 2 zu sein. Durch Verwenden von Potenzen von 2 kann das Verarbeiten in digitalen Systemen beschleunigt werden. Bei anderen Ausführungsbeispielen des vereinfachten zentrierten adaptiven Mehrfachdurchlauf-Algorithmus können andere Filterkoeffizientenwerte verwendet werden.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann der vereinfachte zentrierte adaptive Mehrfachdurchlauf-Algorithmus für jede Anzahl von Iterationen in einem Durchlauf durchgeführt werden, durch Mischen der Berechnungen für jede Iteration in einen einzigen Schritt für jeden Teilrahmenpixelwert. Auf diese Weise wird jeder Teilrahmenpixelwert erzeugt, ohne explizit Simulations-, Fehler- und Korrekturteilrahmen für jede Iteration zu erzeugen. Statt dessen wird jeder Teilrahmenpixelwert unabhängig von Zwischenwerten berechnet, die von den ursprünglichen Bildpixelwerten berechnet werden.
Hierin beschriebene Ausführungsbeispiele können im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen Vorteile liefern. Beispielsweise kann die Anzeige von verschiedenen Typen von graphischen Bildern, einschließlich natürlichen Bildern und kontrastreichen Bildern, wie z. B. Geschäftsgraphiken, verbessert werden.
Obwohl spezifische Ausführungsbeispiele hier zum Zweck der Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels dargestellt und beschrieben wurden, ist es für Durchschnittsfachleute auf diesem Gebiet klar, dass eine große Vielzahl von Alternativen und/oder äquivalenten Implementierungen für die spezifischen gezeigten und beschriebenen Ausführungsbeispiele eingesetzt werden kann, ohne von dem Schutzbereich der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Fachleute auf dem Gebiet der Mechanik, Elektromechanik, Elektrik und Computertechnik werden ohne weiteres erkennen, dass die vorliegende Erfindung in einer großen Vielzahl von Ausfüh rungsbeispielen implementiert werden kann. Diese Anwendung soll alle Anpassungen oder Variationen der hierin erörterten bevorzugten Ausführungsbeispiele abdecken. Daher ist beabsichtigt, dass diese Erfindung nur durch die Ansprüche und Äquivalente derselben begrenzt ist.

Claims

Verfahren zum Erzeugen von Teilrahmen niedriger Auflösung zum Anzeigen eines Bildes (12) hoher Auflösung mit einem Anzeigegerät (26), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Empfangen von Bilddaten (16) für das Bild, wobei die Bilddaten einen ersten Satz von Pixeln umfassen; Erzeugen eines ersten und zweiten Teilrahmens (1412A, 1422A), wobei der erste und der zweite Teilrahmen einen zweiten Satz von Pixeln umfassen, wobei jedes Pixel des zweiten Satzes von Pixeln relativ zu einem Pixel des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist; Erzeugen eines simulierten Bildes (1504) basierend auf dem ersten Teilrahmen (1412A), der bezüglich eines ersten Pixels (1404) des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, und auf dem zweiten Teilrahmen (1422A), der bezüglich eines zweiten Pixels des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, wobei das zweite Pixel an das erste Pixel (1404) angrenzt; Erzeugen von Korrekturdaten basierend auf dem simulierten Bild (1504) und den Bilddaten (16) des Bildes (12); und Aktualisieren des ersten und des zweiten Teilrahmens basierend auf den Korrekturdaten.
Verfahren gemäß Anspruch 1, das ferner folgende Schritte umfasst: Erzeugen eines dritten und vierten Teilrahmens (1432A, 1442A), wobei der dritte und der vierte Teilrahmen den zweiten Satz von Pixeln umfassen, wobei jedes Pixel des zweiten Satzes von Pixeln relativ zu einem Pixel des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist; wobei das Erzeugen des simulierten Bildes (1504) ferner auf dem dritten Teilrahmen (1432A), der bezüglich eines dritten Pixels des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, und auf dem vierten Teilrahmen (1442A) basiert, der bezüglich eines vierten Pixels des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, wobei das dritte und das vierte Pixel an das erste Pixel (1404) angrenzen.
Verfahren gemäß Anspruch 2, bei dem das Erzeugen eines simulierten Bildes (1504/1604) das Falten des ersten, des zweiten, des dritten und des vierten Teilrahmens mit einem Interpolationsfilter (1502/1602) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das Interpolationsfilter ein 3×3-Interpolationsfilter mit neun Filterkoeffizienten umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die neun Filterkoeffizienten eine erste, zweite und dritte Zeile umfassen, die jeweils drei Koeffizienten umfassen, wobei die drei Koeffizienten der ersten Zeile Werte von 1/16, 2/16 beziehungsweise 1/16 aufweisen, wobei die drei Koeffizienten der zweiten Zeile Werte von 2/16, 4/16 beziehungsweise 2/16 aufweisen, und wobei die drei Koeffizienten der dritten Zeile Werte von 1/16, 2/16 beziehungsweise 1/16 aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 4, bei dem die neun Filterkoeffizienten eine erste, zweite und dritte Zeile aufweisen, die jeweils drei Koeffizienten umfassen, wobei die drei Koeffizienten der ersten Zeile Werte von 0, 1/8 beziehungsweise 0 aufweisen, wobei die drei Koeffizienten der zweiten Zeile Werte von 1/8, 4/8 beziehungsweise 1/8 aufweisen, und wobei die drei Koeffi zienten der dritten Zeile Werte von 0, 1/8 beziehungsweise 0 aufweisen.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das Erzeugen der Korrekturdaten das Erzeugen eines Fehlerbildes (1704) durch Subtrahieren des simulierten Bildes von den Bilddaten umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 3, bei dem das Erzeugen der Korrekturdaten das Erzeugen eines Fehlerbilds (1530) durch Subtrahieren des simulierten Bildes von den Bilddaten, um Fehlerdaten zu erzeugen, und das Falten der Fehlerdaten mit einem Fehlerfilter (1526) umfasst.
Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem das Fehlerfilter ein 3×3-Fehlerfilter mit neun Filterkoeffizienten umfasst.
Verfahren zum Anzeigen eines Bildes (12) mit einem Anzeigegerät (26), wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: Erzeugen eines ersten und eines zweiten Teilrahmens gemäß Anspruch 1; und Abwechseln zwischen dem Anzeigen des ersten Teilrahmens an einer ersten Position und dem Anzeigen des zweiten Teilrahmens an einer zweiten Position, die von der ersten Position räumlich versetzt ist.
Vorrichtung (10) zum Erzeugen von Teilrahmen niedriger Auflösung zum Anzeigen eines Bildes (12) hoher Auflösung, wobei die Vorrichtung folgende Merkmale umfasst: einen Puffer (22), der angepasst ist, um Bilddaten (16) für das Bild zu empfangen, wobei die Bilddaten einen ersten Satz von Pixeln umfassen; eine Bildverarbeitungseinheit (24), die konfiguriert ist, um einen ersten, zweiten, dritten und vierten Teilrahmen (1412A, 1422A, 1432A, 1442A) zu definieren, die einen zweiten Satz von Pixeln umfassen, wobei jedes Pixel des zweiten Satzes von Pixeln auf ein Pixel des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist; ein simulierten Bildes (1504) basierend auf dem ersten Teilrahmen (1412A), der bezüglich eines ersten Pixels (1404) des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, auf dem zweiten Teilrahmen (1422A), der bezüglich eines zweiten Pixels des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, auf dem dritten Teilrahmen (1432A), der bezüglich eines dritten Pixels des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, und auf dem vierten Teilrahmen (1442A), der bezüglich eines vierten Pixels des ersten Satzes von Pixeln zentriert ist, zu erzeugen, wobei das zweite, das dritte und das vierte Pixel an das erste Pixel (1404) angrenzen; Korrekturdaten basierend auf dem simulierten Bild (1504) und den Bilddaten (16) des Bildes (12) zu erzeugen; und den ersten, den zweiten, den dritten und den vierten Teilrahmen basierend auf den Korrekturdaten zu aktualisieren.
System (10) zum Anzeigen eines Bildes (12), wobei das System folgende Merkmale umfasst eine Vorrichtung nach Anspruch 11; und ein Anzeigegerät (26), das angepasst ist, um abwechselnd den ersten Teilrahmen in einer ersten Position, den zweiten Teilrahmen in einer zweiten Position, die von der ersten Position räumlich versetzt ist, den dritten Teilrahmen in einer dritten Position, die von der ersten Position und der zweiten Position räumlich versetzt ist, und den vierten Teilrahmen in einer vierten Position anzuzeigen, die von der ersten Position, der zweiten Position und der dritten Position räumlich versetzt ist.