JP2004070325A - 表示装置上での表示のためにビデオデータを処理する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】画像中の動く対象を観察している観察者に対して現れるディザパターンを除去することを目的とする。
【解決手段】プラズマディスプレイパネルの画質を改善するため及び現在のＣＲＴに対する差を減少させるためにディザ法が使用される。しかしながら、ディザリングパターンはディザ法によるものと同様の空間・時間期間を有する幾らかの動きに対して網膜上に現れうる。従って、動きの場合のディザ法の視覚可能性を抑制するために動き推定器（１４）から生ずる動きベクトルを使用することが提案される。従って、観察者にとって、動画の質は静止画について得られるものと同様となる。
【選択図】 図３
【解決手段】プラズマディスプレイパネルの画質を改善するため及び現在のＣＲＴに対する差を減少させるためにディザ法が使用される。しかしながら、ディザリングパターンはディザ法によるものと同様の空間・時間期間を有する幾らかの動きに対して網膜上に現れうる。従って、動きの場合のディザ法の視覚可能性を抑制するために動き推定器（１４）から生ずる動きベクトルを使用することが提案される。従って、観察者にとって、動画の質は静止画について得られるものと同様となる。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオデータのビデオ画像のグレースケール描写を改善するためにビデオデータの少なくとも一部にディザ関数を適用することによって複数の光素子を有する表示装置上に表示するためにビデオデータを処理する方法に関する。更に、本発明はディザ手段を含むビデオデータ処理用の対応する装置に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）は、「オン」又は「オフ」のいずれかのみをとりうる放電セルのマトリックス配置を用いる。グレーレベルが光放出のアナログ制御によって表現されるＣＲＴ又はＬＣＤとは異なり、ＰＤＰはフレーム当たりの光パルスの数（維持パルス）を変調することによりグレーレベルを制御する。この時間変調は、目の時間応答に対応する期間に亘って目によって積分される。ビデオ振幅は所与の周波数で生ずる光パルスの数によって描写されるため、振幅が大きいということはより多くのパルスがあり、従ってより多くの「オン」時間があることを意味する。このために、この種類の変調はＰＷＭ（パルス幅変調）としても知られている。
【０００３】
このＰＷＭは、ＰＤＰの画質の問題のうちの１つ、即ち特に画像の暗い領域においてグレースケール描写の質が劣る問題の原因となっている。これは、表示される輝度はパルスの数に対して線形であるが、ノイズに対する目の応答と感度は線形でないことによる。目は、より暗い領域では、より明るい領域の場合よりも感度が高い。このことは、近年のＰＤＰは約２５５の離散ビデオレベルを表示することができるが、より暗い領域では量子化誤差はかなり顕著となることを意味する。
【０００４】
上述のようにＰＤＰは、異なるグレーの陰影を発生するためにＰＷＭ（パルス幅変調）を用いる。印加された陰極電圧に対して輝度が略二次であるＣＲＴとは異なり、輝度は放電インパルスの数に対して線形である。従って、ＰＷＭの前に略ディジタルの２次ガンマ関数がビデオに適用されねばならない。
【０００５】
このガンマ関数により、更に小さいビデオレベルについては、多くの入力レベルが同じ出力レベルへマッピングされる。言い替えれば、より暗い領域について、量子化ビットの出力数は入力数よりも小さく、特に１６よりも小さい値（ビデオ入力について８ビットで行っている場合）では０へマップされる。これは実際にはビデオについては許容可能ではない４ビット解像度についても重要である。
【０００６】
表示された画像の質を改善する１つの解決策は、ディザ法を用いることにより表示されるビデオレベルの数を人為的に増加させることである。ディザ法は、切り捨て（ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎ）により振幅解像度ビットを失うのを防止する既知の技術である。しかしながら、この技術は、必要とされる解像度が切り捨て段階の前に利用可能である場合にのみうまく動作する。通常は、ビデオ信号の前補正のために使用されるガンマ操作の後のビデオ信号は１６ビット解像度を有するため、殆どの適用ではこれが当てはまる。ディザ法は、原理的には、切り捨てによって失われたのと同じ数のビットを取り戻すことができる。しかしながら、ディザリングされたビットの数とともに、ディザリングノイズ周波数は減少し、従ってより顕著となる。
【０００７】
ディザリングの概念について以下の例により説明する。１の量子化ステップは、ディザリングによって減少される。ディザ技術は、人間の目の時間積分性質を用いる。量子化ステップは、１ビットディザリングを用いて０．５へ減少されうる。従って、人間の目の時間応答の半分の時間で値１が表示され、半分の時間で値０が表示される。結果として、目は値０．５を見る。任意に、量子化ステップは０．２５へ減少されうる。このようなディザ法は、２つのビットを必要とする。値０．２５を得るために、四分の一の時間で値１が示され、四分の三の時間で値０が示される。値０．５を得るために、四分の二の時間で値１が示され、四分の二の時間で値０が示される。同様に、値０．７５が発生されうる。同様に、３ビットディザ法を用いることにより０．１２５の量子化ステップを得ることができる。これは、１ビットのディザリングが利用可能な出力レベルの数を２で乗算することに対応し、２ビットのディザリングが４での乗算、３ビットのディザリングが出力レベルの数の８での乗算を意味する。グレースケールの描写に「ＣＲＴ」のような見た目を与えるために、最小で３ビットにディザリングが必要とされうる。
【０００８】
文献で公知となっているディザ法（例えば誤差拡散）は、主に静止画像（ファクシミリ用途及び新聞写真描写）の質を改善するために開発されたものである。従って、同じディザアルゴリズムがＰＤＰ及び主に動きのあるビデオの表示に直接的に適用された場合には、得られる結果は最適ではない。
【０００９】
これまでＰＤＰに最も多く適用されてきたディザ法は、特許文献１に記載のセルベースのディザ法と、グレースケール描写を改善するが高周波数低振幅のディザリングノイズを加える特許文献２に記載のマルチマスクディザ法である。両方の文献について参照する。
【００１０】
セルベースのディザ法は、図１に示すように、各パネル画素に対してではなく、各パネルセルに対して決められる時間的ディザパターンを加える。パネル画素は、３つのセル、即ち赤、緑、及び青のセルから構成される。これは、ディザリングノイズを細かく、従って人間である観察者にあまり目立たないよう表現するという利点を有する。
【００１１】
ディザパターンはセル毎に決められるため、１つのセルが異なる色の連続的なセルへ拡散する場合には、画像に色が付くことを防止するために誤差拡散等の技術を用いることは可能ではない。切り捨て誤差の拡散とビデオ信号に属するパターンの動きの間に望ましくない低い周波数の動く干渉が観察されることがあるため、これは大きな不利点ではない。誤差拡散は、静止画像の場合に最もよく作用する。誤差拡散を用いるかわりに、静止三次元ディザパターンが提案される。
【００１２】
この静止三次元ディザ法は、目の空間的（ｘとｙの２つの次元）及び時間的（第３の次元ｔ）な積分に基づく。以下の説明では、マトリックスディザ法は、３つの変数を有する関数として表わすことができ、φ（ｘ，ｙ，ｔ）と書くことができる。３つのパラメータｘ，ｙ及びｔはディザ法のための位相の種類を表わす。ここで、再構成されるべきビットの数に依存して、これらの３つの位相の期間が進みうる。
【００１３】
図２は、三次元マトリックスの概念を示す図である。画像上に表示される値は、垂直方向及び水平方向に各プラズマセルに対して僅かに変化する。更に、値は各フレームについても変化する。図２の例では、時間ｔｏにおいて表示されたフレームに対して、以下のディザ値、
φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝Ａ
φ（ｘｏ＋１，ｙｏ，ｔｏ）＝Ｂ
φ（ｘｏ＋１，ｙｏ＋１，ｔｏ）＝Ａ
φ（ｘｏ，ｙｏ＋１，ｔｏ）＝Ｂ
が与えられる。
【００１４】
１フレーム後、ディザ値は時間ｔｏ＋１において、
φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ＋１）＝Ｂ
φ（ｘｏ＋１，ｙｏ，ｔｏ＋１）＝Ａ
φ（ｘｏ＋１，ｙｏ＋１，ｔｏ＋１）＝Ｂ
φ（ｘｏ，ｙｏ＋１，ｔｏ＋１）＝Ａ
で与えられる。
【００１５】
目の空間解像度は、一定の静止したパターンＡ，Ｂ，Ａ，Ｂを見えることができるためには十分であるが、第３の次元、即ち時間が交互に入れ替わる関数の形で加えられる場合、目は各セルの平均値のみを見ることが可能となる。
【００１６】
セルが位置（ｘｏ，ｙｏ）に配置されている場合について考える。このセルの値は、フレームからフレームへ、φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝Ａ、φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ＋１）＝Ｂ、φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ＋２）＝Ａ、等のように変化する。
【００１７】
数ミリ秒の目の時間応答（時間積分）は、以下の式、
【数１】
で表わすことができ、本例では、
【数２】
となる。
【００１８】
尚、提案されるパターンは、時間に亘って積分されたとき、全てのパネルセルに対してついて常に同じ値を与える。この場合、ある状況下では、幾つかのセルは他のセルに対する振幅のずれを取得することがあり、これは望ましくない固定の偽のパターンに対応する。
【００１９】
プラズマ画面上で移動する対象を表示するとき、人間の目は対象を追い、時間に亘ってプラズマ（ＰＤＰ）の同じセルを更に積分することは行わない。その場合、第３の次元はもはや完全には作用せず、ディザパターンが見られうる。
【００２０】
この問題をよりよく理解するために、フレームあたり１画素のｘ方向の動きを表わす
【外１】
の例について見る。その場合は、目は時間ｔｏにおいて（ｘｏ，ｙｏ）を見、次に時間ｔｏ＋１において（ｘｏ＋１，ｙｏ）を見、それ以降も同様である。その場合、目が見ているセルは、
【数３】
で定義され、これは、
【数４】
に対応する。その場合、ディザ法の第３の次元については正しく作用せず、空間ディザ法のみが利用可能となる。このような効果により、ディザリングは動きに依存して多少は目に見えるものとなる。ディザパターンはもはや空間的及び時間的な目の積分によっては隠されない。
【００２１】
【特許文献１】
欧州特許公開第１１３６９７４号明細書
【特許文献２】
欧州特許出願第０１２５０１９９．５号明細書
【発明が解決しようとする課題】
上述のことを考慮に入れて、本発明は画像中の動く対象を観察している観察者に対して現れるディザパターンを除去することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ビデオデータのビデオ画像のグレースケール描写を改善するためにビデオデータの少なくとも一部にディザ関数を適用し、ビデオデータから少なくとも１つの動きベクトルを計算し、ビデオデータにディザ関数を適用するときに少なくとも１つの動きベクトルに従ってディザ関数の位相、振幅、空間解像度及び／又は時間解像度を変更することによって複数の光素子を有する表示装置上への表示のためにビデオデータを処理する方法によって解決される。
【００２３】
更に、本発明によれば、ビデオデータのビデオ画像のグレースケール描写を改善するためにビデオデータの少なくとも一部にディザ関数を適用するディザリング手段を含み、複数の光素子を有する表示装置上への表示のためにビデオデータを処理する装置であって、ディザリング手段に接続され、ビデオデータから少なくとも１つの動きベクトルを計算する動き推定手段を含み、ディザ関数の位相、振幅、空間解像度及び／又は時間解像度は少なくとも１つの動きベクトルに従って変更可能であることを特徴とする装置が提供される。
【００２４】
ディザ関数は２つの空間次元と１つの時間次元を含むと都合がよい。このようなディザ画像は、静止画像の場合には、誤差拡散と比較して量子化ステップの減少を促進することを可能とする。
【００２５】
ディザ関数は、複数のマスクに基づくものでありうる。従って、入力ビデオレベルを表わすデータワードの多数の最下位ビット中の異なるエントリに対して異なるディザパターンが与えられうる。これは、従来のディザパターンを用いている場合は、プラズマディスプレイパネル上で生ずる邪魔なパターンを抑制することを可能とする。
【００２６】
更に、ディザ関数の適用は、ディスプレイ装置のセルと称される個々の光素子に基づくものでありうる。即ち、画素の各色成分Ｒ、Ｇ、Ｂに対して別々のディザ数が加えられうる。このようなセルベースのディザ法は、ディザリングノイズをより細かく表し、それにより人間である観察者にとってあまり目立たないものとするという利点がある。
【００２７】
ディザ法は、１、２、３及び／又は４ビットの関数によって実行されうる。使用されるビットの数は、処理能力に依存する。一般的に、殆どの量子化ノイズが見えなくなるには３ビットのディザリングで十分である。
【００２８】
望ましくは、少なくとも１つの動きベクトルは各画素又はセルに対して個々に決められる。これにより、より高い解像度のディザリングの質は、複数の画素又は領域全体に対して動きベクトルが計算される技術と比較して向上される。
【００２９】
更に、動きベクトルは、両方の空間的な次元ｘ及びｙについて計算されるべきである。従って、人間である観察者によって観察される対象の任意の動きは、ディザ処理のためであると考えられる。
【００３０】
上述のように、直交ガンマ関数による前補正は、ディザ処理の前に行われるべきである。従って、ガンマ関数補正によって生ずる直交誤差もまたディザ法によって減少される。
【００３１】
ディザ関数の時間成分は、画像フレームの周期中にディザリングを制御することによって導入されうる。従って、更なる同期を与える必要はない。
【００３２】
本発明によるディザ法は、各画素に対してではなく、各プラズマセルに対して決められたディザ信号を加えることを行うセルベースの及び／又はマルチマスクのディザ法に基づくものでありうる。更に、かかるディザ法は、各ビデオレベルについて更に最適化されうる。これにより、ディザリングノイズはより細かくなり、人間である観察者にとってあまり目立たないものとなる。
【００３３】
特定の動きに対して現れるディザリング構造を抑制するための画像中の動きに対するディザパターンの適応は、各セルに対するディザ関数の位相又は他のパラメータを変更するために動き推定器を用いることによってなされうる。その場合、目が動きを追っていても、ディザリングの質は一定のままに維持され、動きがある場合のディザリングのパターンは抑制される。更に、本発明は任意の種類のマトリックスディザリングと組み合わされうる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の典型的な実施例を添付の図面に示し、以下の説明において詳述する。
【００３５】
動画の場合に従来のマトリックスディザ法の可視のパターンを抑制するために、画像の動きは動き推定器を用いることによって考慮に入れられる。これは、画面の各画素Ｍ（ｘｏ，ｙｏ）について、その動きを表わす
【外２】
を与える。その場合、このベクトルは、以下の式、
【数５】
に従ってディザリングの位相を変化させるために使用されうる。より一般的には、新しいディザパターンは５つのパラメータに依存し、以下の式、
【数６】
で定義されうる。かかる動き補償されたディザリングの大きな利点は、動きベクトルに関するそのロバストさである。実際、動きベクトルの役割は、目の時間積分を抑制する動きの間のディザリングの目に見えるパターンを防止することである。動きベクトルは、正確でなくとも、パターンを抑制しうる。
【００３６】
より最適な解決策としては、画面の各画素Ｍ（ｘｏ，ｙｏ）について、時間ｔｏにおけるその動きを表わす
【外３】
が与えられる。その場合、このベクトルは以下の式、
【数７】
に従ってディザリングの位相を変更するために使用され、式中、ｆ（ｘ，ｙ，ｔ）は、以下の式、
ｆｘ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝（Ｖｘ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＋ ｆｘ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ−１））ｍｏｄ（τ） 及び
ｆｙ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝（Ｖｙ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＋ ｆｙ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ−１））ｍｏｄ（τ）
で表わされる再帰的関数である。式中、τはディザリングの期間を表わし、ｍｏｄ（τ）はモジュロτの関数を表わす。例えば、τ＝４である場合、４つのフレームに対して周期的なディザリングパターンがあり、即ち、φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝ φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ＋４）であることを意味し、モジュロ４関数は、（０）ｍｏｄ（４）＝０， （１）ｍｏｄ（４）＝１， （２）ｍｏｄ（４）＝２， （３）ｍｏｄ（４）＝３， （４）ｍｏｄ（４）＝０， （５）ｍｏｄ（４）＝１， （６）ｍｏｄ（４）＝２， （７）ｍｏｄ（４）＝３等であることを意味する。
【００３７】
更に一般的には、新しいディザパターンは５つのパラメータに依存し、
ζ（ｘｏ，ｙｏ，ｖｘ（ｘｏ，ｙｏ，ｔ）， ｖｙ（ｘｏ，ｙｏ，ｔ），ｔ）
と定義されうる。異なる点は、使用されるベクトルが１つよりも多くのフレームからとられることである。ディザ法のために最大で８フレームが使用されるよう３ビットディザ法が実施されることが望ましい。ディザ法のために使用されるフレームの数が増加されると、ディザ法の周波数は低くなりすぎ、フリッカが現れる。主に３ビットのディザ法は４フレームサイクル及び２次元空間成分で表現される。
【００３８】
図３は、アルゴリズムのための考えられうる実施例について示す。信号Ｒ０，Ｇ０及びＢ０で示されるＲＧＢ入力画像はガンマ関数ブロック１０へ転送される。これは、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）から構成されるものであってもよく、数学的関数で形成されてもよい。ガンマ関数ブロック１０の出力Ｒ１，Ｇ１及びＢ１は、ディザ値の計算のために画素位置及び時間成分としてのフレームパリティを考慮に入れるディザリングブロック１２へ転送される。フレームパリティは、１ディザリング周期中のフレーム数に基づく。例えば、４フレーム周期に基づく３ビットディザリングでは、フレーム数は０から３へ周期的に変化する。
【００３９】
それと並行して、入力画像Ｒ０，Ｇ０，Ｂ０は、各画素に対して動きベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ）を与える動き推定器１４へ転送される。この動きベクトルは、ディザパターンを計算するためにディザリングブロック１２によって更に使用される。
【００４０】
ディザリングブロック１２においてディザリングを受けるビデオ信号Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１は、信号Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２として出力され、制御ユニット１８の制御下でサブフィールド符号化を行うサブフィールド符号化ユニット１６へ転送される。プラズマ制御ユニット１８は、サブフィールド符号化ユニット１６のための符号を与え、ディザリングブロック１２のためのディザパターンＤＩＴＨを与える。
【００４１】
サブフィールド符号化については、上述の特許文献１を参照のこと。
【００４２】
サブフィールド符号化ユニット１６からの各色出力のためのサブフィールド信号は、基準符号ＳＦＲ，ＳＦＧ，ＳＦＢによって示される。プラズマディスプレイパネルのアドレッシングのために、１ラインに対するこれらのサブフィールド符号語は、ライン毎のＰＤＰアドレッシングのために使用されうる１つの非常に長い符号語を作成するために、順番に全て収集される。これは、プラズマ制御ユニット１８によって制御されるシリアル・パラレル変換ユニット２０で行われる。
【００４３】
更に、制御ユニット１８は、ＰＤＰ制御のための全ての走査及び維持パルスを発生する。これは、基準タイミングのための水平及び垂直同期信号を受信する。
【００４４】
図４は、図３の実施例の変形例を示す図である。この場合、ディザリングブロックレベルにおいてフレームメモリが使用される。記憶されるべき値はモジュロτであり、モジュロτは標準的なディザリングではディザリングの時間的な視覚可能性（低周波数）を制限するために主に約４であるため、追加的なメモリ要件はあまり強くない。その場合、モジュロ４である値を記憶するために２ビット／画素で十分である。例えば、ＷＸＧＡパネルは、８５３ｘ３ｘ４８０ｘ２＝２．３４メガビットを必要とする。
【００４５】
本発明は動き推定器の使用を必要とするが、かかる動き推定器は偽輪郭補償、鮮鋭度改善、及び蛍光体残像減少といった他の技術で既に不可欠である。同じベクトルを再び利用することができるため、追加的な費用は制限される。
【００４６】
動き補償されたディザリングは、解像度ビットの数が制限されている全色セルベースディスプレイ（例えばカラーＬＣＤ）に対して適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
全ての場合に、本発明は、動画の場合の従来のマトリックスディザリングの可視のパターンの抑制、及び、動きベクトル場に関する強いロバストさという利点を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】画素ベースのディザ法とセルベースのディザ法の原理を示す図である。
【図２】３次元マトリックスディザ法の概念を示す図である。
【図３】本発明によるアルゴリズムについてのハードウエア実施を示すブロック図である。
【図４】図３のブロック図の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ガンマ関数
１２ ディザ法
１４ 動き補償器
１６ サブフィールド符号化
１８ プラズマ制御
２０ シリアル／パラレル変換
【発明の属する技術分野】
本発明は、ビデオデータのビデオ画像のグレースケール描写を改善するためにビデオデータの少なくとも一部にディザ関数を適用することによって複数の光素子を有する表示装置上に表示するためにビデオデータを処理する方法に関する。更に、本発明はディザ手段を含むビデオデータ処理用の対応する装置に関連する。
【０００２】
【従来の技術】
ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）は、「オン」又は「オフ」のいずれかのみをとりうる放電セルのマトリックス配置を用いる。グレーレベルが光放出のアナログ制御によって表現されるＣＲＴ又はＬＣＤとは異なり、ＰＤＰはフレーム当たりの光パルスの数（維持パルス）を変調することによりグレーレベルを制御する。この時間変調は、目の時間応答に対応する期間に亘って目によって積分される。ビデオ振幅は所与の周波数で生ずる光パルスの数によって描写されるため、振幅が大きいということはより多くのパルスがあり、従ってより多くの「オン」時間があることを意味する。このために、この種類の変調はＰＷＭ（パルス幅変調）としても知られている。
【０００３】
このＰＷＭは、ＰＤＰの画質の問題のうちの１つ、即ち特に画像の暗い領域においてグレースケール描写の質が劣る問題の原因となっている。これは、表示される輝度はパルスの数に対して線形であるが、ノイズに対する目の応答と感度は線形でないことによる。目は、より暗い領域では、より明るい領域の場合よりも感度が高い。このことは、近年のＰＤＰは約２５５の離散ビデオレベルを表示することができるが、より暗い領域では量子化誤差はかなり顕著となることを意味する。
【０００４】
上述のようにＰＤＰは、異なるグレーの陰影を発生するためにＰＷＭ（パルス幅変調）を用いる。印加された陰極電圧に対して輝度が略二次であるＣＲＴとは異なり、輝度は放電インパルスの数に対して線形である。従って、ＰＷＭの前に略ディジタルの２次ガンマ関数がビデオに適用されねばならない。
【０００５】
このガンマ関数により、更に小さいビデオレベルについては、多くの入力レベルが同じ出力レベルへマッピングされる。言い替えれば、より暗い領域について、量子化ビットの出力数は入力数よりも小さく、特に１６よりも小さい値（ビデオ入力について８ビットで行っている場合）では０へマップされる。これは実際にはビデオについては許容可能ではない４ビット解像度についても重要である。
【０００６】
表示された画像の質を改善する１つの解決策は、ディザ法を用いることにより表示されるビデオレベルの数を人為的に増加させることである。ディザ法は、切り捨て（ｔｒｕｎｃａｔｉｏｎ）により振幅解像度ビットを失うのを防止する既知の技術である。しかしながら、この技術は、必要とされる解像度が切り捨て段階の前に利用可能である場合にのみうまく動作する。通常は、ビデオ信号の前補正のために使用されるガンマ操作の後のビデオ信号は１６ビット解像度を有するため、殆どの適用ではこれが当てはまる。ディザ法は、原理的には、切り捨てによって失われたのと同じ数のビットを取り戻すことができる。しかしながら、ディザリングされたビットの数とともに、ディザリングノイズ周波数は減少し、従ってより顕著となる。
【０００７】
ディザリングの概念について以下の例により説明する。１の量子化ステップは、ディザリングによって減少される。ディザ技術は、人間の目の時間積分性質を用いる。量子化ステップは、１ビットディザリングを用いて０．５へ減少されうる。従って、人間の目の時間応答の半分の時間で値１が表示され、半分の時間で値０が表示される。結果として、目は値０．５を見る。任意に、量子化ステップは０．２５へ減少されうる。このようなディザ法は、２つのビットを必要とする。値０．２５を得るために、四分の一の時間で値１が示され、四分の三の時間で値０が示される。値０．５を得るために、四分の二の時間で値１が示され、四分の二の時間で値０が示される。同様に、値０．７５が発生されうる。同様に、３ビットディザ法を用いることにより０．１２５の量子化ステップを得ることができる。これは、１ビットのディザリングが利用可能な出力レベルの数を２で乗算することに対応し、２ビットのディザリングが４での乗算、３ビットのディザリングが出力レベルの数の８での乗算を意味する。グレースケールの描写に「ＣＲＴ」のような見た目を与えるために、最小で３ビットにディザリングが必要とされうる。
【０００８】
文献で公知となっているディザ法（例えば誤差拡散）は、主に静止画像（ファクシミリ用途及び新聞写真描写）の質を改善するために開発されたものである。従って、同じディザアルゴリズムがＰＤＰ及び主に動きのあるビデオの表示に直接的に適用された場合には、得られる結果は最適ではない。
【０００９】
これまでＰＤＰに最も多く適用されてきたディザ法は、特許文献１に記載のセルベースのディザ法と、グレースケール描写を改善するが高周波数低振幅のディザリングノイズを加える特許文献２に記載のマルチマスクディザ法である。両方の文献について参照する。
【００１０】
セルベースのディザ法は、図１に示すように、各パネル画素に対してではなく、各パネルセルに対して決められる時間的ディザパターンを加える。パネル画素は、３つのセル、即ち赤、緑、及び青のセルから構成される。これは、ディザリングノイズを細かく、従って人間である観察者にあまり目立たないよう表現するという利点を有する。
【００１１】
ディザパターンはセル毎に決められるため、１つのセルが異なる色の連続的なセルへ拡散する場合には、画像に色が付くことを防止するために誤差拡散等の技術を用いることは可能ではない。切り捨て誤差の拡散とビデオ信号に属するパターンの動きの間に望ましくない低い周波数の動く干渉が観察されることがあるため、これは大きな不利点ではない。誤差拡散は、静止画像の場合に最もよく作用する。誤差拡散を用いるかわりに、静止三次元ディザパターンが提案される。
【００１２】
この静止三次元ディザ法は、目の空間的（ｘとｙの２つの次元）及び時間的（第３の次元ｔ）な積分に基づく。以下の説明では、マトリックスディザ法は、３つの変数を有する関数として表わすことができ、φ（ｘ，ｙ，ｔ）と書くことができる。３つのパラメータｘ，ｙ及びｔはディザ法のための位相の種類を表わす。ここで、再構成されるべきビットの数に依存して、これらの３つの位相の期間が進みうる。
【００１３】
図２は、三次元マトリックスの概念を示す図である。画像上に表示される値は、垂直方向及び水平方向に各プラズマセルに対して僅かに変化する。更に、値は各フレームについても変化する。図２の例では、時間ｔｏにおいて表示されたフレームに対して、以下のディザ値、
φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝Ａ
φ（ｘｏ＋１，ｙｏ，ｔｏ）＝Ｂ
φ（ｘｏ＋１，ｙｏ＋１，ｔｏ）＝Ａ
φ（ｘｏ，ｙｏ＋１，ｔｏ）＝Ｂ
が与えられる。
【００１４】
１フレーム後、ディザ値は時間ｔｏ＋１において、
φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ＋１）＝Ｂ
φ（ｘｏ＋１，ｙｏ，ｔｏ＋１）＝Ａ
φ（ｘｏ＋１，ｙｏ＋１，ｔｏ＋１）＝Ｂ
φ（ｘｏ，ｙｏ＋１，ｔｏ＋１）＝Ａ
で与えられる。
【００１５】
目の空間解像度は、一定の静止したパターンＡ，Ｂ，Ａ，Ｂを見えることができるためには十分であるが、第３の次元、即ち時間が交互に入れ替わる関数の形で加えられる場合、目は各セルの平均値のみを見ることが可能となる。
【００１６】
セルが位置（ｘｏ，ｙｏ）に配置されている場合について考える。このセルの値は、フレームからフレームへ、φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝Ａ、φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ＋１）＝Ｂ、φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ＋２）＝Ａ、等のように変化する。
【００１７】
数ミリ秒の目の時間応答（時間積分）は、以下の式、
【数１】
【数２】
【００１８】
尚、提案されるパターンは、時間に亘って積分されたとき、全てのパネルセルに対してついて常に同じ値を与える。この場合、ある状況下では、幾つかのセルは他のセルに対する振幅のずれを取得することがあり、これは望ましくない固定の偽のパターンに対応する。
【００１９】
プラズマ画面上で移動する対象を表示するとき、人間の目は対象を追い、時間に亘ってプラズマ（ＰＤＰ）の同じセルを更に積分することは行わない。その場合、第３の次元はもはや完全には作用せず、ディザパターンが見られうる。
【００２０】
この問題をよりよく理解するために、フレームあたり１画素のｘ方向の動きを表わす
【外１】
【数３】
【数４】
【００２１】
【特許文献１】
欧州特許公開第１１３６９７４号明細書
【特許文献２】
欧州特許出願第０１２５０１９９．５号明細書
【発明が解決しようとする課題】
上述のことを考慮に入れて、本発明は画像中の動く対象を観察している観察者に対して現れるディザパターンを除去することを目的とする。
【００２２】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ビデオデータのビデオ画像のグレースケール描写を改善するためにビデオデータの少なくとも一部にディザ関数を適用し、ビデオデータから少なくとも１つの動きベクトルを計算し、ビデオデータにディザ関数を適用するときに少なくとも１つの動きベクトルに従ってディザ関数の位相、振幅、空間解像度及び／又は時間解像度を変更することによって複数の光素子を有する表示装置上への表示のためにビデオデータを処理する方法によって解決される。
【００２３】
更に、本発明によれば、ビデオデータのビデオ画像のグレースケール描写を改善するためにビデオデータの少なくとも一部にディザ関数を適用するディザリング手段を含み、複数の光素子を有する表示装置上への表示のためにビデオデータを処理する装置であって、ディザリング手段に接続され、ビデオデータから少なくとも１つの動きベクトルを計算する動き推定手段を含み、ディザ関数の位相、振幅、空間解像度及び／又は時間解像度は少なくとも１つの動きベクトルに従って変更可能であることを特徴とする装置が提供される。
【００２４】
ディザ関数は２つの空間次元と１つの時間次元を含むと都合がよい。このようなディザ画像は、静止画像の場合には、誤差拡散と比較して量子化ステップの減少を促進することを可能とする。
【００２５】
ディザ関数は、複数のマスクに基づくものでありうる。従って、入力ビデオレベルを表わすデータワードの多数の最下位ビット中の異なるエントリに対して異なるディザパターンが与えられうる。これは、従来のディザパターンを用いている場合は、プラズマディスプレイパネル上で生ずる邪魔なパターンを抑制することを可能とする。
【００２６】
更に、ディザ関数の適用は、ディスプレイ装置のセルと称される個々の光素子に基づくものでありうる。即ち、画素の各色成分Ｒ、Ｇ、Ｂに対して別々のディザ数が加えられうる。このようなセルベースのディザ法は、ディザリングノイズをより細かく表し、それにより人間である観察者にとってあまり目立たないものとするという利点がある。
【００２７】
ディザ法は、１、２、３及び／又は４ビットの関数によって実行されうる。使用されるビットの数は、処理能力に依存する。一般的に、殆どの量子化ノイズが見えなくなるには３ビットのディザリングで十分である。
【００２８】
望ましくは、少なくとも１つの動きベクトルは各画素又はセルに対して個々に決められる。これにより、より高い解像度のディザリングの質は、複数の画素又は領域全体に対して動きベクトルが計算される技術と比較して向上される。
【００２９】
更に、動きベクトルは、両方の空間的な次元ｘ及びｙについて計算されるべきである。従って、人間である観察者によって観察される対象の任意の動きは、ディザ処理のためであると考えられる。
【００３０】
上述のように、直交ガンマ関数による前補正は、ディザ処理の前に行われるべきである。従って、ガンマ関数補正によって生ずる直交誤差もまたディザ法によって減少される。
【００３１】
ディザ関数の時間成分は、画像フレームの周期中にディザリングを制御することによって導入されうる。従って、更なる同期を与える必要はない。
【００３２】
本発明によるディザ法は、各画素に対してではなく、各プラズマセルに対して決められたディザ信号を加えることを行うセルベースの及び／又はマルチマスクのディザ法に基づくものでありうる。更に、かかるディザ法は、各ビデオレベルについて更に最適化されうる。これにより、ディザリングノイズはより細かくなり、人間である観察者にとってあまり目立たないものとなる。
【００３３】
特定の動きに対して現れるディザリング構造を抑制するための画像中の動きに対するディザパターンの適応は、各セルに対するディザ関数の位相又は他のパラメータを変更するために動き推定器を用いることによってなされうる。その場合、目が動きを追っていても、ディザリングの質は一定のままに維持され、動きがある場合のディザリングのパターンは抑制される。更に、本発明は任意の種類のマトリックスディザリングと組み合わされうる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
本発明の典型的な実施例を添付の図面に示し、以下の説明において詳述する。
【００３５】
動画の場合に従来のマトリックスディザ法の可視のパターンを抑制するために、画像の動きは動き推定器を用いることによって考慮に入れられる。これは、画面の各画素Ｍ（ｘｏ，ｙｏ）について、その動きを表わす
【外２】
【数５】
【数６】
【００３６】
より最適な解決策としては、画面の各画素Ｍ（ｘｏ，ｙｏ）について、時間ｔｏにおけるその動きを表わす
【外３】
【数７】
ｆｘ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝（Ｖｘ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＋ ｆｘ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ−１））ｍｏｄ（τ） 及び
ｆｙ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝（Ｖｙ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＋ ｆｙ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ−１））ｍｏｄ（τ）
で表わされる再帰的関数である。式中、τはディザリングの期間を表わし、ｍｏｄ（τ）はモジュロτの関数を表わす。例えば、τ＝４である場合、４つのフレームに対して周期的なディザリングパターンがあり、即ち、φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ）＝ φ（ｘｏ，ｙｏ，ｔｏ＋４）であることを意味し、モジュロ４関数は、（０）ｍｏｄ（４）＝０， （１）ｍｏｄ（４）＝１， （２）ｍｏｄ（４）＝２， （３）ｍｏｄ（４）＝３， （４）ｍｏｄ（４）＝０， （５）ｍｏｄ（４）＝１， （６）ｍｏｄ（４）＝２， （７）ｍｏｄ（４）＝３等であることを意味する。
【００３７】
更に一般的には、新しいディザパターンは５つのパラメータに依存し、
ζ（ｘｏ，ｙｏ，ｖｘ（ｘｏ，ｙｏ，ｔ）， ｖｙ（ｘｏ，ｙｏ，ｔ），ｔ）
と定義されうる。異なる点は、使用されるベクトルが１つよりも多くのフレームからとられることである。ディザ法のために最大で８フレームが使用されるよう３ビットディザ法が実施されることが望ましい。ディザ法のために使用されるフレームの数が増加されると、ディザ法の周波数は低くなりすぎ、フリッカが現れる。主に３ビットのディザ法は４フレームサイクル及び２次元空間成分で表現される。
【００３８】
図３は、アルゴリズムのための考えられうる実施例について示す。信号Ｒ０，Ｇ０及びＢ０で示されるＲＧＢ入力画像はガンマ関数ブロック１０へ転送される。これは、ルックアップテーブル（ＬＵＴ）から構成されるものであってもよく、数学的関数で形成されてもよい。ガンマ関数ブロック１０の出力Ｒ１，Ｇ１及びＢ１は、ディザ値の計算のために画素位置及び時間成分としてのフレームパリティを考慮に入れるディザリングブロック１２へ転送される。フレームパリティは、１ディザリング周期中のフレーム数に基づく。例えば、４フレーム周期に基づく３ビットディザリングでは、フレーム数は０から３へ周期的に変化する。
【００３９】
それと並行して、入力画像Ｒ０，Ｇ０，Ｂ０は、各画素に対して動きベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ）を与える動き推定器１４へ転送される。この動きベクトルは、ディザパターンを計算するためにディザリングブロック１２によって更に使用される。
【００４０】
ディザリングブロック１２においてディザリングを受けるビデオ信号Ｒ１，Ｇ１，Ｂ１は、信号Ｒ２，Ｇ２，Ｂ２として出力され、制御ユニット１８の制御下でサブフィールド符号化を行うサブフィールド符号化ユニット１６へ転送される。プラズマ制御ユニット１８は、サブフィールド符号化ユニット１６のための符号を与え、ディザリングブロック１２のためのディザパターンＤＩＴＨを与える。
【００４１】
サブフィールド符号化については、上述の特許文献１を参照のこと。
【００４２】
サブフィールド符号化ユニット１６からの各色出力のためのサブフィールド信号は、基準符号ＳＦＲ，ＳＦＧ，ＳＦＢによって示される。プラズマディスプレイパネルのアドレッシングのために、１ラインに対するこれらのサブフィールド符号語は、ライン毎のＰＤＰアドレッシングのために使用されうる１つの非常に長い符号語を作成するために、順番に全て収集される。これは、プラズマ制御ユニット１８によって制御されるシリアル・パラレル変換ユニット２０で行われる。
【００４３】
更に、制御ユニット１８は、ＰＤＰ制御のための全ての走査及び維持パルスを発生する。これは、基準タイミングのための水平及び垂直同期信号を受信する。
【００４４】
図４は、図３の実施例の変形例を示す図である。この場合、ディザリングブロックレベルにおいてフレームメモリが使用される。記憶されるべき値はモジュロτであり、モジュロτは標準的なディザリングではディザリングの時間的な視覚可能性（低周波数）を制限するために主に約４であるため、追加的なメモリ要件はあまり強くない。その場合、モジュロ４である値を記憶するために２ビット／画素で十分である。例えば、ＷＸＧＡパネルは、８５３ｘ３ｘ４８０ｘ２＝２．３４メガビットを必要とする。
【００４５】
本発明は動き推定器の使用を必要とするが、かかる動き推定器は偽輪郭補償、鮮鋭度改善、及び蛍光体残像減少といった他の技術で既に不可欠である。同じベクトルを再び利用することができるため、追加的な費用は制限される。
【００４６】
動き補償されたディザリングは、解像度ビットの数が制限されている全色セルベースディスプレイ（例えばカラーＬＣＤ）に対して適用可能である。
【００４７】
【発明の効果】
全ての場合に、本発明は、動画の場合の従来のマトリックスディザリングの可視のパターンの抑制、及び、動きベクトル場に関する強いロバストさという利点を与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】画素ベースのディザ法とセルベースのディザ法の原理を示す図である。
【図２】３次元マトリックスディザ法の概念を示す図である。
【図３】本発明によるアルゴリズムについてのハードウエア実施を示すブロック図である。
【図４】図３のブロック図の他の実施例を示す図である。
【符号の説明】
１０ ガンマ関数
１２ ディザ法
１４ 動き補償器
１６ サブフィールド符号化
１８ プラズマ制御
２０ シリアル／パラレル変換
Claims (16)
- ビデオデータのビデオ画像のグレースケール描写を改善するためにビデオデータ（Ｒ０，Ｇ０，Ｂｏ）の少なくとも一部にディザ関数を適用することによって複数の光素子を有する表示装置上への表示のためにビデオデータ（Ｒ０，Ｇ０，Ｂｏ）を処理する方法であって、
前記ビデオデータ（Ｒ０，Ｇ０，Ｂｏ）から少なくとも１つの動きベクトルを計算し、
前記ビデオデータ（Ｒ０，Ｇ０，Ｂｏ）にディザ関数を適用するときに前記少なくとも１つの動きベクトルに従って前記ディザ関数の位相、振幅、空間解像度及び／又は時間解像度を変更することを特徴とする方法。 - 前記ディザ関数は、２つの空間次元と１つの時間次元を含む、請求項１記載の方法。
- 前記ディザ関数は複数のマスクの適用を含む、請求項１又は２記載の方法。
- 前記ディザ関数の適用は、前記ディスプレイ装置のセルと称される個々の光素子に基づく、請求項１又は２記載の方法。
- 前記ディザ関数は１、２、３及び／又は４ビットのディザ関数である、請求項１乃至４のうちいずれか一項記載の方法。
- 前記少なくとも１つの動きベクトルは各画素又はセルに対して個々に決められる、請求項１乃至５のうちいずれか一項記載の方法。
- 前記少なくとも１つの動きベクトルは２つの空間次元を有する、請求項１乃至６のうちいずれか一項記載の方法。
- ビデオデータ（Ｒ０，Ｇ０，Ｂｏ）のビデオ画像のグレースケール描写を改善するためにビデオデータ（Ｒ０，Ｇ０，Ｂｏ）の少なくとも一部にディザ関数を適用するディザリング手段（１２）を含み、
複数の光素子を有する表示装置上への表示のためにビデオデータ（Ｒ０，Ｇ０，Ｂｏ）を処理する装置であって、
前記ディザリング手段（１２）に接続され、前記ビデオデータ（Ｒ０，Ｇ０，Ｂｏ）から少なくとも１つの動きベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ）を計算する動き推定手段（１４）を含み、前記ディザ関数の位相、振幅、空間解像度及び／又は時間解像度は前記少なくとも１つの動きベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ）に従って変更可能であることを特徴とする装置。 - 前記ディザリング手段（１２）によって使用される前記ディザ関数は、２つの空間次元と１つの時間次元を含む、請求項８記載の装置。
- 前記ディザリング手段（１２）の前記ディザ関数は複数のマスクに基づく、請求項８又は９記載の装置。
- 前記ディザリング手段（１２）の前記ディザ関数は前記ディスプレイ装置のセルと称される個々の光素子に基づく、請求項８又は９記載の装置。
- 前記ディザリング手段（１２）は１、２、３及び／又は４ビットのディザ関数を処理することが可能である、請求項８乃至１１のうちいずれか一項記載の装置。
- 前記少なくとも１つの動きベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ）は前記動き推定手段（１４）によって各画素について個々に定義可能である、請求項８乃至１２のうちいずれか一項記載の装置。
- 前記少なくとも１つの動きベクトル（Ｖｘ，Ｖｙ）は２つの空間次元を含む、請求項８乃至１３のうちいずれか一項記載の装置。
- 前記ディザリング手段（１２）の入力信号がガンマ関数によって前補正されるよう、前記ディザリング手段（１２）に接続されたガンマ関数手段（１０）を更に含む、請求項８乃至１４のうちいずれか一項記載の装置。
- 前記ディザリング手段（１２）を前記ビデオデータ（Ｒ０，Ｇ０，Ｂｏ）のフレームに時間的に依存するよう制御するために前記ディザリング手段（１２）に接続される制御手段（１８）を更に含む、請求項８乃至１５のうちいずれか一項記載の装置。
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