JP2006065329A - ディザリング方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 伝達関数にディザリングを適用するときに生じるノイズが低減される。
【解決手段】 それ故、第１出力値及び第２出力値は伝達関数の離散入力値に関連付けられる（Ｓ１）。所定のディザリングビット数に基づいて、最小ディザリングビット数を用いて、第１出力値又は第２出力値に等しい並びに／若しくは第１出力値と第２出力値との間にある中間値が選択される（Ｓ２）。最終的に、この中間値は離散入力値に対する出力値として取得される（Ｓ３）。それ故、ディザリングノイズが著しく低減されることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、映像データを処理するために用いられる伝達関数にディザリングを適用するための方法に関する。更に、本発明は、映像データにディザリングを適用するために対応する装置に関する。

ＰＤＰ（プラズマディスプレイパネル）は、オンまたはオフのみである放電セルのマトリクスアレイを用いる。又、光出射のアナログ制御により階調を表すＣＲＴ又はＬＣＤと異なり、ＰＤＰはフレーム当たりの光パルス（維持パルス）の数を変調することにより階調を制御する。この時間変調は、眼の時間応答に対応する期間に対して眼により積分される。映像振幅は、所定の周波数において現れる光パルスの数により表されるため、振幅がより大きいことは、光パルスがより数多いことであって、それ故、より“オン”時間が長いことを意味する。この理由により、この種の変調は又、ＰＷＭとして知られている。

このＰＷＭは、ＰＤＰ画像品質の問題の１つであって、特に、ピクチャの暗い領域における低い階調表示品質の問題に対して影響する。実際には、輝度は、印加される陰極電圧に対して略二次関数であるＣＲＴとは対照的に、輝度は放電パルス数に対して線形である。それ故、近似ディジタル２次デガンマ関数が映像に適用される必要がある（一般には、ルックアップデーブルによりなされる）。このデガンマ関数のために振幅分解能を損ねることを回避するために、ディザリング方法が用いられる必要がある。

ディザリングは、表示される分解能ビットの制限された数のための量子化の影響を低減するために用いられる周知の技術である。ＰＤＰに対して用いられるディザリングには、主に、次のような２種類がある。
● マトリクスディザリング（セルに基づくディザリングについて記載された、欧州特許第１２６９４５７号明細書その改善されたバージョンの多マスクディザリングについては、欧州特許第１２６２９４７号明細書を参照されたい。）。それは表される階調を改善するが、あるディザパターン（構造化ノイズ）を付加する。
● 誤差拡散。それは、表示される階調を改善し、生成されるディザパターンを有しないが、あるノイズを付加する。

本発明の教示は、マトリクスディザリングと共に現れるディザリングノイズを低減する
ことを目的とする。誤差拡散ノイズは上記の方法によっては低減されることができない。

マトリクスディザリングは、原理的には、求められるのと同じ多数のビットを回復させることができる。しかしながら、ディザリングノイズ周波数は減少し、それ故、そのディザリングノイズは、ディザリングビット数の増加に伴い、更に目立つようになる。実際には、マトリクスディザリングを用いると、ディザリングのせいぜい３ビットが用いられることができ、更に多くのビットを用いると、パターンは更に可視的になる。

この理由は、３ビットがディザリングに対して用いられる場合、図１に示すように、８つの異なるディザリングパターンが存在し、パターンの繰り返し時間は８クロック単位を要する。それ故、ディザリングパターンの繰り返し周波数は低い。４ビット以上がディザリングに対して用いられる場合、繰り返し周波数は低すぎて、許容することができない。ディザリングの２ビットのみが用いられる場合、ディザリングの繰り返し周波数は３ビットのディザリングの繰り返し周波数の２倍になる。

他の特徴は、ディザリングの３ビットが用いられる場合、１／２のパターン（ディザリングの第１ビット ）は全く不可視的であり、１／４及び３／４のパターン（ディザリングの第２ビット）はより可視的なビットである一方、１／８、３／８、５／８及び７／８（ディザリングの第３ビット）は更に可視的で不適当になる（図１に比較して）。例えば、標準的なセルに基づくディザリング（欧州特許第１２６９４５７号明細書）の場合、ディザリングの４つのフレームの統合は、図１に示すレベルを与える。

４ｘ４のマトリクスディザリングブロックの各々のセルにおける値０、１／４、１／２、３／４及び１は、４つのフレーム中に、レベル１が０、１、２、３又は４回アクティブにされることを意味する。この実施例に従って、レベル１／８、３／８、５／８及び７／８はディザリングの他のパターンより精細ではない（それ故、より可視的で不適当である）。

符号化段階の前のデータ処理の代表的なブロック構造について、図２に示す。８ビットの入力データＹＩがデガンマブロックに供給される。デガンマ関数はルックアップテーブルＬＵＴ＃１の支援により達成される。１１ビットの出力信号ＹＡはマトリクスディザリングブロック２に送られる。マトリクスディザリングブロック２からの８ビットの出力信号ＹＢは、第２ルックアップテーブルＬＵＴ＃２を適用するトランスコードブロック３に入力される。符号化段階の後に結果として得られる出力信号は１６ビットのデータを有する。

ディザパターンの選択は、ディザビットがあるデガンマルックアップテーブルによりなされる。マトリクスディザリングブロックは、ディザリングビットに対応するマトリクスパターンのみを適用する。

問題は、ディザリングビットは、実際には、低レベルで必要とされる（デガンマ関数のため）が、高レベルにおいては、ディザリングビットは、実際には、必要なく、それに対して、それらはレベルを付加することなく一部のパターンを付加するため、不所望とされることである。これについては、実施例により更に説明する。デガンマ関数は次の式のように規定され、
Ｙ_Ａ＝２５５ｘ（Ｙ_Ｉ／２５５）^γ
ここで、Ｙ_Ｉは入力データであり、Ｙ_Ａはデガンマブロック１の出力データである。γは通常のガンマ関数の指数である。その実施例においては、γ＝２．２である。
更に、ディザリングの３ビットを用いると、０と２１との間の一部のレベルは、レベルの損失を意味する同じ出力を有する。しかし、レベル１２２の後、全ての出力はディザリングを伴わなくても異なる。これは、ディザリングを伴わないと、レベルの損失は存在しないが、ディザリングを伴わないと又、更なる量子化ノイズが存在しないことを意味する。

高いレベルにおいては、ディザリングは量子化ノイズを低減するために有用であるが、ディザリングの３ビットを有することは必要ない。しかしながら、例えば、１８２と１８９との間の入力レベルは全て、Ａｎｎｅｘにおいて与えられるテーブル３の引用であるテーブル１において示しているようなディザリングの３ビットを用いている。

それ故、それらの高レベルに対して、不適当であるディザパターンを用いる。

上記に鑑み、本発明の目的は、量子化段階のディザリングを改善することを可能にする装置及び方法を提供することである。

本発明に従って、この目的は、映像データに伝達関数を適用することにより、該映像データを処理する方法であって、ディザリングは前記伝達関数に適用される、方法により達成される。前記ディザリングを伝達関数に適用するために、本発明の方法は：
− 前記伝達関数の離散入力値に第１出力値と第２出力値とを関連付けることにより映像データを処理するために用いられる伝達関数にディザリングを適用する段階；
− 前記第１出力値と前記第２出力値に等しい及び／又はそれらの間にある中間値を選択する段階であって、該中間値はディザリングビットの最小数を用いる、段階；並びに
− 前記離散入力値に対する出力値として前記中間値を取る段階；
から構成される。

例えば、出力値が１２．１２５及び１２．８７５である場合、それらの出力値に等しい及び／又はそれら間にある値は次のようになる。
● １２．１２５（十進数）は１１００．００１（浮き数の二進数表現）に等しい
● １２．２５（十進数）１１００．０１（二進数）に等しい
● １２．３７５（十進数）１１００．０１１（二進数）に等しい
● １２．５（十進数）１１００．１（二進数）に等しい
● １２．６２５（十進数）１１００．１０１（二進数）に等しい
● １２．７５（十進数）１１００．１１（二進数）に等しい
● １２．８７５（十進数）１１００．１１１（二進数）に等しい
ビットの最小数を用いる中間値は１２．５である。

更に、前記映像データに伝達関数を適用するための処理手段と、前記伝達関数にディザリングを適用するためのディザリング手段とを有する映像データを処理するための装置であって、前記ディザリング手段は、前記伝達関数の離散入力値に第１出力値と第２出力値とを関連付け、前記離散入力値に対する出力値として前記中間値を取り、そしてディザリングビットの最小数を用いる前記第１出力値と前記第２出力値とに等しい及び／又はそれらの間にある中間値を選択する、装置を提供する。

本発明の方法及び装置の優位性は、ディザリングノイズを著しく低減することができることである。

伝達関数はデガンマ関数であることが可能である。デガンマ関数の量子化の影響は、しばしば、非常に不適当なものである。それ故、デガンマ関数値のディザリングの改善は非常に確実な効果を有する。

伝達関数はルックアップテーブル（ＬＵＴ）により与えられることが可能である。そのようなＬＵＴは処理速度を改善する。

特定の実施形態においては、第１及び第２出力値は伝達関数のパラメータを修正することにより計算される。特に、伝達関数の入力パラメータは修正されることが可能である。その修正は、そのパラメータに修正値を加算する又はそのパラメータから修正値を減算することにより実行されることが可能であり、それ故、第１及び第２出力値がその修正パラメータにより得られる。そのようになされることにより、許容誤差を定めることができる。

用いられるディザリングビットの最小数と同じ数を用いる場合に複数の中間値がある場合、離散関数値近傍にある値を中間値として選択することが可能である。その場合、更に誤差を回避することができる。

本発明については、参照図面を参照しながら説明する。

本発明は次のような知識に基づいている。

入力における小さい誤差に対応する、単なる入力の０．０５の小さいシフトは、ディザリングの１ビットのみを用いて、複数のレベルをもたらす。それ故、テーブル１に示しているより悪いディザパターンは、次のテーブル２に示すように、重大な量子化ノイズを付加することなく、回避されることができる。

実際には、全体的に、ディザリングに、より付加される値が、全てのレベルに対して同じである、０／８、１／８、３／８、４／８、５／８、６／８又は７／８のいずれかに等しい確率をもたらす。それ故、原理的には、レベルが第３のディザリングビット（即ち、ディザリングにより付加される値は、１／８、３／８、５／８又は７／８に等しい）を用いる確率は、１／２である。

デガンマＬＵＴを作成するとき、常に丸め誤差が存在する。ここで、より良好なディザパターンを与えるために、この誤差にその考えを適用する。換言すれば、その誤差は評価及び限定される必要がある。

出力における誤差（量子化誤差）は、低レベルにおけるより高レベルにおいてこの誤差は常に相対的に小さいため、評価することが容易ではない（標準的符号化の場合）。その評価は、レベルの不均一な分布及び結果として得られる量子化誤差の不均一性のために、重心符号化（欧州特許第１２５６９２４号明細書参照）又はメタコードの場合により不適切である。

それらの理由のために、入力における誤差を考慮することは容易である。特に、誤差を評価すること及び限定することは容易である。

それ故、図３に示すような第１段階Ｓ１は、許容される誤差の限界τを決定することである。τに対する有効な値は０．１であることが可能である。デガンマ関数の２つの限界曲線は次の式により規定される。

Ｙ_−τ＝２５５ｘ（（Ｙ_Ｉ−τ）／２５５）^γ 及び
Ｙ_＋τ＝２５５ｘ（（Ｙ_Ｉ＋τ）／２５５）^γ
それらの２つの限界曲線を用いて、値Ｙ_Ａ以外の２つの出力値Ｙ_−τ及びＹ_＋τが各々の入力値Ｙ_Ｉに対して規定されることができる。Ａｎｎｅｘにおいて与えられるテーブル３は、デガンマブロック１の対応する入力値Ｙ_Ｉ（第１列）及び出力値Ｙ_Ａ（第２及び第５列）を示している。テーブル３の第３及び第４列はその限界曲線の値Ｙ_−τ及びＹ_＋τを示している。各々のデガンマ出力値は８ビットの整数と３ビットのディザリング値とから成る。

本発明に従って、各々の入力値に対して、最小ディザリングビットを用いてＹ_−τ及びＹ_＋τ間の中間値が選択される（段階Ｓ２と比較する）。これは、例えば、入力値２０及び３０の行にみられる。前記中間値は考慮された入力値Ｙ_Ｉに対する出力値として選択される。同じディザリングビット数を有する異なる値が存在するとき、真の値により近い値が選択される必要がある。しかしながら、実際の入力値に対して、値Ｙ_−τ及びＹ_＋τより小さいディザリングを有するＹ_−τ及びＹ_＋τ間の出力値が存在する場合、その値が選択されなければならない。入力値１４６の行はそのような例を示している。それに加えて、できるだけ異なる出力値を用いるように考慮される必要がある（入力値２６及び２７に対する最適化出力値と比較する）。

標準的な方法を用いて（テーブル３の第２列と比較して）、１３１のレベル（それぞれ、６１、２８及び３６）は、本発明の最適な方法２８（それぞれ、６３及び７０、並びに９５）のみを用いて 第３ディザリングビット（それぞれ、第２、第１及びディザリングのないビット）を用いている。

本発明は、ＬＵＴのコンテンツの変化のみが必要であるため、ハードウェアの修正を伴わないで、現在利用可能である処理装置に適用されることができる。しかしながら、最先端の処理装置は、最適化ＬＵＴを自動的に計算することができる。この場合、特定の計算手段が、図３に示す方法を実行するために必要である。

ディザリングに基づくセルに対するマトリクスディザリングブロックを示す図である。 従来技術に従った、符号化段階の前に処理されるデータのブロック図である。 本発明の方法のフロー図である。

符号の説明

１ デガンマルックアップテーブル
２ マトリクスディザリング
３ トランスコーディングルックアップテーブル

Claims (10)

1. 映像データに伝達関数を適用することにより該映像データを処理するための方法であって、ディザリングが前記伝達関数に適用される、方法であり、伝達関数に前記ディザリングを適用するために、該方法は：
   前記伝達関数の離散入力値に第１出力値と第２出力値とを関連付ける段階（Ｓ１）；
   前記第１出力値又は前記第２出力値に等しい及び／又は前記第１出力値と前記第２出力値との間にある値である中間値を選択する段階であって、該中間値はディザリングビットの最小値を用いる、段階（Ｓ２）；並びに
   前記離散入力値に対する出力値として前記中間値を取る段階（Ｓ３）；
   を有することを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法であって、前記伝達関数はデガンマ関数である、ことを特徴とする方法。
3. 請求項１又は２に記載の方法であって、前記伝達関数はルックアップテーブルにより供給される、ことを特徴とする方法。
4. 請求項１乃至３のいずれ一項に記載の方法であって、前記第１出力値及び前記第２出力値は前記伝達関数のパラメータを修正することにより計算される、ことを特徴とする方法。
5. 請求項４に記載の方法であって、前記パラメータは、前記パラメータに修正値を加算することにより又は前記パラメータから修正値を減算することにより修正され、前記第１出力値及び前記第２出力値は前記修正パラメータにより得られる、ことを特徴とする方法。
6. 請求項１乃至５のいずれ一項に記載の方法であって、用いられるディザリングビットと同じ最小数を有する複数の中間値がある場合、前記の伝達関数の離散入力値の近くにある値が中間値として選択される、ことを特徴とする方法。
7. 映像データを処理するための装置であって：
   前記映像データに伝達関数を適用するための処理手段（１）；及び
   前記伝達関数にディザリングを適用するためのディザリング手段（２）；
   を有する装置であり、
   前記ディザリング手段（２）は、前記伝達関数の離散入力値に第１出力値及び第２出力値を関連付け、前記のディザリングビットの最小数を用いて前記第１出力値又は前記第２出力値に等しい及び／又は前記第１出力値と前記第２出力値との間にある中間値を選択し、前記離散入力値に対する出力値として前記中間値を取る；
   ことを特徴とする装置。
8. 請求項７に記載の装置であって、前記伝達関数はデガンマ関数である、ことを特徴とする装置。
9. 請求項７又は８に記載の装置であって、ルックアップテーブルに前記伝達関数を与えるための記憶手段を有する、ことを特徴とする装置。
10. 請求項７乃至９のいずれ一項に記載の装置であって、前記ディザリング手段（２）は、前記伝達関数のパラメータを修正することにより前記第１出力値及び第２出力値を計算するために適切である、ことを特徴とする装置。

Images