JP2006085167A

JP2006085167A - サブフィールド符号を生成する方法及び装置

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Publication number: JP2006085167A
Application number: JP2005258938A
Authority: JP
Inventors: Sebastien Weitbruch; セバスティアン　ヴァイトブルフ; Carlos Correa; カルロス　コレア; Cedric Thebault; テボーセドリック
Original assignee: Thomson Licensing SAS
Current assignee: Thomson Licensing SAS
Priority date: 2004-09-15
Filing date: 2005-09-07
Publication date: 2006-03-30
Also published as: EP1638067A1; US20060066517A1; CN1750095A; KR20060051219A; TW200617746A

Abstract

【課題】プラズマ・ディスプレイ・パネル（PDP）又はプラズマ・ディスプレイ装置などのディスプレイ装置上に表示されるピクチャに対するサブフィールド符号を生成する方法及び装置に関し、ディスプレイ装置によって表示されるピクチャの画素のグレイ・レベルは、フレーム毎の光パルス数すなわち、維持パルス数を変調すること（PWM、パルス幅変調の略）によって得られ、フレームのサブフィールド毎の維持パルス数は、表示する対象のピクチャの電力平均レベルによって変わってくる。
【解決手段】ピクチャのビデオ・レベルはまず、輝度符号にトランスコードされ、次にサブフィールド符号に符号化される。このトランスコードを実施するのに必要なメモリ容量を削減するために、輝度符号を記憶するのではなく、輝度符号間のオフセット値がルックアップ・テーブルにおいて記憶される。輝度符号は更に、表示装置のコントローラにおいて再生される。
【選択図】図３

Description

本発明は、プラズマ・ディスプレイ・パネル（PDP）又はプラズマ・ディスプレイ装置などのディスプレイ装置上に表示されるピクチャのサブフィールド符号を生成する方法に関し、ディスプレイ装置によって表示されるピクチャの画素のグレイ・レベルは、フレーム毎の光パルス数、すなわち維持パルス数を変調すること（PWM、パルス幅変調の略）によって得られる。本発明は該方法を実施する装置にも関する。

本発明は、プラズマ・ディスプレイ・パネル（PDP）や他のディスプレイ装置の分野において特に有用であり、各ビデオ・レベルは特定の符号化によるビット組み合わせによって表される。

この場合、画質を向上させるのに用いるアルゴリズムが、ルックアップ・テーブル（LUT）などのメモリにおいて記憶されているデータに基づく場合、そのようなテーブルの容量は非常に膨大なものであり得る。

本発明は、PDPに関して説明することとするが、上記の他の種類のディスプレイに適用可能であり得る。

周知のように、プラズマ・ディスプレイ・パネルは、お互いに封止されて気体によって充填された空間を形成する2枚の絶縁板によって構成される。リブがその空間内に備えられて、「ON」又は「OFF」の何れかでしかあり得ない放電セルのマトリックス・アレイを構成する。更に、グレイ・レベルが発光のアナログ制御によって表される、CRT（色光管）やLCD（液晶ディスプレイ）などの他のディスプレイと違って、PDPが、フレーム毎の光パルスの数を変調することによってグレイ・レベルを制御する。この光パルスは維持パルスとして知られている。時間変調は、眼の時間応答に相当する期間にわたって眼によって積分されることになる。

ビデオ処理の分野では、輝度レベルの8ビット表現は非常に一般的である。この場合、各ビデオ・レベルは：
2⁰=1、2¹=2、2²=4、2³=8、2⁴=16、2⁵=32、2⁶=64、2⁷=128；
の8ビットの組み合わせによって表されることになる。

そのような符号化手法をPDP技術によって実現するよう、60Hzの場合は16msであり、50Hzの場合は20msである、周波数の期間関数を有するフレーム期間が、サブフィールドSFとして知られる8つのサブ期間に分割される。各サブフィールドSFは、図１に示す8ビットのうちの１つに相当する。ビット2¹=2の場合の発光の期間は、ビット2⁰=１の場合の発光の期間の２倍である、などである。これらの８つのサブ期間を組み合わせることによって、256の別々のグレイ・レベルを構築することが可能である。よって、例えば、グレイ・レベル92は、相当するディジタル符号語00111010=4+8+16+64を有することになる。特に、公知のプラズマ・ディスプレイ技術では、各サブフィールドSFは：
プラズマ・セルが高電圧によって励起状態に至るか低電圧によって中立状態に至る固定長の書き込み/アドレス指定期間；及び
サブフィールドの重み付けによって変わってくる維持期間を有し、維持期間では、等しい振幅及び等しい持続時間を備えている短い電圧パルス又は維持パルスによって気体放電が行われ、パルス数はサブフィールドの重み付けに相当し；更に
セルの電荷が消滅する固定長の消去期間を備える期間である。

更に、プライミング・パルスPをフレームの始点で用い得る。そのようなプライミングによって、セルが各サブフィールドの均一な書き込みに備えるよう、プラズマ・セルが予め励起される。

よって、ビデオ・レベルは、サブフィールドの重みに基づいてサブフィールド符号群にマッピングされる。よって、輝度は、離散数のサブフィールドによって分散する離散数の維持パルスによって生成される。フレームのサブフィールドによって分散されることを必要とする維持パルス数がビデオ・レベル数に相当する場合、再分割は、上記例と同様に単純なものになり、256の別々の輝度値を可能にするサブフィールド群1-2-4-8-16-32-64-128によって255の維持パルスを分散する必要がある。しかし、例えば293の維持パルスを分散する必要がある場合、当該処理は実質的により複雑である。維持パルスは、サブフィールド間でぴったりと分割することが可能でなく、丸め誤差をもたらす。サブフィールドを書き込み、消去する処理が、各ビットのサブフィールドにその重みにかかわらず同等に付加される特定の輝度ももたらすということによって更なる問題が生じる。よって、PDPパネルはわずかに非線形である、すなわち、100の維持パルスは、単一の維持パルスよりも100倍大きな輝度をもたらさないことになる。

CRTと同様に、PDPは、白ピークレベルを平均画像電力の関数として制御する白ピーク・エンハンスメント（PWE）回路を用いることを必要とする。白ピーク維持パルスの数は平均ピクチャ電力に適合され、上記のように、維持パルスはサブフィールド間でぴったりと分割することが可能でない。

これらの問題（丸め誤差、プライミング中に寄生輝度が存在することによるプラズマ非線形性、書き込み処理及び消去処理）によって、選択されるサブフィールド符号重み構造に所要維持パルス数をマッピングする公知の解決策は、明らかに知覚できるグレイスケールを描写する非線形性をもたらす。

このような非線形性を弱める、輝度符号に基づいた新たな概念が欧州特許出願公開第1353315号明細書において策定されている。非線形性の種類の１つは、「グレイスケール反転」として知られている。グレイスケール反転は、特定の状況下で、ビデオ・レベルN+1がビデオ・レベルNよりも暗くなり、グレイスケール非線形性を擾乱することにつながり得るということを意味する。

レベル反転の問題は、一例によって容易に説明することができる。以下の表１は、重み１２３５８１３１９２５３２４０４９５８を備えている１２のサブフィールドを備えるフレームのサブフィールド毎の維持パルスの数を、APL（平均電力レベル）値が0%、20%、40%、60%、80%及び100%である場合について表す。

表１に表される状況では、APL値が100%の場合、ビデオ・レベル6(111000000000)は、3つの維持パルス(1+1+1)及び３つの書き込み処理に相当する。一方、ビデオ・レベル7（010100000000）は、3つの維持パルス(1+2)に相当するが、２つの書き込み処理にしか相当しない。

各書き込み処理は発光を（維持サイクルの約２０％において）もたらすので、ビデオ・レベル6はビデオ・レベル7よりも明るくなる。そのような反転の出現はAPLレベルによって変わってくることになるので、コントラスト、輝度又はピクチャ・コンテンツにおける変動によってグレイスケール描写において新たな非線形性がもたらされることになる。

メタコードの概念は、このような擾乱がないようにするために欧州特許出願公開第1353315号明細書において策定された。実際に、この概念は、プライミング、消去、書き込み及び維持などのPDP段階全てによってもたらされる発光のモデルに基づいている。この概念は、ピクチャ負荷が低い場合の（白ピークが高い場合の）蛍光体の飽和のモデルも含む。

この概念を示すために、以下のセル特性モデルを例とする。

プライミング処理：0.1cd/m²
維持パルス：1cd/m²
書き込みパルス：0.25cd/m²
プライミング発光モデルを用いることは重要であるが、それは、この処理が、ガンマ曲線を規定するうえでのキー・パラメータである、パネルの黒レベルを規定するからである。PDPにおいて用いるプライミング処理の数はサプライヤによって変わり得るが、フレーム毎に１つの単一のプライミング処理しか用いないことが、欧州特許出願公開第1250696号明細書において既に公開されており、本願の説明を単純にするのに用いることとする。

本願の例に用いるAPLテーブルは表１から導き出され、APL値が97%の場合に相当する以下の維持テーブルを検討することとする。

1-1-2-3-4-7-10-13-16-20-25-30(Σ=132維持パルス)
特定の符号語の場合の輝度モデルは：
輝度（符号語）=0.1+0.25xW+1xS
として規定することができ、このとき、
Wは書き込み処理の合計数であり、
Sは維持パルスの合計数である。

例えば、符号語〔110110100000〕は１つのプライミング処理、５つの書き込み処理及び１９の維持パルス(1+1+0+3+4+0+10+0+0+0)に相当し、それは、0.1+0.25x5+19=20.35cd/m²を意味することになる。

特定のAPL値毎に（本願の例では97%について）、全ての符号語の輝度レベルの計算が上記で規定したモデルに基づいて行われる。入力ビデオ・レベルが0から6までの場合の輝度レベルは以下の表に表される。

図１は、0から255までのビデオ・レベルを表示するのに用いる符号語毎の輝度レベルの特性を示す。曲線は、多くのグレイスケール反転、（２つの連続したビデオ・レベルについて輝度が同じである）プラトー、及び非線形性を示す。

例えば、表2は、数１及び２に相当する行や数５及び６に相当する行のような等しい輝度モデルを有する符号語が一部、既に存在しているということを示す。更に、数３及び４に相当する行の間でのようにグレイスケール反転が一部、既に見られる。したがって、このテーブルの並び替え及び修正が必須である。

前述したように、欧州特許出願公開第1353315号明細書に開示されているメタコード概念の次の工程は、反転及びプラトーを抑制するために符号を並び替える工程から成る。このことを行うために、輝度符号又はメタコードと呼ぶ新たな符号が選択される。表3はこの原理を示す。

この段階では、新たな順序#Nが、輝度レベルの反転も、等しい輝度レベルもなく規定される。このことを行うために、等しい輝度レベルを有する符号語が廃棄される一方、応答忠実度特性と擬似輪郭特性とによって最善の符号語を維持する。このことは、以下に示す新たな基本符号化テーブルにつながる。

本発明は符号廃棄の原理に関する。この方法を実施するうえで直面する問題は、この方法が膨大なメモリ容量を必要とするということである。以下に、符号廃棄処理の例を表す。

表5に表すルックアップ・テーブル(LUT)は、レベル2,6,8,9,11,12,13を表示処理において抑制する符号廃棄の概念の実施を表す。

通常、そのようなLUTは、８ビットの出力を備えている256の位置(256x8=2048ビット)を必要とし、これを256の別々のAPL値について必要とする。最後に、外部メモリにおける１つのLUTについて、0.5Mビット(256x256x8)を必要とする。更に、各LUTは３つの色について異なり得るものであり、それによって、所要メモリ容量が1.5Mビットに増やされ、これは、１つのディスプレイ・モード(例えば、60Hz)についてのみである。更に、これらの種類のLUTは、PDPにおいて用いるモード（例えば、60Hz、50Hz、75Hz..）毎にも異なり、それによって、所要外部メモリが、３つのモードについて4.5Mビットに更に増加する。

本発明の目的は、所要データを削減して外部メモリ及び帯域による要求事項を抑える方法を提案することにある。

本発明によれば、輝度符号間のオフセット値すなわち差異値のみ（これらの値が使用するビット数は少なくなる。）を外部メモリに記憶し、ビデオ・レベルの符号化に特化したチップ上に輝度符号を再生することが提案されている。

よって、本発明は、ディスプレイ装置上に表示されるピクチャにおけるビデオ・レベルに対するサブフィールド符号を生成する方法に関し、ビデオ・レベルは、フレーム毎光パルス数すなわち、維持パルス数を変調することによって得られ、該方法は：
表示する対象のピクチャの平均電力レベルを測定し、測定電力平均レベルとサブフィールド重みによってフレームのサブフィールドにフレーム毎維持パルスを分散させる工程；
表示する対象のピクチャのビデオ・レベルを輝度符号にマッピングする工程；及び
輝度符号をサブフィールド符号にマッピングする工程を備え、
ビデオ・レベルを輝度符号にマッピングするよう、第１のルックアップ・テーブルが測定平均電力レベルについて計算され、第１のルックアップ・テーブルは複数のビデオ・レベルについてオフセット値を備え、該ビデオ・レベルに割り当てられる対象の輝度符号と、別の輝度符号との差異に相当するビデオ・レベルにオフセット値各々が関連付けられ、第2のルックアップ・テーブルが、該複数のビデオ・レベルの各々に輝度符号を割り当てるよう、第１のルックアップ・テーブルから計算される。

第１のルックアップ・テーブルのみが外部メモリに記憶される。本願の方法はこのルックアップ・テーブルの容量を削減するようにし、その結果、外部メモリの容量を削減するようにする。第２のルックアップ・テーブルは、ビデオ・レベルを符号化することに特化したＡＳＩＣ回路内で生成され、チップ上のメモリに記憶される。このチップ上のメモリの容量は重要でないが、それは、256x8=2048ビットの容量を備えている３つの第２のルックアップ・テーブルのうちの最大のものがその中に記憶されるからである。

好ましい実施例では、n>0のとき、ビデオ・レベルnに関連付けられるオフセット値は、ビデオ・レベルnに関連付けられる輝度符号とビデオ・レベルn−1に関連付けられる輝度符号との差異に等しい。

もう一度、所望のメモリ容量を削減するよう、削減された数のビデオ・レベルについてのみ、オフセット値が第１のルックアップ・テーブルに割り当てられる。例えば、M＜Nのとき、Nの考えられるビデオ・レベルのうちのMの低位のビデオ・レベルについてオフセット値が割り当てられ、同じオフセットが、考えられる他のビデオ・レベルに割り当てられる。

本発明は上記方法を行う装置にも関し、該装置は、ピクチャ平均電力測定回路、第１のルックアップ・テーブルを記憶するメモリ、測定平均電力値に関連付けられる第１のルックアップ・テーブルを読み取るメモリ・インタフェース装置、第２のルックアップを第１のルックアップ・テーブルから生成する計算装置、ビデオ・レベルを輝度符号にマッピングするのに用いるトランスコード装置に第２のルックアップ・テーブルをロードするロード装置、及び輝度符号をサブフィールド符号にマッピングするサブフィールド符号化装置を含む。

本発明の例示的実施例は、添付図面に示し、本明細書で以下に更に詳細に説明する。

図２は、ビデオ・レベルをサブフィールド符号に符号化する回路配置を示す。トランスコードLUT10は、ビデオ・レベルを輝度符号にマッピングするのに用いる。トランスコードLUTは各APL値に関連付けられ、必要な場合、各色成分及び各表示モードに関連付けられる。このトランスコードLUTは外部メモリに記憶される。前述のように、この外部メモリの容量は、色が３つであり、表示モードが３つであり、ビデオ・レベルが256の場合、4.5メガビットであることを要する。このトランスコードLUT10は、トランスコード・ブロック11によって用いられて、ビデオ・レベルが輝度符号にマッピングされる。この輝度符号は更に、サブフィールド符号化ブロック12によってサブフィールド符号にマッピングされる。

本発明によれば、ビデオ・レベルを輝度符号にマッピングするのに用いるLUTは、図3に示すようなオフセットLUTである。これらのLUTの各々では、輝度符号ではなくオフセット値がビデオ・レベル毎に記憶される。(offset(n)として参照する)ビデオ・レベルnに対するこのオフセット値は、（LC(n)として参照する）ビデオ・レベルnに関連付けられる輝度符号と(LC(n−1)として参照する)ビデオ・レベルn−1に関連付けられる輝度符号との差異である。ビデオ・レベル0に関連付けられるオフセット値は0である。オフセット値は8ビットに対して符号化されなくてもよい。例えば、オフセット値は4ビットに対して符号化され、第１のビットは符号を表し、残りの３つのビットはオフセット振幅を表す。よって、オフセット値は−7と＋7との間に存在する。このオフセット値は計算ブロック21によって用いられて、トランスコード・ブロック11にロードされる対象のトランスコードLUTを生成する。トランスコードLUTは、このフレームについて測定されるAPL値に関連付けられるオフセットLUTを用いることによって各フレームで再生される。

よって、4ビットのオフセット値を備えている当該例では、外部メモリの所要容量は、２によって除算される、すなわち、0.256x4x256x3x3=2.25メガビットである。

改良された実施例では、外部メモリの容量をもう一度削減することが可能である。このことは、グレイスケール反転が、低中位のグレイ・レベルにしか適切でないということに起因する。高いビデオ・レベルの場合、グレイスケール反転は、眼の特性（飽和…）が理由で可視でない。よって、256の値をオフセットLUTに記憶する必要はない。例えば、（0≦n≦91のとき）92の低位のグレイ・レベルに対するオフセット値である92のオフセット値のみがオフセットLUTに記憶される。ｎ>91のとき、他のグレイ・レベルnについては、offset(n)=offset(91)である。92を超えるビデオ・レベル全てに対する特定のオフセット値を記憶することも考えられる。

外部メモリの所要容量は、4.5メガビットでなく、92x4x256x3x3=0.8メガビットとなる。

本願の方法の別の利点は、計算ブロック21によって生成されるトランスコードLUTをロードするのに必要な帯域が削減されるということである。トランスコード・ブロック11においてロードされる対象のデータは、2048ビット(256x8ビット)でなく、368ビット(92x4)に過ぎない。ロード処理が垂直帰線消去の間に行われる場合に非常に効果的であり得る。

本明細書の冒頭部分に表した例に適用される、本発明の方法は、以下のテーブルによって示すことができる。

本願の発明の方法の考えられる実施形態を図4に示す。大半の場合にはASICであるプラズマ・ディスプレイ・コントローラ30に全ての処理ブロック(ビデオ・デガンマ、サブフィールド符号化、シリアル-パラレル変換、コントローラ)が含まれる。ルックアップ・テーブルのデータは全て、外部メモリ31（EPROM又はフラッシュ）上に記憶され、このデータはコントローラ30によってビット順に読み取ることが可能である。通常処理においては、各フレームの終点で、新たなオフセットLUTデータは、R信号、G信号及びB信号に基づいてビデオのアクティブな部分の間に計算されたAPL値によってコントローラ30によってダウンロードされることを要する。APL値は、コントローラ30内のAPL測定ブロック32において計算される。コントローラ30内のオフセットLUTの各リフレッシュ処理は、ブロック32によって測定されるAPL値に関連付けられるオフセット値に相当する特定ビット量を外部メモリ31内の特定のアドレスで単に読み取るメモリ・インタフェース33と、コントロータ30内に記憶する対象のトランスコードLUTを構築する（図3のブロック21に同等な）計算ブロック34と、最後に、特定のトランスコードLUTを担うロード・ブロック35との３つのブロックに基づいている。

外部メモリ31に記憶されているルックアップ・テーブルは、垂直帰線消去中に各フレームの終点でメモリ31のピンSCLK及びSDATAを用いることによってメモリ・インタフェース33に転送される。実際に、正しいLUTをロードするのに必要なAPLレベルを計算するには完全なアクティブ・フレームを要し、アクティブな部分の表示中に何れかのLUTの内容を変えることは可能でないが、さもなければ、ピクチャはその均一性を喪失することになる。新たなAPL値が判定されると、コントローラ30はメモリ31から所要データを要求し、所要のルップアップ・テーブルのデータをメモリ・インタフェース33にロードする。

各サブフィールド符号語に関連した輝度を示す曲線である。従来技術の実施形態を示す概略図である。本発明による方法の、考えられる実施形態を示す概略図である。本願の発明の方法の考えられる実施形態を示す概略図である。

符号の説明

１０トランスコードLUT
１１トランスコード
１２サブフィールド符号化LUT
２０オフセットLUT
２１計算
３０ PDPコントローラ
３１オフセットLUT
３２ APL測定
３３メモリ・インタフェース
３４トランスコードLUTの生成
３５トランスコードLUTのロード

Claims

ディスプレイ装置上に表示されるピクチャにおいてビデオ・レベルに対するサブフィールド符号を生成する方法であって、該ビデオ・レベルは、フレーム毎光パルス数すなわち維持パルス数を変調することによって得られ：
表示する対象のピクチャの電力平均レベルを測定し、フレーム毎維持パルスを該フレームのサブフィールドに、該測定電力平均レベルとサブフィールドの重み付けとに応じて分散させる工程と、
該表示する対象のピクチャのビデオ・レベルを輝度符号にマッピングする工程と、
輝度符号をサブフィールド符号にマッピングする工程を備え、
ビデオ・レベルを輝度符号にマッピングするよう、第１のルックアップ・テーブルが該測定電力レベルについて計算され、該第１のルックアップ・テーブルは複数のビデオ・レベルに対するオフセット値を備え、各オフセット値は、ビデオ・レベルに割り当てられる対象の輝度符号と、別の輝度符号との差異に相当するビデオ・レベルに関連付けられ、更に第２のルックアップ・テーブルが該第１のルックアップ・テーブルから計算されて、前記複数のビデオ・レベルの各々に輝度符号が割り当てられることを特徴とする方法。
請求項1記載の方法であって、n>0のとき、ビデオ・レベルnに関連付けられるオフセット値が、該ビデオ・レベルnに関連付けられる輝度符号と、ビデオ・レベルn−1に関連付けられる輝度符号との差異に等しいことを特徴とする方法。
請求項1又は2記載の方法であって、前記第１のルックアップ・テーブルが、M<Nのとき、N個の考えられるビデオ・レベルのうちのM個の低位ビデオ・レベル毎にオフセット値を備え、他の考えられるビデオ・レベル全部毎に１つだけのオフセット値を備えることを特徴とする方法。
請求項3記載の方法であって、前記他の考えられるビデオ・レベルに割り当てられるオフセット値は、前記M個の低位ビデオ・レベルのうちの最高のものに割り当てられるオフセット値であることを特徴とする方法。
請求項1乃至4記載の方法を行う装置であって、ピクチャ平均電力測定回路(32)、前記第１のルックアップ・テーブルを記憶するメモリ(31)、測定平均電力値に関連付けられる該第１のルックアップ・テーブルを読み取るメモリ・インタフェース装置(33)、前記第２のルックアップ・テーブルを該第１のルックアップ・テーブルから生成する計算装置(34)、ビデオ・レベルを輝度符号にマッピングするのに用いるトランスコード装置(11)に該第２のルックアップ・テーブルをロードするロード装置(35)及び輝度符号をサブフィールド符号にマッピングするサブフィールド符号化装置(12)を含むことを特徴とする装置。
請求項5記載の装置であって、前記ピクチャ平均電力測定回路(32)、前記メモリ・インタフェース装置(33)、前記計算装置(34)、前記ロード装置(35)、前記トランスコード装置(11)及び前記サブフィールド符号化装置(12)が前記ディスプレイ装置のコントローラ装置(30)に含まれており、前記メモリ(31)が外部メモリであることを特徴とする装置。
請求項6記載の装置であって、前記メモリ(31)が、前記コントローラ装置(30)によってビット順に読み取ることが可能なEEPROMメモリであることを特徴とする装置。
請求項5乃至7のうちの１つに記載の装置であって、前記メモリ・インタフェース装置(33)が、前記メモリ(31)における前記第１のルックアップ・テーブルを各フレームの終点で読み取ることを特徴とする装置。