JP5154734B2 - 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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Description
【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。ここで、左辺は、計算された新たなディザパターンを示す。以下の式においても同様である。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】
【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、
【外4】
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,B0)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,B0)を処理する方法であって、
前記ビデオデータ(R0,G0,B0)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,B0)にディザ関数を適用するときに、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ために、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、前記表示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,B0)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,B0)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(R0,G0,B0)を処理する装置であって、
前記ディザリング手段に接続され、前記ビデオデータ(R0,G0,B0)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を含み、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ために、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の前記ディザ関数は前記表示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の入力信号がガンマ関数によって補正されるよう、前記ディザリング手段に接続されたガンマ関数手段を更に含む、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を前記ビデオデータ(R0,G0,B0)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に接続される制御手段を更に含む、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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