JP5285342B2 - 大面積フリッカの影響を除去するビデオ画像処理方法及び装置 - Google Patents

大面積フリッカの影響を除去するビデオ画像処理方法及び装置 Download PDF

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Description

本発明は、特に、大きい面積のフリッカの影響を除去するためビデオ画像を処理する方法及び装置に関する。
特に、本発明は、プラズマディスプレイパネル（ＰＤＰ）のようなマトリックス形ディスプレイ、デジタルマイクロミラーアレイ（ＤＭＤ）を備えたディスプレイ、及び、光照射のデューティサイクル変調（パルス幅変調）の原理に基づくすべての種類のディスプレイに光画像の画質を改良する種類のビデオ処理に密接に関係する。
プラズマディスプレイパネルはかなり以前から知られているが、プラズマディスプレはテレビジョン製造者からの関心が徐々に増大している。実際上、この技術は、ビューイング角には制限が無く、奥行きが制限された大型のフラットカラーパネルを実現することが可能である。ディスプレイのサイズは、典型的なＣＲＴ受像管に許容されていたサイズよりもかなり大きい。
欧州テレビジョンセットの最新世代では、画質を改良するため多数の作業がなされている。その結果として、プラズマディスプレイ技術のような新しい技術を組み込むテレビジョンセットは、非常に優れた画像、或いは、従来の標準的なテレビジョン技術よりも優れた画像を提供しなければならないという強い要求が生じる。
プラズマディスプレイパネルは、スイッチをオン又はオフすることができる放電セルのマトリックスアレイを利用する。また、グレイレベルが光放射のアナログ制御によって表現されるＣＲＴ又は液晶ディスプレイとは異なり、プラズマディスプレイパネルの場合に、グレイレベルは１フレーム当たりの光パルスの数を変調することにより制御される。この時間変調は、視覚の時間応答に対応した周期に亘って視覚により積分される。静止画像の場合、この時間変調は、表示されたビデオ標準のフレーム周波数に一致するベース周波数で繰り返す。ＣＲＴ技術によって知られているように、ベース周波数５０Ｈｚの光放射は大きい面積のフリッカを誘起し、このフリッカは１００ＨｚのＣＲＴテレビジョン受像機のフィールド繰り返しによって除去することができる。
光放射のデューティサイクルが非常に短いＣＲＴに対し、ＰＤＰの光放射のデューティサイクルは中間のグレイに対し略５０％程度である。これは、スペクトルの５０Ｈｚ周波数成分、すなわち、大きい面積のフリッカアーティファクトの振幅を除去するが、ＰＤＰのサイズの方がより大きくなることに起因して、ビューイング角が広がり、面積の小さいフリッカであっても画質の点で好ましくない。近年、ＰＤＰのサイズ及び明るさは増加する傾向にあるので、将来的にこの問題はより一層重大になる。
本発明の目的は、特に、１００Ｈｚテレビジョン受像機によって要求されるような余分なコストを負うこと無く、５０Ｈｚビデオ標準に対し、プラズマディスプレイパネルの大面積フリッカアーティファクトを除去する方法及び装置を提供することである。
請求項１に係る発明によれば、大きい面積のフリッカの影響の除去は、フレーム周期に対し最適化されたサブフィールド構造を利用することにより実現される。画素のサブフィールドは、２個の連続したグループに構造化され、アクティブなサブフィールド周期を２個のサブフィールドグループに均等に配分する符号語が画素の値に割り当てられる。
この解決法は、５０Ｈｚ周波数成分が１個のサブフィールドグループしか使用されない場合よりも実質的に低減される利点がある。５０Ｈｚの密な照明周期の繰り返しは、１００Ｈｚの粗い照明周期の繰り返しによって置き換えられる。この方法を用いることにより、ＰＤＰ制御部の複雑さが多少増加する点を除いて実質的に余分なコストは追加されない。
本発明の方法の更なる実施例は従属した請求項に記載されている。二つのサブフィールドグループ（最上位サブフィールド）に対し同一の構造を使用することは、二つの照明周期が類似した特性を有することを保証するために役立つ。最下位サブフィールドの重みは小さく、重大な大面積のフリッカを生じさせない。このため、最下位サブフィールドは二つのサブフィールドグループに対し同一であることが要求されない。
ビデオゲームのビデオレコーダによって発生された信号のように水平ライン同期信号に変化が生ずる標準外のビデオ信号を表示するため、垂直帰線消去期間は、サブフィールドがアドレス指定された場合に使用されるべきである。この垂直帰線消去期間は、連続したサブフィールドグループのペア毎に挿入され２本の垂直帰線消去期間によって置換される点が有利である。これは、１００ＨｚＣＲＴベースのテレビジョン受像機と類似している。
５０Ｈｚビデオ標準の場合は、ＮＴＳＣのような６０Ｈｚビデオ標準と比較してフレーム周期が延長されているので、６０Ｈｚビデオ標準に対し最適化されたサブフィールド構造より多数のサブフィールドを簡単に使用することが可能である。
以下、添付図面を参照して本発明の具体的な実施例を詳細に説明する。
ビデオ処理の分野において、ルミナンスレベルを８ビットで表現することは非常に一般的である。この場合、各レベルは以下の８ビットの組合せによって表現される。
２0 ＝１、２1 ＝２、２2 ＝４、２3 ＝８、２4 ＝１６、２5 ＝３２、
２6 ＝６４、２7 ＝１２８
プラズマディスプレイパネル技術を用いてこのような符号化スキームを実現するため、フレーム周期は、屡々、サブフィールドと称される８個の照明周期に分割され、各サブフィールドは８ビットの中の一つに対応する。ビット２1 ＝２に対する照明パルスの間隔は、ビット２0 ＝１に対する照明パルスの２倍である。これらの８個のサブ周期を組み合わせることにより、２５６個の異なるグレイレベルを構築することができる。例えば、グレイレベル９２には、２進数表記でデジタル符号語０１０１１１００が対応する。サブフィールドは、等振幅及び等間隔を有する多数の小さいパルスにより構成される。動きが無い場合、観察者は、すべてのサブ周期を約１フレーム周期に亘って視覚的に積分し、正確なグレイレベルを感受する。上記のサブフィールド構造は図１に示されている。
プラズマディスプレイパネルに対する殆どの開発は、ＮＴＳＣのような６０Ｈｚビデオ標準に対して行われている。これらのビデオ標準に対し、改良されたサブフィールド構造は、アーティファクトを回避し、画質を向上させるため巧く利用されるべきである。
６０Ｈｚビデオ標準に対し一般的に使用されるサブフィールド構造の一例は図２に示されている。サブフィールド数は、１２個のサブフィールドＳＦに増加されている。サブフィールドの相対的な間隔は図２に与えられている。すべてのサブフィールドがアクティブ状態にされた場合、照明フェーズは２５５相対時間単位の相対的な間隔を有する。値２５５は、プラズマディスプレイパネルに使用される上記のルミナンスレベル若しくはＲＧＢデータの８ビット表現を使用し続けるため選択される。最上位から７番目までのサブフィールドの相対的な間隔は、３２相対時間単位である。プラズマディスプレイパネル技術の分野において、サブフィールドの相対的な間隔は、屡々、サブフィールドの「重み」といわれ、以下でもサブフィールドの重みと呼ぶ。各サブフィールドＳＦの間には、光が放出されない短い時間周期が存在する。この時間周期は、対応したプラズマセルのアドレスを指定するため使用される。最後のサブフィールドの後に、光が放出されないより長い周期が追加される。この時間周期は、ビデオ標準の垂直帰線消去期間に対応する。このような垂直帰線消去周期の実現は、ビデオカセットレコーダ又はビデオゲーム等で発生される標準外のビデオ信号を取扱得るために必要である。
このサブフィールド構造におけるグレイレベル９２のデジタル表記は、例えば、０００００１１１１１００である。この数字は、１２個のサブフィールドに対応した１２ビットの２進数である。これは、フレーム周期中に対応した画素の照明用パルスを制御するため使用される。重みが等しい７個のサブフィールドが存在するため、同じグレイレベルに対し別の数個の１２ビット符号語が存在し得ることに注意する必要がある。
図３には、本発明による５０Ｈｚビデオ標準用の新しいサブフィールド構造が示されている。６０Ｈｚビデオ標準用のフレーム周期は１６．６ｍｓであり、５０Ｈｚビデオ標準の場合にフレーム周期は２０ｍｓであり、５０Ｈｚビデオ標準の方が長い。これにより、５０Ｈｚビデオ標準ではより多数のサブフィールドをアドレス指定することができる。図３に示された例の場合に、サブフィールドの数は１４まで増加される。フレーム周期に追加された時間は追加されたサブフィールドの数よりも大きいため（２０．０／１６．６ ＞ １４／１２）、サブフィールドの増加によって余分なコストを生じさせない。
サブフィールドは二つの別個のサブフィールドグループＧ１、Ｇ２に構造化される。
１個の垂直帰線消去期間は、２個の垂直フレーム帰線消去期間ＶＦＢ１及びＶＦＢ２によって置換され、一方の垂直フレーム帰線消去期間はフレーム期間の最後に存在し、他方の垂直フレーム帰線消去期間は２個のサブフィールドグループの間に存在する。
２個のサブフィールドグループは、最上位から６番目までの上位側サブフィールドに関して同一であり、より下位の下位側サブフィールドに関して異なる。下位側サブフィールドの重みは小さく、著しい大面積のフリッカを生じさせないので、下位側サブフィールドは一致していなくてもよい。
大面積のフリッカの影響を除去するため、所与の画素値のルミナンス重みを二つのサブフィールドグループに対称的に配分する所与のサブフィールド符号化処理が適用される。二つのサブフィールドグループの間のルミナンス重みの小さい差は、小さい５０Ｈｚのルミナンス周波数成分、すなわち、大面積フリッカの小さいレベルを表す。サブフィールド符号化処理の場合、複雑な計算は必要ではない。２５６通りのグレイレベル／画素値に対する符号語が格納された対応したテーブルを使用することができる。
以下では、この符号化処理について説明のため好適な例を用いて詳細に説明する。ここでは、グレイレベル／画素値が８７である場合を想定する。この数は、以下の形式で表現することができる。
８７＝３＋４４＋４０
このように値８７は３つの成分に分割される。第１の成分である
３＝（８７ ｍｏｄ ４）
は、二つのサブフィールドグループの下位側サブフィールドによって符号化されるべき成分である。第２の成分及び第３の成分は、両方のグループの最上位から６番目までの上位側サブフィールドが４の倍数の重みをもつため、４の倍数であり、できる限り一致するように決められる。本例の８７の場合のように、両者を一致させ得ない場合、グループ１のサブフィールドで符号化されるべき第２の成分は４だけ大きくされるべきである。本例では、４４はグループＧ１のサブフィールドを用いて符号化され、４０はグループ２のサブフィールドを用いて符号化される。この規則を用いることにより、最終的に得られる符号は、
８７＝
１＊１＋１＊４＋０＊８＋１＊１６＋１＊２４＋０＊３２＋０＊４０
１＊２＋０＊４＋０＊８＋１＊１６＋１＊２４＋０＊３２＋０＊４０
すなわち、
８７＝４５＋４２
４５＝１＋４＋１６＋２４ （グループ１）
４２＝２＋１６＋２４ （グループ２）
であり、２進数表現では、
８７＝００１１００１００１１０１１
である。
この符号化処理の場合に、二つのサブフィールドグループの間の重みの差は決して５よりも大きくならない。
次に、グレイレベル／画素値が９２である第２の例を説明する。
９２＝０＋４８＋４４
と表現できるので、
９２＝
０＊１＋０＊４＋１＊８＋１＊１６＋１＊２４＋０＊３２＋０＊４０
０＊２＋１＊４＋０＊８＋１＊１６＋１＊２４＋０＊３２＋０＊４０
すなわち、
９２＝４８＋４４
４８＝８＋１６＋２４ （グループ１）
４４＝４＋１６＋２４ （グループ２）
であり、２進数では、
９２＝００１１０１０００１１１００
と表される。
図４は、本発明によるビデオ画像処理装置のブロック構成図である。本発明の装置は、プラズマディスプレイパネルマトリックス型ディスプレイと一体的に統合しても構わない。また、この装置は、プラズマディスプレイパネルと接続される別個のボックスに設けてもよい。同図には、装置１０の全体が示されている。ビデオ信号は入力ラインＶinを介してこの装置１０に供給される。ビデオ処理ユニット１１では、ビデオ信号がデジタル化され、Ｙ、Ｕ、Ｖデータが生成される。プラズマディスプレイパネルは順次走査モードでアドレス指定されるので、インターレースビデオ標準は、先行した変換を必要とする。従来より知られている多数のインターレース走査・順次走査変換方法を使用することが可能である。また、プラズマディスプレイパネルはＲＧＢデータを用いて動作するので、ＹＵＶ／ＲＧＢデータ変換もこのビデオ処理ユニット１１で行われる。発生されたＲＧＢデータはサブフィールド符号化ユニット１２に転送される。サブフィールド符号化ユニット１２において、各ＲＧＢ画素値に対し、対応した符号語がテーブル１３から選択される。これらの符号語は、プラズマディスプレイパネル１０のアドレス指定ユニット１４内のフレームメモリに転送される。アドレス指定ユニット１４は、これらのデータを用いてプラズマディスプレイ１５を制御する。
６０Ｈｚビデオ標準の場合に、大面積のフリッカの影響は、５０Ｈｚビデオ標準の場合よりも妨害性が少ない。上記の本発明の説明は、５０Ｈｚビデオ標準についてなされているが、勿論、本発明は６０Ｈｚビデオ標準の画質を改良するために使用できる。
図４のブロックに示された構成要素は、ハードウェア部品だけではなく、コンピュータで実行可能な適当なコンピュータプログラムとして実現してもよい。
本発明は、上記の開示された実施例に限定されるものではない。本発明は、特許請求の範囲に記載された事項の範囲を逸脱することなく、種々の変形が可能である。例えば、使用されたサブフィールドの数及び重みは、実装形態毎に変化しても構わない。
グレイレベル変化用のパルス幅変調方式のような種々の制御を用いて制御されるあらゆるタイプのディスプレイは、本発明と組み合わせて使用することができる。
プラズマディスプレイパネルのサブフィールドの概念説明図である。 ６０Ｈｚビデオ標準に使用される典型的なサブフィールド構造の説明図である。 ５０Ｈｚビデオ標準用の新しいサブフィールド構造である。 本発明による装置のブロック構成図である。
符号の説明
１０ ビデオ画像処理装置（プラズマディスプレイパネル）
１１ ビデオ処理ユニット
１２ サブフィールド符号化ユニット
１３ テーブル
１４ アドレス指定ユニット
１５ プラズマディスプレイ

Claims (8)

  1. ビデオ画像を処理する方法であって、ビデオ画像は、各画素が該画素のグレイレベル又は該画素のカラー成分のグレイレベルを表す１つ以上の画素値を割り当てられた、複数の画素を有し、画素値にデジタル符号語が割り当てられ、デジタル符号語はディスプレイの対応した画素／画素成分がアクティブ状態にされる期間の長さを決定し、デジタル符号語の各ビットに対し、重みとも呼ぶ、ある相対的なアクティブ時間を表すサブフィールドが割り当てられ、所与のデジタル符号語によるサブフィールド群が表すアクティブ時間群の合計が、前記対応した画素／画素成分がフレーム周期中にアクティブ状態にされる期間の長さを決定し、当該方法は：
    サブフィールド符号化処理において、フレーム周期に対して、アクティブのサブフィールド期間を連続した２つのサブフィールドグループに配分するデジタル符号語を画素値に割り当てることによって、サブフィールド群を前記２つのサブフィールドグループにて編成する段階；及び
    第１の占有長さを有する第１の帰線消去期間を第１のサブフィールドグループの最後のサブフィールドの後に付加し、且つ第２の占有長さを有する第２の帰線消去期間を第２のサブフィールドグループの最後のサブフィールドの後に付加することによって、前記２つのサブフィールドグループの各々の期間をフレーム周期の半分に調整する段階；
    を有し、
    画素値に割り当てられるデジタル符号語の生成のため、画素値は、該画素値を所定の数で割った剰余を表す第１の成分と、前記所定の数の倍数であり、互いに可能な限り等しくされた第２の成分及び第３の成分と、からなる３個の成分に分割され、
    前記第１の成分は前記第１及び第２のサブフィールドグループの双方の特定数の下位側サブフィールドを用いて符号化され、前記第２の成分は前記第１のサブフィールドグループの残りの上位側サブフィールド群を用いて符号化され、前記第３の成分は前記第２のサブフィールドグループの残りの上位側サブフィールド群を用いて符号化され、
    前記所定の数は、前記第１及び第２のサブフィールドグループの前記残りの上位側サブフィールド群のうちの最下位サブフィールドの重みに等しく、
    前記第１及び第２のサブフィールドグループの前記残りの上位側サブフィールド群の各サブフィールドの重みは、前記第１及び第２のサブフィールドグループの前記残りの上位側サブフィールド群のうちの最下位サブフィールドの重みの倍数である、
    ことを特徴とする方法。
  2. 前記２つのサブフィールドグループ内のサブフィールド数は等しい、請求項１記載の方法。
  3. 前記２つのサブフィールドグループの各サブフィールドの重みは、前記特定数の下位側サブフィールドを除いて等しい、請求項２記載の方法。
  4. 前記第２及び第３の成分が互いに等しくされることができない場合、前記第２の成分の値は、前記第３の成分の値より前記所定の数だけ大きくされる、請求項３記載の方法。
  5. ビデオ画像を処理するように適応された装置であって、ビデオ画像は、各画素が該画素のグレイレベル又は該画素のカラー成分のグレイレベルを表す１つ以上の画素値を割り当てられた、複数の画素を有し、当該装置は、画素値をデジタル符号語にデジタル的に符号化するサブフィールド符号化ユニットを有し、デジタル符号語はディスプレイの対応した画素／画素成分がアクティブ状態にされる期間の長さを決定し、デジタル符号語の各ビットに対し、重みとも呼ぶ、ある相対的なアクティブ時間を表すサブフィールドが割り当てられ、所与のデジタル符号語によるサブフィールド群が表すアクティブ時間群の合計が、前記対応した画素／画素成分がフレーム周期中にアクティブ状態にされる期間の長さを決定し、当該装置は：
    フレーム周期内に２つのサブフィールドグループを位置付け、且つ、第１の占有長さを有する第１の帰線消去期間を第１のサブフィールドグループの最後のサブフィールドの後に付加し、且つ第２の占有長さを有する第２の帰線消去期間を第２のサブフィールドグループの最後のサブフィールドの後に付加することによって、前記２つのサブフィールドグループの各々の期間をフレーム周期の半分に調整する、サブフィールド編成手段；
    を有し、
    前記サブフィールド符号化ユニットは、アクティブのサブフィールド期間を前記２つのサブフィールドグループに配分するデジタル符号語を画素値に割り当てるように適応されており、且つ、全ての取り得る画素値に対して、対応する符号語が格納されたコードテーブルを有し、
    画素値に割り当てられるデジタル符号語の生成のため、画素値は、該画素値を所定の数で割った剰余を表す第１の成分と、前記所定の数の倍数であり、互いに可能な限り等しくされた第２の成分及び第３の成分と、からなる３個の成分に分割され、
    前記第１の成分は前記第１及び第２のサブフィールドグループの双方の特定数の下位側サブフィールドを用いて符号化され、前記第２の成分は前記第１のサブフィールドグループの残りの上位側サブフィールド群を用いて符号化され、前記第３の成分は前記第２のサブフィールドグループの残りの上位側サブフィールド群を用いて符号化され、
    前記所定の数は、前記第１及び第２のサブフィールドグループの前記残りの上位側サブフィールド群のうちの最下位サブフィールドの重みに等しく、
    前記第１及び第２のサブフィールドグループの前記残りの上位側サブフィールド群の各サブフィールドの重みは、前記第１及び第２のサブフィールドグループの前記残りの上位側サブフィールド群のうちの最下位サブフィールドの重みの倍数である、
    装置。
  6. マトリックス型ディスプレイを更に含む請求項５記載の装置。
  7. 前記マトリックス型ディスプレイはプラズマディスプレイである、請求項６記載の装置。
  8. 前記マトリックス型ディスプレイはデジタルマイクロミラーアレイディスプレイである、請求項６記載の装置。
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