KR100616383B1 - 고 비트 심도 해상도의 디스플레이를 위한 공간-시간적 다중화 - Google Patents

고 비트 심도 해상도의 디스플레이를 위한 공간-시간적 다중화 Download PDF

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Abstract

디스플레이 데이터를 공간 및 시간적으로 다중화하는 방법 및 장치를 제공한다. 이 방법을 사용하면 비트 수의 해상도가 부여된 시스템에 의해 성취될 수 있는 것보다 더 큰 비트 심도의 해상도를 얻을 수 있다. 이 방법은 원하는 감지되는 해상도를 결정하는 단계(26), 이 감지된 해상도를 달성하는 데에 사용되는 비트 평면의 수를 설정하는 단계(28), 이들 비트 평면들 중 공간-시간적 최하위 비트 값(STMLSB)에 대한 최소한 하나를 이용하는 단계(30), STMLSB의 생성 값을 프랙셔널 비트 그레이 코드 레벨에 참조하는 단계(32), 공간 패턴을 생성하는 단계(34), 공간 패턴이 선정된 시퀀스로 시작하거나 프레임 마다 랜덤하게 시작하는 지를 결정하는 단계(36), 변조기 상에 데이터를 로딩하여 이를 표시하는 단계(38)를 포함한다. 본 장치는 랜덤 공간 패턴과 선정된 공간 패턴 간에 선택을 가능하게 하는 난수 발생기(48) 및 룩업 테이블(50), 및 사용되는 패턴을 생성하는 패턴 로직부(46)를 포함한다.
광 변조기 디스플레이 시스템, 컬러 휠, 공간 광 변조기, 스크린, 공간-시간적 다중화

Description

고 비트 심도 해상도의 디스플레이를 위한 공간-시간적 다중화{SPATIAL-TEMPORAL MULTIPLEXING FOR HIGH BIT-DEPTH RESOLUTION DISPLAYS}
도 1은 공간 광 변조기 디스플레이 시스템의 일 예를 나타내는 도면이다.
도 2는 디스플레이 데이터의 공간 시간적 다중화 방법의 플로우챠트이다.
도 3은 본 발명에 따른 50% 공간 시간적 다중화 패턴의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 25% 공간 시간적 다중화 패턴의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 12.5% 공간 시간적 다중화 패턴의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 패턴 선택 블럭도의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명에 따른 패턴 신호 블럭도의 일 실시예를 나타내는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 간단한 설명>
10 : 광 변조기 디스플레이 시스템
12 : 수신기
14 : 메모리
16 : 프로세스 블럭
18 : 광원
20 : 컬러 휠
22 : 공간 광 변조기
24 ; 스크린
본 발명은 공간 광 변조기 디스플레이 시스템에 관한 것으로, 특히 이들 시스템용 어드레싱 스킴에 관한 것이다.
공간 광 변조기 디스플레이 시스템은 통상 화상의 픽쳐 소자(픽셀)를 변조하는 데에 사용되는 개별적으로 조절 가능한 소자의 x-y 어레이로 이루어진 공간 광 변조기를 포함한다. 이들 변조기의 예들은 디지털 마이크로미러 디바이스 TM(DMD TM) 활성 미러 어레이 TM, 액정 셀, 격자 광 밸브, 및 플라즈마 디스플레이 패널을 포함한다. 이들 예들 중에는 아날로그 방식으로 동작하는 것이 있으며, 여기에서 임의의 픽셀에 전송되는 광량은, 대응하는 셀이 얼마나 멀리 이동하는지, 또는 얼마나 많은 광이 그 셀을 관통하게 되는지에 의해 판정된다.
다른 예들은 디지털 방식으로 동작하며, 여기에서는 셀이 광을 화상에 전달하거나 전달하지 않을 수도 있다.
디지털 동작 모드는 사람의 눈이 아날로그 응답을 갖기 때문에 문제를 일으킨다. 이 아날로그 응답은 디지털 셀이 펄스 폭 변조(PWM)로 불리는 기법을 사용할 것을 필요로 한다. PWM 기법에서는, 디스플레이 신호가 디지털 샘플링을 거치고, 이로 인해 선정된 개수의 샘플이 생기며, 각 샘플은 동일하게 20bits를 갖는다. 다음에 이들 비트는 비트의 유효도(significance)에 비례하는 시간 주기 동안 개별의 셀을 어드레스하는 데에 사용된다(즉, 가장 유효한 비트가 대부분의 시간을 수용하여 그 데이터를 표시한다). 샘플 당 다수의 비트를 갖는 시스템이 더 질 좋은 화상을 제공하게 된다.
셀의 어드레싱은 통상 주어진 비트의 데이터를 셀의 활성 회로에 전달하여, 셀이 그 데이터에 응답하게 한 다음에, 셀이 그 비트의 데이터에 의해 요구되는 방식으로 광을 변조하도록 셀을 조명하는 단계를 포함한다. 셀의 저장, 전달, 활성화 및 조명의 작업은 비교적 단시간 내에 몇 회 반복되어야만 고 품질의 화상을 성취할 수 있다. 통상의 디스플레이 시스템은 60Hz에서 동작하므로, 표시되는 각 프레임의 데이터는 1/60초(16.7밀리초) 만을 갖는다. 컬러 시퀀셜 시스템에서, 변조기는 세가지의 컬러, 각각 적색, 녹색, 및 청색으로 순서대로 조명되고, 이들 각 색은 상기 시간의 1/3(5.57밀리초)을 수용한다.
현재의 공간 광 변조기 디스플레이 시스템에서, 컬러 시퀀셜 시스템에서 성취될 수 있는 최대 개수의 비트는 통상 8비트이다. 8비트의 데이터는 이들 사이에 5.57밀리초까지 분할해야 하며, 최대 유효 비트는 상기 시간의 약 1/2(2.79밀리초)을 수용하고, 최하위 비트는 이 시간의 약 1/255(20마이크로초)을 수용한다. 셀은 최하위 비트(LSB)의 데이터를 20마이크로초로 표시할 만큼 충분히 빠른 스위칭 시간을 가져야만 8비트의 해상도를 성취할 수 있다. 더 많은 수의 비트는 더욱 빠른 스위칭 속도를 필요로 한다.
디지털 시네마와 같은 대형 디스플레이 시스템에 대해서는, 8비트 이상의 해상도가 공간 광 변조기 디스플레이로 필름 품질의 화상을 성취하는 데에 필요하다. DMD TM와 같은 몇가지 예들에서는, 10비트를 성취할 수 있다.
따라서, 디지털 시네마 품질의 화상에 대해서는, 공간 광 변조기가 스위칭 속도의 증가를 필요로 하지 않으면서 10비트 이상의 해상도를 표시할 수 있게 하는 방법이 필요하다.
삭제
본 발명의 일 형태는 고 비트 심도 해상도를 성취하기 위해 디스플레이 데이터를 공간 시간적 다중화하는 방법이다. 일반적으로, 본 발명은 원하는 감지의 해상도를 결정하고, 이 감지된 해상도를 성취하는 데에 사용되는 비트 평면의 수를 설정하고, 공간 시간적 최하위 비트 값(STMLSB)에 대해 이들 비트 평면들 중 최소한 하나를 사용하고, STMLSB의 생성 값을 비트 가중치에 참조하고, 공간 패턴을 생성하고, 공간 패턴이 각 프레임에서 선정된 시퀀스로 또는 랜덤하게 공간적으로 시작되는지를 결정하고, 데이터를 변조기 상에 로딩하여 이를 표시하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서는, 감지된 해상도의 12비트가 오직 9비트 평면만으로부터 성취될 수 있다. 9 비트 평면이 설정되고, 이들 중 2 비트가 공간 시간적인 다중화에 사용된다. 본 발명의 다른 실시예에서는 14 비트가 오직 12 비트 평면으로부터 참조될 수 있다.
12 비트 평면이 설정되면, 3 비트 평면이 공간 시간적 다중화에 대한 것이다.
공간 다중화는 50% 체크보드 패턴과 같이, 프레임 내의 활성 픽셀의 퍼센티지의 패턴을 사용하여 성취된다. 이들 패턴은 하나의 프레임에서 다음 프레임으로 다른 시작점에서 패턴을 공간적으로 시작함으로써 시간적으로 조절된다. 패턴 공간 시작점의 결정은 각 연속 프레임에서 랜덤하게 또는 선정될 수 있다.
본 발명의 장점은 고 비트 심도의 해상도가 필요한 것보다 더 적은 비트수를 이용하여 성취될 수 있다는 데에 있다.
본 발명의 장점은 비이진수인 LSB 가중치를 사용하여, LSB에 대해 더 긴 비트 실행 시간을 가능하게 하여 소자의 스위칭 속도를 더 느리게 할 수 있다는 데에 있다.
본 발명의 장점은 어느 PWM 시스템에 의해서나 사용할 수 있다는 데에 있다.
본 발명의 장점은 더욱 적은 비트 평면을 사용하여 고차수의 비트를 10배 이상으로 비트 스플릿한다는 데에 있다.
본 발명을 더욱 완전하게 이해하기 위해서는, 첨부한 도면을 참조한 다음의 상세한 설명을 참조하면 된다.
도 1은 공간 광 변조기 디스플레이 시스템(10)의 일 예를 나타낸다. 아날로그, 디지털, 비디오, 그래픽 등 어느 디스플레이 소스로부터나 가능한 디스플레이 데이터가 수신기(12)에 수신된다.
데이터는 또한 다른 처리에 필요하다면 메모리(14)에도 수신된다. 프로세서 블럭(16)은 실제로 몇개의 프로세서를 포함할 수 있다. 이것은 아날로그-디지털 변환, 필요하다면 컬러 공간 변환, 및 그 외 다른 선택된 프로세싱과 같은 작업을 실행한다. 프로세서는 또한 광원(18) 및 컬러 휠(20)을 조절한다.
시스템은 공간 광 변조기(22)에 대한 광의 컬러 시퀀싱을 실행하도록 컬러 휠을 사용한다. 이 특정 실시예는 하나의 공간 광 변조기 반사 디스플레이 시스템에 관한 것이다. 그러나, 여기에 기재된 기법은 이 시스템에만 제한되는 것은 아니고, 이에 제한되는 의도로 설명하고 있는 것은 아니다. 본 발명을 이용하는 데에 있어 시스템에 필요한 사항은 오직 펄스폭 변조를 이용한다는 것이다. 도 1의 프로세서는 정확한 컬러에 대한 정확한 비트-평면(bit-plane) 포맷으로 데이터를 포맷하는 데에 필요한 비트의 조작을 실행한다.
이 경우 비트-평면은 한 세트의 디스플레이 데이터이고, 일 비트는 공간 광 변조기에 대한 각 소자에 대한 것이고, 각 비트는 그 소자의 디지털 샘플로부터 동일한 유효도를 갖는다. 예를 들어, 데이터는 이미 디지털로 되어 있거나, 프로세서(14)에 의해 디지털로 변환된다. 어레이의 각 소자는 그 데이터를 나타내는 8비트의 샘플을 갖는다. 모든 소자의 모든 데이터가 메모리 내에 기록된다. 데이터는 각 샘플로부터 최대 유효 비트(MSB)가 함께 판독되도록 메모리로부터 판독된다. MSB가 비트 7이면, 예를 들어 데이터의 최종 비트-평면은 어레이 상의 각 소자에 대해 모두 비트 7이 된다. 비트 자체는 MSB 시간동안 소자가 온되어야 하는 것을 지시하는 1이거나, MSB 시간동안 소자가 오프되어야 하는 것을 지시하는 0이다.
종래의 펄스 폭 변조 시스템에서 각 비트의 시간은 최하위 비트(LSB)에 필요한 시간양으로 판정된다. 비트가 이진 시스템으로 되어 있기 때문에, 고차수 비트는 LSB 시간의 몇 배가 될 것이다. 8비트 시스템에 대해서는, 예를 들어, 비트 0이 LSB이고, 비트 1은 2 LSB이고, 비트 2는 4LSB이고, 비트 3은 8 LSB 등이다. 각 소자는 각 비트 평면에 대해 그 데이터, 1 또는 0을 표시하고, 사람의 눈은 그레이의 셰이드에 일체화된다. 각 컬러에 대한 PWM의 부가는 또한 눈이 컬러와 일체화되게 한다.
이들과 같은 시스템은 컬러 화상을 통상 두 가지 방법중 하나로 생성한다. 상술한 컬러 시퀀셜 시스템은 각 컬러의 데이터를 디바이스에 순차적으로 보내어 디바이스를 조명하는 컬러와 일치시킨다. 다른 방법은 각 컬러에 대해 하나의 디바이스를 제공하고, 디스플레이 표면에 컬러 화상을 집중시키는 것이다. 여기에서 설명되는 본 발명은 이들 두 시스템에서 사용될 수 있지만, 설명을 위해서 하나의 디바이스를 사용하는 컬러 시퀀셜 시스템을 취한다.
CRT 시스템에서, 글래스의 배면 상의 인광 물질은 음극선에 의한 여기에 응답하여 컬러를 생성한다. 이들 인광 물질은 비선형 응답을 가지고, 이는 비디오 신호시 보상된다. 이 보정을 감마(gamma) 보정이라 한다. 공간 광 변조기 시스템은 선형 응답을 가지므로 이 보정을 제거해야 한다 이 보정의 제거를 디감마(degamma)라 한다. 디감마 기능은 통상 유입되는 감마 보정된 데이터를 논감마(nongamma) 데이터 값으로 맵핑하는 데에 사용되는 룩업 테이블(LUT)을 포함한다. 8비트 소스는 256 코드가 디감마 프로세스에 입력되고, 256 코드가 디감마 프로세싱으로부터 출력되게 한다. 그러나, 디감마 출력 코드는 8비트 값 이상을 필요로 하는 정밀도를 갖는다. 이를 아래 표에서 나타낸다.
8비트 소스 입력 잘려진 12비트 출력 8비트
8비트 출력 프랙셔널 코드
255 255 4095 255.000
254 253 4060 252.750
253 251 4025 250.625
252 248 3990 248.500
130 58 930 57.875
129 57 914 57.000
128 56 899 56.000
127 55 884 55.000
126 54 868 54.125
101 33 534 33.250
100 33 522 32.500
99 32 511 31.750
98 31 500 31.125
97 30 488 30.375
33 3 46 2.875
32 3 43 2.625
31 2 40 2.500
30 2 37 2.250
29 2 34 2.125
28 2 32 2.000
27 2 29 1.875
26 2 27 1.625
25 2 25 1.500
24 1 23 1.375
23 1 21 1.250
22 1 19 1.125
21 1 17 1.000
20 1 15 1.000
19 1 14 0.875
18 1 12 0.750
17 1 11 0.625
16 1 9 0.625
15 1 8 0.500
14 0 7 0.375
13 0 6 0.375
12 0 5 0.250
11 0 4 0.250
10 0 3 0.250
9 0 3 0.125
8 0 2 0.125
7 0 2 0.125
6 0 1 0.125
5 0 1 0.000
4 0 0 0.000
3 0 0 0.000
2 0 0 0.000
1 0 0 0.000
0 0 0 0.000
상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 고 비트 심도 해상도는 디감마가 실행된 후에 저 픽셀 코드에 유효하다. 디감마 프로세싱 출력이 12비트 이하일 때 고 소스 코드보다는 저 코드 레벨에 대해서 더 많은 코드가 디감마 후에 유효하게 된다. 공간 광 변조기 상에 나타나는 해상도의 비트수가 디감마 프로세싱 이전의 소스로부터의 비트수와 일치한다면, 디감마 처리로부터 출력되는 저 코드에 대한 정보는 손실되게 된다. 8비트 이상의 해상도는 저 유효도의 코드에 이용되게 된다.
그러나, 두 가지 문제가 발생하게 된다. 먼저, 상술한 바와 같이, 대부분의 공간 광 변조기는 8-10 비트 이상의 해상도를 가능하게 할 만큼 신속하게 스위치되지 못한다. 둘째로, PWM 프로세스의 특성 때문에 문제가 발생한다. PWM은 고 유효도의 비트에 대부분의 시간을 할당한다. 시간적 컨투어링(contouring)으로 불리는, 큰 유효도의 비트에서 적은 유효도의 비트로의 전이에 의한 아티팩트(artifact)를 해소하기 위해서, 이 시간을 이들 비트에 대해 더 작은 부분으로 분해한다.
예를 들어, 하나의 연속 주기에서 모든 128 LSB 시간 동안 표시되는 8비트 시스템의 비트 7대신에, 이 시간을 비트 스플릿팅으로 불리는 프로세스에서 더 적은 주기로 분해한다.
고 비트의 해상도를 성취하는 데에는 5 비트 스플릿팅 프로세스를 희생하여 더 많은 비트 평면을 로딩하기 위해 더 많은 시간을 필요로 한다.
소스가 인코드되었던 것 보다 더 많은 비트의 해상도를 나타내는 방법이 사용되지 않는다면, 상당한 양자화 에러가 유발된다. 이 에러는, 예를 들어 하나의 광 레벨로 쇠약해지는 암 장면에서 나타나게 된다. 이들 아티팩트를 공간 컨투어링이라 한다. 본 발명의 장점들 중 하나는 이들 유형의 장면의 해상도를 변화시키는 능력에 있으며, 상기 아티팩트를 해소하여 화상 품질을 개선할 수 있다.
일반적으로, 컬러 시퀀싱을 이용한 단일 디바이스 시스템은 8에서 12 비트로의 극적인 개선을 보인다. 각 디바이스는 하나의 컬러에 대해 화상을 생성하므로 많은 시간을 갖기 때문에, 다중 디바이스 시스템은 통상 10비트의 해상도를 생성할 수 있다. 이 시스템에 대해 14 비트의 해상도를 이용하게 되면 화상 품질을 개선하여 공간 컨투어링 아티팩트가 실제로 사라지게 된다. 14 비트의 해상도가 눈의 최대 해상도와 가장 근접하게 일치한다.
본 발명의 개요로서, 문자 N은 원하는 해상도의 비트수를 말한다. 예를 들어, 하나의 디바이스 시스템에서는, 원하는 해상도가 12비트이고, 그래서 N=12이다.
그러나, 실제로 이 방법은 Q(여기에서, Q<N) 비트 평면을 로딩할 뿐이다. 이 방법은 공간 및 시간적 다중화의 조합을 이용하고, 공간 시간적 다중화 또는 다중화와 같은 몇몇 경우에 참조될 것이다. N 비트의 해상도는 본 발명의 몇 실시예에서는 Q 비트 평면을 로딩한 다음에 Y 비트 평면을 공간 시간적 다중화하여 성취된다. 이 프로세스는 도 2의 플로우챠트로 나타내었다.
도 2의 단계 26에서, 디스플레이에 필요한 해상도의 N 비트를 결정한다. 이 결정은 임의의 주어진 시스템에 특징적인 다른 것 중에서도, 시스템의 속도, 변조기 소자의 스위칭 시간, 메모리에서 이용 가능한 비트-평면의 개수에 좌우된다. 설명되고 있는 예시에 대해서는, N을 12로 선택한다. 이것은 하나의 디바이스 시스템에 대한 선택을 12 비트로 한정한 것으로 의도한 것은 아니지만, 설명을 위해서 특정 실시예로서 사용하고 있는 것이다. 단계 28에서, 비트 평면의 개수, 가중치, 및 이들의 유효도가 설정된다. 설명을 위해서, Q를 9로 설정한다. 이는 9 비트-평면이 변조기 상에 로딩되는 것을 의미한다.
9 비트-평면들 중에서, 다수의 LSB가 공간 시간적 다중화 프로세스를 위해 예약되게 된다. 이 예에서, 예약된 LSB, Y는 2이다. 따라서, 7 비트 평면 (9-2)이 공간 시간적 프로세스에 의해 영향을 받지 않는다. 이들 선택의 수치적 결과를 이하 표에서 나타낸다. 프랙셔널 비트(Fractional Bit; FBIT)는 상기 표 마다 디감마 출력의 8 비트 LSB로 참조된다(8 비트 프랙셔널 코드). 이는 도 2에서 단계 32로 나타내고 있다.
STMLSB(공간 시간적 다중화 LSB)의 가중치는 8비트 LSB에 대해 참조될 때 1.14 및 0.75이다. 실행 시간은 각각 17 마이크로초 및 11.18 마이크로초이다. 임의의 주어진 픽셀에 대해서는, 0.75이하의 FBIT를 다수의 프레임에 대해 STMLSB의 값을 온 및 오프 전환하여 생성할 수 있다. 예를 들어, 0.375의 FBIT 값은 매 다른 프레임 마다 STMLSB 0.75를 표시하여 성취할 수 있다(0.75/2=0.375).
이 STMLSB의 시간적 다중화는 새로운 그레이스케일 코드를 형성한다. 주어진 픽셀에 대해서는, STMLSB중 어느 것도 사용되지 않거나, 하나만 또는 둘다 사용될 수 있다. 예를 들어, 두 STMLSB를 하나의 프레임에서 나타내고 다음 프레임에서는 나타내지 않으면 코드 (1.14+0.75)/2=0.945를 생성하게 된다. 시간적 다중화만을 사용하는 것으로 인한 문제는 작은 FBIT에서 발생한다. FBIT 값이 작을수록 이에 대응하여 저 갱신율을 갖게 된다.
예를 들어, FBIT=0.0469(0.75/16)이면, 갱신율은 3.75Hz이다. 이것은 넓은 면적의 디스플레이 스크린이 FBIT=0.0469을 포함하는 경우 STMLSB가 사용될 때마다 현저한 플리커(flicker)를 야기하게 되어, 해상도가 증가되는 경우에도 화상의 품질을 저하시킨다.
이 문제를 해결하기 위해서, 공간 다중화가 또한 이용된다. 공간 다중화는 도 2의 단계 34에서 나타낸, 패턴의 형태를 가진다. 각 STMLSB는 변조기상의 인접 픽셀에 상대적으로, 프레임-바이-프레임에 기초하여 시간에 따라 위상이 다른(out-of-phase) 각 픽셀에 인가된다. 임의의 주어진 프레임 내에서, STMLSB은 프레임 동안 특정 FBIT 코드에 대해 스크린 영역 위에 균등하게 분산된다.
패턴의 선택은 사실상 제한받지 않는다. 이제까지 최상의 결과를 성취한 패턴이 도 3-5에 도시되어 있다. 각 패턴에 대해, 상부 최좌측 활성 픽셀의 시작점은 프레임마다 다르다. 따라서, 공간 패턴은 복잡한 방법으로 프레임 마다 시간적으로 다중화된다.
기본 패턴은 활성 픽셀 밀도가 50%, 25% 및 12.5%이다. 50% 패턴을 도 3에서 나타낸다. 라벨 'CKs'를 갖는 픽셀은 'CK'와는 반대로 패턴이 시작하는 상부 최좌측 픽셀을 나타낸다. 각 CK는 STMLSB의 발생을 나타내고, 여기에서 어느 패턴이나 모든 CK는 소정 쌍의 프레임에 대해 동일한 5개의 STMLSB이다.
이 체크보드 패턴은 공간적으로 밀집되어 있으므로, 하나의 프레임 내에서 공간적 아티팩트가 나타나지 않는다.
소정의 픽셀에 대해서는, 각 프레임에서 그 인접 픽셀들중 네 개가 갱신되고, 전체 스크린의 절반이 갱신되어, 관측자가 어떤 플리커도 감지하지 못하게 한다. 체크보드 패턴은 어느 다른 활성 STMLSB도 공간적으로 동위상(in phase)이다. STMLSB가 그 프레임에서 체크보드를 활발히 사용하고 있지 않는 경우에도, 각 프레임의 모든 픽셀 중 50%는 이 체크보드를 위해 예약된다. 이는 CK 픽셀로서 다른 패턴에서도 볼 수 있다.
도 4는 25% 패턴을 나타낸다. P25s 픽셀, 패턴의 시작은 하나의 활성 STMLSB에 대해서 각 프레임에 랜덤하게 할당된다. 이 할당에는 두 가지 제한 사항이 적용되는데, 이는 non-CK 픽셀(논 체크보드)이어야 하는 것과, 컬럼 0, 라인 0(C0/L0), C0/L1, C1/L0, 또는 C1/L1에 있어야 한다는 것이다. 두 개의 활성 STMLSB에 대해서는, 최저 가중치의 것이 상기와 같이 할당된다. 최고 가중치의 것은 여전히 체크보드와 위상이 다른 경우 각 프레임에서 반대의 공간 위상을 갖는 패턴에 단순히 배치된다.
도 5는 12.5% 패턴을 나타내며, 이는 P25s 픽셀과 동일한 전자의 제한 사항을 갖는다.
그러나, P12s 픽셀은 C0/L0, C0/L1, C1/L0, C1/L1, C2/L0, C2/L1, C3/L0, 또는 C3/L1의 배치 내에 랜덤하게 할당될 수 있다. 이것은 25% 패턴이 활성이거나 아닌 것에 상관없이 25% 패턴과 동위상 상태에 있어야 한다. 동일한 공간 위상 관계는 25% 패턴에서와 같이 두 개의 활성 STMLSB에 적용된다.
상술한 바와 같이, 다른 STMLSB의 다른 퍼센티지의 패턴을 결합하여 몇 가지 다른 패턴을 성취할 수 있다. 사실상, 동일한 전체의 활성 픽셀 퍼센티지는 1개의 STMLSB를 사용하는 다음 표 1에서 나타낸 바와 같이 여러 패턴을 결합하여 성취될 수 있다. 하나 이상의 STMLSB를 사용하는 것은 패턴의 조합이 가능한 프랙셔널 비트를 증가시키는 것을 가능하게 한다.
활성 픽셀 패턴의 소스
12.5 12.5
25 12.5+12.5
25
37.5 12.5+25
50 25+25
50
62.5 12.5+50
12.5+25+25
75 25+50
87.5 12.5+25+50
100 100
이들 패턴을 상기 예에 적용한 것을 다음 표에서 나타낸다.
8비트 12비트 8비트 S-T 다중화 STMLSB1 STMLSB2 S-T Pat S-T Pat
FBIT (1) (2)
35 2.1875 2.1875 0.7500 0.25
34 2.1250 2.0938 0.7500 0.125
33 2.0625 2.0469 0.7500 0.0625
2 32 2.0000 2.0000 2.000 1
31 1.9375 1.8900 1.1400 0.7500 1 1
30 1.8750 1.8666 1.1400 0.7500 1 0.96875
29 1.8125 1.8197 1.1400 0.7500 1 0.90625
28 1.7500 1.7494 1.1400 0.7500 1 0.8125
27 1.6875 1.7025 1.1400 0.7500 1 0.75
26 1.6250 1.6538 1.1400 0.7500 0.875 0.875
25 1.5625 1.6050 1.1400 0.7500 0.75 1
24 1.5000 1.5150 1.1400 0.7500 1 0.5
23 1.4375 1.4663 1.1400 0.7500 0.875 0.625
22 1.3750 1.3688 1.1400 0.7500 0.625 0.875
21 1.3125 1.3200 1.1400 0.7500 0.5 1
20 1.2500 1.2788 1.1400 0.7500 0.875 0.375
19 1.1875 1.1813 1.1400 0.7500 0.625 0.625
18 1.1250 1.1400 1.1400 1
17 1.0625 1.0913 1.1400 0.7500 0.875 0.125
16 1.0000 1.0425 1.1400 0.7500 0.75 0.25
15 0.9375 0.9450 1.1400 0.7500 0.5 0.5
14 0.8750 0.8475 1.1400 0.7500 0.25 0.75
13 0.8125 0.7988 1.1400 0.7500 0.125 0.875
12 0.7500 0.7500 0.7500 1
11 0.6875 0.6600 1.1400 0.7500 0.25 0.5
10 0.6250 0.6133 1.1400 0.7500 0.125 0.625
9 0.5625 0.5700 1.1400 0.5
8 0.5000 0.4725 1.1400 0.7500 0.25 0.25
7 0.4375 0.4219 0.7500 0.5625
6 0.3750 0.3750 0.7500 0.5
5 0.3125 0.3281 0.7500 0.4375
4 0.2500 0.2363 1.1400 0.7500 0.125 0.125
3 0.1875 0.1875 0.7500 0.25
2 0.1250 0.0938 0.7500 0.125
1 0.0625 0.0469 0.7500 0.125
0 0.0000 0.0000
< 2개의 전용 STMLSB와의 공간-시간적 다중화>
도 2를 다시 참조하여, 공간 패턴 생성 단계 34에 대해 논의의 중점을 둔다. 일단 패턴이 결정되면, 시스템 설계자는 단계 36에서 패턴을 시간적으로 다중화하는 방법에 대해 결정해야 한다. 공간 패턴의 시간적 시퀀싱은 미리 정해질 수 있으며, 여기에서 공간 다중화 패턴의 공간 시작이 몇개의 프레임에 대해 계획된 시퀀스로 반복된다. 다른 시간적 다중화 옵션은 이 프로세스를 이용하여 발생된 시간적 잡음 아티팩트를 감소시키도록 난수 발생의 레벨의 변화를 허용한다. 여기에서 설명된 것과 같은 디더링(dithering) 기법은 새로운 잡음 아티팩트를 야기한다. 시스템과 변조기에 따라서, 통상적으로 실제 시스템에서 공간 다중화 패턴에 대해 공간 시작점의 어느 정도의 랜덤화를 이용하는 것이 가장 좋다.
그러나, 랜덤화가 이용되는 경우에는, 몇가지 다른 것이 고려되어야 한다. 체크보드 패턴에는 어떤 랜덤화도 사용되지 않아야 한다고 생각된다. 도 3과 관련하여 상기 설명된 바와 같이, 체크보드 패턴은 각 프레임에서 그 시작점을 교대로 한다. 이것은 광 에너지가 두 프레임에 대해 시간적으로 각 프레임 내에서 공간적으로 균등하게 분산되어 있기 때문에 시간적인 아티팩트를 발생하지 않아야 한다. 각 프레임의 시작시에는, 소정의 FBIT에 대한 임의의 논-체크보드 공간 패턴의 시작점이 랜덤하게 선택된다.
시작 픽셀이나 랜덤 시작 픽셀의 선정된 시간적인 시퀀싱을 고려하여 본 발명의 모든 형태에 적용한다. 본 발명은 디스플레이 시스템, 하나의 디바이스나 다중 디바이스, 컬러 시퀀셜이나 컬러 시퀀셜이 아닌 시스템에서 PWM을 이용하는 것에는 어디에나 적용된다. 상기 설명은 하나의 디바이스, 컬러 시퀀셜 시스템에 중점을 둔 것이다. 다중 디바이스 시스템에서의 본 발명의 이용은 더욱 고 레벨의 해상도를 허용한다.
상술한 바와 같이, 다중 디바이스 시스템은 통상적으로 컬러 시퀀셜 시스템과 비교할 때 각 프레임의 컬러당 더욱 많은 시간을 갖기 때문에, 더욱 많은 비트의 해상도를 갖는다. 아래 예에서는, 하나의 10비트 기준 수가 사용되고, 원하는 해상도는 14비트 (N=14)이다. 이하에서는, 12 비트 평면의 데이터(Q=12)가 사용되며, 3개의 STMLSB(Y=3)이다. STMLSB는 정규 2n 패턴에 맞지 않는다. 예를 들어 STMLSB 가중치는 10.5마이크로초, 14마이크로초, 및 17.5마이크로초의 실행 시간에 대해 각각 0.75, 1.00 및 1.25이다.
3개의 STMLSB를 사용하면 2개를 사용하는 것에 비해 몇가지 장점이 있다. 체크보드와 고 공간 주파수의 패턴의 활성 픽셀을 갖는 그 외 대칭 패턴은 최소한의 시간적 및 공간적 아티팩트를 발생한다. 2개 대신에 3개의 STMLSB를 사용할 때 고 공간 주파수 패턴을 사용할 수 있다.
매우 대칭적인 패턴이 하나의 프레임에서 관찰이 매우 어려운 다음 프레임 까지의 빈 공간중에서 채워진 곳을 판별할 수 있게 하기 때문에 시간적 아티팩트는 감소된다. 패턴의 밀도가 스크린으로부터 정규 가시 거리에서 공간 컨투어의 검출을 방지하기 때문에 공간적 아티팩트가 감소된다.
아래 표는 14 비트 감지 해상도에 대한 10 FBIT 코드를 성취하기 위해 사용된 값의 예를 나타낸다. "Bit" 컬럼은 대응하는 "S-T Pat" 컬럼에서 나타낸 패턴과 결합된 각 밀도에 대해 사용되는 비트 평면의 가중치를 나타낸다. 이들을 10 비트 프랙셔널(FBIT) 기준이라 한다.
10비트 14비트 13비트 10비트 FBIT S-T Bit S-T Pat S-T Pat
다중화 (1) (1) (2)
35 2.1875 2.1875 0.750 2.00 0.25 1.00
34 17 2.1250 2.1250 1.000 2.00 0.125 1.00
33 2.0625 2.0938 0.750 2.00 0.125 1.00
2 32 16 2.0000 2.0000 2.000 0.00 1.00
31 1.9375 1.9375 1.000 1.25 1.00 0.75
30 15 1.8750 1.8750 1.000 1.25 0.50 0.50
29 1.8125 1.8125 0.750 1.25 0.75 1.00
28 14 1.7500 1.7500 0.750 1.00 1.00 1.00
27 1.6875 1.6875 0.750 1.25 1.00 0.75
26 13 1.6250 1.6250 1.000 1.25 1.00 0.50
25 1.5625 1.5625 1.000 1.25 0.50 0.25
24 12 1.5000 1.5000 0.750 1.25 0.75 0.75
23 1.4375 1.4375 1.000 1.25 0.50 0.75
22 11 1.3750 1.3750 0.750 1.00 0.50 1.00
21 1.3125 1.3125 1.000 1.25 1.00 0.25
20 10 1.2500 1.2500 1.250 1.00
19 1.1875 1.1875 0.750 1.00 0.25 1.00
18 9 1.1250 1.1250 1.000 1.25 0.50 0.50
17 1.0625 1.0625 1.000 1.25 0.75 0.25
16 8 1.0000 1.0000 1.000 1.00
15 0.9375 0.9375 1.250 0.75
14 7 0.8750 0.8750 0.750 1.00 0.50 0.50
13 0.8125 0.8125 0.750 1.25 0.25 0.50
12 6 0.7500 0.7500 0.750 1.00
11 0.6875 0.6875 0.750 1.00 0.25 0.50
10 5 0.6250 0.6250 1.250 0.50
9 0.5625 0.5625 1.000 1.25 0.25 0.25
8 4 0.5000 0.5000 1.000 0.50
7 0.4375 0.4375 0.750 1.00 0.25 0.25
6 3 0.3750 0.3750 0.750 0.50
5 0.3125 0.3125 1.250 0.25
4 2 0.2500 0.2500 1.000 0.25
3 0.1875 0.1875 0.750 0.25
2 1 0.1250 0.1250 1.000 0.125
0 0 0.0000 0.0000 0.000 0.000 0.00
이 시점에서 디감마 함수를 STM 프랙셔널 레벨 공간으로 맵핑하는 프로세스에 한 단계를 부가하는 것이 좋다. 이전의 표의 값을 사용하여, 디감마 함수는 STM 프랙셔널 레벨에 의해 성취될 수 있는 가장 근접한 값으로 라운드한다. 이 라운딩 프로세스의 예에 디감마 함수 값이 주어지거나, 대표되는 기준 수(10 비트 공간에 대해 상대적인)가 26.444444이고, 상부 MSB(non-STM FBIT)는 값 26을 갖는 반면에, 하부 STM FBIT는 코드 0.4375(상기 표에서 배치 7)를 이용하게 된다. 전체 입력 범위에 대한 전체 디감마 함수가 STM 공간으로 맵핑되어, 이 맵핑이 정확히 1:1은 아니지만, 기준 수를 공간 패턴으로 맵핑한다. 이는 사용 대상의 STM 프랙셔널 레벨을 증가시키는 비이진(non-binary)의 이용을 가능하게 한다.
다시 도 2를 참조하면, 필요한 모든 여러 값들이 일단 결정되면 나머지 단계는 데이터를 로딩하여 표시하는 것이다. 이 프로세스는 한번에 모두 행해지지 않는다. 각 새로운 프레임은 이 프로세스를 가져야 하며, 선정된 값이 무엇에 의해 결정되든지 적용되게 된다. 이것은 도 1을 참조하여 설명된 시스템의 프로세싱 흐름의 어딘가에서 행해지게 된다.
도 6 및 도 7은 인입되는 비디오 데이터의 처리와 통합된 일 실시예의 두 다른 부분을 나타낸다. 이 실시예는 3개의 STMLSB를 갖는 3-디바이스 시스템인 경우를 도시한다. 패턴 선택은 특정 컬러에 대한 디감마 테이블로부터 5개의 LSB에 기초한 것이다. 멀티플렉서(42)와 같이 도 6에 도시한 멀티플렉서는, 필요한 패턴이 형성되게 한다. 예를 들어, 75% 패턴이 STMLSB2에 대해 필요하면, 하나의 멀티플렉서는 50%를 출력하고 다른 것은 25%를 출력한다. OR 게이트(44)는 다음에 이들을 결합하여 이를 75%로서 출력한다.
어떤 경우에는, 7/32% 및 9/16%와 같이, 비대칭 패턴이 필요하다. 이들은 멀티플렉서(42)에서 프로그래머블 패턴 입력을 사용하여 생성된다.
도 7은 이런 유형의 패턴 생성을 실행하는 회로의 일 실시예를 나타낸다. 로직 블럭(46)은 도 6에서 멀티플렉서(42)에의 입력으로 나타낸 패턴을 생성한다. 이것은 로우, 프레임 또는 컬럼의 개시를 각각 지시하는 수평 동기(HSYNC), 수직 동기(VSYNC) 및 활성 데이터(ACTDATA) 신호를 수신한다. 난수 발생기(48)는 상술한 로직 블럭(46)에 대한 랜덤 패턴 시작점을 생성하는 데에 사용된다.
로직 블럭(46)은 도 7의 LUT(50)에 신호를 제공할 뿐만 아니라, 도 7의 멀티플렉서(42) 및 그 상대방에 50%, 25% 등으로 라벨된 것들과 같은 신호를 제공한다. LUT(50)은 각 패턴에 대해 네 개의 프로그래머블 단계를 갖는 4×8 반복 패턴을 저장하여, LUT(50)으로 프로그램되는 선정된 패턴을 이용할 수 있게 한다. VSYNC 신호는 각 프레임의 시작시 새로운 난수를 초기화한다. 이런 방식으로 랜덤 시작과 선정된 패턴 옵션이 모두 가능해진다.
도 6은 또한 디감마 회로를 나타낸 것으로 룩 업 테이블, 가산기 또는 10 비트의 입력에 대해 14 비트의 출력을 생성할 수 있는 그 외 회로를 나타낸다. 14 비트의 이전 예에서는, 5비트가 LUT(40)에 들어가는 것으로 나타낸 패턴을 발생하는 데에 사용되는 LSB이고, 9비트는 도시하지 않은 디스플레이 디바이스 조절 회로로 경로(52)를 따라 직접 통과될 수 있다. 도 6의 함수의 출력은 상기 나타낸 3-디바이스 예에 대해 표에서 참조된 STMLSB이다.
본 발명은 PWM을 이용하여 공간 광 변조기 디스플레이에 대해 성취될 수 있는 것 보다 더욱 큰 비트 심도 해상도를 가능하게 한다. 상기 설명은 적용되는 시스템을 제한하도록 의도된 것은 아니다. 본 발명은 상기 설명된 것 보다 더 많거나 적은 FBIT를 생성하도록 적용될 수 있다. 소스 비트의 수는 설명된 것과는 다른 8 또는 10 비트일 수 있다. 유사하게, 사용된 패턴은 무한적이며 변형될 수 있으며, 상기 사용된 패턴예는 제한적인 것이 아니다.
본 발명은 또한 2 또는 3이외의 다중 STMLSB를 포함하는 것으로 확장될 수 있다. 사용되는 수는 이 시스템에서 1부터 비트수 까지의 범위가 가능하고, 사용되는 변조기의 능력에 의해서만 제한되는 것이다. 또한, 다중 STMLSB가 사용되면, 각 STMLSB에 대한 체크보드 패턴은 상기 설명한 바와 같이 동위상에 있기 보다는 위상이 다를 수 있다. 마지막으로, STMLSB의 가중치는 특정 어플리케이션이나 시스템이 지원할 수 있는 어떤 값이나 가능하다.
따라서, 이제 까지 고 비트 심도의 해상도를 성취하기 위한 공간적 및 시간적 다중화 디스플레이 데이터의 방법 및 구조의 특정 실시예를 설명하고 있지만, 이 특정 참조는 첨부한 청구범위에 기재된 것을 제외하고는 본 발명의 영역에 대한 제한 사항으로 생각되어서는 안 될 것이다.
본 발명에 따르면, 비트 수의 해상도가 부여된 시스템에 의해 성취될 수 있는 것보다 더 큰 비트 심도의 해상도를 얻을 수 있다. 특히 디지털 시네마 품질의 화상에 대해서, 공간 광 변조기가 스위칭 속도의 증가를 필요로 하지 않으면서 10비트 이상의 해상도를 표시할 수 있다.

Claims (5)

  1. 공간 광 변조기 상에 고 비트 심도 해상도의 화상을 표시하는 방법에 있어서,
    표시될 해상도의 비트수를 결정하는 단계;
    각 컬러에 대한 각 프레임에 로딩될 비트 평면의 수를 설정하는 단계;
    표시될 해상도의 비트 중 선정된 수의 최하위 비트(LSB)를 예약하는 단계;
    프랙셔널 비트를 제공하도록 기준수를 정의하는 단계;
    상기 각각의 프랙셔널 비트에 대한 상기 각각의 선정된 수의 LSB와 함께 사용될 공간 패턴 세트를 생성하는 단계;
    상기 패턴의 랜덤 공간 배치 또는 상기 패턴의 선정된 배치 중 하나를 선택하여 각 프레임의 시작시 상기 패턴을 표시하는 단계; 및
    상기 픽셀의 강도에 따라서 각 픽셀에 대해 상기 패턴들 중 하나를 결정하는 단계
    를 포함하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 선택 단계는 상기 패턴의 랜덤 배치를 선택하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 선택 단계는 상기 패턴의 선정된 배치를 선택하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 기준 수를 상기 공간 패턴의 조합에 맵핑하는 단계를 더 포함하는 방법.
  5. 고 비트 심도 해상도의 디스플레이를 위한 패턴을 생성하도록 실시 가능한 장치에 있어서,
    패턴 생성의 시작을 지시하는 신호를 수신하여 공간적 및 시간적으로 다중화된 패턴을 생성하도록 실시 가능한 패턴 생성 로직부;
    상기 패턴의 공간적 시작을 지시하는 난수를 상기 패턴 생성 로직부에 제공하도록 실시 가능한 난수 발생기;
    상기 패턴 생성 로직부로부터 수신되는 상기 패턴에 기초하여 선택되는 공간 위상을 저장하도록 실시 가능한 프로그래머블 룩업 테이블;
    프랙셔널 코드를 생성하도록 실시 가능한 회로; 및
    상기 패턴 생성 로직부로부터의 출력, 상기 프로그래머블 룩업 테이블로부터의 출력 및 상기 프랙셔널 코드에 기초하여 상기 공간적 및 시간적 다중화된 패턴들 중 특정 패턴을 선택하는 로직부
    를 포함하는 장치.
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