KR20000068725A - 비디오 영상의 화소 표시에 의해 초래된 가시적 아티팩트들을 최소화하는 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화소의 어레이로서 영상의 표시 또는 투사로 유발된 가시적 아티팩트의 발생 및 문제를 감소시킨다. 화소의 어레이로서 영상의 표시 또는 투사는 샘플링 처리가 효과적이며 사전 및 사후 필터링은 에일리어싱을 피하고 영상을 적절히 재구성하기 위해 인가되어야 한다. 샘플링은 영상을 형성하는 화소의 표시/투사에 의해 수행되기 때문에, 사전필터링은 화소내에 형성되기 전에 비디오 신호에 인가되어야 하며, 사후 필터링은 화소가 형성된 후에 광학적으로 인가되어야 한다. 사전필터링 처리는 표시의 비균일한 특성 또는 사후 필터링 처리를 보상할 수 있다.

Description

비디오 영상의 화소 표시에 의해 초래된 가시적 아티팩트들을 최소화하는 방법 및 장치{Minimizing visual artifacts caused by the pixel display of a video image}

종래의 텔레비젼 비디오 영상은 스크린을 수평으로 가로질러 전자 빔을 스위핑(sweeping)하고, 빔을 수직으로 이동시키고, 다시 스크린을 수평으로 가로질러 전자 빔을 스위핑함으로써 생성된다. 이 수평 스위핑 동안에, 빔은 수직 라인을 가로질러 표시되는 비디오 영상에 상응하는 영상을 생성하기 위하여 적절히 변조된다. 영상을 투사하기 위해 유사한 기술이 사용된다. 표현을 쉽게 하기 위해서, "표 시"라는 용어는 표시 장치의 표면상에 영상의 생성, 및 상기 장치로부터 다른 표면으로 광의 투사에 의한 영상의 생성을 포함하기 위해 사용된다.

칼라 영상의 표시는 표시를 별개의 "화상소자" 또는 "화소"로 분할할 것을 요구한다. 종래에는, 칼라 표시상의 각 화소는 점이나 밴드로 구성된 3개의 적, 녹, 및 청색 영역으로 이루어진다. 3개의 각각의 전자 빔은 스크린을 가로질러 스위핑되고, 원하는 영상을 생성하기 위하여 대응하는 적, 녹, 및 청색 영역을 여기시키도록 적절히 변조된다. 스크린의 해상도, 상세하게 표시하기 위한 능력은 개별 화소의 수에 의해 결정되는데, 그 이유는 개별 화소의 공간 사이에서 나타나는 어떤 상세(detail)한 부분은 표시되지 않기 때문이다. 즉, 표시된 비디오 영상은 최초 영상을 연속적으로 표시하는 것 보다는 영상이 각 화소에 나타날 때 최초 영상을 표시하는 것이 더 효과적이다. 여기에 개시된 바와 같이, 개별 화소로의 영상의 분할은 비디오 영상의 샘플링이 효과적이다.

액정 표시(LCD), 플라즈마 표시 등과 같은 다른 장치에서, 상기 표시될 영상의 화소 샘플링은 명백하며, 그 효과는 더욱 뚜렷하다. 이들 장치는 개별적으로 어드레스 가능한 화소를 갖는다. 각 화소의 휘도는 이 화소의 위치에 상응하게 표시되는 영상의 휘도의 샘플에 비례하도록 설정된다. 표시가 칼라 표시일 경우, 화소에서 각 칼라의 휘도는 상응하게 설정된다. 이러한 표시의 해상도는 표시를 포함하는 개별적으로 어드레스가능한 소자의 수에 의해 결정된다.

이 샘플링 현상에 의해 다음과 같은 두가지 문제가 초래된다:

표시의 해상도가 불충분할 경우, 저주파 가시적 아티팩트가 유도되고;

별도의 샘플이 적절히 필터링되지 않을 경우, 고주파 가시적 아티팩트가 유도될 것이다.

가시적 교란 뿐만 아니라, 최초 영상에 존재하지 않는 가시 아티팩트의 유도는 의료 영상 처리와 같은 응용분야에서 심각한 결과를 초래할 수도 있는데, 그 이유는 영상이 검사될 항목에서 실제로 존재하지 않는 아티팩트를 나타낼 수 있기 때문이다.

표시될 정보가 정보를 이동시키는 통신 채널의 용량을 초과하지 않도록 제한된 대역폭이어야 한다는 것은 해당분야에서 잘 알려져 있다. 비-에일리어싱(anti-aliasing) 필터는 전송을 위해 인코딩되기 전에 비디오 영상에 통상적으로 인가되며, 재구성 필터는 상기 필터링된 비디오 영상을 정확하게 재생하기 위하여 수신기내에 사용된다. 그러나, 이 비-에일리어싱 및 재구성은 영상이 생성되는 특정 장치의 용량에 관계없이 통상적으로 인가된다. 종래 표시에서, 표시될 장치의 능력을 초과하는 신호는 장치의 불충분한 샘플링에 의해 단지 억압된다. 예를 들면, 일반적인 컴퓨터 비디오 포맷은 수평 라인당 1024 화소이며, 통상적인 모니터는 0.28mm 및 0.39mm 도트 피치로 이용된다. 0.28mm 도트 피치(dot pitch)는 대략 인치당 65 화소 정도이다. 15˝모니터의 폭은 약 12인치로서, 0.28mm 피치 표시에 대해서는 수평 라인당 1080 화소와 같고, 0.39mm 피치 표시에 대해서는 수평 라인당 780 화소와 같다. 그러나, 라인당 1000 화소의 영상은 라인 표시당 780 화소로 전달된다. 1000 화소를 12인치, 0.39mm 도트 피치로 표시하면, 표시는 해상도의 손실을 초래할 뿐만아니라, 여기에 개시된 바와 같이, 최초 영상에는 존재하지 않는 신호의 생성을 초래할 것이다. 즉, 표시가 불충분한 해상도를 가질 경우, 본 발명에서는 없는, 보다 미세한 상세 부분이 손실될 뿐만아니라, 새로운 특징 또는 아티팩트가 표시된 영상내에 생성될 것이다.

더 미세한 부분을 표시하기에 충분한 해상도를 갖는 표시라 하더라도, 인접한 화소 사이가 불연속적인 개별 화소의 이산적 표시는 최초 영상에 존재하지 않는 고조파를 유발한다. 여기에 개시된 바와 같이, 화소에 의한 표시상의 영상의 표시는 샘플링 처리가 효과적이며, 아직 종래의 표시는 최초 영상을 정확하게 재생하는데 필요한 재구성 필터를 포함하지 않는다. 예를 들면, 수평 라인당 500 사이클의 변화와 같은 미세한 부분을 갖는 영상이 수평 라인당 1000 이상의 화소를 갖는 모니터상에 표시될 수 있다는 것은 공지된 것이다. 그러나, 실제 영상은 연속적인 반면, 표시된 영상은 이 영상의 별도의 샘플로 이루어진다. 별도 화소의 표시에 의해 초래된 가시적 아티팩트를 감소시키기 위한 일반적인 종래 기술은 영상을 적절히 "흐리게"(blur)하는 것으로, 그로 인해 화소 사이의 가장자리가 잘 보이지 않게 된다. 화소 영상을 개선시키기 위한 다른 기술은 디더링(dithering)이며, 화소의 내용은 화소 사이의 가장자리를 흐리게 할 목적으로 인접한 화소로부터 의도적인 스필-오버(spill-over)에 의해 영향을 받는다. 그러나, 이들 기술의 각각은 표시된 샘플의 의도적인 재구성 필터링보다는, 영상을 왜곡시킴으로써 동작한다.

부가적으로, LCD와 같은 별도의 화소 표시는 샘플 앤드 홀드 기술을 이용함으로써 동작한다. 영상의 특성은 샘플링되고, 화소를 형성하는 성분에 인가된다. 영상의 이러한 특성은 화소의 전체 범위에 대해 인가된다. 샘플링 분야에서 공지된 바와 같이, 샘플 앤드 홀드(sample and hold)의 주파수 응답은 최초 신호의 감쇄를 초래하고 신호의 주파수를 증가시키게 된다. 즉, 종래의 별도의 화소 표시의 샘플 앤드 홀드 특성은 특히 높은 주파수에서 최초 영상의 원하지 않는 감쇄를 유발한다.

본 발명은 한 세트의 화소(pixel)로서 영상의 표시 또는 투사에 의해 생성된 가시적 아티팩트(visual artifacts)를 최소화하기 위하여 비디오 표시 또는 투사장치 내의 비디오 신호의 필터링에 관한 것이다. 본 발명은 화소에 의한 표시 또는 투사장치에 대한 비디오 신호의 필터링, 및 표시 또는 투사장치에 의해 생성된 영상의 광학 사후필터링(postfiltering)에 관한 것이다. 화소에 의한 표시 또는 투사장치는 별개의 화상소자(picture element), 또는 화소의 어레이로서 존재한다. 이러한 표시 및 투사기는 현재 칼라 텔레비젼, 컴퓨터 장치, 및 LCD 표시에 대해 사용되고 있으며, 편평 패널 스크린과 고해상도 텔레비젼(HDTV)이 점점 더 널리 사용되어짐에 따라, 그들의 사용도 증가하고 있다.

도 1은 두 개의 합성신호, 즉 4개의 정현파 성분을 포함하는 제 1 합성신호 및 가장 높은 주파수 성분을 포함하는 제 2 합성신호를 도시한 도면.

도 2는 시간 영역내에 두 개의 샘플링 주파수에서 두 개의 합성신호의 샘플링, 및 그 결과 형성된 아날로그 및 별도의 표시 신호를 도시한 도면.

도 3은 주파수 영역내에 두 개의 샘플링 주파수에서 두 개의 합성신호의 샘플링을 도시한 도면.

도 4는 나이퀴스트 속도 이상에서 샘플링된 신호의 주파수 스펙트럼, 본 발명에 따라 평탄한 응답 및 적당한 차단 주파수를 가지는 필터의 주파수 응답, 및 높은 차단 주파수를 가지는 필터의 주파수 응답을 도시한 도면.

도 5는 이들 특성을 보상하기 위한 사전필터의 설계를 위해 종래의 광학 필터 및 그 반대 특성을 도시하며, 또한 샘플 앤드 흘드 sin(x)/x 주파수 응답 및 본 발명에 따른 역 sin(x)/x 필터 응답을 도시한 도면.

도 6은 본 발명에 따라 사전필터가 표시의 나이퀴스트 속도 이하로 세팅될 때의 샘플링 스펙트럼을 도시한 도면.

도 7은 샘플 앤드 홀드 샘플링 표시의 주파수 응답 및 연속적인 샘플링 표시의 주파수 응답을 도시한 도면..

도 8은 본 발명에 따라 비-에일리어싱 사전필터 및 사후 표시 광학 필터롤 도시하는 표시 시스템의 블록도.

본 발명의 목적은 최초 영상에 존재하지 않는 아티팩트를 유발하지 않고 비디오 영상의 화소에 의한 표시를 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 샘플링된 비디오 영상의 이산적인 성질에 의해 초래된 고주파 아티팩트를 최소화하기 위하여 비디오 영상의 효과적인 필터링을 제공하는 것이다. 본 발명의 또 다른 목적은 비디오 영상의 이산적인 표시에 의해 초래된 비균일한 주파수 응답을 보상하기 위하여 비디오 영상을 사전필터링 하는 것이다.

영상에서의 미세한 부분은 이 영상의 비디오 표현에서 고주파 변화를 생성한다. 영상이 아주 미세한 부분을 가지며, 인코딩 수단이 이 미세한 상세를 포획하기에 충분하면, 그로 인한 비디오 표현은 이 표현을 포함하는 색신호 및/또는 휘도신호에서의 고주파 성분을 포함할 것이다. 상술한 바와 같이, 화소로의 영상의 분할은 샘플링의 한 형태이다. 이 샘플링은 이격되어 있는 도트로서, 특히 이산적의 표시 장치에서 어드레스가능한 화소들의 각각에 대해 특정 샘플링 값의 할당에 의한 영상의 형성의 결과일 수도 있다.

신호 샘플링 분야에서 공지된 바와 같이, 나이퀴스트 속도 이하에서의 신호의 샘플링은 에일리어싱을 초래한다. 그 주파수의 두 배 이하에서 샘플링되는 고주파 신호는 최초 샘플링된 신호에 포함되지 않은 원하지 않는 저주파 신호의 생성을 필연적으로 초래할 것이다. 본 발명의 첫번째 목적은 에일리어싱에 의해 초래된 현상을 제거하기 위하여, 표시의 샘플링 특성에 따라, 표시하기전에 비디오 영상을 사전필터링함으로써 달성된다.

샘플링 분야에서 공지된 바와 같이, 나이퀴스트 속도 또는 그 이상에서 샘플링된 신호에 대하여, 샘플링된 값으로부터 최초 신호의 적절한 재구성은 샘플의 저역 필터링을 요구한다. 이 저역 필터링은 최초 신호 및 가시적 샘플링 함수의 컨벌루션에 의해 유발된 고주파 신호를 제거하는 것을 요구한다. 이들 고주파 신호가 이산적 화소의 가시적 표시에 의해 유발되기 때문에, 이들 고조파를 제거하기 위한 저역 필터링은 별도의 화소의 표시 후에 행해져야 한다. 본 발명의 두 번째 목적은 최초 영상에 포함되지 않은 고조파를 제거하기 위하여 비디오 샘플을 광학적으로 필터링함으로써 달성된다.

본 발명의 또 다른 목적은 화소 영상의 내용의 특성 및 표시 장치의 광학 필터 특성에 따라 영상의 표시 전에 행해지는 필터링의 필터 특성의 형성에 의해 달성된다.

도 1은 정현파 신호(10,20,30,40)의 합성을 포함하는 에 의한밴드 신호(60)를 도시하고 있다. 또한, 신호(20,30,40)의 합성인 에 의한밴드 신호(50)도 도시되어 있다. 즉, 신호(50)는 고주파 성분(10) 없이 에 의한밴드 신호(60)를 나타낸다. 종래 표시 시스템에서, 신호(60)가 최초 영상의 인코딩을 나타낼 경우, 신호(60)는 신호(60)를 정확히 표시하기 위해 표시 장치의 고유 능력에 관계없이 표시 장치에 나타나게 된다. 예를 들면, 신호(60)가 최초 영상에서의 적색 성분의 휘도를 나타낼 경우, 신호(60)는 표시상에 화소의 간격에 관계없이, 칼라 텔레비젼 시스템에서 적색 전자총에 대한 구동신호를 형성한다. 또는, 컴퓨터 표시에서, 아날로그 신호(60)는 A/D 컨버터의 샘플링 속도에 비하여 신호(60)의 주파수 메이크업(makeup)에 관계없이 다시 각 화소에 대한 값으로 비디오 메모리를 로딩하기 위하여, 샘플링 A/D 컨버터에 의해 샘플링된다.

영상이 정확하게 표시될 수 있는 것보다 더 높은 주파수 신호를 포함할 경우, 이들 신호는 표시에 의한 불충분한 샘플링의 동작에 의해 단지 억압되는 것보다 특정하게 제거되어야 하는 것이 본 발명의 전제이다. 즉, 표시의 고유 성질에 의해, 신호(60)의 고주파 성분(10)이 정확하게 재생될 수 없다는 것이 공지되었을 경우, 본 발명에 따르면, 신호(60)이 아니라 신호(50)이 표시로 나타나야 할 것이다. 본 발명에 따라 구성된 장치는 신호의 모든 성분을 제거하며, 이 신호의 주파수는 이들 고주파 신호의 왜곡된 버전을 생성하는 것보다는 이들 성분을 표시하기 위한 장치의 능력, 및 그것의 반대 효과를 초과한다.

도 2a 및 2b는 두 개의 샘플링 주파수에서 신호(60)의 샘플링을 도시하고 있다. 도 2c 및 도 2d는 이들 동일 샘플링 주파수에서 신호(6)의 샘플링을 도시하고 있다.. 도 2a는 나이퀴스트 속도 이상의 샘플링 속도에서 신호(60)의 샘플링을 도시하고 있다.. 도 2b는 나이퀴스트 속도 이하의 샘플링 속도에서 신호(60)의 샘플링을 도시하고 있다.. 두 개의 샘플링 속도는 각각 신호(50)의 나이퀴스트 속도 이상이다.

임펄스 펄스(261)는 샘플링 주파수(S1)에서 에 의한밴드 신호(60)의 임펄스 샘플값이다. 신호(261A)는 CRT와 같은 아날로그 표시상에 표시되고 샘플링된 신호이며, 신호(261D)는 LCD와 같은 이산적 표시상에 표시되고 샘플링된 신호이다. 아날로그 표시는 신호가 시간의 절반동안 존재할 때, 예를 들면, 전자가 칼라 도트의 구멍을 통해 이동하면서 표시되고, 구멍 사이에서 차단되도록, 50 퍼센트 듀티 사이클이 제공되는 것을 가정한다. 한편, 이산적 표시는 화소의 전체 공간 주기동안 샘플링된 값을 나타내는 것을 가정한다. 해당분야에서 일반적인 바와 같이, 표시된 영상은 이들 두 개의 샘플링 기술의 조합일 수 있다. 예를 들면, 이산적 표시의 화소들은 공간 주기의 일부에 대해 차단될 수도 있다. 또는, 컴퓨터 시스템은 영상을 이산적 화소들로 양자화하고, 이어서 아날로그 표시상에 이들 이산적 화소들을 표시한다.

임펄스 펄스(262)는 샘플링 주파수(S2)에서 에 의한밴드 신호(60)의 임펄스 샘플값이다. 신호(262A,262D)는 아날로그 표시 및 이산적 표시상에 각각 표시되고 샘플링된다. 이와 유사하게, 임펄스 펄스(251,252)는 샘플링 속도(S1,S2)에서 각각 에 의한밴드 신호(50)의 임펄스 샘플값이며, 251A, 252A, 251D, 252D는 아날로그 표시 및 이산적표시상에 각각 표시되고 샘플링된 신호이다.

이들 표시되고 샘플링된 신호(261A, 262A, 261D, 262D, 251A, 252A, 251D, 252D)는 그들의 각각의 최초의 베이스밴드 신호(60 및 50)의 상당한 왜곡으로 나타난다. 그러나, 적당한 저역 필터링은 샘플링된 신호가 나이퀴스트 기준에 일치한다고 가정할 경우, 최초의 베이스밴드 신호를 재구성하기 위해 샘플링된 신호에 인가될 수 있다. 베이스 밴드 신호의 샘플링은 정확하게 재생되어야 할 베이스밴드 신호를 위해 베이스 밴드 신호에 포함된 가장 높은 주파수 또는 2 배이상되는 주파수에서 행해져야 한다.

도 3은 샘플링 주파수(S1,S2)에서 에 의한밴드 신호(60,50)의 임펄스 샘플링과 연관된 주파수 스펙트럼을 도시하고 있다. 샘플링 주파수(S1,S2),및 이들 샘플링 주파수의 고조파에 관한 베이스밴드 신호(60, 50)의 컨벌루션(216,215,226,225)이 각각 점선으로 도시되어 있다.

도 3b에서 알 수 있는 바와 같이, 베이스밴드 신호(60)의 가장 높은 주파수의 두 배 보다 작은 샘플링 주파수(S2)에서, 베이스밴드 신호(60)의 샘플링은 베이스 밴드 신호(60)의 주파수 범위내에 놓여있는 컨벌루션된 성분(266)을 생성한다. 최초 베이스밴드 내에 놓여있는 이들 성분들은 에일리어싱된 성분이라 한다. 샘플링 속도(S2)에서 베이스밴드 신호(60)의 최초 고주파 성분(10)의 컨벌루션은 에일리어싱된 성분(15)을 생성하며, 그 주파수는 베이스밴드 신호의 주파수 범위내에 놓여 있다.

베이스밴드 신호의 가장 높은 주파수 바로 위의 차단 주파수를 갖는 저역 필터가 도 3a,3c, 및 3d에 도시된 신호에 인가될 경우, 최초 베이스밴드 신호가 회복될 수 있다. 그러나, 도 3b와 관련하여, 최초 에 의한밴드 주파수 범위 내의 성분으로부터 최초 신호(60)의 재구성은 필연적으로 신호(15)의 재구성을 초래할 것이다. 신호(15)는 최초 신호내에 있는 것이 아니라 최초 베이스밴드 주파수 범위내에 있다. 이 에일리어싱된 성분(15)은 베이스밴드 신호 바로 위의 차단 주파수를 갖는 통상의 저역필터에 의해 제거될 수 없다. 신호(60)가 오디오 신호를 나타낼 경우, 이 컨벌루션된 성분은 최초 오디오 신호에 없는 톤으로서 들리게 된다. 신호(15)가 비디오 신호를 나타낼 경우, 이 에일리어싱된 성분(15)은 최초 비디오 신호에 없는 변화하는 휘도 또는 색차를 나타낸다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 전제는 에일리어싱된 성분을 유발하는 것보다는 표시가능한 주파수 성분을 정확하게 도시하는 것이 바람직하다는 것이다. 즉, 비디오 표시의 유효 샘플링 속도보다 더 높은 나이퀴스트 속도를 가지는 비디오 영상의 모든 주파수 성분들을 필터링에 의해 제거하는 것이 바람직하다. 더욱 상세히 설명하지면, 도 8은 표시 장치의 유효 샘플링 속도 이상인 나이퀴스트 속도를 가지는 비디오 영상의 모든 성분들을 제거하도록 구성된 사전필터(850)를 가지는 표시 장치를 도시하고 있다. 이 필터가 영상에서의 미세한 부분중 일부를 제거할 수 있다 하더라도, 이 필터의 동작은 표시된 영상이 최초 영상에 존재하지 않는 가시적 아티팩트를 포함하지 않도록 해준다.

그러나, 단지 충분한 샘플링을 제공하는 것은 최초 영상을 정확하게 재생하기에 충분치 않다. 위에서 인지한 바와 같이, 도 2에서 신호(261,251,252)와 같은 적절히 샘플링된 신호에 대하여, 그 샘플링된 값으로부터 최초 신호의 정확한 재구성은 저역필터를 통하여 평활되는 것을 요구한다.

도4는 최초 에 의한밴드 신호(60) 및 샘플링 주파수(S1)에 관한 컨벌루션(216)으로 이루어진 적절히 샘플링된 신호에 대한 주파수 스펙트럼을 도시하고 있다. 또한, 저역 필터(410)의 주파수 응답이 도시되어 있다. 특히 중요한 것은 차단 주파수, 및 (415)로 도시된 베이스밴드에 걸친 평탄한 응답이다. (411)에서 차단을 가지는 필터는 이 차단값 이상의 주파수를 갖는 모든 성분, 특히 (216)내에 컨벌루션된 성분 모두를 제거할 것이다. 평탄한 응답(415)은 최초 신호(60)의 정확한 재생을 보장한다.

비디오 분야에서, 개별적인 샘플링된 값을 구별할 수 없는 인간의 능력 때문에, 일부 저역필터링이 행해질 것이다. 그러나, 상세를 구별할 수 있는 인간의 눈의 기능은 표시 장치의 해상도를 능가한다. 즉, 인간의 눈의 고주파 차단은 에 의한밴드 신호(60)를 적절히 분리하기에 충분히 낮지 않은데, 그 이유는 컨벌루션된 신호(216)의 일부가 눈에 보이기 때문이다.

도 4는 에 의한밴드 주파수 범위 위의 차단 주파수(421)를 가지는 필터(420)의 주파수 응답을 도시하고 있다. 차단 주파수(421) 아래에 있는 컨벌루션된 주파수 성분(416)은 필터(420)에 의해 제거되지 않는다. 신호(60)가 최초 비디오 영상을 나타내고 필터(420)가 표시 및 인간 가시적계(visual system)의 물리학에 의해 생성된 필터링을 나타내면, 감지된 영상은 최초 영상과, 최초 영상에 존재하지 않는 고주파 휘도 또는 색차 변화(416)로 이루어진다.

본 발명에 따르면, 최초 영상이 각 화소의 이산적 비디오 영상의 저역 필터링 없이 정확하게 재생될 수 없기 때문에, 적당한 고주파 차단을 가지는 광학 필터가 요구된다.

바람직한 광학 필터는 (410)으로 도 4에 도시된 바와 같이 주파수 특성을 갖는다. 바람직하게는, 필터는 컨벌루션된 성분(216) 이하의 차단 주파수(411), 및 최초 비디오 영상(60)의 에 의한밴드 내의 평탄한 응답(415)을 가질 것이다. 그러나, 현재 기술에서는, 광학 필터는 필터 응답(410)에 의해 도시된 바와 같이 정밀하게 구성될 수 없다. 일반적인 광학 필터 렌즈는 렌즈의 두께에 따른 주파수에서 제로를 가지는 여현파(cosine) 필터 응답을 생성할 것이다. 전형적인 필터 설계 기술은 더 원하는 전체 주파수 응답을 가지는 더 복잡한 필터를 형성하기 위하여 다중 여현파 필터(상이한 두께의 렌즈)를 캐스케이드하는데 사용될 수 있다. 그러나 일반적으로, 달성될 수 있는 캐스케이딩의 정도에 대한 실질적이고 경제적인 제한이 있으며, 광학 필터 응답은 (410)으로 도 4에 도시된 이상적인 특성을 개략화할 것이다.

도 5는 도 4의 이상적인 주파수 응답(410)과 반대인 비이상적인 광학 필터의 주파수 응답(510)을 도시하고 있다.. 알 수 있는 바와 같이, (515)에서, 필터는 (415)에서 이상적인 것에 상응하는 평탄한 주파수 응답을 가지지 않는다. 또한, (511)에서, 필터는 (411)의 이상적인 것에 상응하는 예리한 고주파 차단을 가지지 않는다. 평탄하지 않은 응답은 왜곡을 초래할 것이다. (515b)에서 주파수 성분은 예를 들면 (515a, 515c)의 것과 비교하여 감쇄될 것이다. 차단 주파수가 놓여지는 곳에 따라, 베이스밴드 신호 및 컨벌루션된 신호(516)에 비하여, 예리한 차단의 결여는 차단 근방의 고주파에서 최초 신호가 상당히 감쇄되거나 컨벌루션된 신호가 차단 근방에서 상당히 감쇄되지 않는 것을 초래하게 된다. 즉, 예리한 차단의 결여는 최초 영상의 비균일한 감쇄를 초래하거나 표시 샘플링 처리에 의해 유발된 고주파 신호를 눈으로 볼 수 있도록 한다.

본 발명에 따르면, 도 8의 사전 필터(850)는 영역(515)에서 광학 필터의 특성의 보수(complement)를 생성하기 위해 변형될 수 있다. 즉, (515a, 515c)에 상응하는 영상의 주파수 성분을 디엠퍼시스하고, 도 5b에서 (815a-c)로 도시된 바와 같이 (515b)에서의 주파수에 상응하는 영상의 주파수 성분을 엠퍼시스하도록 변형될 수 있다. 이들 필터링 효과의 조합은 도 5b에 도시된 바와 같이 신호(60)의 에 의한밴드에 걸쳐 평탄한 주파수 응답(565)을 초래할 것이다.

광학 필터는 각 축에서 등가 필터 특성을 가지는 것을 인지할 수 있을 것이다. 본 발명에 따르면, 사전 표시 필터(850)는 각 축에서 광학 특성의 상기 보수에 영향을 미치기 위하여 비디오 신호의 수직 및 수평 성분에 상이한 필터링을 인가하도록 구성될 수 있다.

지금까지 샘플링 현상은 이상적인 방법으로 기술되었다. 표현된 컨벌루션은 에 베이스밴드 신호에 인가되는 이상적인 임펄스 샘플링을 기초로한다. 그러나, 화소에 의한 표시에 의해 생성된 샘플링 효과는 이상적인 임펄스 샘플링의 효과는 아니다. LCD와 같은 이산적화소에 의한시스템에서, 비디오는 샘플링되고, 도 2에 도시된 바와 같이 화소 신호(261D,262D,251D,252D)의 전체 폭 또는 공간 주기에 대한 상수값으로 유지된다. 해당분야에서 공지된 바와 같이, 샘플 앤드 홀드 장치의 주파수 응답은 sin(x)/x 응답을 갖는다. 즉, 샘플 앤드 홀드 장치의 출력은 도 5d에 도시된 바와 같이 컨벌루션된 주파수 응답을 생성할 것이다. 알 수 있는 바와 같이, 신호(60)의 에 의한밴드의 고주파 성분(526)은 감쇄된다. 본 발명에 따르면, 사전필터(850)의 필터 특성은 에 의한밴드 신호(60)에 걸쳐 평탄한 주파수 응답을 생성하기 위하여 (825)로 도시된 바와 같이 비디오 영상의 고주파 성분을 엠퍼시스함으로써 이 감쇄를 방해하도록 구성될 수 있다. 당업자에게 명백한 바와 같이, sin(x)/x 정정은 표시의 광학 특성과 관련하여 상술한 역 필터링과 결합하여 인가될 수 있다.

그러나, 표시 샘플링에 의해 초래된 컨벌루션된 신호(516)는 사전 필터(850)를 보상할 수 없다. 이들 고주파 신호는 비디오 표시의 공간 주파수에 대한 최초 신호의 컨벌루션에 의해 생성된다. 표시가 특정 공간 주파수를 가진다고 가정하면, 이 컨벌루션 정도를 감소시키는 유일한 방법은 베이스밴드 신호의 범위를 감소시키는 것이다. 베이스밴드 범위가 감소되면, 표시의 유효 샘플링 속도와 관련하여, 광학 필터의 차단 주파수(511) 아래에 놓여있는 컨벌루션된 신호(516)의 성분은 감소될 것이다.

도 6은 샘플링 주파수(S1)가 에 의한밴드 신호(50)내의 가장 높은 주파수 성분(20)의 두 배보다 상당히 더 높은 샘플링 신호를 갖는 에 의한밴드 신호(50)의 샘플링을 도시하고 있다.. 큰 갭(601)은 S1에 관하여 컨벌루션(215) 및 에 의한밴드 신호(50) 사이에서 명백하다. 즉, 이 고주파(S1)에서 신호(50)의 샘플링은 이 갭(601)내의 어떤 고주파 성분을 생성하지 않을 것이다. 그 후에는 , 예리한 차단 주파수의 결여에 기인하여, 광학 필터 특성(510')의 대역통과는 어떤 원하지 않는 측면 효과를 생성하지 않고 이 영역내에서 확장할 수 있다. 그러므로, 본 발명의 또 다른 특징은 최초 신호의 고주파 성분이 베이스밴드 신호와 샘플링 신호의 제 1 고조파에 대한 컨벌루션된 신호 사이에 큰 갭을 제공하기 위해 필터링되도록 사전필터(850)를 설계하는 것이다. 이러한 장점은 표시에 부가되는 명백한 광학 필터가 없이 인가될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 상술한 바와 같이, 표시의 물리적 특성은 인간 가시적계와 결합하여 표시된 영상의 일부 저역 필터링을 생성할 것이다. 응답 곡선(510')에 의해 도시된 바와 같은 광학 특성은 단지 설명을 할 목적으로 나타내었으며, 실제 응답은 상기한 광학 필터 및/또는 인간 시각계의 함수일 것이다. 베이스밴드 및 컨벌루션된 신호 사이에 갭을 제공함으로써, 더 적은 컨벌루션된 신호가 인간 시각계에 존재하게 될 것이다. 즉, 본 발명에 따르면, 표시의 샘플링 주파수의 절반 이하로 비디오 영상을 사전 필터링함으로써, 최초 영상에는 없는 더 적은 휘도 및 색차 변화가 인간 가시적계에 존재하게 될 것이다. 이 확장 사전 필터링이 최초 영상에 포함될 수도 있는 미세한 부분중 일부를 제한한다 하더라도, 더 중요한 것은, 최초 영상에 포함되지 않은 상세한 표시를 제한할 것이다.

본 발명에 따르면, 비디오 영상의 사전필터링 및 표시된 영상의 광학 필터링은 표시의 비디오 특성에 따라 설계되어야 한다. 이들 샘플링 특성은 개별 화소의 사이즈 및 공간과 같은 인자, 및 이들 각각의 화소내에 표시된 영상의 성질에 좌우된다. 화소의 공간은 인치당 도트, 라인당 화소, 수평 또는 수직 범위당 화소 등과 같은 공간 주파수에 의해 특징지워진다.

이와 유사하게, 영상내에 포함된 상세 부분의 양은 인치당 변화, 라인당 변화, 수평 또는 수직 범위당 변화와 같은 영상내의 변화의 주파수에 의해 특징지워질 수 있다. 상술한 바와 같이, 광학 필터는 라인당 사이클로 특징지워질 수 있다. 방송 텔레비젼에서, 존재할 수 있는 상세 부분의 양은 초당 변화 또는 초당 사이클로 존재할 수 있는데, 그 이유는 주사된 시스템에서, 시간이 주사의 공간 수치에 직접 비례하기 때문이다. 이와 유사하게, 텔레비젼 표시의 공간 주파수는 초당 사이클로 표현될 수 있다. 컴퓨터 시스템에서, 존재할 수 있는 상세의 양은 수평 및 수직 수치로 영상내의 어드레스가능한 포인트의 수로서 표현된다. 컴퓨터 표시의 공간 주파수는 역 항목, 도트-피치, 인접 화소의 공칭 중심 사이의 거리로서 표현되며, 그것으로부터 수평 또는 수직 범위당 도트는 컴퓨터 표시의 물리적 사이즈를 알게 됨으로써 결정될 수 있다.

당업자에게 명백한 바와 같이, 영상내에 포함된 상세 부분의 양 및 영상을 표시하기 위해 장치의 기능을 특성화하는데 사용되는 다양한 항목들은 공통 세트의 유니트로 변형될 수 있다. 이해를 용이하게 하고 일반성의 손실을 없게 하기 위해, 장치의 공간 주파수는 라인당 화소의 조건에서 여기에 기술될 것이며, 영상의 상세 부분의 정도는 라인당 사이클로 여기에 기술될 것이고, 사이클은 그 휘도와 같은 영상의 파라미터의 정현파 변화의 일 주기이다. 미세하게 표시된 영상은 라인당 사이클의 높은 수로 표현된 휘도의 변화의 고주파를 가질 것이다. 영상의 대역폭은 그 영상에 포함된 가장 높은 주파수 성분과 동일하다.

상술한 바와 같이, 그 값의 샘플링으로부터 신호를 정확하게 회복할 수 있도록 하기 위하여, 샘플링은 그 신호내에 포함된 가장 높은 주파수 성분의 주파수 또는 두 배 이상에서 행해져야 한다. 상술한 용어에 있어서, 표시의 공간 주파수는 표시될 영상의 대역폭의 적어도 두배이다. 표시의 공간 주파수가 고정되기 때문에, 이 요건은 다음과 같이 표현되는 것이 더 좋다. 표시될 영상의 대역폭은 장치의 공간 주파수의 절반 이하이어야 한다.

예를 들어 공칭 15˝폭, 0.39mm 도트-피치 표시를 고려한다. 이 표시는 라인당 대략 1000 화소의 공간 주파수를 갖는다. 그러므로, 본 발명의 한 특징에 따르면, 필터(850)는 라인당 500 사이클 이하로 표시상에 표시되는 어떤 영상을 필터링한다. 동일한 0.39mm 도트 피치를 갖는 더 작은, 예를 들면 9˝폭의 표시는 라인당 600 화소의 공간 주파수를 갖는다. 필터(85)는 라인당 300 사이클 이하로 표시상에 표시되는 어떤 영상을 필터링한다. 그러므로, 알 수 있는 바와 같이, 필터(850)의 특성은 그 사이즈 및 화소 공간과 같은 표시의 특성에 따라 결정된다.

동일한 방법으로, 0.8mm 도트 피치를 가지며 라인당 480 화소의 공간 해상도를 갖는 15˝폭 칼라 텔레비젼을 고려한다. 필터(85)는 라인당 240 사이클로 표시되는 영상을 제한하여야 한다. NTSC 텔레비젼상의 각 수평 라인은 약 60 마이크로초로 가정한다. 그러므로, 영상의 수평 대역폭은 4 MHz(240÷0.00006)으로 제한되어야 한다. 9″폭 NTSC 칼라 텔레비젼상에서, 수평 대역폭은 2.4 MHz로 제한되어야 한다.

그러나, 영상 대역폭 제한을 강화할 필요성은 CRT와 같은 종래의 아날로그 표시보다 LCD와 같은 이산적화소에 의한표시가 더 좋다는 것을 주목해야 한다. 이산적 표시는 샘플 앤드 홀드 기술을 이용한다. 적색 성분의 크기와 같은 영상 값의 샘플은 샘플링된다. 이 샘플링된 값은 화소에 인가된다. 화소의 전체 폭은 동일한 샘플링된 값을 포함한다. 즉, 공간적으로, 값은 다음 샘플이 생성될 때 까지 샘플링된 값으로 유지된다. 이것은 도 7a에 도시된 컨벌루션을 생성한다. 알 수 있는 바와 같이, 베이스밴드 영상의 상부 주파수 근방의 컨벌루션된 성분(706)의 크기는 상부 주파수에서의 최초 성분(710)으로서 크기의 동일한 정도이며, 그 크기는 주파수가 증가함에 따라 감소된다. 더욱이, 도 7b에 도시된 바와 같이, 컨벌루션(726)이 베이스밴드(760)내로 연장할 경우, 불충분한 공간 샘플링 주파수 때문에, 에일리어싱되고 컨벌루션된 성분(766)은 최초 베이스밴드 성분보다 더 낮은 주파수일 수 있다. 그러므로, 컨벌루션된 성분(715)은 이 컨벌루션을 생성한 최초 성분(710)보다 더욱 시각적으로 표시된다.

칼라 CRT와 같은 아날로그 표시는 연속 샘플링 기술을 이용한다. 각 도트는 도트 내가 아니라 영상의 샘플링을 초래하며, 그 값은 도 2에서 도시된 바와 같이 (261A, 262A, 251A, 252A)로 고정되지 않는다. 그러므로, 적색 신호가 변화할 경우, 이 변화값은 적색 도트의 공간 주기에 걸쳐 표시될 것이다. 이 샘플링은 영상이 연속적으로 표시되는 공간 주기의 퍼센트의 함수이다. 즉, 도트 피치에 대한 구멍 사이즈의 비율이다. 도 7d-f는 종래의 텔레비젼일 수 있는 바와 같이 도트 피치의 절반과 동일한 도트 구멍을 가지는 칼라 CRT에 의해 생성된 컨벌루션을 도시하고 있다.. 도 7d-e에서, 컨벌루션된 신호(776)는 베이스밴드 신호(770)와 비교하여, 절반만큼 크기가 감소된다는 것을 주목하자. 아날로그 CRT상에서, 최초 영상은 보호되고, 컨벌루션된 성분은, 존재함에도 불구하고, 그것을 생성한 최초 영상보다 훨씬 더 시각적으로 뚜렷하지 않게 된다. 베이스밴드 신호(770)가 불충분하게 샘플링될 경우, 도 7e에서 도시된 바와 같이 에일리어싱된 성분(785)은 (770)의 최초 성분보다 시각적으로 덜 뚜렷하게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 다른 특징에 따르면, 베이스밴드 영상은 표시의 공간 주파수의 절반의 상기 제한 이상으로 제한되어야 한다. 도 7a로부터 명백한 바와 같이, LCD와 같은 샘플 앤드 홀드에 의해 생성된 컨벌루션된 신호는 표시된 에 의한밴드 신호에 대한 비교가능한 크기를 갖는다. 도 7a-c에 도시된 바와 같이, 이들 컨벌루션된 신호의 크기는 주파수가 증가함에 따라 감소한다. 베이스밴드 신호 및 컨벌루션된 신호 사이에 상당한 갭을 제공함으로써, 베이스밴드 신호와 비교하여 컨벌루션된 신호의 크기의 상당한 감소는 도 7c에 도시된 바와 같이 달성될 수 있으며, 컨벌루션된 신호(736)의 크기는 베이스밴드 신호(750)를 형성하는 신호의 크기보다 상당히 더 작다. 본 발명에 따르면, 비디오 신호의 사전 필터링은 특히 장치가 샘플 앤드 홀드 장치로서 동작할 경우, 표시 장치의 공간 주파수의 3분의 1 이상으로 베이스밴드 신호를 제한하여야 한다. 도 7f에는 영상 대역폭이 표시의 공간 주파수중 3분의 1로 제한된 연속 샘플링된 표시의 주파수 스펙트럼이 도시되어 있으며, 화소의 구멍은 화소 사이의 거리의 절반과 같다. 아는 바와 같이, 컨벌루션된 신호의 크기는 감소되지 않고, 샘플 앤드 홀드 장치에서와 같이, 갭은 더 높은 주파수 차단을 가지는 광학 필터의 사용을 허용할 것이다. 전술한 바와 같이, 컨벌루션된 신호의 크기의 감소는 화소 구멍의 상대 사이즈를 증가시킴으로써 달성될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 표시 장치를 도시하고 있다. 비디오 신호(801)는 사전 표시 필터(850)에 의해 사전 필터링되며, 그 특성은 표시(860)를 통하여 영상의 화소 표시에 의해 유발된 샘플링 현상에 좌우된다. 필터링된 출력(802)은 이 필터링된 입력으로부터 영상을 생성하기 위하여 표시(860)로 입력된다. 본 발명의 제 2 특징에 따르면, 표시로부터의 출력은 영상의 화소에 의한 표시에 의해 유발된 고주파 성분을 필터링하기 위하여 광학 저역필터(870)에 의해 광학적으로 필터링된다. 광학 필터는 투사 표시 시스템내의 렌즈, 또는 영상이 투사되는 표면의 특성, 또는 CRT나 LCD의 표면상의 막, 또는 LCD 표면 성분의 CRT의 특성의 형태일 수 있다.

상술한 내용은 단지 본 발명의 원리를 설명한다. 여기에 명백하게 기술되거나 도시되지 않았다 하더라도, 당업자가 본 발명의 원리를 구현하고 그 정신과 범위내에 있는 다양한 장치들을 변형할 수 있다는 것을 인식할 수 있을 것이다.

Claims (13)

1. 가시적 영상을 표시 하기 위한 표시 장치에 있어서,

   필터링된 비디오 신호를 생성하기 위하여 입력 비디오 신호를 필터링하는 수단; 및

   상기 필터링된 비디오 신호로부터 가시적 영상을 생성하기 위한 수단을 구비하며,

   상기 가시적 영상을 생성하기 위한 수단은 상기 영상이 개별 화소들의 어레이로서 형성되도록 하며,

   상기 화소들은 특성 공간 주파수를 갖기 위하여 어레이되며,

   상기 비디오 신호를 필터링하는 수단은 화소들의 어레이의 특성 공간 주파수에 따라 동작하는 표시 장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 가시적 영상을 광학적으로 필터링하는 수단을 더 구비하는 표시 장치.
3. 제 2항에 있어서, 상기 가시적 영상을 광학적으로 필터링하는 수단은 상기 화소들의 어레이의 특성 공간 주파수에 따라 동작하는 표시 장치.
4. 제 2항에 있어서, 상기 가시적 영상을 광학적으로 필터링하는 수단은 특성 광학 필터 응답을 가지며,

   상기 입력 비디오 신호를 필터링하는 수단은 상기 특성 광학 필터 응답에 또한 좌우되는 표시 장치.
5. 제 1항에 있어서, 상기 가시적 영상을 생성하는 수단은 특성 샘플링 응답을 가지며,

   상기 입력 비디오 신호를 필터링하는 수단은 특성 샘플링 응답에 또한 좌우되는 표시 장치.
6. 제 1항에 있어서, 상기 입력 비디오 신호는 각각 성분 주파수를 가지는 신호 성분들을 포함하며,

   상기 입력 비디오 신호를 필터링하는 수단은 사전필터 차단 주파수 보다 큰 성분 주파수들을 가지는 성분을 실질적으로 감쇄하도록 동작하는 표시 장치.
7. 제 6항에 있어서, 상기 사전필터 차단 주파수는 화소들의 어레이의 공간 주파수의 절반 이하인 표시 장치.
8. 제 6항에 있어서, 상기 사전필터 차단 주파수는 화소들의 어레이의 공간 주파수의 3분의 1이하인 표시 장치.
9. 제 1항에 있어서, 상기 입력 비디오 신호를 필터링하는 수단은 역( sin(x)/x) 필터로서 동작하는 표시 장치.
10. 제 2항에 있어서, 상기 가시적 영상을 생성하는 수단은 필터링된 비디오 신호내에 포함되지 않은 고주파 신호들을 또한 생성하며,

    상기 가시적 영상을 광학적으로 필터링하는 수단은 상기 고주파 신호들을 실질적으로 감쇄하도록 동작하는 표시 장치.
11. 입력 비디오 신호로부터 영상을 생성하기 위한 방법에 있어서,

    특성 공간 주파수에 따라 필터링된 비디오 신호를 생성하기 위해 비디오 신호를 필터링하는 단계; 및

    상기 특성 공간 주파수를 갖는 화소 영상을 생성하기 위하여, 상기 필터링된 비디오 신호를 화소들의 어레이로서 표시하는 단계를 구비하는 영상 생성 방법.
12. 제 11항에 있어서, 필터링된 화소 영상을 생성하기 위하여 특성 공간 주파수에 따라 상기 화소 영상을 광학적으로 필터링하는 단계를 더 구비하는 영상 생성 방법.
13. 제 11항에 있어서, 상기 비디오 신호는 각각 성분 주파수를 가지는 신호 성분들을 포함하며,

    상기 비디오 신호의 필터링은 차단 주파수 보다 큰 성분 주파수를 가지는 신호 성분을 실질적으로 감쇄하는 단계를 포함하며, 상기 차단 주파수는 화소 영상의 특성 공간 주파수에 좌우되는 영상 생성 방법.