KR20040018129A

KR20040018129A - 요구보다 적은 비디오 레벨을 디스플레이하는 동시에디더링 노이즈가 개선된 플라즈마 디스플레이 패널(ｐｄｐ)

Info

Publication number: KR20040018129A
Application number: KR1020030054298A
Authority: KR
Inventors: 세바스티앙 바이트브루크; 세드릭 티볼트; 카를로스 코레아
Original assignee: 톰슨 라이센싱 소시에떼 아노님
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2003-08-06
Publication date: 2004-03-02
Also published as: EP1391865A1; TWI225238B; JP4659347B2; US20040036799A1; CN100452138C; TW200405262A; US7522130B2; KR100955013B1; DE60324070D1; CN1487487A; JP2004133400A

Abstract

많은 경우에, 잘못된 컨투어(contour) 효과에 대한 특정한 솔루션 또는 타이밍 이슈로 인해 PDP상에서 충분한 비디오 레벨을 재생할 수 없다. 이러한 경우에, 모든 필요한 레벨을 제공하기 위해 디더링(dithering)이 이용된다. 디더링 노이즈의 가시도(visibility)를 감소시키기 위해서, 사람의 시각 시스템 휘도 민감도에 기초한(웨버-페히너의 법칙) 적절한 변환 곡선을 통해 입력 비디오 데이터의 수정과 함께 서브필드 조직의 공통적인 변경이 수행된다.

Description

요구보다 적은 비디오 레벨을 디스플레이하는 동시에 디더링 노이즈가 개선된 플라즈마 디스플레이 패널(ＰＤＰ){PLASMA DISPLAY PANEL(PDP) - IMPROVEMENT OF DITHERING NOISE WHILE DISPLAYING LESS VIDEO LEVELS THAN REQUIRED}

본 발명은 비디오 화상의 픽셀에 대응하는 복수의 발광 소자를 갖는 디스플레이 디바이스상에서의 디스플레이를 위해 비디오 화상 데이터를 처리하는 방법 및 디바이스에 관한 것으로, 각각의 픽셀의 휘도는, 디스플레이를 위해 비디오 화상 데이터를 디더링하고 디더링된 비디오 화상 데이터를 서브필드 코딩함으로써, 발광 소자를 스위칭 온 및 오프하기 위해 다수의 임펄스에 대응하는 서브필드 코드워드에 의해 제어된다.

플라즈마 기술은 어떠한 시야각의 구속없이 매우 제한된 깊이를 갖는 (CRT 제한을 벗어난) 커다란 크기의 평평한 컬러 패널을 실현할 수 있다. 최근의 유럽의 TV 생산을 참고하면, 화질을 개선하기 위해 많은 작업이 이루어졌다. 따라서, 플라즈마 기술과 같은 새로운 기술은 표준 TV 기술만큼 좋거나 심지어 더 우수한 화질을 제공해야 한다. CRT와 유사한 품질을 갖는 비디오 화상을 디스플레이하기 위해서, 적어도 8비트 비디오 데이터가 필요하다. 사실, 플라즈마와 같은 선형 패널상에서 비선형 CRT 작용을 재생하는 것을 목적으로 하는 감마화(gammatization) 처리 때문에 낮은 비디오 레벨의 정확한 렌디션(rendition)을 갖기 위해 바람직하게 8비트보다 더 많은 비트가 사용되어야 한다.

플라즈마 디스플레이 패널(PDP)은 "온" 또는 "오프"만 될 수 있는 방전 셀의 매트릭스 어레이를 이용한다. 또한 그레이 레벨이 광 방출의 아날로그 제어에 의해 표시되는 CRT 또는 LCD와 다르게, PDP는 프레임당 적은 수의 광 펄스를 변조함으로써 그레이 레벨을 제어한다. 이러한 시간-변조는 눈 시간 응답(eye time response)에 대응하는 주기에 걸쳐서 관찰자의 눈에 의해 통합될 것이다.

오늘날, 프레임당 광 펄스의 변조(PWM - Pulse Width Modulation: 펄스폭 변조)를 이용하여 다양한 비디오 레벨을 재생하기 위한 많은 방법이 존재한다. 일부 경우에, 타이밍 이슈, 잘못된 컨투어 효과에 대한 특정 솔루션의 이용 등으로 인해 충분한 비디오 레벨을 재생할 수 없다. 이러한 경우에, 모든 필요한 레벨을 인위적으로 제공하기 위해 일부 디더링 방법이 이용되어야 한다. 디더링 노이즈의 가시도는 기본 레벨이 선택된 방식과 직접 연결될 것이다.

디더링은 그 자체가 감소된 수의 디스플레이된 분해능 비트로 인해 양자화 노이즈의 효과를 감소시키는데 사용된 잘 알려진 방법이다. 디더링을 이용하여, 일부 인위적인 레벨이 감소된 수의 디스플레이된 분해능 비트에 대응하는 현존하는 비디오 레벨 중간에 추가된다. 이것은 그레이 스케일 묘사를 개선하지만, 반면 작은 시야(viewing) 거리에서만 사람 관찰자에게 감지될 수 있는 높은 주파수의 낮은 진폭 디더링 노이즈를 추가한다.

디더링 개념의 최적화는 WO-A-01/71702에 개시된 바와 같이 그 가시도를 강력하게 감소시킬 수 있다.

다양한 이유로 PWM 시스템-유사 (펄스폭 변조) 광 생성에 기초한 플라즈마 스크린(또는 유사한 디스플레이)상에서의 그레이 레벨 렌디션에서 비디오 레벨의 부족이 초래될 수 있다.

레벨 렌디션의 부족에 대한 주요 이유의 일부가 후술되어 있다:

·간단한 2진 코딩의 경우에(각각의 서브필드는 1비트에 대응), 수용가능한 그레이 스케일 렌디션을 위해 8개 서브필드가 필요하다. 그럼에도 불구하고, 일부 단일 주사 패널에서, 어드레싱 속도는 주어진 시간 프레임에서 8개 서브필드를 렌더링하기에 충분히 빠르지 않다{50㎐ 비디오 소스에서 20㎳(PAL,SECAM), 60㎐ 비디오 소스에서 16.6㎳(NTSC), 75㎐ 비디오 소스에서 13.3㎳,...}.

·우수한 응답 충실도를 위해서, 특정한 서브필드 가중치 시퀀스를 갖는 특정한 서브필드 조직이 요구된다. 예를 들어, 피보나치 수열(1-1-2-3-5-8-13-21-34-55-89-144-233...)보다 저속으로 증대되는 서브필드 수열은 패널의 응답 충실도를 증가시킨다. 그러한 경우에, 8비트 비디오에 대응하는 255개가 넘는 다른 레벨을 실현하기 위해 적어도 12개 서브필드가 필요하다. 심지어 2중-주사(dual-scan) 패널의 경우에도, 어드레싱 시간은 대부분 우수한 콘트라스트 및 우수한 피크-화이트 인핸스먼트(enhancement)를 제공하기 위해 우수한 코딩 및 충분한 지속시간 모두를 갖기에 너무 느리다.

·"잘못된 컨투어 효과"라는 명칭하에 알려진 PWM 관련 아티팩트를 완전히 억제하기 위해서, "증분 코드"라고 불리는 새로운 코딩 개념이 개발되었다. 이러한 코딩 시스템은 더 이상 스위칭 온된 2개의 서브필드 사이에 스위칭 오프된 임의의 서브필드를 갖도록 허용되지 않는다. 그러한 경우에, 제공될 수 있는 비디오 레벨의 수는 서브필드의 수와 동일하다. (어드레싱만을 위해 필요한 약 122㎳에서) 플라즈마 디스플레이상에 서로 다른 255개 서브필드를 배치할 수 없기 때문에, 이러한 방법을 통해 충분한 비디오 레벨을 배치할 수 없게 된다.

설명을 간략하게 하기 위해서, 추가 설명을 위한 예시로써 마지막 경우가 이용될 것이다. 명백하게, 그러나 본 명세서에 기재된 본 발명은 이러한 개념에 제한되지 않는다.

플라즈마 셀은 단 2개의 서로 다른 상태를 갖는다: 플라즈마 셀은 단지 온 또는 오프될 수 있다. 따라서 비디오 레벨은 시간 변조를 이용하여 제공된다. 가장 효율적인 어드레싱 구조는 생성될 비디오 레벨의 수가 N인 경우에 N회 어드레싱되어야 한다. 8비트 비디오 값의 경우에, 각각의 셀은 하나의 비디오 프레임에서 256회 어드레싱가능해야 한다! 그러나, 각각의 어드레싱 동작이 많은 시간을 필요로 하기 때문에 이것은 기술적으로 불가능하다(라인당 약 2㎲, 즉 2중 주사모드에서의 모든 라인의 어드레싱에서 480㎲이고, 최대 256회 동작값에서 256*480㎲=122㎳으로, 50㎐ 디스플레이 모드의 경우에서 20㎳인 유효 시간보다 훨씬 길다).

이때, 정보를 제공하기 위한 2가지 가능성이 있다. 첫번째 가능성은 (8비트 비디오 레벨 표시의 경우에) 8 SF의 최소값을 이용하는 것이고, 이러한 8 SF의 조합은 256개 레벨을 생성할 수 있다. 이러한 모드가 도 1에 도시되어 있다.

각각의 서브필드는 3개 부분으로 나누어진다: 어드레싱부, 지속부 및 소거부. 어드레싱 주기는, 광 생성을 위해 활성화되어야 하고 PDP에서 통상적인 이러한 셀에 기록 전압을 인가함으로써 플라즈마 셀을 라인 단위로 어드레싱하는데 이용된다. 지속 주기는, 통상적인 지속 전압을 갖는 지속 펄스를 모든 셀에 인가함으로써 기록된 플라즈마 셀의 점등을 위한 주기로서 이용된다. 마지막으로, 소거 주기는, 셀 전하를 소거하여 셀을 중화하는데 이용된다.

도 2는 도 1의 8비트 코드에 기초한 모든 256개 비디오 레벨을 생성하는데 이용되는 표준 방법을 나타낸다.

도 3에 따르면, 관찰자의 눈은 이미지 주기의 지속기간에 걸쳐서 다양한 광 방출의 조합을 통합(integration)하고, 이에 의해 그레이 레벨에서의 다양한 음영을 재생할 것이다. 움직임이 없는 경우에(도 3의 좌측), 통합 축은 시간 방향에서 패널에 대해 수직이 될 것이다. 관찰자는 동일한 축으로부터 인입되는 정보를 통합할 것이고, 어떠한 장애도 발견하지 않을 것이다.

만일 물체가 움직이고 있다면(도 3의 우측), 관찰자는 프레임(t)에서 프레임(t+1)으로 이 물체를 따를 것이다. CRT에서, 방출 시간이 매우 짧기 때문에 큰 움직임을 갖는 경우에도 눈은 물체를 정확하게 뒤따를 것이다. PDP에서, 방출 시간은 전체 이미지 주기에 걸쳐서 연장된다. 프레임당 3개 픽셀의 물체 이동에서, 눈은 3개의 서로 다른 픽셀로부터 인입되는 서브필드를 통합할 것이다. 불운하게도, 만일 이러한 3개 픽셀 사이에 전이가 있다면, 이러한 통합은 도 3의 우측 하단에 도시된 바와 같이 잘못된 컨투어를 초래할 수 있다.

이미 전술한 제 2 인코딩 가능성은 제한된 수의 레벨만을 제공하지만 어떠한 시간적 교란도 결코 도입하지 않기 위해서 이들 레벨을 선택하는 것이다. 이러한코드는 B>A인 임의의 레벨에서 codeB=codeA+C를 가질 것이기 때문에 "증분 코드"로 불릴 것이며, 여기서 C는 양의 값이다. 이러한 코딩은 명백하게 어드레싱 주기의 수까지 생성될 수 있는 비디오 레벨의 수를 제한한다. 그러나, 이러한 코드를 이용하면, 온인 2개의 연속적인 서브필드 사이에 결코 오프인 하나의 서브필드가 없을 것이다. 일부 최적화된 디더링 또는 에러 확산 방법이 이러한 정확도의 결여를 보상하는 것을 도울 수 있다.

이러한 코딩 방법의 주요 이점은, 표준 8비트 코딩을 이용한 경우에서와 같이 2개의 유사한 레벨(예를 들어 127/128) 사이에 더 이상 어떠한 불연속성도 없기 때문에 임의의 잘못된 컨투어 효과를 억제하는 것이다. 그러한 이유로, 이러한 모드는 때로 NFC(No False Contour) 모드라고 불린다. 반면, 이러한 모드는 충분한 비디오 레벨을 배치하기 위해 디더링을 필요로 하고, 상기 디더링은 일부 교란 노이즈를 유도할 수 있다.

도 4는 16개 서브필드 및 4비트 디더링(16X2⁴=256)에 기초한 증분 코드를 이용한 256개 레벨의 생성을 예시한다. 이것을 위해서, 16개의 유효한 기본 레벨의 공간-시간적 비상관성(uncorrelation)이 이용된다. 16개 서브필드에 기초한 이러한 예시가 설명을 간략화하기 위해 다음에서 이용될 것이다.

도 5는 움직임이 있는 경우에 이러한 모드를 통해서 제공되는 전이(127/128)의 경우를 나타낸다. 상기 도면은 유사한 레벨 사이의 이동 전이가 더 이상 잘못된 컨투어링의 소스는 아니고 평탄한 전이를 초래한다는 것을 나타낸다. 도 4는어드레싱 주기가 없는 증분 어드레싱 모드를 예시한다. 글로벌 어드레싱 동작은 글로벌 프라이밍이라고 불리는 프레임 주기의 시작부에서 수행된다. 이에 이어서, 광을 생성해서는 안되는 그러한 셀의 전하만이 소멸되는(quenching) 선택적인 소거 동작이 이어진다. 다른 모든 셀은 후속되는 지속 주기동안 충전된 채로 유지된다. 선택적인 소거 동작은 각각의 서브필드의 일부이다. 프레임 주기의 종단에서, 전체적인 소거 동작은 모든 셀을 중화한다. 도 6은 4비트 디더링을 이용하여 증분 코딩 구조를 구현할 가능성을 예시한다.

추가적인 중요한 양상은 감마 보정의 구현이다. CRT 디스플레이는 빔 강도에 대해 1차 응답을 갖지 않고 오히려 2차 응답을 갖는다. 이러한 이유로, 디스플레이로 송신된 화상은 스튜디오 또는 대부분 이미 비디오 카메라 자체에서 사전 보정되어, 사람의 눈으로 보이는 화상이 촬영된 화상과 관련된다. 도 7은 이러한 원리를 예시한다.

선형 응답 특성을 갖는 플라즈마 디스플레이의 경우에, 소스 레벨에서 이루어진 사전-보정은 관찰된 화상을 열화시켜 도 8에 예시된 바와 같이 부자연스럽게 될 것이다. 이러한 문제점을 억제하기 위해서, 플라즈마 디스플레이 디바이스의 특정한 비디오 처리 유닛에서 이루어진 인위적인 감마 동작은 소스 레벨에서 이루어진 사전-보정을 반전할 것이다. 정상적으로, 서브필드 레벨에 대한 인코딩 직전에 플라즈마 디스플레이 유닛에서 감마 보정이 이루어진다. 이러한 감마 동작은 만일 출력 비디오 데이터가 도 9에 예시된 바와 같이 8비트 분해능으로 제한되는 경우에 낮은 비디오 레벨의 파괴를 초래한다.

증분 코드의 경우에, 이러한 효과를 회피할 기회가 있다. 사실, 서브필드 가중치에서 감마 함수를 구현할 수 있다. 16개(4비트)의 디더링 단계를 이용하여 0에서 255까지의 감마 함수(γ=1.82) 다음에 16개 서브필드를 배치하는 것으로 가정될 것이다. 이러한 경우에, 16개의 가능한 비디오 값(V_n) 각각에서, 디스플레이된 값은 다음의 수열과 관련되어야 한다:

따라서, 증분 코드의 경우에, B>A인 각각의 값에서, codeB=codeA+C이고, 여기서 C는 양의 값이다. 이러한 경우에, 가중치는 n>0에서 다음의 식:(n>0)을 기초로 계산하기 용이하다. 다음의 서브필드 가중치를 포함한다:

SF₁= 2-0 = 2

SF₂= 6-2 = 4

SF₃= 12-6 = 6

SF₄= 20-12 = 8

SF₅= 30-20 = 10

SF₆= 42-30 = 12

SF₇= 56-42 = 14

SF₈= 72-56 = 16

SF₉= 89-72 = 17

SF₁₀= 108-89 = 19

SF₁₁= 129-108 = 21

SF₁₂= 151-129 = 22

SF₁₃= 175-151 = 24

SF₁₄= 200-175 = 25

SF₁₅= 227-200 = 27

SF₁₆= 255-227 = 28

이러한 가중치의 누적이 0(온 상태인 SF 없음)에서 최대 255(모든 SF가 온 상태임)까지의 2차 함수(감마=1.82)에 이어진다. 도 10은 이러한 인코딩 방법을 나타낸다. 상기 도면은 증분 코드에 대한 가중치의 최적화된 계산이 비디오 레벨에서의 특정한 감마 동작의 구현없이 감마 수열을 고려할 수 있다는 것을 나타낸다. 명백하게, 본 예시에서, 4비트 디더링의 이용만으로 256개의 다른 인지된 비디오 레벨의 생성을 할 수 있다.

만일 어떠한 특정한 동작도 구현되지 않는다면, 16개 서브필드 각각은 16개 비디오 레벨의 그룹을 제공하기 위해 이용될 것이다. 도 11은 이러한 원리를 예시한다. 상기 도면은 다양한 비디오 레벨이 증분 코드의 예시에서 제공되는 방법을 나타낸다. 0과 15 사이의 모든 레벨은 서브필드{SF₀(0),SF₁(2)}에 기초한 디더링을 적용하는 동안 제공될 것이다. 서브필드{SF₁₄(),SF₁₅()}에 기초한 디더링을 적용하는 동안에 224와 240 사이의 모든 레벨이 제공될 것이다.

이러한 표현에서, 흑색 레벨은 SF₀(가중치=0)으로 정의된다. 물론 서브 필드 구성에 여분의 서브필드(SF₀)가 없다. 모든 다른 서브필드(SF₁내지 SF₁₆)를 활성화하지 않거나 또는 불활성화함으로써 흑색 레벨이 간단하게 생성된다. 예시: 입력 비디오 레벨 12는 감마화 이후에 진폭 1을 가져야 하고{255·(12/255)^1.82= 1}, 이것은 도 12에 도시된 디더링을 이용하여 제공될 수 있다. 동종의 블럭내 픽셀의 절반은 광 생성을 위해 활성화되지 않을 것이고, 나머지 절반은 가중치 "2"를 갖는 서브필드(SF₁)만으로 광 생성을 위해 활성화될 것이다. 프레임에서 프레임으로의 디더링 패턴은 도 12에 도시된 바와 같이 토글링(toggle)된다. 도 12는 가중치를 계산하는데 사용되는 1.82인 감마를 고려하여 비디오 레벨 12를 제공하기 위해 사용되는 가능한 디더링을 나타낸다.

반면, 특정한 적응이 적용되지 않는다면, 도 13에 도시된 바와 같이 비디오 레벨 231(감마화 이후에 213.5)을 제공하기 위해 정확히 동일한 디더링이 이용될 것이다. 상기 도면은 가중치{255·(231/255)^1.82= 213.5}를 계산하기 위해 사용된 1.82의 감마를 고려하여 비디오 레벨 231을 제공하기 위해 사용된 가능한 디더링을 나타낸다.

도 12 및 도 13은, 동일한 종류의 디더링(4비트)이 낮은 레벨 및 높은 레벨 비디오 범위 모두에서 사용된 것을 나타냈다. 16개의 가능한 비디오 레벨 각각은 256개 비디오 레벨 사이에서 동일하게 분산되고, 동일한 종류의 디더링이 다른 레벨을 제공하기 위해 중간에 적용된다. 반면, 이것은 사람의 휘도 감지에는 맞지 않다. 대신, 눈은 발광 영역보다 낮은 레벨의 노이즈에 훨씬 더 민감하다.

이러한 시점에서, 본 발명의 목적은 디더링 가시도를 감소시킬 수 있는 방법 및 디스플레이 디바이스를 제공하는 것이다.

도 1은 8개 서브필드 표준 인코딩의 원리를 나타내는 도면;

도 2는 표준 방식을 이용한 256개 비디오 레벨의 인코딩을 나타내는 도면;

도 3은 표준 코딩의 경우에 잘못된 컨투어 효과를 나타내는 도면;

도 4는 증분(incremental) 코딩을 이용한 256개 비디오 레벨의 생성을 나타내는 도면;

도 5는 증분 코드의 경우에 이동 전이를 나타내는 도면;

도 6은 증분 코딩의 구현을 위한 주요 처리 단계를 나타내는 도면;

도 7은 표준 CRT 디스플레이의 감마 사전-보정(gamma pre-correction)의 원리를 나타내는 도면;

도 8은 PDP상에서 표준 사전-보정된 화상을 디스플레이하는 효과를 나타내는 도면;

도 9는 감마 함수의 입력 비디오 레벨로의 적용에 의한 낮은 비디오 레벨 파괴를 나타내는 도면;

도 10은 증분 코딩에서 통합된 감마 수열을 나타내는 도면;

도 11은 증분 코딩을 위해 사용될 서브필드 조직을 나타내는 도면;

도 12는 디더링을 이용한 비디오 레벨 12의 렌디션(rendition)을 나타내는 도면;

도 13은 디더링을 이용한 비디오 레벨 231의 렌디션을 나타내는 도면;

도 14는 망막의 수용체를 나타내는 도면;

도 15는 사람의 눈의 콘트라스트 민감도를 설명하기 위한 도면;

도 16은 HVS 변환 곡선의 한 예시를 나타내는 도면;

도 17은 통합된 감마 수열을 이용한 HVS 적응 증분 코딩 구조를 나타내는 도면;

도 18은 HVS 적응된 증분 코딩 구조의 구현을 위한 주요 처리 단계를 나타내는 도면;

도 19는 HVS 코딩 개념 및 입력 비디오 레벨에 대한 그 효과를 나타내는 도면;

도 20은 일부 낮은 비디오 레벨에서의 표준 렌디션과 HVS 렌디션의 비교를 나타내는 도면;

도 21은 일부 높은 비디오 레벨에서의 표준 렌디션과 HVS 렌디션의 비교를 나타내는 도면;

도 22는 HVS 코딩의 회로 구현을 나타내는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 디감마 함수 블럭 11 : HVS 필터링 블럭

12 : 디더링 블럭 13 : 서브필드 인코딩 블럭

14 : 직렬-병렬 변환 유닛 15 : PDP

16 : 플라즈마 제어 블럭

본 발명에 따르면, 상기 목적은 비디오 화상의 픽셀에 대응하는 복수의 발광 소자를 갖는 디스플레이 디바이스상에서의 디스플레이를 위해 비디오 화상 데이터를 처리하는 방법에 의해 해결되는데, 여기서 각각의 픽셀의 휘도는 디스플레이를 위해 비디오 화상 데이터를 디더링하고 디더링된 비디오 화상 데이터를 서브필드코딩할 뿐만 아니라, 디더링 이전에 망막 함수에 따라 상기 비디오 화상 데이터를 변환함으로써, 발광 소자를 스위칭 온 및 오프하기 위한 다수의 임펄스에 대응하는 서브필드 코드워드에 의해 제어된다.

또한, 전술한 목적은 비디오 화상의 픽셀에 대응하는 복수의 발광 소자를 갖는 디스플레이 디바이스상에서의 디스플레이를 위해 비디오 화상 데이터를 처리하는 디바이스에 의해 해결되고, 상기 디바이스는 휘도 제어 수단을 포함하며, 각각의 픽셀의 휘도는 상기 휘도 제어 수단을 이용하여 적어도 하나의 서브필드 코드워드에 의해 제어되고, 상기 발광 소자(들)는 상기 코드워드를 이용하여 비디오 프레임의 서브필드에 대응하는 작은 펄스의 광 출력을 위해 활성화되거나 불활성화되며, 비디오 화상 데이터의 처리 디바이스는, 상기 비디오 화상 데이터를 디더링(dithering)하는 디더링 수단, 및 디스플레이를 위해 상기 디더링된 비디오 화상 데이터를 서브필드 코딩하는 서브필드 코딩 수단을 포함하고, 디더링 이전에 망막 함수에 따라서 상기 비디오 화상 데이터를 변환하는 변환 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

추가적인 유리한 실시예가 종속항으로부터 명백해진다.

본 발명의 이점은 사람의 시각 시스템 휘도 민감도에 기초한(웨버-페히너의 법칙) 적절한 변환 곡선을 통한 비디오 입력값의 변환과 함께 서브필드 조직의 변경에 의한 디더링 가시도의 감소에 있다.

본 발명의 예시적인 실시예가 도면에 예시되어 있고, 다음 설명에서 더 상세하게 설명된다.

본 발명은 후술되는 바람직한 실시예와 함께 더 상세하게 설명될 것이다.

본 발명을 더 잘 이해하기 위해서 사람 시각의 일부 생리적 효과가 후술된다.

망막의 분석은 시각 시스템 셀의 기본적인 기능 중 하나를 나타낸다: 수용체의 개념. 이것은 뉴런과 관련되고 발광 자극에 대한 그 반응을 결정하는 작은 망막 영역을 나타낸다. 이러한 수용체는 뉴런의 여기 또는 억제를 가능하게 하고 종종 "온" 및 "오프" 영역으로 불리는 영역으로 나누어질 수 있다. 도 14는 이러한 수용체를 예시한다. 이러한 수용체는 각각의 광 수신기에 위치한 절대 휘도값이 아니라 망막상의 인접한 2개 지점 사이에서 측정된 상대값을 뇌로 전송한다. 이것은, 눈이 절대 휘도에 민감하지 않고 국부적인 콘트라스트에만 민감하다는 것을 의미한다. 이러한 현상이 도 15에 예시되어 있다: 각각의 영역 중간에서 그레이 디스크는 동일한 레벨을 갖지만, 사람의 눈은 그것을 서로 다르게 감지한다.

이러한 현상은 "웨버-페히너"의 법칙이라고 불리고,의 형태로 대수 작용으로서의 망막 민감도를 나타낸다. 공통적으로 사용되는 한가지 식은의 형태로 애닐 K. 제인(Anil K. Jain)에 의해 "디지털 이미지의 원리(Fundamental of digital image)"(Prentice Hall 1989)에 정의되어 있으며, 여기서 I_screen은 스크린의 휘도를 나타내고, I_max는 최대 스크린 휘도를 나타내며, I_eye는 눈으로 관찰된 휘도를 나타낸다.

이러한 곡선은, 사람의 눈이 가장 높은 비디오 레벨보다 낮은 비디오 레벨에 훨씬 더 민감하다는 것을 나타낸다. 따라서, 모든 비디오 레벨에 대해 정확히 동일한 종류의 디더링을 적용하는 것은 바람직하지 않다. 이러한 개념이 이용된다면, 눈은 스크린의 발광부에 제공된 모든 레벨을 신경쓰지 않지만 가장 낮은 비디오 레벨에 적용된 디더링에 의해 방해받을 것이다.

본 명세서에 기재된 본 발명의 개념은 사람의 휘도 민감도를 고려할 것이다. 이러한 경우, 본 발명의 목적은 높은 레벨에 대해 더 많은 디더링을 이용하는 반면 낮은 레벨에 대해 더 적은 디더링을 적용하는 것일 것이다. 이에 추가로, 이것은 서브필드 가중의 적응과 결합된 사람 눈의 모형을 이용함으로써 다양한 디더링 구조를 이용하지 않고서 수행된다.

본 발명의 개념에서 정의된 제 1 스테이지는 사람 시각의 민감도 함수에 기초한 입력 화상의 필터링에 기초한다. 본 발명의 설명을 간략화하기 위해서, 전술된 설명으로부터 유도된 함수가 이용될 것이다. 명백하게, 현존하는 많은 다른 HVS 함수가 있고, 본 발명은 이러한 특정 함수에 제한되지 않아야 한다.

예시에서, 입력 화상의 휘도가 8비트(I_max=255)로 계산되는 경우에 함수는 다음의 형태로 정의될 것이다:. 그래도, (예를 들어 만일 다양한 비디오 함수가 10비트의 정밀도로 미리 구현되는 경우) 계산을 위해 그 이상의 정밀도가 이용될 수 있다.

도 16에 도시된 사용된 변환 함수는 플라즈마 특정 IC에서의 LUT(룩업 테이블)을 통해 또는 직접 함수를 통해 적용될 수 있다. LUT는 가장 간단한 방식이고, IC의 제한된 자원을 필요로 한다.

상기 개념의 다음 스테이지는 서브필드를 이용한 화상 코딩의 적응된 수정이다. 확실하게, 망막 작용에 대응하는 입력 화상의 복잡한 변환이 적용되었고, 이제 (동일한 망막 작용을 2번 적용하는 것이 아니라) 정확한 화상을 눈에 보이기 위해서 역 변환이 서브필드 가중에 적용되어야 한다.

이미 전술한 바와 같이, 증분 코딩의 예시는 다시 본 발명의 설명을 간략화하기 위해 사용되지만, 본 발명을 위해 임의의 다른 코딩 개념 또한 사용될 수 있다.

역 변환을 가중치로 적용하기 위해서 이러한 역 변환이 계산되어야 한다.

망막 변환을로 정의하면, 역 변환은이 된다. 이미 전술한 바와 같이, 임의의 다른 함수 f(x) 및 f^-1(y)는 사람 눈으로부터의 망막 함수 및 그 역 함수를 나타내는 한 사용될 수 있다.

이제, 증분 코드에 대한 새로운 서브필드 가중치를 계산하기 위해서 역 망막함수가 이용될 것이다. 가중치의 이전 계산에서, 다음의 식이 사용되었고, 여기서 V_n은 가중치의 수열, n은 이러한 (일정한) 수열의 다양한 단계, 255는 최대 휘도, 16은 (4비트) 디더링을 이용하여 제공된 레벨의 수, 그리고 γ는1.82의 감마를 나타낸다. 이제, 이러한 함수가 계속 더 사용되어야 하지만, 16개 단계(n)는 더 이상 일정한 수열(constant progression)이 아니고, 그러나 역 망막 수열을 따라야 할 것이다.

따라서 상기 단계는 전술한에서의 함수 f를 이용하여로 계산될 것이다. 그후

은 다음을 초래한다:

V₀' = 0

V₁' = 1

V₂' = 2

V₃' = 4

V₄' = 7

V₅' = 11

V₆' = 17

V₇' = 25

V₈' = 34

V₉' = 47

V₁₀' = 62

V₁₁' = 81

V₁₂' = 104

V₁₃' = 131

V₁₄' = 165

V₁₅' = 206

V₁₆' = 255

증분 코드의 경우에, B>A인 각각의 값에서 codeB = codeA + C이라는 것을 알 수 있고, 여기서 C는 양의 값이다. 그러한 경우에, 다음의 식 V_n+1= V_n+ SF_n+1(n>0)이 관련되어야 하기 때문에 가중치를 계산하기가 용이하다. 이것은 다음의 서브필드 가중치 SF_n= V_n- V_n-1를 초래한다:

SF₁= 1-0 = 1

SF₂= 2-1 = 1

SF₃= 4-2 = 2

SF₄= 7-4 = 3

SF₅= 11-7 = 4

SF₆= 17-11 = 6

SF₇= 25-17 = 8

SF₈= 34-25 = 9

SF₉= 47-34 = 13

SF₁₀= 62-47 = 15

SF₁₁= 81-62 = 19

SF₁₂= 104-81 = 23

SF₁₃= 131-104 = 27

SF₁₄= 165-131 = 34

SF₁₅= 206-165 = 41

SF₁₆= 255-206 = 49

이제, 새로운 가중치는 감마 함수뿐만 아니라 입력 비디오값에 적용된 망막 함수의 역 함수도 포함한다. 새로운 서브필드 수열이 도 17에 도시되어 있다.

이러한 원리에 기초하여, 도 18에 새롭게 표시되고 전술한 바와 정확히 동일한 구현 원리를 이용할 수 있다. HVS 함수는 디더링 구현 이전에 입력 비디오 레벨에 먼저 적용된다. HVS 적응된 입력 화상에 대해 디더링이 수행된다. 역 HVS 함수는 필요한 감마 함수를 포함한 눈에 정확한 화상을 제공하기 위해 서브필드 가중으로 통합되어 구현되었다. 그럼에도 불구하고 HVS 함수와 그 역 함수 사이에서 디더링 함수가 구현되었기 때문에, 디더링 레벨은 요구되는 바와 같은 HVS 작용을 따를 것이다. 따라서, 디더링 노이즈는 모든 제공된 레벨을 위해 눈에 대해 동일한 진폭을 가질 것이고, 이는 교란을 줄이게 한다.

전체 개념의 추가 예시가 도 19에 도시되어 있다. 도 19는 HVS 개념의 구현 결과를 나타낸다. 낮은 비디오 레벨에서, 디더링 단계 앞에서 확장이 이루어졌다. 낮은 비디오 레벨은 확장된 비디오 레벨 범위에 걸쳐서 분포된다. 이것은 디더링 레벨의 감소 효과를 갖는다. 반면, 높은 비디오 레벨에서, 디더링 단계 앞에서 압축이 이루어졌다. 높은 비디오 레벨은 축소된 비디오 레벨 범위에 집중된다. 이러한 경우, 디더링 레벨이 증가되었다.

이것은 표준 방법(종래 기술) 및 새로운 HVS 개념을 이용하여 새로운 레벨의 렌디션을 비교하는 도 20 및 도 21과 함께 더 잘 설명될 수 있다.

도 20은 낮은 비디오 레벨의 렌디션에 있어서 종래 기술과 새로운 HVS 개념 사이의 차이를 나타낸다. 도 20 및 도 21에서, 꺾쇠괄호안의 값은 감마화 이후에 표시될 값을 나타낸다. HVS 구현에서, 낮은 레벨 재생을 위해 더 많은 서브필드가 사용가능하고, 따라서 디더링이 덜 가시적이다. 예를 들어, 레벨 4(감마화후에 0.5)는 HVS 구현의 경우에 1과 0의 조합으로 제공된다. 이러한 경우, 디더링 패턴은 0과 2의 조합을 이용한 종래 기술의 솔루션보다 덜 가시적이다!

도 21은 이제 높은 비디오 레벨의 렌디션에 있어서의 종래 기술과 새로운 HVS 개념 사이의 차이를 나타낸다. HVS 구현에서, 더 많은 서브필드가 낮은 레벨을 위해 이용되었기 때문에 종래 기술에서보다 유효한 서브필드가 더 적다. 예를 들어, 종래 기술의 솔루션의 경우에 레벨 216(감마화후에 187.5)은 175와 200의 조합으로 제공되는 반면, HVS 개념에서는 165와 206의 조합이 이용된다. 그럼에도 불구하고, 눈이 높은 레벨 차이에 덜 민감하기 때문에, 화상은 높은 레벨 범위에서 실제로 열화되지 않는다.

다시 말해서, HVS 개념은 따라서 전체적으로 디더링 가시도를 감소시키기 위해서 낮은 레벨을 위한 더 많은 서브필드와 높은 레벨을 위한 더 적은 서브필드 사이에서 절충한다.

도 22는 본 발명의 가능한 회로 구현을 설명한다. RGB 입력 화상은 디감마(degamma) 함수 블럭(10)으로 전송된다: 이것은 룩업 테이블(LUT)을 이용하여, 또는 수학적 함수를 갖는 소프트웨어에 의해 실현될 수 있다. 이러한 블럭의 출력은 복잡한 수학식에 의해 또는 LUT를 이용하여 간단하게 망막 작용을 구현하는 HVS 필터링 블럭(11)으로 전송된다. 이러한 함수는 플라즈마 제어 블럭(16)에 의해 생성된 HVS 제어 신호에 의해 활성화 또는 불활성화될 수 있다. 이때 디더링이 디더링 블럭(12)에 추가될 것이고, 이것은 플라즈마 제어 블럭(16)으로부터의 DITH 신호에 의해 구성될 수 있다.

동일한 블럭은 HVS 역 가중치를 고려하거나 고려하지 않도록 서브필드 인코딩 블럭(13)을 구성할 것이다.

플라즈마 디스플레이 패널 어드레싱을 위해서, 서브필드 코드워드는 서브필드 인코딩 블럭(13)밖에서 판독되고, 한 라인의 코드워드 전부가 수집되어, 라인-유사 PDP 어드레싱을 위해 이용될 수 있는 단일의 매우 긴 코드워드를 생성한다. 이것은 직렬-병렬 변환유닛(14)에서 처리된다. 플라즈마 제어 블럭(16)은 PDP 제어를 위해 모든 주사 및 지속 펄스를 생성한다. 상기 블럭은 기준 타이밍을 위해 수평 및 수직 동기화 신호를 수신한다.

본 명세서에 기재된 본 발명의 방법은 사람의 시각 시스템 휘도 민감도에 기초한(웨버-페히너의 법칙) 적절한 변환 곡선을 통한 비디오의 수정과 함께 서브필드 구성의 공통적인 변경에 의해 디더링 가시도를 감소시킬 수 있을 것이다.

전술한 바람직한 실시예에서, 픽셀 기반으로 디더링이 이루어졌다. 컬러 PDP에서, 각각의 픽셀을 위해 3개의 플라즈마 셀(RGB)이 존재한다. 본 발명은 픽셀 기반 디더링에 제한되지 않는다. WO-A-01/71702에 설명된 바와 같은 셀 기반 디더링 또한 본 발명과 관련하여 이용될 수 있다.

본 발명은 특히 PDP에서 사용될 수 있다. 플라즈마 디스플레이는 가전제품, 예를 들어 TV 세트용으로, 그리고 또한 컴퓨터용 모니터로서 현재 사용되고 있다. 그러나, 본 발명의 이용은 또한 광 방출이 또한 서브 필드에서 적은 펄스를 이용하여 제어되는 경우, 즉 광 방출을 제어하기 위해 PWM 원리가 이용되는 경우에 매트릭스 디스플레이에서 적절하다. 특히 DMD(digital micro mirror device; 디지털 마이크로 미러 디바이스)에 적용가능하다.

전술한 바와 같이, 본 발명은 사람의 시각 시스템 휘도 민감도에 기초한 적절한 변환 곡선을 통한 비디오 입력값의 변환과 함께 서브필드 조직의 변경에 의해 디더링 가시도를 감소할 수 있다.

Claims

비디오 화상의 픽셀에 대응하는 복수의 발광 소자를 갖는 디스플레이 디바이스(15)상에서의 디스플레이를 위해 비디오 화상 데이터를 처리하는 방법으로서, 여기서 각각의 픽셀의 휘도는 적어도 하나의 서브필드 코드워드에 의해 제어되고, 상기 발광 소자(들)는 상기 코드워드를 이용하여 비디오 프레임의 서브필드에 대응하는 작은 펄스의 광 출력을 위해 활성화되거나 불활성화되는, 비디오 화상 데이터의 처리 방법은,

상기 비디오 화상 데이터를 디더링(dithering)하는 단계, 및

휘도 제어를 위해 상기 디더링된 비디오 화상 데이터를 서브필드 코딩하는 단계를 포함하는, 비디오 화상 데이터의 처리 방법에 있어서,

상기 디더링 단계전에 망막 함수에 따라서 상기 비디오 화상 데이터를 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비디오 화상 데이터의 처리 방법.
제 1항에 있어서, 상기 변환 단계는 휘도의 낮은 비디오 레벨의 확장 및 휘도의 높은 비디오 레벨의 압축을 포함하는, 비디오 화상 데이터의 처리 방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 입력값을 출력값으로 변환하기 위한 상기 망막 함수는이고, 여기서 a, b 및 c는 실수인, 비디오 화상 데이터의 처리 방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망막 함수는 룩업 테이블을 통해 적용되는, 비디오 화상 데이터의 처리 방법.
제 1항 내지 제 4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브필드 코딩을 위한 가중치는 역 망막 함수(inverse retinal function)를 이용하여 계산되는, 비디오 화상 데이터의 처리 방법.
제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디더링 단계는, 하나의 서브필드로 낮은 비디오 레벨 범위에서보다 높은 비디오 레벨 범위에서 더 많은 비디오 레벨이 제공되는 특징을 갖는, 비디오 화상 데이터의 처리 방법.
비디오 화상의 픽셀에 대응하는 복수의 발광 소자를 갖는 디스플레이 디바이스(15)상에서의 디스플레이를 위해 비디오 화상 데이터를 처리하는 디바이스로서, 휘도 제어 수단을 포함하며, 각각의 픽셀의 휘도는 상기 휘도 제어 수단을 이용하여 적어도 하나의 서브필드 코드워드에 의해 제어되고, 상기 발광 소자(들)는 상기 코드워드를 이용하여 비디오 프레임의 서브필드에 대응하는 작은 펄스의 광 출력을 위해 활성화되거나 불활성화되는, 비디오 화상 데이터의 처리 디바이스는,

상기 비디오 화상 데이터를 디더링(dithering)하는 디더링 수단(12), 및

디스플레이를 위해 상기 디더링된 비디오 화상 데이터를 서브필드 코딩하는서브필드 코딩 수단(13)을 포함하는, 비디오 화상 데이터의 처리 디바이스에 있어서,

디더링 이전에 망막 함수에 따라서 상기 비디오 화상 데이터를 변환하는 변환 수단(11)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 비디오 화상 데이터의 처리 디바이스.
제 7항에 있어서, 상기 변환 수단(11)은 낮은 입력 비디오 레벨 범위의 확장 및 높은 입력 비디오 레벨 범위의 압축을 발생시키는, 비디오 화상 데이터의 처리 디바이스.
제 7항 또는 제 8항에 있어서, 입력값의 변환을 위한 상기 망막 함수는이고, 여기서 a, b 및 c는 실수인, 비디오 화상 데이터의 처리 디바이스.
제 7항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 망막 함수는 상기 변환 수단(11)에 의해서 룩업 테이블을 통해 적용가능한, 비디오 화상 데이터의 처리 디바이스.
제 7항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 서브필드 코딩 수단(13)은 역 망막 함수를 이용함으로써 상기 서브필드 코딩을 위한 가중치를 계산하도록설계되는, 비디오 화상 데이터의 처리 디바이스.
제 7항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 변환 수단(11)은 상기 디더링 수단(12)으로 하여금 낮은 비디오 레벨 범위에서보다 높은 비디오 레벨 범위에서 하나의 서브필드로 더 많은 비디오 레벨을 제공하게 하는, 비디오 화상 데이터의 처리 디바이스.