MXPA05002108A

MXPA05002108A - Reduccion de ruido adaptable para paneles de pantalla digital.

Info

Publication number: MXPA05002108A
Application number: MXPA05002108A
Authority: MX
Inventors: Carlos Correa
Original assignee: Thomson Licensing Sa
Priority date: 2002-08-23
Filing date: 2003-08-05
Publication date: 2005-06-06
Also published as: EP1391866A1; JP2005536770A; WO2004019313A1; EP1540636A1; CN1679070A; US20060125718A1; AU2003289860A1; CN100405426C; KR20050058450A; US7742109B2; JP5523648B2

Abstract

Un panel de pantalla de plasma es un panel lineal puro y no proporciona un comportamiento gama no lineal como un TRC, de manera que debe aplicarse una funcion gama artificial a la senal en forma digital. Esta funcion gama incrementa las etapas de cuantificacion en las areas oscuras mientras que las etapas de cuantificacion se reduciran en las areas luminosas. La idea basica es aplicar un filtro de ruido adaptable despues del proceso de gamatizacion. El filtro adaptable es un filtrado especifico el cual se adapta al ruido de cuantificacion de gamatizacion. En otras palabras, el filtrado sera maximo para areas oscuras y su eficacia disminuira automaticamente cuando se incremente la luminancia del area.

Description

- - REDUCCION DE RUIDO ADAPTABLE PARA PANELES DE PANTALLA DIGITAL DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con un método y dispositivo para reducir el ruido causado por cuantificación durante el procesamiento de señal de un dispositivo de pantalla digital, en donde la señal cargada con ruido es filtrada digitalmente con un filtro digital que tiene una pluralidad de coeficientes de filtro.

ANTECEDENTES Un panel de pantalla de plasma (PDP) utiliza una regla de matriz de celda de descarga, los cuales pueden estar únicamente como "encendido" o "apagados". Por lo tanto, se puede definir como una pantalla digital pura. También, a diferencia de un tubo de rayos catódicos (TRC) o una pantalla de cristal líquido (LCD) , en el cual los niveles de gris se expresan por un control analógico de la emisión de luz, un PDP controla el nivel de gris a modular el número de pulsos de luz por marco (pulsos sostenidos) . Esta modulación en tiempo se integrará por el ojo durante un período que corresponde al tiempo de respuesta del ojo. Dado que el video de amplitud es transportado por numerosos pulsos de luz, como suceden a una frecuencia dada, más - - amplitud significa más pulsos de luz y por lo tanto más tiempo "encendido" . Por esta razón esta clase de modulación también se conoce como modulación de anchura de pulso o PWM. Esta PWM es responsable de uno de los problemas de calidad de imagen PDP: el nivel de ruido general, especialmente en las regiones más oscuras de la imagen. Esto es debido al hecho de que la luminancia mostrada es lineal al número de pulsos, pero la respuesta y sensibilidad del ojo al ruido no es lineal. En áreas más oscuras, el ojo es más sensible que en áreas más brillantes. Esto significa que incluso aunque los PDP modernos pueden mostrar aproximadamente 255 niveles de video separados, un error en la cuantificación será muy perceptible en las áreas más oscuras. Además, todas las imágenes de video se corrigen previamente para compensar las curvas gama tradicionales para una pantalla estándar (por ejemplo T C) . Dado que la pantalla de plasma es una pantalla lineal pura no proporciona tal comportamiento gama no lineal, debe realizarse una función gama artificial a nivel de pantalla en una forma digital . Esta f nción gama incrementa las etapas de cuantificación en las áreas oscuras mientras que las etapas de cuantificación se reducirán en áreas luminosas. Además, un incremento en la etapa de cuantificación incrementará de manera drástica el - - nivel del ruido presente en la imagen. En lo siguiente se describirá el ruido de cuantificación después de gamatización de una señal de video . El método utilizado para generar niveles de video en un plasma (PWM) es responsable de uno de los problemas de calidad de imagen PDP: las etapas de cuantificación grandes, especialmente en regiones más oscuras de la imagen, incrementan fuertemente el nivel de ruido en dichas áreas. Esto es debido al hecho de que la luminancia mostrada es lineal al número de impulsos para activar los elementos luminosos, pero la respuesta y sensibilidad del ojo al ruido no es lineal. En áreas más oscuras, el ojo es más sensible en áreas más brillantes. Esto significa que aunque los PDP modernos pueden mostrar aproximadamente 255 niveles de video separados, el error de cuantificación será muy notable en las áreas más oscuras . Además, todas las imágenes de video son precorregidas por una función y"1 (1/y) para compensar las curvas gama tradicionales (?) de una pantalla estándar (por ejemplo TRC) . De esta manera, la pantalla de plasma es una pantalla lineal pura y no proporciona tal comportamiento gama no lineal, y debe aplicarse una función gama artificial al nivel de pantalla en una forma digital . Esta función de gama incrementa el ruido de cuantificación en - - las áreas oscuras mientras que el ruido de cuantificación no se reducirá en áreas luminosas . Una función gama estándar aplicada en un nivel de 8 bitios utiliza la siguiente fórmula Out(x,y) = 255 en donde y«2 se tomará V 255 J como un ejemplo. La figura 1 ilustra tal función. Se muestra que la función gama aplicada a nivel de 8 bitios genera un efecto de cuantificación fuerte en el área oscura. Por ejemplo, a niveles de entrada por debajo de 12 se establecen juntos a 0 después de la gamatización, es decir, la aplicación de la función ?. La siguiente tabla representa en detalle de un cálculo para algunos niveles de video: Entrada (8-bit) Salida (flotante) Salida (8-bit) 0 0 0 1 0, 003921569 0 2 0, 015686275 0 3 0, 035294118 0 4 0, 062745098 0 5 0, 098039216 0 6 0, 141176471 0 7 0, 192156863 0 8 0, 250980392 0 9 0,317647059 0 10 0,392156863 0 11 0, 474509804 0 12 0 , 564705882 1 13 0, 662745098 1 14 0, 768627451 1 15 0, 882352941 1 16 1, 003921569 1 17 1, 133333333 1 18 1, 270588235 1 - - Esta tabla muestra que, en las áreas oscuras, existen menos valores de salida que valores de entrada lo que significa que sean incrementado las etapas de cuantificación. Por el contrario, a niveles altos, existen menos entradas que menos valores de salida (por ejemplo, sin entrada para generar el valor 246) lo que significa que el ruido de cuantificación se ha reducido. Las imágenes digitales estándar adolecen del ruido de cuantificación el cual depende del número de bitios utilizado para la digitalización. Además de esto, todas las secuencias naturales contienen un poco de ruido natural (principalmente ruido gausiano) . La visibilidad total de estos efectos de ruido también depende de su variación temporal lo cual genera una clase de efecto ruidoso.

- - La figura 2 representa los valores de video de una imagen de video digital estándar antes de la gamatización. Se muestra un ejemplo de ruido de cuantificación y ruido natural para los componentes de tres colores, R, G y B de una parte de la imagen. Este ruido se incrementa por su variación temporal . Ahora, se presentará un cálculo del efecto obtenido en una colocación de TRC de una función de gamatización analógica (comportamiento de tubo) . Para dicho cálculo se toma una suposición de que la luminancia del blanco será de 100 cd/m2 y que el comportamiento del TRC estará representado por: y TRC(x,y) = 100 · donde ? =2. En dicho V 255 j caso, el patrón de ruido en el TRC se transformará como se muestra en la figura 3. A partir de los valores de luminancia de los tres patrones R, G y B, se calculan para cada componente R, G y B un valor de ruido medio y un valor de error medio en una pantalla de TRC. Esto se comparará con el ruido generado en el caso de una pantalla de plasma. En primer lugar, se realizará la gamatización a nivel digital (8 bitios) , como se muestra en la figura 4. La desgamatización se realizará sobre los valores de entrada como aquellos proporcionados en la figura 2 para los tres componentes R, G y B. En la salida se obtiene un valor digital .

- - Asi, para cada valor digital, se puede calcular un valor de luminancia estableciendo la suposición de que el plasma es un sistema lineal puro, y el valor 255 se hace coincidir con 100 cd/m2. Se puede calcular la visibilidad de la estructura de ruido como se muestra en la figura 5 la cual corresponde a la figura 3, pero en el caso de un PDP. El cálculo de la estructura de ruido sobre plasma muestra que la etapa de cuantificación aumentada en las áreas oscuras genera un patrón de ruido fuerte. Por lo tanto, el efecto ruidoso del ruido se incrementará fuertemente en una pantalla de plasma en comparación con las pantallas normales (el error medio puede ser de hasta 80%) . Esto también se incrementa por el hecho de que el comportamiento del sistema visual humano sigue una ley logarítmica, más sensible para niveles bajos que para niveles altos. Como se explica en el párrafo anterior, el ruido es más visible sobre el plasma que sobre otra pantalla en las áreas oscuras (por ejemplo TRC) . Por lo tanto, es juicioso implementar una clase de algoritmo de reducción de ruidos sobre las PDP. En realidad, varias pantallas ya colocan tal algoritmo. No obstante, los algoritmos de reducción de ruido estándar presentan algunos inconvenientes como pérdida de definición, artefactos al moverse (seguimiento detrás de bordes fuertes) .

- - INVENCIÓN En vista de esto, un objetivo de la presente invención es proporcionar un método y un dispositivo para reducir el ruido de una manera mejorada. De acuerdo con la presente invención, este objetivo se resuelve por un método para reducir el ruido causado por un procedimiento de cuantificación durante el procesamiento de señal de un dispositivo de pantalla digital al filtrar digitalmente una señal cargada con ruido con un filtro digital que tiene una pluralidad de coeficientes de filtro, y al hacer variar por lo menos uno de los coeficientes de filtro en dependencia a un valor de la señal que se va a filtrar. Además, el objetivo mencionado en lo anterior se resuelve por un dispositivo para reducir el ruido provocado por la cuantificación durante el procesamiento de la señal de un dispositivo de pantalla digital que incluye un medio de filtro digital para filtrar digitalmente una señal cargada con el ruido, el medio de filtro tiene una pluralidad de coeficientes de filtro y un medio de control conectado al medio de filtro digital para hacer variar por lo menos uno de los coeficientes de filtro en dependencia a un valor de la señal que se va a filtrar. Los desarrollos favorables adicionales de la presente invención se establecen en las reivindicaciones - - dependientes . De manera ventajosa, se puede proporcionar un algoritmo de reducción de ruido el cual tenga el efecto de disminuir con el nivel de video, de manera que se aplique filtrado máximo para niveles bajos (regiones criticas ruidosas) , mientras que se aplica un filtrado nulo o un filtrado muy bajo en regiones luminosas (algoritmos de reducción de ruido menos ruidosos y más críticos) . Tal filtro de ruido adaptable puede ser aplicado después del proceso de gamatización del plasma. El filtrado adaptable es un filtrado específico el cual se adapta al ruido de cuantificación de gamatización. En otras palabras el filtrado será máximo para áreas oscuras y disminuirá automáticamente de manera eficaz cuando se incremente la luminancia del área. La aplicación del filtrado de acuerdo con la presente invención genera las siguientes ventajas: • El ruido en un panel de plasma se reduce en sus regiones críticas . · La nitidez de la imagen no se reduce ni tampoco desaparecen detalles. • No aparecen artefactos móviles .

DIBUJOS Las modalidades ejemplares de la invención se - - ilustran en los dibujos y se explican con mayor detalle en la siguiente descripción. Los dibujos muestran: La figura 1, una función gama estándar que se aplica a la señal de video; La figura 2, un ejemplo de ruido de cuantificación y ruido natural para tres componentes de color de una imagen; La figura 3 , un patrón de ruido en un TRC que se coloca de una función de gamatizacion analógica; La figura 4, una gamatizacion realizada a un nivel digital de 8 bitios; La figura 5, un cálculo de visibilidad de la estructura de ruido en un PDP después de gamatizacion; La figura 6 una máscara de filtro aplicada a un píxel actual; La figura 7, un diagrama que muestra la variación de los parámetros de filtro. La figura 8, la estructura de un filtro mediano bidimensional ; La figura 9, la implementación de un filtro mediano; La figura 10, variaciones de filtros medianos; La figura 11, una implementación de un filtrado mediano adaptable; y La figura 12 , una implementación de hardware del - - algoritmo de la invención. Con el fin de comprender mejor el presente concepto ahora se presentan como modalidades preferidas dos clases de algoritmos de ruido estándar.

Filtrado de Paso bajo El análisis se limitará a filtros de paso bajo y bidimensionales en base en 3 píxeles y 3 líneas. Evidentemente, tales filtros se pueden extender en la dimensión espacial (más o menos píxeles, más o menos líneas) así como en la dirección temporal al aplicar una clase de recursivílidad (que requiere una memoria de marco) . En lo siguiente se ilustran tres tipos de estándar de filtros de paso bajo (3x3) conocidos en la literatura: Las diversas máscaras se centrarán con el píxel actual, como se muestra en la figura 6 por un cuadro que rodea al número 21. El cálculo del resultado filtrante también se muestra en la figura. De manera más específica, se aplica una máscara de 3x3 píxeles en la imagen central en el píxel actual. Después se realiza un producto de convolución entre los valores delimitados por la máscara y el filtro, como se muestra claramente en la figura 6 lo que - - proporciona los valores resultantes del patrón derecho en la figura 6. En el caso del plasma uno puede desarrollar dos clases de filtrado de paso bajo adaptado a video, como se presenta en lo siguiente: En estas dos clases de filtrado PDP, los factores a y ß tendrán un valor que disminuye con la luminancia del pixel actual. En la figura 7 se muestran dos ejemplos de una posible variación de estos parámetros . Este filtrado de paso bajo ya ha sido bien adaptado para requerimientos PDP, excepto por el hecho de que se pueden generar algunas alteraciones en una transición súbita. El caso de un píxel oscuro actual localizado cerca de un elemento blanco se tomará como un ejemplo. En dicho caso, este elemento blanco se utilizará para el filtrado de paso bajo el cual no es el objetivo. Por lo tanto, se puede agregar más adaptación al filtrado como se describe en lo siguiente. Para la explicación futura de los píxeles actuales en la pantalla se deben describir por x0 y los píxeles alrededor utilizando la siguiente definición: En base en esta suposición, se define como sigue un filtrado de paso bajo adaptado más general para PDP: en donde a0 = 1 y ai = fi(x0, Xi) Como un ejemplo, uno puede describir la función como sigue : f2n(X0>X2n) = con I I representando un limite del vecino se puede tomar en consideración por el filtrado. Esta solución también adaptada en el caso de una diferencia grande de valores entre los dos pixeles adyacentes .

Mediana de filtrado Al inicio del presente análisis, los filtros se han limitado a filtro de paso bajo bidimensionales basados en tres pixeles y tres líneas. Evidentemente, tales filtros se pueden extender en la dimensión espacial (más o menos pixeles, más o menos líneas) así como en la dirección temporal (requiere una memoria de marco) .

- - Un filtro mediano selecciona, en un intervalo de análisis, el pixel que tenga el valor mediano. Para dicho propósito, el intervalo de análisis contiene un número impar de pixeles que se ordenarán. Después un valor computado nuevo será el valor que tenga la posición mediana. Un ejemplo de un mediano de filtro 3x3 se muestra en la figura 8. Se puede formular como sigue : La figura 9 presenta una manera de implementar de manera sencilla una mediana de filtro en base en una función simple (comparadores) como MIN () y MAX () . Se pueden utilizar otros filtros de mediana similares a los filtros max/mediana los cuales pueden ser definidos como se ilustra en la figura 10. Estas funciones realizan un máximo o una mediana de tres medianas que tienen diversas direcciones de análisis. En cualquier caso, debe decirse que el filtro de mediana tiene un tamaño de 2N+1 pixeles de supresión en todos los detalles de imagen que tengan un tamaño menor que o igual a N. Por lo tanto, en el caso del filtrado de mediana adaptable de PDP, uno puede utilizar diversos filtros dependiendo del color de los pixeles actuales. La figura 11 - - presenta una posible implementación de tal filtrado adaptable, la selección de los filtros depende del nivel de video. Representa únicamente un ejemplo de un filtrado de mediana adaptable implementado después del procedimiento de gamatizacion en el proceso de PDP.

Filtrado General Como ya se ha dicho, la idea principal es utilizar un algoritmo de reducción de ruido el cual tenga un efecto de disminución cuando se incrementa el nivel de video del píxel actual. Además, el filtrado se aplicará después del procedimiento de gamatizacion el cual se puede realizar sobre más de 8 bitios debido a las operaciones posteriores como conversión a escala de grises. Evidentemente, una operación como una conversión a escala de grises debe realizarse después de la reducción de ruido con el fin de no ser desactivada por la reducción de ruido misma .

Implementación de Algoritmo La figura 12 ilustra una posible implementación de hardware para el algoritmo. Las imágenes de entrada RGB se envían al bloque de función gama: esto puede incluir un LUT o una función matemática. Las salidas de este bloque (8 bitios o más) se - - envían al bloque de reducción de ruido. Este último bloque, dependiendo del valor actual de un píxel, aplicará diversos filtros de reducción de ruido a la misma resolución de bitios. Después, la salida es enviada al bloque conversión a escala de grises el cual aplica diferentes clases de conversión a escala de grises (por ejemplo, como se describe en por ejemplo, en EP-A-113697 , EP-01250199.5 y EP-0229192 .5 a nombre del presente solicitante). El procesamiento de señal adicional se realiza como es habitual por un bloque de codificación de campo secundario subsecuente, un convertidor en serie/en paralelo, un controlador de plasma que actúa en paralelo y un PDP final . Como ya se ha establecido en lo anterior, la idea principal es tener un máximo de reducción de ruido para áreas oscuras en donde el ruido realmente altere (una sensibilidad ocular más fuerte, o gamatización crítica) y donde la información en términos de detalle sea menos relevante. Por otra parte, el nivel de filtrado disminuirá junto con la luminancia hasta que no haya filtración para niveles de luminancia altos en donde el ruido es menos perturbador (sin efecto de cuantificación, menos sensibilidad del ojo) , pero en donde la información en términos de detalle será más relevante .

Claims

REIVINDICACIONES

1. Método para reducir el ruido causado por un procedimiento de cuantificación durante el procesamiento de señal de un dispositivo de pantalla digital al filtrar digitalmente una señal cargada con el ruido, con un filtro digital que tiene una pluralidad de coeficientes de filtro, la señal incluye una matriz de niveles de video de píxeles del dispositivo de pantalla, caracterizado porque se varía por lo menos uno de los coeficientes de filtro en dependencia al nivel de video del pixel actual de la señal que se va a filtrar.

2. El método como se describe en la reivindicación 1, en donde el filtrado incluye un filtrado de paso bajo unidimensional o bidimensional .

3. El método como se describe en la reivindicación 1 ó 2, en donde el filtrado incluye un filtrado de mediana unidimensional o bidimensional .

4. El método como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 3, en donde el valor de un coeficiente de filtro disminuye cuando se incrementa la luminancia de un pixel de corriente .

5. El método como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 4, en donde la dimensión espacial o la dirección temporal del filtro digital varía con el nivel de video de un pixel actual .

6. El método como se describe en una de las reivindicaciones 1 a 7, en donde, en caso de un filtro de paso bajo, los coeficientes están dados por: con a0 = 1 y con &± = fi(x0/ Xj.)

7. El método como se describe en la reivindicación 8, en donde la función es la siguiente: asvix2n —x0\=Á ß ?2?+1~ ?0 = ? fin (X0 ' X2n ) — y fn+l (?x?00 ,' X?22n?++i1 ) — 0 0 con ? como un limite de vecino .

8. Un dispositivo para reducir ruido causado por cuantificación durante el procesamiento de señal de un dispositivo de pantalla digital que incluye un medio de filtro digital para filtrar digitalmente una señal debido cargada con el ruido, el medio de filtro tiene una pluralidad de coeficiente de filtro y la señal incluye una matriz de niveles de video de pixeles del dispositivo de pantalla, caracterizado por un medio de control conectado al medio de filtro digital para hacer variar por lo menos uno de los coeficientes de filtro en dependencia al nivel de video del pixel actual de la señal que se va a filtrar.

9. El dispositivo como se describe en la reivindicación 8 , en donde el medio de filtro digital incluye un filtro de paso unidimensional o bidimensional .

10. El dispositivo como de describe en la reivindicación 8 6 9, en donde el medio de filtro digital incluye un filtro de mediana unidimensional o bidimensional .

11. El dispositivo como se describe en una de las reivindicaciones 8 a 10, en donde el valor de un coeficiente de filtro es susceptible de disminuir por el medio de control cuando se incrementa la luminancia de un píxel de corriente.

12. El dispositivo como se describe en una de las reivindicaciones 8 a 11, en donde la dimensión espacial o la dirección temporal de un filtro del medio del filtro digital es variable con el nivel de video de un píxel de corriente del medio de control .