(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のフィルタ係数を有する適応型ディジタルフィルタを用いてノイズがのった映像信号をディジタル的にフィルタ処理することによりディジタル的に駆動される画素を有する表示装置の映像信号処理中に量子化手順によりもたらされる前記ノイズを低減する方法であって、前記映像信号は前記表示装置の各々の画素について映像レベルを有する、方法であり、
非線形量子化によりもたらされる低映像レベル領域におけるノイズを低減するように、前記画素の映像レベルが高いほど、前記画素に対するフィルタ処理の効果を減少させるように、前記適応型ディジタルフィルタの前記フィルタ係数の少なくとも１つを変化させ、かつ、
前記適応型ディジタルフィルタの空間的寸法及び／又は時間方向は、前記画素の映像レベルと共に変化する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
請求項１に記載の方法であって、前記フィルタ処理は１次元ローパスフィルタ処理及び／又は２次元ローパスフィルタ処理を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の方法であって、前記フィルタ処理は１次元メディアンフィルタ処理及び／又は２次元メディアンフィルタ処理を有する、ことを特徴とする方法。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれか一項に記載の方法であって、現在の画素の映像レベルが増加するとき、フィルタ係数値は減少する、ことを特徴とする方法。
【請求項５】
ディジタル的に駆動される画素を有する表示装置の映像信号処理中に量子化によりもたらされるノイズを低減する装置であって、前記ノイズがのった映像信号をディジタル的にフィルタ処理する適応型ディジタルフィルタを有する装置であり、前記適応型ディジタルフィルタは複数のフィルタ係数を有し、前記映像信号は前記表示装置の各々の画素について映像レベルを有する、装置であり、
非線形量子化によりもたらされる低映像レベル領域におけるノイズを低減するように、前記画素の映像レベルが高いほど、前記画素に対するフィルタ処理の効果を減少させるように前記適応型ディジタルフィルタの前記フィルタ係数の少なくとも１つを変化させる、前記適応型ディジタルフィルタに接続された制御手段を有し、
前記適応型ディジタルフィルタの空間的寸法及び／又は時間方向は、前記画素の映像レベルと共に変化する、
ことを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項５に記載の装置であって、前記適応型ディジタルフィルタは１次元ローパスフィルタ及び／又は２次元のローパスフィルタを有する、ことを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の装置であって、前記適応型ディジタルフィルタは１次元メディアンフィルタ及び／又は２次元メディアンフィルタを有する、ことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項５乃至７のいずれか一項に記載の装置であって、フィルタ係数値は、現在の画素の映像レベルが増加するとき、前記制御手段により減少可能である、ことを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディジタル表示装置の信号処理の間の量子化によりもたらされるノイズを低減するための方法及び装置であって、ノイズがのった信号は複数のフィルタ係数を有するディジタルフィルタを用いてディジタル的にフィルタ処理される、方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＰＤＰ、即ちプラズマディスプレイパネルは、“オン”又は“オフ”とすることができる放電セルのマトリクスアレイを利用する。それ故、それは純粋なディジタル表示であるとして特徴付けられる。又、階調が光発光のアナログ制御により表されるＣＲＴ（陰極線管）又はＬＣＤ（液晶表示装置）と異なり、ＰＤＰはフレーム毎の光パルス（維持パルス）数を変調することにより階調を制御する。この時間変調は、眼の時間応答に対応する期間に亘って眼により集積される。振幅映像は所定の周波数において得られる光パルス数により表されるため、振幅がより大きいことは光パルスがより多いこと、それ故、より“オン”時間が長いことを意味する。このため、この種の変調は又、ＰＷＭ、即ち、パルス幅変調として周知である。
【０００３】
このＰＷＭは、ＰＤＰ画像品質の問題点の１つであって、特に、ピクチャのより暗い領域における全体としてのノイズレベルの原因となっている。これは、表示輝度はパルス数に対して線形であるが、眼の応答及び感度はノイズに対して線形ではないためである。より暗い領域においては、眼は、より明るい領域におけるより、より感度が高い。これは、最新式のＰＤＰが約２５５の離散的な映像レベルを表示できるとしても、量子化誤差が暗い領域において極めて顕著であることを意味する。更に、全ての映像のピクチャを、標準的な表示（例えば、ＣＲＴ）からの従来のガンマ曲線を補償するために補正することができる。プラズマ表示は純粋に線形表示であり、そのような非線形のガンマ曲線の挙動を与えないため、人為ガンマ関数はディジタル形式で及び表示レベルにおいて実行される必要がある。このガンマ関数は、量子化ステップが輝度領域で減少する暗い領域において増加する。更に、量子化ステップの増加は、ピクチャに存在するノイズのレベルを著しく高くする。
【０００４】
下記においては、映像信号のガンマ化の後に、量子化ノイズは減少する。プラズマ（ＰＷＭ）における映像レベルをレンダリングするために用いられる方法は、ＰＤＰ画像品質の問題の１つの原因である。特に、ピクチャのより暗い領域における大きい量子化ステップはそれらの暗い領域におけるノイズレベルを非常に増加させる。これは、表示輝度が輝度要素を駆動するためのパルス数に対して線形であるためであるが、眼は反応し、ノイズに対する感度は線形でない。より暗い領域においては、眼は、より明るい領域におけるより高感度である。これは、最新式のＰＤＰが約２５５の離散的な映像レベルを表示することができるとしても、量子化誤差はより暗い領域において極めて顕著であることを意味する。
【０００５】
更に、全ての映像のピクチャは、標準的な表示（例えば、ＣＲＴ）から従来のガンマ曲線を補償するためのＹ−１関数により予め補正される。プラズマ表示は純粋に線形表示であり、そのような非線形のガンマ曲線の挙動を与えないため、人為ガンマ関数はディジタル形式で及び表示レベルに適用される必要がある。このデガンマ（ｄｅｇａｍｍａ）関数は暗い領域で量子化ノイズを増加させる一方、量子化ノイズは明るい領域で減少する。
【０００６】
式、Ｏｕｔ（ｘ，ｙ）＝２５５ｘ（Ｉｎ（ｘ，ｙ）／２５５）γ（ここで、γ≒２）を用いる、８ビットレベルに適用される標準的なガンマ関数を、例として取り上げることとする。図１はそのような関数を示している。８ビットレベルに適用されるガンマ関数はくらい領域において強い量子化効果を生成することを示している。例えば、１２以下の入力レベル全てが共に、ガンマ化の後に、即ち、γ関数の適用の後に０に設定される。次の表は、幾つかの映像レベルについての計算の詳細を示している。
【０００７】
【表１】
0005523648.tif 000002
この表は、暗い領域においては、入力値より出力値の方が少なく、このことは、量子化ステップが増加したことを意味する。反対に、明るいレベルにおいては、出力値より入力値の方が少なく（例えば、値２４６を生成するためには、入力はない）、このことは、量子化ステップが減少したことを意味する。
【０００８】
標準的なディジタルピクチャは、ディジタル化のために用いられるビット数に依存する量子化ノイズの影響を受ける。それに加えて、全ての自然のシーケンスは一部の自然ノイズ（主に、ガウスノイズ）を含んでいる。これらのノイズ効果の全体的視認性は又、バスリング（ｂｕｓｔｌｉｎｇ）効果を生じる一時的な振動に依存する。
【０００９】
図２は、ガンマ化の前の標準的なディジタル映像のピクチャの映像値を提供する。図２は、ピクチャの一部の三原色Ｒ、Ｇ、Ｂに対する自然ノイズ及び量子化ノイズの例を示している。このノイズはその一時的振動によりエンハンスされる。
【００１０】
ここでは、アナログガンマ化関数（ブラウン管挙動）を備えたＣＲＴ表示において得られる効果の評価を提供する。その評価に対して、白色の輝度は１００ｃｄ／ｍ２であり、ＣＲＴの挙動は式ＣＲＴ（ｘ，ｙ）＝１００ｘ（Ｉｎ（ｘ，ｙ）／２５５）γ（ここで、γ＝２）により表されると仮定される。その場合、ＣＲＴにおけるノイズパターンは図３に示すように変換される。三原色Ｒ、Ｇ、Ｂの輝度値から、各々の成分Ｒ、Ｇ、Ｂに対して、ＣＲＴスクリーンにおける平均誤差値及び平均ノイズ値が計算される。
【００１１】
これは、プラズマ表示の場合に生じるノイズと比較される。先ず、ガンマ化が、図４に示すようにディジタルレベル（８ビット）において実行される。デガンマ化（ｄｅｇａｍｍａｔｉｚａｔｉｏｎ）は、三原色Ｒ、Ｇ、Ｂについて図２において提供されるような入力値において実行される。出力において、ディジタル値が得られる。
【００１２】
次いで、輝度値は、各々のディジタル値に対して、プラズマが純粋な線形システムであり、値２５５が１００ｃｄ／ｍ２と適合すると仮定して、計算される。ノイズ構造の視認性は、図３に対応する図５であって、ＰＤＰの場合に示されるように確立される。
【００１３】
プラズマにおけるノイズ構造の評価は、暗い領域において増加した量子化ステップが強いノイズパターンに繋がることを示した。従って、ノイズのバスリング（ｂｕｓｓｔｌｉｎｇ）効果は、標準的表示に比べて、プラズマスクリーンにおいて非常に増加する（平均誤差は８０％以上になり得る）。これは又、人間の視覚系の挙動が高レベルより低レベルに対してより高感度である対数法則に従うことにより、エンハンスされる。
【００１４】
前段落で説明したように、ノイズは、暗い領域の他の表示（例えば、ＣＲＴ）におけるよりプラズマ表示においてより視認される。従って、ＰＤＰにおいて一種のノイズ抑制アルゴリズムを実施することは賢明である。実際には、種々の表示は、既にそのようなアルゴリズムを備えている。それにも拘らず、標準的なノイズ抑制メカニズムは又、シャープネスの損失、動きアーチファクト（強いエッジの後の立ち下がり）のような欠点を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
本発明の目的は、改善された方式でノイズを低減するための方法及び装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明に従って、この目的は、複数のフィルタ係数を有するディジタルフィルタを用いて前記ノイズがのった信号をディジタル的にフィルタ処理することにより、及びフィルタ処理される前記信号の値に依存する前記フィルタ係数の少なくとも１つを変化させることによりディジタル表示装置の信号処理の間に量子化手順によりもたらされるノイズを低減するための方法により、達成される。
【００１７】
更に、上記の目的は、前記ノイズがのった信号をディジタル的にフィルタ処理するためのディジタルフィルタ手段であって、複数のフィルタ係数を有するディジタルフィルタ手段と、フィルタ処理される前記信号の値に依存する前記フィルタ係数の少なくとも１つを変化させるための前記ディジタルフィルタ手段に接続された制御手段と、を有するディジタル表示装置の信号処理の間に量子化によりもたらされるノイズを低減するための装置により、達成される。
【００１８】
更に、本発明の好適な展開が従属請求項に挙げられている。
【００１９】
有利なことに、映像レベルに伴って減少する効果を有するノイズ抑制アルゴリズムを提供することが可能であり、それ故、最大フィルタ処理が低レベル（臨界ノイズレベル）に対して適用され、ここでは、明るい領域に対してフィルタ処理は適用されないか、又は非常に僅かに適用される。そのような適応型ノイズフィルタは、プラズマのガンマ処理の後に適用されることが可能である。適応型フィルタ処理は、ガンマ量子化ノイズに適合する特殊なフィルタ処理である。換言すれば、適応型フィルタ処理は暗い領域に対して最大であり、その有効性はその暗い領域の輝度が増加しているときに自動的に減少する。
【００２０】
本発明に従ったフィルタ処理の適用は、次の優位性に繋がる。
●  プラズマパネルにおけるノイズが、臨海領域で低減される。
●  ピクチャのシャープネスは低減されないか、又は細部は消えない。
●  動きアーチファクトは現れない。
【００２１】
本発明の代表的な実施形態について、図面に示し、以下の詳細な説明に更に詳細に述べる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
本発明の概念をよりよく理解するために、２種類の標準的ノイズ抑制アルゴリズムを、好適な実施形態として、ここで提供する。
【００２３】
ローパスフィルタ処理
３つの画素及び３本のラインに基づく二次元のローパスフィルタに解析を限定する。明らかに、そのようなフィルタは、一種の再帰（フレームメモリを必要とする）を適用することにより、空間の次元において（画素、ライン）及び時間方向に拡張されることができる。
【００２４】
文献において周知であるローパスフィルタ（３ｘ３）の３つの標準的種類は次のようである。
【００２５】
【数４】
0005523648.tif 000003
種々のマスクが、数字２１を囲む四角形により図６に示されるように、現時点の画素に中心を置く。又、フィルタ処理の結果についての計算を図６に示している。更に詳細には、３ｘ３の画素のマスクが、現時点の画素に中心を置いたピクチャに適用される。次いで、図６における右側のパターンの結果としての値を与える前記図６において明確に示されたフィルタ及びマスクにより範囲を定められた値の間で、畳み込み積が計算される。
【００２６】
プラズマの場合、次に示すような２種類の映像適応型ローパスフィルタ処理を構築することができる。
【００２７】
【数５】
0005523648.tif 000004
これらの２種類のＰＤＰフィルタ処理において、係数α及びβは、現時点の画素の輝度と共に減少する値を有する。これらのパラメータの可能な２つの例を図７に示す。
【００２８】
このローパスフィルタ処理は、一部の乱れがシャープな遷移において生じ得ることを除いて、ＰＤＰの要求に既に良好に適応している。白色の要素の近くに位置する現時点で暗い画素の場合を例として挙げている。その場合、この白色要素は、目的ではないローパスフィルタ処理に対して用いられる。それ故、下で説明するように、そのフィルタ処理に対して更なる適応を加える必要がある。
【００２９】
後の説明のために、スクリーンにおける現時点の画素は、次の定義を用いて、ｘ０及び周囲の画素により表される。
【００３０】
【数６】
0005523648.tif 000005
この仮定に基づいて、ＰＤＰに対する更に一般的な適応型ローパスフィルタ処理が、次のように定義される。
【００３１】
【数７】
0005523648.tif 000006
ここで、ａ０＝１、ａｉ＝ｆｉ（ｘ０，ｘｉ）である。
【００３２】
例として、関数ｆｉを次のように表すことができる。
【００３３】
【数８】
0005523648.tif 000007
及び
【００３４】
【数９】
0005523648.tif 000008
ここで、Δは隣接画素の制限である。これらの式は、フィルタ処理により考慮される隣接画素の限定を表す。この解は、２つの隣接画素間の値に大きい差がある場合にうまく適応する。
【００３５】
メディアンフィルタ処理
本解析のはじめにおいて、フィルタは３つの画素及び３本のラインに基づいて二次元ローパスフィルタに限定した。明らかに、空間の次元（画素、ライン）において及び時間方向（フレームメモリを必要とする）にそのようなフィルタを拡張することができる。
【００３６】
メディアンフィルタは、分析ウィンドウにおいて、中央値を有する画素を選択する。その目的のために、分析ウィンドウは、順序付けられる奇数の画素を含む。次いで、新たに計算された値が中央位置を有する値である。３ｘ３のメディアンフィルタの例を図８に示す。それは、次のような式で表される。
【００３７】
【数１０】
0005523648.tif 000009
図９は、ＭＩＮ（）及びＭＡＸ（）のような簡単な関数（比較器）に基づくメディアンフィルタを簡単に実行するための方法を示している。
【００３８】
図１０に示すように、定義される最大／中央フィルタのような他のメディアンフィルタを用いることができる。これらの関数は、種々の分析の方向を有する３つのメディアンの最大又は中央を実現する。
【００３９】
いずれの場合、２Ｎ＋１個の画素のサイズを有するメディアンフィルタは、Ｎに等しい又はそれより小さいサイズを有する全ての細部をピクチャにおいて隠すことを述べておく必要がある。
【００４０】
従って、ＰＤＰの適応型メディアンフィルタ処理の場合、現時点の画素の値に依存する種々のフィルタを用いることができる。図１１は、そのような適応型フィルタ処理の有効な実施について示し、そのフィルタの選択は映像レベルに依存する。図１１は、ＰＤＰにおけるガンマ化処理の後に実施される適応型メディアンフィルタ処理の例のみを示している。
【００４１】
一般的フィルタ処理
既に述べたように、主な考え方は、現時点の映像レベルが増加しているときに。低減する効果を有するノイズ抑制アルゴリズムを用いることである。更に、ディザ処理のような
他の処理のために８ビット以上においてなすことができるガンマ化処理の後に、一般的フィルタ処理を適用することができる。明らかに、ディザ処理のような操作は、ノイズ抑制そのものにより非アクティブ化されないように、ノイズ抑制後、施される必要がある。
【００４２】
アルゴリズムの実施形態
図１２は、アルゴリズムに対する有効なハードウェアの実施形態について示している。  ＲＧＢ入力ピクチャはガンマ関数ブロックに転送される。このブロックは、ＬＵＴ又は数学的関数を含むことができる。このブロックの出力（８ビット又はそれ以上）はノイズ抑制ブロックに転送される。この最終ブロックは、画素の現時点の値に依存し、同じビット分解能において種々のノイズ抑制フィルタを適用する。次いで、出力は、種々の種類のディザ処理（例えば、同一出願人による欧州特許出願公開第Ａ１１３６９７４号明細書、欧州特許第０１２５０１９９．５号明細書及び欧州特許第０２２９１９２４．５号明細書において記載されているような処理）を適用するディザ処理ブロックに転送される。更なる信号処理は、続くサブフィールド符合化ブロック、シリアル／パラレル変換器、パラレル動作プラズマ制御器及び最終のＰＤＰにより、従来通りに実行される。
【００４３】
既に上で説明したように、主な考え方は、ノイズが本当に乱されており、細部に関する情報が適切でない暗い領域のためにノイズ抑制の最大を有することである。他方、フィルタ処理のレベルは、ノイズが殆ど乱さない（量子化の効果がない、眼への刺激が殆どない）及び細部に関する情報がより適切である高い輝度レベルに対してフィルタ処理がないところまで、輝度と共に減少する。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】映像信号に適用される標準的なガンマ関数を示す図である。
【図２】ピクチャの三原色に対する自然ノイズ及び量子化ノイズの例を示す図である。
【図３】アナログガンマ化関数を配置したＣＲＴにおけるノイズパターンを示す図である。
【図４】８ビットのディジタルレベルにおいて実行されたガンマ化を示す図である。
【図５】ガンマ化後のＰＤＰにおけるノイズ構造の視認性の評価を示す図である。
【図６】現時点の画素に適用されるフィルタマスクを示す図である。
【図７】フィルタパラメータの変化を示す図である。
【図８】二次元メディアンフィルタの構造を示す図である。
【図９】メディアンフィルタの実施形態を示す図である。
【図１０】種々のメディアンフィルタを示す図である。
【図１１】適応型メディアンフィルタの実施形態を示す図である。
【図１２】本発明のアルゴリズムのハードウェア荷置ける実施形態を示す図である。
【図１】
0005523648.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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