(57)【要約】【課題】  グレースケール表示の改善のため、例えばセルに基づくディザリング、マルチマスクのディザリング又は誤差拡散のような様々なディザリング方法が用いられる。それらの夫々は特有の欠点を有している。それらの単純な組み合わせは期待される利点をもたらさない。【解決手段】  しかし、例えばマルチマスクのディザリングがスイッチによって誤差拡散を制御するために用いられる場合、改善が得られる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
像の画素に対応する複数の該発光素子を有し、
映像フレーム又はフィールドの時間は、発光素子が画素を光らせるp個の可能映像レベルの符号化に使用されるn個のビットのサブ・フィールド符号言語に対応する小さいパルスで光の放射に対して作動し得る間に、複数のサブ・フィールドに分けられ、
ディザリングは夫々の画素又はセルに対してディザー値“1”又は“0”を出力し、セルは画素の発光素子である一方で、量子化誤差を減らすセルに基づく、画素に基づく又はマルチマスクのディザリングを実行し、
該量子化誤差を減らすために夫々の画素又はセルに対して誤差拡散を実行するステップを有する、
表示装置の表示用の映像データの処理方法であって、
画素又はセルに対する該誤差拡散は、誤差拡散の間に、該ディザー値が“1”に等しくなる場合に、該画素又はセルの値に加えられることを特徴とする方法。
【請求項２】
該符号言語は、表示される符号言語の値間に位置する値が形成されうるように、n個以上のビットで処理され、該誤差拡散はこれらの値の夫々の全てのビットで適用されることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
端数部分の最高位ビット又は一組の最高位ビットは、前記ディザリングの値を決めるために用いられることを特徴とする、請求項２記載の方法。
【請求項４】
拡散された誤差は、一つのセル又は画素に対して累算されることを特徴とする、請求項1乃至３のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項５】
誤差拡散によって画素又はセルに加えられた該誤差は、最大誤差までに制限されることを特徴とする、請求項1乃至４のうちいずれか一項記載の方法。
【請求項６】
該最大誤差は1であることを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
像の画素に対応する複数の該発光素子を有し、
映像フレーム又はフィールドの時間は、発光素子が画素を光らせるp個の可能映像レベルの符号化に使用されるn個のビットのサブ・フィールド符号言語に対応する小さいパルスで光の放射に対して作動し得る間に、複数のサブ・フィールドに分けられ、
ディザリングは夫々の画素又はセルに対してディザー値“1”又は“0”を出力し、セルは画素の発光素子である一方で、量子化誤差を減らすセルに基づく、画素に基づく又はマルチマスクのディザリングを実行するディザリング手段と、
該量子化誤差を減らすためにも誤差拡散を実行する拡散手段とを有する、
表示装置の表示用の映像データの処理装置であって、
該ディザリング手段の出力信号は、画素又はセルに対する該誤差拡散が、該ディザー値が“1”に等しくなる場合に、該画素又はセルの値に加えられるように、該誤差拡散手段に供給されることを特徴とする装置。
【請求項８】
拡散された誤差は一つのセル又は画素に対して累算されることを特徴とする、請求項７記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、像の画素に対応する複数の発光素子を有する表示装置での表示用映像データの処理方法に関する。映像フレーム又はフィールドの時間は、発光素子が画素を光らせるp個の可能映像レベルの符号化に使用されるn個のビットのサブ・フィールド符号言語に対応する小さいパルスで光の放射に対して作動し得る間に、複数のサブ・フィールドに分けられる。該処理方法は、ディザリングが夫々の画素又はセルに対してディザー値“1”又は“0”を出力し、セルが画素の発光素子である一方で、量子化誤差を減らすセルに基づく、画素に基づく又はマルチマスクのディザリングを実行し、該量子化誤差を減らすために夫々の画素又はセルに対して誤差拡散を実行するステップを有する。更に、本発明は、映像データの処理のための対応する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
PDPは、“オン”または“オフ”しか出来ない放電セルのマトリクス配列を利用する。グレー階調が光放射のアナログ制御によって表わされるCRT又はLCDとは異なり、PDPはフレーム毎の光パルス（サステイン・パルス）の数を変調することによってグレー階調を制御する。この時間変調は、目の時間応答に対応する期間に渡って、目によって統合される。振幅映像は所定の周波数で発生する光パルスの数によって表されるので、更に大きな振幅は更に多くの光パルス、従って更に多くの“オン”時間を意味する。この理由のため、この種の変調は、PWM、即ちパルス幅変調としても知られる。
【０００３】
このPWMは、PDPの画像品質の問題の一つ、即ち特に像の暗めの領域でのグレースケールの描画品質の悪さの原因である。これは、表示輝度がパルスの数に比例するが、ノイズに対する目の反応及び感度は比例しない、と言う事実に起因している。暗めの領域において目は、明るめの領域においてよりも更に感度が良い。これは、現在のPDPが約256の不連続なグレー階調を表示可能であるにも関わらず、量子化誤差は暗めの領域で非常に顕著である、ということを意味する。
【０００４】
より良いグレースケール描写を達成するために、ディザリング信号を処理する内部データが、最終的な映像グレースケール振幅分解に対する切り捨ての前に、処理された映像信号に加えられる。ディザリングは技術的な文献からよく知られており、表示分解ビットの減じられた数による量子化誤差の影響を減らすために用いられる。ディザリングは、中間に人為的な階調を加えることによって、グレースケール表示を改善するが、小さい視認距離においてのみ見る人に感じられるような高い周波数で低い振幅のディザリングノイズを加える。PDPに対して用いられるディザリングには主に二種類ある。
【０００５】
セルに基づくディザリング（EP1,269,457）及びその強化されたバージョン、例えばマルチマスクのディザリング（EP1,262,947）はグレースケール表示を改善するが、高い周波数で低い振幅のディザリングパターン（例えば、チェッカーパターン）を加える。両文献の要旨は、言及することによってここで盛り込まれる。ディザリングのこの概念は、空間的及び時間的な目の統合機能に基づかれる。即ち、値1と2の間におかれた階調を、これらの値を空間的及び時間的に単純に混ぜることによって表示することが可能である。しかし、低い周波数のちらつきを妨げることを導入しないこの方法で3以上の付加的なビットを表現することは不可能である。この概念の主な利点は、この方法によって展開された不自然なディザリングパターンが通常の視認距離で全く目に見えないことである。更に、この方法は、像の内容から独立である。
【０００６】
誤差拡散は、グレースケール表示を改善し、ディザリングパターンを発生しない。この方法は、隣接するセルへの端数部分の分配に基づかれる。しかし、それは、主に暗めの領域においてノイズ（時間的なノイズを含まない静止像に対して特に顕著になる）を加える。理論上は、この方法でより多くのビットを表示可能であるが、特定の限界の後、利得は更に見えなくなり、ノイズは増大する。最終的に、この方法は通常の視認距離ですら明らかにノイズを加えるという欠点を有するが、動作像に関してはより自然であると言える。更に、この方法は、像の内容に依存する。
【０００７】
下記において、ディザリングの必要性が詳細に指摘される。前述されたように、プラズマは、様々な陰影のグレーを発生するために、PWM（パルス幅変調）を使用する。輝度が印加された陰極電圧に対して近似的に二次であるCRTに反して、輝度は放電インパルスの数に比例する。従って、近似デジタル二次ガンマ関数は、PWM前の映像に適用される。
【０００８】
ガンマ関数によって、小さめの映像階調については、多くの階調に渡る入力が同じ出力階調に位置づけられる。つまり、暗めの領域については、量子化ビットの出力数は入力数よりも小さい。特に、16以下の値（映像入力に対して8ビットで作用する時）は全て0に位置づけられる（これは、映像に対して実際には受け入れられない4ビット解像度に相当する）。実際には、11の入力映像レベルに対応する出力値は、ガンマ値が2.2（標準映像）の場合に、
【０００９】
【数１】
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で表わされる。しかし、PDPのような8ビット表示は、端数部分を表示することができない。従って、何ら特別なことが成されない場合、低い入力レベルは全て0、以下同様に位置づけられる。
【００１０】
しかし、すでに述べたように、ディザリングは、切り捨てによる振幅分解ビットの消失を回避する従来技術である。この技術は、本場合（より多くのビットが非ガンマに対して用いられる場合）のように、分解が切り捨てステップ前で利用可能である場合のみ作用する。ディザリングは、原則的には切り捨てによって消失した多数のビットを回復させることが出来る。しかし、ディザリングのノイズ周波数は、ディザリングされたビットの数によって、下がり、従って更に顕著になる。
【００１１】
1ビットのディザリングは、利用可能な出力階調の数に2を掛けることに対応し、2ビットのディザリングの場合は4を、3ビットのディザリングの場合は8を出力階調の数に掛けることに対応する。入力映像階調（1）を表示するのに必須の端数ビットの所要量は、以下の式
【００１２】
【数２】
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であるから、10ビットである。
【００１３】
セルに基づくディザリングは、あらゆるパネル画素（三つのセル）に関してではなく、あらゆるパネルセルに関して決められるディザリングパターンを加える。一つのパネル画素は三つのセル、即ち赤、緑及び青を有する。これは、ディザリングノイズを更に改善し、結果として、見る人に更に目立たなくする、という利点を有する。この差異は、図１において直接的に見られ得る。
【００１４】
マルチマスクのディザリングは、表示されるべき端数部分に依存する異なる種類のディザリング関数を用いることによって、セルに基づくディザリングの改善されたバージョンを表わす。例えば、3ビットディザリングは値xの8個の異なる端数部分を表示可能であるから、8個の異なるマスクが下記のように用いられる（EP1,262,947参照）。
【００１５】
x.000からx.125までの入力  →  マスク0（全て0でマスク）
x.125からx.250までの入力  →  マスク1
x.250からx.375までの入力  →  マスク2
x.375からx.500までの入力  →  マスク3
x.500からx.625までの入力  →  マスク4
x.625からx.750までの入力  →  マスク5
x.750からx.875までの入力  →  マスク6
x.875から1までの入力      →  マスク7
マスクのいくつかの例が下記の表
【００１６】
【表１】
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で与えられる。夫々のフレーム又はマスクは、4×4=16個のセルを囲む。マスク1は、階調1/8に対して決められたマスクであり、マスク2は階調1/4に対して決められたマスクであり、マスク3は階調3/8に対して決められたマスクであり、マスク4は階調1/2に対して決められたマスクであり、マスク5は階調5/8に対して決められたマスクであり、マスク6は階調3/4に対して決められたマスクであり、マスク7は階調7/8に対して決められたマスクである。
【００１７】
これらのパターンは、騒々しい静止パターン、ラインちらつき、及び  異なるディザリングパターン間の非対称によって持ち込まれるノイズの大きさを低減するように選ばれている。解法の主な利点は、マスクが定置であり、像の映像内容に依存しないことである。しかし、3ビットのみが表示され得、最小入力値8に対応する（0から8までの全ての値は、非ガンマ関数の上述の式から集められ得るように、失われる）。
【００１８】
ディザリングとは対照的に、例えば誤差拡散は、信号の値の整数を保持することによって現在の画素信号を量子化し、先の画素に量子化誤差（端数部分）を転送する近傍動作である。公式には、フロイドとステインバーグ（情報表示協会会報（Proc.  Soc.  Information  Display）vol17、no.2、pp.75-78掲載“空間的グレースケールに関する付加的な演算手順（原題：An  adaptive  algorithm  for  spatial  greyscale）”、1976年）が、y[n]=int(x[n]+xe[n])であるように、画素信号、即ち入力画素x[n]を調整し、切り捨てることによって出力画素y[n]を決める。ここで、xe[n]は、以下の式
【００１９】
【数３】
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のような前の繰り返し計算の間に累算される拡散された誤差（端数部分）である。ここで、ye[n]は、ye[n]=
(x[n]+xe[n])-y[n]であるような多様な端数部分を表わす。
【００２０】
誤差拡散の画像は、目に非常に心地良い（持ち込まれたノイズは自然の映像ノイズに類似である）が、演算手順は、非常に好ましくなく、マルチマスクのディザリングのようなマトリクス解法では決して発生しないような幾つかの不要なテクスチャ（像の内容に依存）を発生する。
【００２１】
誤差拡散処理自体は、三つのステップを有する。第一に、変更された入力が、元の入力と拡散された前の誤差（現在の画素の左上に位置する）の合計として形成される。第二のステップにおいて、この変更された入力は出力を発生するように切り捨てられる。最後のステップにおいて、量子化誤差（残りの端数部分）は、変更された入力と最終出力との差として計算される。それから、この量子化誤差は、様々な方法で選ばれ得る係数でそれを重み付けすることによって、隣接の画素に広げられる。
【００２２】
図２はその原理を図解する。例の第一の段階で、現在の画素の値は4.5である。それから、この値は0.5の誤差を発生するように4に切り捨てられる。この誤差は、三つの異なる係数（右の画素に対しては0.5、右下には0.3、直下には0.2）を用いて三つの隣接の画素に拡散される。本来なら、係数は（エネルギー定数を保つ係数の合計は1である）ように選ばれる。これは、像の望ましい安定性を保つために不可欠である。これらのステップの後、三つの画素の値は、
4.85+0.5×0.5=5.1
4.55+0.5×0.3=4.7
5.10+0.5×0.2=5.2
と変化する。それから、処理は値5.1を有する現在の画素で続く。
【００２３】
この考え方の主な欠点は、像の内容に依存することである。実際には、広げられた誤差は現在の画素の値に依存し、その影響はその隣接画素でのみ見え、このようにして像に依存する。更に、非常に低い階調の表示は、広げられた誤差が急な影響を有するには小さ過ぎるので、互いから離れた幾つかの広げられた画素に基づかれる。最後に、影響は、低い階調において実際の目に見える階調よりもノイズが多いことである。
【００２４】
一方で、全く目に見えない方法で3ビットの端数を表示可能なマルチマスクのセルに基づくディザリングがある。他方で、10ビットまでは、CRT規格に相似なグレースケール品質を有するようことが不可欠である。更に、誤差拡散はそれだけでより多い階調を表示可能であるが、このような騒々しい方法では、最終的な像の品質はそれがそうであったようには向上されない。即ち、結果は、今日非常に大きなスクリーン向けの主な用途ではない非常に長い視認距離においてのみ良い。
【００２５】
誤差拡散及びマルチマスクのディザリングの組み合わせは、両方の考え方の主な利点、即ちより多くのビット（8ビットはこの文書の以下の部分で例として記述）を用いるとディザリングパターンは全く目に見えなくなることを保ち得る場合、より多くのビットの端数を表示するのに役立ち得る。
【００２６】
これら演算手順の組み合わせに関する単純な可能性が図３で示される。
【００２７】
一般的な表示“8.8ビット”は、8ビットの整数及び8ビットの端数を意味する。端数部分の8ビットは夫々に処理されるので、それらは“3.5”と記述されるような5個の最下位ビットが後に続く3個の最上位ビットで分解される。最終的に、16ビットの情報が8.3.5ビットの形で記述される。
【００２８】
図３の場合、8ビットの映像情報は非ガンマブロック1まで送られる。このブロック1は、8.3.5ビットの情報を配信するために16ビット分解で二次の非ガンマ関数を形成する。5個の下位ビットは、前述の説明のように、標準的な誤差拡散の原理に従うブロック2で拡散される。従って、このブロック2の後で、8.5ビットの情報のみが存在する（5個の最下位ビットは加算器3によって記号表示される前に拡散される）。3ビットの端数部分は、マルチマスクのディザリング関数4、5から適切なマスク4を選ぶために用いられ、フレーム数、画素位置及び色（R,G,B）に依存する像に適用される。この位置において、マスクの出力値は000（値“0”に相当）又は111（値“1”に相当）のどちらかであり、現在の8.3ビットに加えられる。その後、単純な切り捨て6はディスプレー7に標準的な8ビットの整数を配信する。
【００２９】
ここで記述される考え方は、単純で明白である。しかし、それは適切に働かない。実際には、この考え方では、両ディザリングは交互に独立して適用される。これは、垂直又は対角の周期的な構造形でスクリーン上の幾つかの種類の干渉にある。これらの周期的な構造は、全く面倒であり、最終的に端数部分の表示が目標の8ビットに到達しないように、ディザリング関数の大部分を無効にする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
そのことから、本発明の目的は、より良い像の品質を保障する映像データの処理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】
【００３１】
本発明によれば、この目的は、像の画素に対応する複数の発光素子を有する表示装置の表示用の前記映像データの処理方法によって解決される。映像フレーム又はフィールドの時間は、発光素子が画素を光らせるp個の可能映像レベルの符号化に使用されるn個のビットのサブ・フィールド符号言語に対応する小さいパルスで光の放射に対して作動し得る間に、複数のサブ・フィールドに分けられる。該処理方法は、ディザリングが夫々の画素又はセルに対してディザー値“1”又は“0”を出力し、セルが画素の発光素子である一方で、量子化誤差を減らすセルに基づく、画素に基づく又がマルチマスクのディザリングを実行し、該量子化誤差を減らすために夫々の画素又はセルに対して誤差拡散を実行するステップを有する。画素又はセルに対する該誤差拡散は、誤差拡散の間に、該ディザー値が“1”に等しくなる場合に、該画素又はセルの値に加えられる。
【００３２】
更に、像の画素に対応する複数の該発光素子を有する表示装置の表示用の映像データの処理装置が提供される、映像フレーム又はフィールドの時間は、発光素子が画素を光らせるp個の可能映像レベルの符号化に使用されるn個のビットのサブ・フィールド符号言語に対応する小さいパルスで光の放射に対して作動し得る間に、複数のサブ・フィールドに分けられる。該処理装置は、ディザリングは夫々の画素又はセルに対してディザー値“1”又は“0”を出力し、セルは画素の発光素子である一方で、量子化誤差を減らすセルに基づく、画素に基づく又はマルチマスクのディザリングを実行するディザリング手段と、該量子化誤差を減らすためにも誤差拡散を実行する拡散手段とを有する。該ディザリング手段の出力信号は、画素又はセルに対する該誤差拡散が、該ディザー値が“1”に等しくなる場合に、該画素又はセルの値に加えられるように、該誤差拡散手段に供給される。
【００３３】
有利に、誤差拡散は、セルに基づく、画素に基づく又はマルチマスクのディザリングの制御下で適用される。従って、面倒な作為が回避され得る。
【００３４】
画素又はセルに対する誤差拡散は、ディザリングの値が“1”である場合に実行される。ディザリングの値は大抵“0”又は“1”であるから、これらの値も切り替えビットして使用され得る。
【００３５】
符号言語は、符号言語の端数部分が形成され得るように、n個以上のビットで処理されるべきであり、誤差拡散は端数部分の全てのビットで適用できる。しかし、最良の結果は、セルに基づく、画素に基づく又はマルチマスクのディザリングの結果が誤差拡散のスイッチをオン及びオフする切り替え変数として用いられる場合に、得られる。
【００３６】
特に、端数部分の最高位ビット又は一組の最高位ビットは、セルに基づく、画素に基づく又はマルチマスクのディザリングの値を決めるために用いられても良い。従って、より大きい量子化誤差のみが誤差拡散を始め、それに反してより小さい量子化誤差に対する誤差拡散は一つのセル又は一つの画素に対して累算されても良い。従って、誤差拡散は、像の内容によって実行され得る。誤差が拡散されない場合、それは先の画素に保存されても良い。
【００３７】
誤差拡散によって画素又はセルに加えられるべき誤差は、最大誤差まで制限される。望ましくは、このような最大誤差は1である。この制限は、誤差が過度に増加しないことを保障する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
マルチマスク／セルに基づくディザリングで誤差拡散を組み合わせることの主な問題は、マルチマスクに類似したディザリング構造の利点を保ちながら、端数部分のより多くのビットの表示を達成することである。本発明によれば、これは、全ての8ビットの端数部分の拡散によって達成されるが、誤差はそれらのマルチマスクの値を1で有するセルにおいてのみ適用される。マルチマスクの値を決めるために、端数部分の三つの最高位ビットが選ばれる。この考え方は図４で図解される。
【００３９】
入力8ビットの映像情報は、非ガンマブロック1まで送られる。このブロック1は、8.3.5ビットの情報を配信するために16ビット分解で二次の非ガンマ関数を形成する。完全な情報は、加算器3’を通ることによって誤差拡散ブロック2に入力される。非ガンマブロック1からの出力端数部分の3個の最上位ビットは、マルチマスクのディザリング4’の出力を決めるために用いられる。この出力は1又は0である。スイッチ8は、マルチマスクのディザリング4’の出力によって制御される。1の場合、この画素に拡散される誤差は受け取られ、誤差拡散ブロック2に行く前に画素に加算器3’によって加えられる。マルチマスク4’の出力が0である場合、拡散された誤差は拒否され、誤差拡散ブロック2内部でスイッチ8を介して再入力される。結果として得られる拡散された誤差xe’及び端数部分ye’は
【００４０】
【数４】
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である。
【００４１】
誤差拡散は、この考え方の全ての利点を保つようなマルチマスクのマトリクス法でのみ適用される。他方では、マルチマスク法で適用される値は8ビットの端数であり、誤差拡散の原理に従う。図４で図解されるように、拡散された誤差は、該誤差がより高い数の繰り返し（しばしば拒否される場合）で累算され得るので、1.8ビットまである。
【００４２】
我々が本明細書の前文で提示した表によって決められるマスクを用いる場合、円順列は右側で誤差を加えるように成されるべきである。
【００４３】
x.000からx.125までの入力→マスク1（前文の表で階層1/8に対応するマスク）
x.125からx.250までの入力→マスク2（前文の表で階層1/4に対応するマスク）
x.250からx.375までの入力→マスク3（前文の表で階層3/8に対応するマスク）
x.375からx.500までの入力→マスク4（前文の表で階層1/2に対応するマスク）
x.500からx.625までの入力→マスク5（前文の表で階層5/8に対応するマスク）
x.625からx.750までの入力→マスク6（前文の表で階層3/4に対応するマスク）
x.750からx.875までの入力→マスク7（前文の表で階層7/8に対応するマスク）
x.875から1までの入力    →  マスク8（全て1でマスク）
本発明の改良された実施例は図５で示される。一つの画素に対して拡散され誤差は、マルチマスクの値に依存し、誤差拡散ブロック2内に再入力され得るので、該誤差が多数増えることが容易に理解される。従って、考え方の改善は、リミッター9によって最大値まで現在の画素に加えられる誤差を制限することである。残りは、図５で示されるように、誤差拡散ブロック内に再び入力される。
【００４４】
更新された考え方は、画素に加えられた誤差は1.0までに制限され、残りは以下
【００４５】
【数５】
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のように誤差拡散ブロック2に再び入力されるという事実を除いて、前のものと類似している。
【００４６】
上述の実施例は、PDP向けである。しかし、他の如何なる種類のデジタルディスプレーも本発明で利点を有し得る。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】画素に基づく及びセルに基づくディザリングの原理を示す図である。
【図２】誤差拡散の原理を示す図である。
【図３】マルチマスクのディザリング及び誤差拡散の組み合わせのブロック図である。
【図４】本発明の第一の実施例によるマルチマスクのディザリング及び誤差拡散の改良された組み合わせのブロック図である。
【図５】本発明の第二の実施例のブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
1  非ガンマブロック
2  誤差拡散ブロック
3  加算器
3’  加算器
4  マルチマスクのディザリング関数
4’  マルチマスクのディザリング関数
5  加算器
6  切り捨て
7  ディスプレー
8  スイッチ
9  リミッター
【図１】
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【図２】
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【図３】
2006039556.tif 000011
【図４】
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【図５】
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