(57)【要約】動画及び静止画を有するアプリケーションの場合の古典的なマトリクス・ディザリングの明らかなパターンは、更に効果的に抑制されるべきである。  従って、ディザリング・ブロックでのディザリングパターンを不定期に変更することが提案される。この提案は、動作検出器によって作動するランダム・ジェネレータによって達成され得る。動作検出器は、動画又は静止画に応じてディザリング関数を個々に交互にすることを可能にする。
2006520916.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像データの映像のグレースケール描写を精細にするために、前記映像データの少なくとも一部にディザリング関数を適用することによって、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であって、
周期的でない変調関数を提供し、
前記映像データの少なくとも一部に前記ディザリング関数を適用する際に、前記変調関数に従って、前記ディザリング関数の位相又は振幅を変える、
ことを特徴とする映像データの処理方法。
【請求項２】
前記変調関数は無作為な関数を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ディザリング関数は、変調関数によって与えられる時間的な次元に加えて二つの空間的な次元を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ディザリング関数は1、2、3、及び／又は4ビットのディザリング関数であ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】
映像データの映像のグレースケール描写を精細にするために前記映像データの少なくとも一部にディザリング関数を適用するディザリング手段を有する、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装置であって、
前記ディザリング手段は、周期的でない変調関数で前記ディザリング関数の位相又は振幅を変調する変調手段を有することを特徴とする、映像データの処理装置。
【請求項６】
前記変調関数は、前記ディザリング手段に結合されたランダム・ジェネレータによって供給されることを特徴とする、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記ディザリング関数は、前記変調関数によって得られる時間的な次元に加えて二つの空間的な次元を有することを特徴とする、請求項５又は６記載の装置。
【請求項８】
前記ディザリング関数は、1、2、3、及び／又は4ビットのディザリング関数であることを特徴とする、請求項５乃至７のうちいずれか一項記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、映像データの映像のグレースケール描画を精細にするために、映像データの少なくとも一部にディザリング関数を適用することによって、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。更に、本発明は、ディザリング手段を有する映像データの処理用装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
PDP（プラズマ表示パネル）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（ブラウン管）又はLCD（液晶表示）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。映像振幅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】
前記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これに比例しない、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255の不連続な映像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】
上述されたように、PDP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。
【０００５】
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、特に、全て0に位置づけられる16以下の値（映像入力に対して8ビットで作用する時）に対し、入力数よりも小さい。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。
【０００６】
表示された画像の品質を改善するための解決法として知られるのは、ディザリングを用いることによって、表示された映像階調の数を人為的に増加させることである。ディザリングは、切り捨てによる振幅解像度ビットの消失を回避する従来技術である。しかし、この技術は、要求された解像度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。通常これは、映像信号の前補正として用いられるガンマ演算後の映像データが16ビット解像度を有するので、ほとんどの用途の場合である。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り、下がり、従って更に顕著になる。
【０００７】
ディザリングの概念は、以下の例によって説明される。1の量子化ステップはディザリングによって減じられる。ディザリング技術は人間の目の時間的な統合特性を用いる。前記量子化ステップは1ビット・ディザリングを用いることによって0.5まで減じられる。従って、人間の目の時間応答の半分の時間は値１を表示され、残り半分の時間は値0を表示される。結果として、目は値0.5を見る。任意的に、量子化ステップは0.25まで減じられる。このようなディザリングは2ビットを要求する。値0.25を得るために、4分の1の時間は値1を、4分の3の時間は値0を示される。値0.5を得るために、4分の2の時間が値1を、4分の2の時間が値0を示される。同様に、値0.75を発生させることが可能である。同様の方法で、0.125の量子化ステップは3ビット・ディザリングを用いることによって得られる。これは、ディザリングの1ビットが利用可能な出力階調の数を2によって乗じるように対応し、2ビットのディザリングの場合は4によって、3ビットのディザリングの場合は8によって出力階調の数を乗じることに対応する、ことを意味する。3ビットのディザリングの最小化は、グレースケール描画にCRTの見た目を与えることを要求される。
【０００８】
文献で提案されるディザリング方法（誤差拡散のような）は、主に静止画の品質を改善するために発展した（ファクシミリ用途及び新聞写真の描画）。従って、結果として得られたものはPDPに対して最適ではない。
【０００９】
現在までにPDPに適用されたほとんどのディザリングは、欧州特許出願EP-A-1136974に記述されているセルに基づくディザリング、及び出願番号01250199.5を有する欧州特許出願において記述されているマルチマスク・ディザリングである。PDPに適用されたディザリングは、グレースケール描画を改善するが、高い周波数、低い振幅のディザリングノイズを増す。それは、意味深長に両文献に関わる。
【００１０】
セルに基づくディザリングは、図１で示されるように、あらゆるパネル画素に関してではなく、あらゆるパネルセルに関して決められる時間的なディザリングパターンを加える。パネル画素は、三つのセル、即ち赤、緑及び青のセルから構成される。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。
【００１１】
ディザリングパターンはセル方向に決められるので、一つのセルが異なる色の隣接するセルで拡散する時に像への影響を回避するために、誤差拡散のような技術を用いることが不可能である。誤差拡散を用いる代わりに、静的な3次元ディザリングパターンが提案される。
【００１２】
静的な3次元ディザリングパターンは、目の空間的（二つの次元、x及びy）及び時間的（第三の次元、t）な統合に基づかれる。以下の説明に関して、マトリクス・ディザリングは三つの変数φ(x,y,t)を有する関数として表わされ得る。前記三つの変数x、y及びtは、ディザリングの位相の性質を現す。（以下の式
φy,t:x->φ(x,y,t)、φx,t:y->φ(x,y,t)、及びφx,y:t->φ(x,y,t)
で表わされる位相は周期的である。）ここで、再構築されるべきビットの数によって、これら三つの位相周期は変化し得る。夫々のフレームに関して、夫々の関数
φt:(x,y)->φ(x,y,t)
は（2次元の）ディザリングパターンを表わす。
【００１３】
図２は、3次元マトリクスの概念を図解する。像に表示される値は、垂直及び水平方向で夫々のプラズマセルに対して僅かに変化する。更に、値は夫々のフレームに対しても変化する。
【００１４】
図２の例において、時間t0で表示されるフレームに関して、以下のディザリング値が与えられる。
【００１５】
φ(x0,y0,t0)=A
φ(x0+1,y0,t0)=B
φ(x0+1,y0+1,t0)=A
φ(x0,y0+1,t0)=B
一つのフレームの後で、時間t0+1でのディザリング値は、
φ(x0,y0,t0+1)=B
φ(x0+1,y0,  t0+1)=A
φ(x0+1,y0+1,  t0+1)=B
φ(x0,y0+1,  t0+1)=A
と与えられる。
【００１６】
目の空間的な解像度は、一定の静止パターンA,B,A,Bを見ることが可能なほど十分に良い。しかし、第三の次元、即ち時間が交代式の形で加えられると、目は夫々のセルの平均値を見ることしか可能でない。
【００１７】
位置(x0,y0)に位置するセルの場合が検討する。このセルの値は、以下の式
φ(x0,y0,t0)=A、φ(x0,y0,t0+1)=B、φ(x0,y0,t0+2)=A、以下同様
で表わされるようなフレームからフレームまで変化する。
【００１８】
数ミリ秒の目の時間応答（時間的な統合）は、その場合、以下の式
【００１９】
【数１】
2006520916.tif 000003
によって与えられる。この式は、本例において、以下の式
【００２０】
【数２】
2006520916.tif 000004
に導く。
【００２１】
提案されたパターンは、時間経過に対して統合される場合、常に全てのパネルセルに対して同じ値を与えることが、注意されるべきである。これが上述の場合ではないと、ある状況下で、幾つかのセルは、望ましくない一定の静止画に対応する他のセルに対する振幅オフセットを得ても良い。
【００２２】
プラズマ画面に動く物体を表示する間、人間の目は前記物体を追い、時間経過に対してプラズマ表示パネル（PDP）の同じセルをそれ以上統合しない。その場合、第三の次元は、それ以上完全には作用せず、ディザリングパターンが見られる。
【００２３】
この問題の理解を更に深めるために、以下の式
【００２４】
【数３】
2006520916.tif 000005
で表わされる動作に関する以下の例が見られるべきである。この式は、図３で示されるようなフレーム毎の一つの画素のx方向での動作を表わす。その場合、目は時間t0で(x0,y0)を見て、時間t0+1で画素(x0+1,y0)への動作を追い、以下同様のことを行う。その場合、目によって見られたセルは、以下の式のように表わされる。
【００２５】
【数４】
2006520916.tif 000006
この式は、以下の式に対応する。
【００２６】
【数５】
2006520916.tif 000007
その場合、ディザリングの第三の次元の方向は正しく作用せず、空間的なディザリングのみが利用可能である。このような効果は、ディザリングを動作によって更に可視的に、あるいは更に不可視的にする。ディザリングパターンは、空間的及び時間的な目の統合によって、もはや隠されない。特に、ある動作に関して、不格好なパターンが現われ得る。同じ種類の問題が、表示されるべき像がすでにディザリングを有する場合にも、同じ理由で現われ得る。これは、幾つかのPC（パーソナル・コンピュータ）のアプリケーションの場合である。その場合、二つのディザリングは、お互いに干渉し合い、強烈な一定のパターンを発生し得る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２７】
そのことから、改善されたディザリング関数を有する方法及び装置を提供することが、本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００２８】
本発明によれば、この目的は、映像データの映像のグレースケール描写を精細にするために前記映像データの少なくとも一部にディザリング関数を適用するステップを含む、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。この方法は、周期的でない変調関数を提供し、前記映像データの少なくとも一部に前記ディザリング関数を適用する際に、前記変調関数に従って、前記ディザリング関数の位相又は振幅を変える。
【００２９】
更に、本発明によれば、映像データの映像のグレースケール描写を精細にするために前記映像データの少なくとも一部にディザリング関数を適用するディザリング手段を有する、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装置が提供される。
この装置は、前記ディザリング手段が周期的でない変調関数で前記ディザリング関数の位相又は振幅を変調する変調手段を有することを特徴とする。
【００３０】
発明のある変調関数は、静止画又は動画が与えられる時に、見る人から更に認知できないディザリングを可能にする。これの理由は、人間の目は、可視的であるディザリング関数の周期的なパターンを統合しないことである。
【００３１】
有利に、変調関数はランダム関数を有する。このようなランダム関数は、ディザリングパターンが不定期に現れるようにする。これは、所定のディザリングパターンが、見る人が不格好なパターンを認知しないような機会によって現れることを意味する。
【００３２】
ディザリング関数は、変調関数によって与えられる時間的な次元に加えて二つの空間的な次元を有する。このような構造は、進歩したマトリクス・ディザリングを可能にする。
【００３３】
有利に、ディザリング関数は1、2、3、及び／又は4ビットのディザリング関数である。使用されるビットの数は、処理能力による。一般的に、3ビットディザリングは、ほとんどの量子化ノイズが可視的でないようにするには十分である。
【００３４】
すでに記述されたように、二次のガンマ関数による前補正は、ディザリング処理の前に行われるべきである。従って、ガンマ関数補正によって発生した量子化誤差も、ディザリングを用いて減じられる。
【００３５】
ディザリング関数の時間成分は、画像フレームの調和においてディザリングを制御することによって導入される。従って、これ以上の同期化は供給されるべきではない。
【００３６】
本発明によるディザリングは、セルに基づくディザリング及び／又はマルチマスク・ディザリングに基づかれても良い。これらのディザリングは、あらゆる画素に関してではなく、あらゆるプラズマセルに関して決められるディザリング信号を加えることを特徴とする。更に、このようなディザリングは夫々の映像階調に一層最適化される。これは、ディザリングノイズを更に改善し、見る人に更に目立たなくする。
【００３７】
特定の動作に対して現れるディザリング構造を抑えるための像の動作へのディザリングパターンの適用は、夫々のセルのディザリング関数の位相又は他の変数を変えるために動作推定器を用いることによって得られる。その場合、目が動作を追っている場合でさえも、ディザリングの品質は一定に保たれ、動作時のディザリングのパターンは抑えられる。更に、この発明は如何なる種類のマトリクス・ディザリングにも組み合わされ得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下の実施例は、誤差拡散と比較される利点を有するだけのために、動作の間にセルに基づくディザリングで現れるディザリングパターンを抑えることを目的とする。この目的は、従来技術にあるような所定のディザリングパターンの代わりに、ディザリングパターンの無作為な系列を用いることによって達成される。この原理の為に、全体の画質は静止画及び動画で同等である。
【００３９】
一定のマトリクス・ディザリングを有する問題は、全体として一定であるその構造に起因する。このような問題を回避するために、ディザリングは予測が困難であるほど、その構造はより複雑でなければならない。この結果を得るために、画像に適用されるべきディザリングのパターンは、マトリクス・ディザリングの無作為なパターン系列を達成するために、無作為に交互にされても良い。これは、tに代えて、ランダム関数
t→ρ(t)
を用いることによって行われる。この新しいディザリング関数は、
φ(x,y,ρ(t))
によって定義される。その結果、ディザリング値φ(x,y,ρ(t))は、夫々の3次元ベクトル(x,y,t)に割り当てられる。
【００４０】
これは、例、即ち
φ(x,y,t)＝(x＋y＋t)  2を法として、
によって図解され得る。更には、図３によれば、A=0及びB=1とすると、0.5の平面を発生する。
【００４１】
動作が無い場合、目は任意の画素、即ち0及び1の時間系列を見る。例えば、1画素／フレームの動作がある場合、目は、すでに前記で説明されたように、0又は1のどちらかの画素に従って連続的に見る。
【００４２】
好ましい実施例によれば、t=t0…t23…に対する値を取るランダム関数ρには、
ρ(t0),ρ(t1)…,ρ(t23)…=1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,0,1,0,0,1,1,1,0,0,0,1,1…
が用いられる。二つの異なるディザリングパターンのみが存在するので、ランダム・ジェネレータは値0及び1を発生する。
【００４３】
動作が無い場合、目は系列
1,1,0,1,0,0,1,0,1,1,0,0,0,1,0,0,1,1,1,0,0,0,1,1
（又は、画素による反転系列
0,0,1,0,1,1,0,1,0,0,1,1,1,0,1,1,0,0,0,1,1,1,0,0）
を見る。
【００４４】
しかし、例えば、1画素／フレームの動作がある場合、目は結果として生じる系列
1,0,0,0,0,1,1,1,1,0,0,1,0,0,0,1,1,0,1,1,0,1,1,0
（又は、画素による反転系列
0,1,1,1,1,0,0,0,0,1,1,0,1,1,1,0,0,1,0,0,1,0,0,1）
を見る。前記結果として得られる系列は、ランダム関数の第一の値、反転したランダム関数の第二の値、ランダム関数の第三の値、以下同様、を取ることによって得られる。
【００４５】
前記系列は、如何なる動作に対しても同様の傾向があり、ディザリングの元の系列として同じ特性を常に有する。
【００４６】
1画素／フレームの動作に対するディザリングの時間周波数は、静止画に対してほどは高くない。故に、低めの周波数が現れる。これは、ディザリングが更に認知できることを意味する。しかし、ディザリングはそれでも正確に働き、静止画と動画のディザリングの品質に差は無い。標準的なセルに基づくディザリングと比較して、静止画はノイズが多く見えるが、ほとんどの動画に対しては相当により良い。
【００４７】
任意的に、動作検出器又は推定器は、ランダム・ディザリングが標準的なディザリングに代わって用いられたか否かを決めるために用いられ得る。前記ランダム・ディザリングは、動画に対して、標準的なディザリングは静止画に対して用いられるべきである。
【００４８】
望ましくは、3ビット・ディザリングは、8個までのフレームがディザリングに用いられるように、実行される。ディザリングに用いられるフレームの数が増える場合、ディザリングの周波数は8フレーム周期及び2次元の空間成分で与えられる。この場合、ランダム・ジェネレータは、8個のディザリングパターンが用いられるので、値0から7までを発生する。
【００４９】
図４は、演算手法の可能な実施を図解する。信号R0、G0及びB0によって表わされるRGB入力画は、ガンマ関数ブロック１０に転送される。前記ガンマ関数ブロックは、参照テーブル（LUT）から成り得るか、あるいは、数学的な関数によって形成され得る。ガンマ関数ブロック１０の出力R1、G1及びB1は、画素位置、及び上記の式によるディザリング値の計算に対してランダム・ジェネレータ１３によって与えられるランダム値ρを考慮に入れるディザリング・ブロック１２に転送される。ランダム・ジェネレータは任意的に、動作検出器１４から入力を受信する。その入力信号は、ランダム・ジェネレータ１３を作動させる役目を果たす。ランダム・ジェネレータが作動しない場合、ランダム・ジェネレータは、標準的なセルに基づくディザリングに対してと同じ順番でディザリングパターンを交互にするために、単にρの値を増加させるだけである。動作検出器１４は、ディザリングを様々な形式の画像に更に適用させるために、ランダム・ジェネレータ１３の入力信号を形成する基準として、信号R0、G0、B0で伝送される画像全体又は画像の所定の部分を取り得る。
【００５０】
ディザリング・ブロック１２でディザリングの対象となった映像信号R1、G1、B1は、信号R2、G2、B2としての出力であり、制御ユニット１８の制御下でサブ・フィールド符号化を形成するサブ・フィールド符号化ユニット１６に転送される。
プラズマ制御ユニット１８は、サブ・フィールド符号化ユニット１６に符号を供給する。
【００５１】
サブ・フィールド符号化については、前述の通り欧州特許出願EP-A-1136974で詳細に述べられている。
【００５２】
サブ・フィールド符号化ユニット１６からの夫々の色の出力に対するサブ・フィールド信号は、引用符号SFR、SFG、SFBによって表わされる。プラズマ表示パネルのアドレス指定に関して、一つのラインに対するこれらのサブ・フィールド符号化された言語は、ライン方向のプラズマ表示パネルのアドレス指定に使用され得る単一の非常に長いコード化言語を作り出すために、全て集められる。これは、プラズマ制御ユニット１８によって制御される並列変換ユニット２０に直列に実行される。
【００５３】
更には、制御ユニット１８は、プラズマ表示パネル制御の全ての走査及びサステイン・パルスを発生する。前記プラズマ表示パネルは、基準タイミングに対して水平及び垂直同期信号を受信する。
【００５４】
本実施例では、動作推定器の使用が推奨される。しかし、このような動作推定器又は検出器は、誤りのある外形の補正、鮮明さの改善及び蛍光体の遅延減少のような他の技術に対して用いられ得る。この場合、同じ動作ベクトルが再利用されるので、余分な費用が抑えられる。
【００５５】
ディザリングを補正された動作は、全ての色セルに基づかれた表示（例えば、カラー液晶表示）に適用できる。これらの表示において、解像ビット数は限られる。
【００５６】
本発明は、動画及び静止画を有するアプリケーションの場合に、古典的なマトリクス・ディザリングの可視的なパターンを抑制するという利点をもたらす。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】画素（ピクセル）に基づくディザリング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】3次元マトリクス・ディザリングの概念を図解する図である。
【図３】3次元マトリクス・ディザリングが適用される時に、動画に対する目の集積化を示す図である。
【図４】本発明による演算手順対するハードウェア実施のブロック図である。
【図１】
2006520916.tif 000008
【図２】
2006520916.tif 000009
【図３】
2006520916.tif 000010
【図４】
2006520916.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成17年3月24日(2005.3.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
映像データの少なくとも一部にガンマ関数を適用し、前記映像データの映像のグレースケール描写を精細にするために前記映像データにディザリング関数を適用することによって、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であって、
周期的でない変調関数を提供し、
前記前記映像データの少なくとも一部にディザリング関数を適用する際に、前記変調関数に従って、前記ディザリング関数の位相又は振幅を変える、
ことを特徴とする映像データの処理方法。
【請求項２】
前記変調関数は無作為な関数を有することを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記ディザリング関数は、変調関数によって与えられる時間的な次元に加えて二つの区間的な次元を有することを特徴とする、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
前記ディザリング関数は1、2、3、及び／又は4ビットのディザリング関数であ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】
映像データの少なくとも一部にガンマ関数を適用するガンマ手段と、前記映像データの映像のグレースケール描写を精細にするために前記映像データにディザリング関数を適用するディザリング手段とを有する、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装置であって、
前記ディザリング手段は、周期的でない変調関数で前記ディザリング関数の位相又は振幅を変調する変調手段を有することを特徴とする、映像データの処理装置。
【請求項６】
前記変調関数は、前記ディザリング手段に結合されたランダム・ジェネレータによって供給されることを特徴とする、請求項５記載の装置。
【請求項７】
前記ディザリング関数は、前記変調関数によって得られる時間的な次元に加えて二つの空間的な次元を有することを特徴とする、請求項５又は６記載の装置。
【請求項８】
前記ディザリング関数は、1、2、3、及び／又は4ビットのディザリング関数であることを特徴とする、請求項５乃至７のうちいずれか一項記載の装置。
【国際調査報告】
2006520916.tif 000012
2006520916.tif 000013