專利名稱：數(shù)字顯示板的自適應(yīng)噪聲減少的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于減少由數(shù)字顯示設(shè)備的信號(hào)處理期間的量化而引起的噪聲的方法和設(shè)備，其中以具有多個(gè)濾波系數(shù)的數(shù)字濾波器對(duì)以噪聲進(jìn)行充電的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波。
背景技術(shù)：
代表等離子顯示板的PDP利用只能“接通”或“斷開(kāi)”的放電單元矩陣陣列。因此，可以將其定義為純數(shù)字顯示器。而且，與其中通過(guò)對(duì)光發(fā)射的模擬控制來(lái)表現(xiàn)灰度電平的CRT(陰極射線管)或LCD(液晶顯示器)不同，PDP通過(guò)調(diào)制每幀的光脈沖數(shù)(保持脈沖)來(lái)控制灰度電平。這種時(shí)間調(diào)制將由眼睛在與眼睛的時(shí)間響應(yīng)相對(duì)應(yīng)的時(shí)間段內(nèi)進(jìn)行積分。由于通過(guò)以給定頻率發(fā)生的光脈沖數(shù)來(lái)描述幅度視頻，更多的幅度意味著更多的光脈沖，從而意味著更多的“接通”時(shí)間。因此，這類調(diào)制也被稱為PWM，脈沖寬度調(diào)制。
這種PWM導(dǎo)致了一種PDP圖像質(zhì)量問(wèn)題整體噪聲電平，尤其是在畫(huà)面的較暗區(qū)域中。這是由于以下事實(shí)而引起的所顯示的亮度與脈沖數(shù)成線性關(guān)系，但眼睛響應(yīng)和對(duì)噪聲的敏感度卻不是線性的。在較暗的區(qū)域中，眼睛比在較亮的區(qū)域中更為敏感。這意味著即使現(xiàn)在的PDP能夠顯示ca.255個(gè)離散視頻電平，在較暗區(qū)域中，量化誤差將是非常明顯的。此外，對(duì)所有視頻畫(huà)面進(jìn)行預(yù)校正，以補(bǔ)償來(lái)自于標(biāo)準(zhǔn)顯示器(例如CRT)的傳統(tǒng)伽馬曲線。由于等離子體顯示器是純線性顯示器，并不提供這種非線性的伽馬行為，因而應(yīng)當(dāng)在顯示器級(jí)以數(shù)字形式實(shí)現(xiàn)人工伽馬函數(shù)。此伽馬函數(shù)增加了暗區(qū)域中的量化步長(zhǎng)，而降低了亮區(qū)域中的量化步長(zhǎng)。此外，量化步長(zhǎng)的增加將極大地增加出現(xiàn)在畫(huà)面中的噪聲的電平。
下面，將對(duì)視頻信號(hào)的伽馬化之后的量化噪聲進(jìn)行描述。
用于在等離子體上再現(xiàn)視頻電平的方法(PWM)導(dǎo)致了一種PDP圖像質(zhì)量問(wèn)題較大的量化補(bǔ)償，尤其是在畫(huà)面的暗區(qū)域中，強(qiáng)烈地增加了這些區(qū)域中的噪聲電平。這是由于以下事實(shí)而引起的所顯示的亮度與用于驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件的脈沖數(shù)成線性關(guān)系，但眼睛響應(yīng)和對(duì)噪聲的敏感度卻不是線性的。在較暗的區(qū)域中，眼睛比在較亮的區(qū)域中更為敏感。這意味著即使現(xiàn)在的PDP能夠顯示ca 255個(gè)離散視頻電平，在較暗區(qū)域中，量化誤差將是非常明顯的。
此外，通過(guò)γ-1函數(shù)對(duì)所有視頻畫(huà)面進(jìn)行預(yù)校正，以補(bǔ)償來(lái)自于標(biāo)準(zhǔn)顯示器(例如CRT)的傳統(tǒng)伽馬曲線(γ)。由于等離子體顯示器是純線性顯示器，并不提供這種非線性的伽馬行為，因而應(yīng)當(dāng)在顯示器級(jí)以數(shù)字形式實(shí)現(xiàn)人工伽馬函數(shù)。此伽馬函數(shù)增加了暗區(qū)域中的量化步長(zhǎng)，而降低了亮區(qū)域中的量化步長(zhǎng)。
應(yīng)用于8比特電平的標(biāo)準(zhǔn)伽馬函數(shù)采用以下公式Out(x,y)=255·(In(x,y)255)γ,]]>以γ≈2作為示例。圖1示出了這種函數(shù)。其表明，應(yīng)用于8比特電平的伽馬函數(shù)在暗區(qū)域中產(chǎn)生較強(qiáng)的量化效應(yīng)。例如，在伽馬化，即應(yīng)用γ函數(shù)之后，將低于12的所有輸入電平一起設(shè)置為0。下表示出了對(duì)一些視頻電平的計(jì)算的細(xì)節(jié)


此表格表明在暗區(qū)域中，存在比輸入值更少的輸出值，這意味著增加了量化補(bǔ)償。相反，在高電平中，存在比輸出值更少的輸入值(例如，沒(méi)有輸入能產(chǎn)生數(shù)值246)，這意味著減少了量化噪聲。
標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字畫(huà)面遇到了依賴于用于數(shù)字化的比特?cái)?shù)的量化噪聲的問(wèn)題。此外，所有自然序列均包含一些自然噪聲(主要是高斯噪聲)。這些噪聲效果的整體可視性也依賴于產(chǎn)生一類喧鬧效應(yīng)(bustlingeffect)的時(shí)間變化。
圖2示出了標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字視頻畫(huà)面在伽馬化之前的視頻值。其示出了針對(duì)部分畫(huà)面的三個(gè)顏色分量R、G、B的量化噪聲和自然噪聲的示例。其時(shí)間變化增強(qiáng)了這種噪聲。
現(xiàn)在，將給出對(duì)在具有模擬伽馬化函數(shù)(顯像管行為)的CRT上所獲得的效果的估計(jì)。針對(duì)此估計(jì)，假設(shè)白色的亮度為100cd/m2，而且CRT行為可以表示為CRT(x,y)=100·(In(x,y)255)γ,]]>γ＝2。在這種情況下，CRT上的噪聲模式將變形為如圖3所示。針對(duì)每個(gè)分量R、G、B，根據(jù)三個(gè)模式R、G、B的亮度值，計(jì)算出CRT屏幕上的平均噪聲值和平均誤差值。
應(yīng)當(dāng)將此與在等離子體顯示器的情況下所產(chǎn)生的噪聲進(jìn)行比較。首先，將在數(shù)字電平(8比特)上執(zhí)行伽馬化，如圖4所示。針對(duì)三個(gè)分量R、G、B，對(duì)如圖2所給出的輸入值進(jìn)行去伽馬化。在輸出，獲得數(shù)字值。
然后，針對(duì)每個(gè)數(shù)字值，在等離子體是純線性系統(tǒng)的假設(shè)下，可以計(jì)算出亮度值，數(shù)值255與100cd/m2相匹配?？梢怨烙?jì)噪聲結(jié)構(gòu)的可視性，如圖5所示，其對(duì)應(yīng)于圖3，但是在PDP的情況下。
對(duì)等離子體上的噪聲結(jié)構(gòu)的估計(jì)表明暗區(qū)域中增加的量化步長(zhǎng)導(dǎo)致了較強(qiáng)的噪聲圖案。因此，與標(biāo)準(zhǔn)顯示器相比，噪聲的喧鬧效應(yīng)在等離子體屏幕上強(qiáng)烈地增加(平均誤差可能達(dá)到80％)。其也通過(guò)人類的視覺(jué)系統(tǒng)行為遵循對(duì)數(shù)定律的事實(shí)(對(duì)低電平比高電平更為敏感)而增強(qiáng)。
如前面所解釋的那樣，在暗區(qū)域中，噪聲在等離子體上比在其他顯示器上(如CRT)更容易被看見(jiàn)。因此，應(yīng)當(dāng)在PDP上實(shí)施一類噪聲減少算法。實(shí)際上，多種顯示器已經(jīng)設(shè)置了這樣的算法。然而，標(biāo)準(zhǔn)噪聲減少算法還具有如清晰度損耗、運(yùn)動(dòng)假像(在硬邊緣之后的拖尾)等缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是提供一種用于以改進(jìn)的方式減少噪聲的方法和設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)一種用于減少由數(shù)字顯示設(shè)備的信號(hào)處理期間的量化過(guò)程而引起的噪聲的方法來(lái)解決此目的，其中通過(guò)以具有多個(gè)濾波系數(shù)的數(shù)字濾波器對(duì)以所述噪聲進(jìn)行充電的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，以及根據(jù)要對(duì)其進(jìn)行濾波的所述信號(hào)的數(shù)值，改變所述濾波系數(shù)中的至少一個(gè)。
此外，通過(guò)一種用于減少由數(shù)字顯示設(shè)備的信號(hào)處理期間的量化而引起的噪聲的設(shè)備來(lái)解決上述目的，所述設(shè)備包括數(shù)字濾波裝置，用于對(duì)以所述噪聲進(jìn)行充電的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，所述濾波裝置具有多個(gè)濾波系數(shù)；以及控制裝置，與所述數(shù)字濾波裝置相連，用于根據(jù)要對(duì)其進(jìn)行濾波的所述信號(hào)的數(shù)值，改變所述濾波系數(shù)中的至少一個(gè)。
在從屬權(quán)利要求中，闡明了對(duì)本發(fā)明的更為優(yōu)選的發(fā)展。
有利地，可以提供一種噪聲減少算法，其具有降低視頻電平的效果，從而對(duì)低電平(嚴(yán)重噪聲區(qū)域)施加最大濾波，而對(duì)亮區(qū)域(較少噪聲，對(duì)噪聲減少算法更為挑剔)不施加濾波或施加非常低的濾波?？梢栽诘入x子體的伽馬化處理之后，施加這種自適應(yīng)噪聲濾波。所述自適應(yīng)濾波是適用于伽馬化量化噪聲的專用濾波。換句話說(shuō)，該濾波對(duì)于暗區(qū)域最大，而當(dāng)區(qū)域的亮度增加時(shí)，其功效將自動(dòng)降低。
根據(jù)本發(fā)明的濾波的應(yīng)用得到了以下優(yōu)點(diǎn)·在其嚴(yán)重區(qū)域中，降低了等離子體板上的噪聲。
·并未降低畫(huà)面的清晰度，或者細(xì)節(jié)并未消失。
·運(yùn)動(dòng)假像并未出現(xiàn)。


在附圖中示出了本發(fā)明的典型實(shí)施例，并將在以下的描述中，對(duì)其進(jìn)行更為詳細(xì)的解釋。附圖為圖1要應(yīng)用于視頻信號(hào)的標(biāo)準(zhǔn)伽馬函數(shù)；圖2針對(duì)畫(huà)面的三個(gè)顏色分量的量化噪聲和自然噪聲的示例；圖3設(shè)置有模擬量化功能的CRT上的噪聲模式；圖4以8比特?cái)?shù)字電平執(zhí)行的伽馬化；圖5對(duì)量化后PDP上的噪聲結(jié)構(gòu)的可見(jiàn)性的估計(jì)；圖6應(yīng)用于當(dāng)前像素的濾波器掩碼；圖7示出了濾波器參數(shù)的變化的示意圖；圖8二維中值濾波器的結(jié)構(gòu)；圖9中值濾波器的實(shí)現(xiàn)；
圖10中值濾波器的變體；圖11自適應(yīng)中值濾波的實(shí)現(xiàn)；以及圖12本發(fā)明算法的硬件實(shí)現(xiàn)。
具體實(shí)施例方式
為了更好地理解本發(fā)明的概念，現(xiàn)在，作為優(yōu)選實(shí)施例，示出了兩類標(biāo)準(zhǔn)噪聲減少算法。
低通濾波分析將局限于基于3個(gè)像素和三個(gè)行的2維低通濾波器。顯然，通過(guò)應(yīng)用遞歸性(需要幀存儲(chǔ)器)，這種濾波器可以在空間維度上(更多或更少像素、更多或更少行)以及時(shí)間方向上加以延伸。
在下文中，示出了已知的三種標(biāo)準(zhǔn)類型的低通濾波器(3×3)19111111111---110111121111---116121242121]]>多種掩碼將以如圖6所示的當(dāng)前像素為中心，通過(guò)以方框所環(huán)繞的數(shù)字21表示。圖中還示出了對(duì)濾波結(jié)果的計(jì)算。更具體地，將3×3像素的掩碼應(yīng)用于以當(dāng)前像素為中心的畫(huà)面上。然后，在以所述掩碼定界的數(shù)值之間實(shí)現(xiàn)卷積，如圖6清晰所示的濾波器給出了如圖6右側(cè)所示的結(jié)果數(shù)值。
在等離子體的情況下，可以開(kāi)發(fā)兩類視頻適應(yīng)低通濾波器，如下所示1(8·α+1)αααα1αααα---1(4·(α+β)+1)βαβα1αβαβ]]>在這兩類PDP濾波中，系數(shù)α和β將具有隨當(dāng)前像素的亮度而減小的數(shù)值。在圖7中示出了這些參數(shù)的可能變化的兩個(gè)示例。
此低通濾波已經(jīng)很好地適應(yīng)了PDP要求，只是可能會(huì)對(duì)銳利轉(zhuǎn)變產(chǎn)生一些干擾。將以位于白元素附近的當(dāng)前暗像素的情況作為示例。在這種情況下，此白元素將用于并非目標(biāo)的低通濾波。因此，應(yīng)當(dāng)對(duì)濾波添加更多的適應(yīng)性，如下所述。
為了進(jìn)一步的解釋，以x0描述屏幕上的當(dāng)前像素，周圍的像素使用如下定義x2x3x4x1x0x5x8x7x6]]>基于此假設(shè)，將如下定義針對(duì)PDP的更為一般的適應(yīng)低通濾波1Σi=0i=8aia2a3a4a1a0a5a8a7a6]]>其中a0＝1，以及ai＝fi(x0，xi)。
作為示例，可以如下描述函數(shù)fi Δ表示對(duì)可以由濾波加以考慮的鄰接限制。此解決方案將很好地適應(yīng)于兩個(gè)相鄰像素之間的較大差值的情況。
中值濾波在本分析的開(kāi)始，將濾波器限制為基于3個(gè)像素和三個(gè)行的2維低通濾波器。顯然，通過(guò)應(yīng)用遞歸性(需要幀存儲(chǔ)器)，這種濾波器可以在空間維度上(更多或更少像素、更多或更少行)以及時(shí)間方向上加以延伸。
在分析窗口中，中值濾波器選擇具有中值的像素。為此目的，分析窗口包含將對(duì)其進(jìn)行排序的奇數(shù)個(gè)像素。于是，新計(jì)算出的數(shù)值將為具有中間位置的數(shù)值。中值濾波器3×3的示例如圖8所示?？梢詫⑵鋵?xiě)為如下公式med(x2x3x4x1x0x5x8x7x6)=med(x0,x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7,x8)]]>
圖9示出了基于如MIN()和MAX()等簡(jiǎn)單函數(shù)(比較器)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)中值濾波器的方式。
可以使用其他中值濾波器，如可以如圖10所示進(jìn)行定義的濾波器max/median。這些函數(shù)實(shí)現(xiàn)了具有多個(gè)分析方向的三個(gè)中值的最大值或中值。
在任何情況下，必然的是，具有2N+1個(gè)像素大小的中值濾波器抑制了畫(huà)面中具有小于或等于N的大小的全部細(xì)節(jié)。
因此，在PDP自適應(yīng)中值濾波的情況下，可以根據(jù)當(dāng)前像素的值，使用多種濾波器。圖11示出了這種自適應(yīng)濾波的可能實(shí)現(xiàn)，根據(jù)視頻電平，對(duì)濾波器進(jìn)行選擇。其只示出了在PDP中的伽馬化處理之后的自適應(yīng)中值濾波實(shí)現(xiàn)的示例。
一般濾波如上所述，主要思想是使用一種噪聲減少算法，在當(dāng)前像素的視頻電平增加時(shí)，其具有減小的效果。此外，將在可以在因?yàn)槿缍秳?dòng)等其他操作而對(duì)多于8個(gè)的比特上進(jìn)行的伽馬化處理之后應(yīng)用該濾波。顯然，應(yīng)當(dāng)在噪聲減少之后，進(jìn)行如抖動(dòng)等操作，以便不被噪聲減少自身而使其失效。
算法實(shí)現(xiàn)圖12示出了算法的可能硬件實(shí)現(xiàn)。
將RGB輸入畫(huà)面轉(zhuǎn)發(fā)給伽馬函數(shù)模塊其可以包括LUT或數(shù)學(xué)函數(shù)。將此模塊的輸出(8比特或更多)轉(zhuǎn)發(fā)給噪聲減少模塊。噪聲減少模塊根據(jù)當(dāng)前像素值，以相同的比特分辨率，應(yīng)用不同的噪聲減少濾波器。然后，將輸出轉(zhuǎn)發(fā)給抖動(dòng)模塊，其應(yīng)用不同類型的抖動(dòng)(例如，如在本申請(qǐng)人名下的EP-A-1136974、EP-01250199.5和EP-02291924.5中所述)。由隨后的子場(chǎng)編碼模塊、串行/并行轉(zhuǎn)換器、并行動(dòng)作等離子體控制器和最終的PDP如通常那樣進(jìn)行進(jìn)一步的信號(hào)處理。
如上所述，主要思想在于針對(duì)其中噪聲真正造成干擾(眼睛敏感度更強(qiáng)、伽馬化嚴(yán)重)而細(xì)節(jié)信息更少地被關(guān)注的暗區(qū)域，具有最大的噪聲減少。另一方面，濾波的水平將隨著亮度的升高而減小，直至對(duì)于其中噪聲較少造成干擾(無(wú)量化效應(yīng)、較低眼睛敏感度)但細(xì)節(jié)信息更多地被關(guān)注的高亮度電平，不進(jìn)行濾波。
權(quán)利要求
1.一種用于減少由數(shù)字顯示設(shè)備的信號(hào)處理期間的量化過(guò)程而引起的噪聲的方法，其中通過(guò)具有多個(gè)濾波系數(shù)的數(shù)字濾波器對(duì)以所述噪聲進(jìn)行充電的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，其特征在于根據(jù)要對(duì)其進(jìn)行濾波的所述信號(hào)的數(shù)值，改變所述濾波系數(shù)中的至少一個(gè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述信號(hào)包括所述顯示設(shè)備的像素的視頻電平矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于所述信號(hào)的所述數(shù)值包括當(dāng)前像素的視頻電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3之一所述的方法，其特征在于所述濾波包括一維和/或二維低通濾波。
5.根據(jù)權(quán)利要求1到4之一所述的方法，其特征在于所述濾波包括一維和/或二維中值濾波。
6.根據(jù)權(quán)利要求1到5之一所述的方法，其特征在于濾波系數(shù)的值隨著當(dāng)前像素的亮度而減小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6之一所述的方法，其特征在于所述數(shù)字濾波器的結(jié)構(gòu)隨著當(dāng)前像素的視頻電平而變化。
8.根據(jù)權(quán)利要求1到7之一所述的方法，其特征在于在低通濾波器的情況下，所述系數(shù)由下式給出1Σi=0i=8aia2a3a4a1a0a5a8a7a6]]>其中a0＝1，以及ai＝fi(x0，xi)。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于所述函數(shù)如下 以及 其中Δ為對(duì)鄰點(diǎn)的限制。
10.一種用于減少由數(shù)字顯示設(shè)備的信號(hào)處理期間的量化而引起的噪聲的設(shè)備，所述設(shè)備包括數(shù)字濾波裝置，用于對(duì)以所述噪聲進(jìn)行充電的信號(hào)進(jìn)行數(shù)字濾波，所述濾波裝置具有多個(gè)濾波系數(shù)，其特征在于控制裝置，與所述數(shù)字濾波裝置相連，用于根據(jù)要對(duì)其進(jìn)行濾波的所述信號(hào)的數(shù)值，改變所述濾波系數(shù)中的至少一個(gè)。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的設(shè)備，其特征在于所述信號(hào)包括所述顯示設(shè)備的像素的視頻電平矩陣。
12.根據(jù)權(quán)利要求10或11所述的設(shè)備，其特征在于所述信號(hào)的所述數(shù)值包括當(dāng)前像素的視頻電平。
13.根據(jù)權(quán)利要求10到12之一所述的設(shè)備，其特征在于所述濾波裝置包括一維和/或二維低通濾波器。
14.根據(jù)權(quán)利要求10到13之一所述的設(shè)備，其特征在于所述濾波裝置包括一維和/或二維中值濾波器。
15.根據(jù)權(quán)利要求10到14之一所述的設(shè)備，其特征在于濾波系數(shù)的值可隨著當(dāng)前像素的亮度而由所述控制裝置減小。
16.根據(jù)權(quán)利要求10到15之一所述的設(shè)備，其特征在于所述數(shù)字濾波裝置的濾波器的結(jié)構(gòu)可隨著當(dāng)前像素的視頻電平而由所述控制裝置改變。
全文摘要
等離子體顯示板是純線性顯示器，且并不表現(xiàn)出如CRT等的非線性伽馬行為，從而必須以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)施加人工伽馬函數(shù)。此伽馬函數(shù)增加了暗區(qū)域中的量化步長(zhǎng)，而在亮區(qū)域中，量化步長(zhǎng)將減小?；舅枷朐谟谠谫ゑR化處理之后，應(yīng)用自適應(yīng)噪聲濾波。所述自適應(yīng)濾波是適用于伽馬化量化噪聲的專用濾波。換句話說(shuō)，針對(duì)暗區(qū)域，所述濾波將為最大，當(dāng)區(qū)域的亮度增加時(shí)，其功效將自動(dòng)減小。
文檔編號(hào)G09G3/28GK1679070SQ03819873
公開(kāi)日2005年10月5日 申請(qǐng)日期2003年8月5日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月23日
發(fā)明者塞巴斯蒂安·魏特布呂克, 賴納·茨溫, 卡洛斯·科雷亞 申請(qǐng)人:湯姆森許可貿(mào)易公司