抖動方法和設備的製作方法

2023-11-12 01:58:02 2

專利名稱：抖動方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種對用於處理視頻數據的轉移函數施加抖動(dithering)的方法。而且，本發明還涉及用於對視頻數據施加抖動的對應設備。
背景技術：
PDP(等離子體顯示板)使用僅能夠為「ON(導通)」或「OFF(截止)」的放電室的矩陣陣列。不同於在CRT或LCD中由發射光的模擬控制來表示灰度級，PDP通過調製每幀的光脈衝(維持脈衝)數量來控制灰度級。在與眼睛反應時間對應的時間段中由眼睛將這種時間調製進行結合。因為以給定頻率的光脈衝的數量來描繪視頻幅度，所以更大的幅度意味著更多的光脈衝，從而更多的「ON」時間。為此，這種調製也被稱為PWM—脈衝寬度調製。
這種PWM引起一個PDP圖像質量問題較差的灰度級描繪質量，特別是在畫面的較暗區域。確實，與亮度近似與所施加的陰極電壓成平方比的CRT相反，PDP的亮度與放電脈衝的數量成線性關係。因此必須將近似數字二次的去伽瑪(degamma)函數施加到視頻(通常由查詢表來完成)。
抖動是一種公知技術，其用於減少由於所顯示的解析度比特的有限數量而引起的量化效應。主要有兩種抖動用於PDP-矩陣抖動(比較在專利申請EP1269457中的基於單元的抖動，和在專利申請EP1262947中的其增強版多屏蔽(Multi-Mask)抖動)，其改進了灰度級描繪但是加入了一些抖動模式(結構噪聲)。
-誤差擴散，其改進了灰度級描繪並且不產生抖動模式，但加入了一些噪聲。
本發明示教的目的是減小與矩陣抖動一同出現的抖動噪聲。但是這裡所說明的方法不能減小誤差擴散噪聲。
原則上，矩陣抖動可以恢復與期望一樣多的比特。但是，抖動噪聲頻率減小，並且由此隨著抖動比特數量的增加，噪聲變得更加明顯。在實施矩陣抖動中，因為使用的比特越多則模式越明顯，所以最多可以使用3比特的抖動。
這種現象的原因是如果將3比特用於抖動，將有8種不同的抖動模式，如圖1種所示，並且模式的重複時間需要8個時鐘單元。因此，抖動模式的重複頻率低。如果將多於3比特用於抖動，重複頻率將會非常小以至不能接受。如果只使用2比特的抖動，則抖動模式的重複頻率將會是3比特抖動的重複頻率的兩倍高。
另一方面是如果使用3比特的抖動，則1/2的模式(第一抖動比特)是非常不明顯的，1/4和3/4的模式(第二抖動比特)要稍稍更明顯一些，而1/8、3/8、5/8和7/8的模式(第三抖動比特)可能更加明顯和不好(比較於圖1)。例如，在標準的基於單元的抖動(專利申請EP1269457)的情況中，4幀抖動的合成(integration)得出了圖1所示的級別。
在4×4矩陣抖動塊的每個單元中的值0、1/4、1/2、3/4和1意味著在4幀期間將級別1激活0、1、2、3或4次。根據這個例子，級別1/8、3/8、5/8和7/8不如抖動的其他模式細微(並且更加明顯和麻煩)。
在圖2中示出了在編碼步驟前數據處理的典型塊結構。將8比特輸入數據YI饋送到去伽瑪塊1。在查詢表LUT#1的幫助下，實現去伽瑪函數。將11比特的輸出信號YA發送到矩陣抖動塊2。將來自矩陣抖動塊2的8比特輸出信號YB輸入到施加第二查詢表LUT#2的碼轉換塊3。在編碼步驟之後產生的輸出信號包括16比特數據。
由其中出現抖動比特的去伽瑪LUT來做出抖動模式的選擇。矩陣抖動塊只施加與抖動比特對應的矩陣模式。
問題是在低級別中抖動比特是真正需要的(因為去伽瑪函數)，但是在較高的級別中，它們不是真正必要的，並且由於它們只增加一些模式而沒有增加級別所以相反可能不需要它們。可以用例子來更好地說明。定義了去伽瑪函數如下YA=255(YI255)]]>其中YI是輸入數據而YA是去伽瑪塊1的輸出數據。γ是去伽瑪函數的常用指數。在例子中γ＝2.2。
即使用3比特的抖動，在0和21之間的一些級別也具有相同的輸出，其意味著級別的損失。但是在級別122後，即使沒有抖動所有的輸出也不同。這意味著，沒有抖動就沒有級別損失，但是沒有抖動量化噪聲就更多。
在較高的級別中，抖動對於減小量化噪聲可能有用，但是不必有3比特的抖動。然而，例如表1中所示，在182和189之間的輸入級別都使用第三比特的抖動，表1是從附錄中所給出的表3中提取的。

表1所以對這些高級別使用抖動模式是不好的。

發明內容
所以，本發明的目的是提供一種方法和設備，它們使能改進量化步驟的抖動。
根據本發明，通過將轉移函數施加於視頻數據、將抖動施加於所述轉移函數來處理所述視頻數據的方法而實現這個目的。為了將所述抖動施加於轉移函數，所述方法包括下面步驟通過將第一輸出值和第二輸出值與轉移函數的離散輸入值相關聯，而將抖動施加於用於處理視頻數據的所述轉移函數，選擇等於和/或在所述第一輸出值和第二輸出值之間、使用最少數量的抖動比特的中間值，以及將所述中間值用作所述離散輸入值的輸出值。
例如，如果輸出值為12.125和12.875，則等於和/或在這些輸出值之間的值是12.125(十進位)等於1100.001(浮點數的二進位表示)，12.25(十進位)等於1100.01(二進位)，
12.375(十進位)等於1100.011(二進位)，12.5(十進位)等於1100.1(二進位)，12.625(十進位)等於1100.101(二進位)，12.75(十進位)等於1100.11(二進位)12.875(十進位)等於1100.111(二進位)使用最少數量比特的中間值是12.5。
而且，提供一種用於處理視頻數據設備，該設備具有用於將轉移函數施加於所述視頻數據的處理裝置和用於將抖動施加於所述轉移函數的抖動裝置，其中所述抖動裝置將第一輸出值和第二輸出值與所述轉移函數的離散輸入值相關聯，選擇等於和/或在所述第一輸出值和所述第二輸出值之間、使用最少數量的抖動比特的中間值，而且將所述中間值用作所述離散輸入值的輸出值。
本發明方法和設備的優點是可以顯著地減少抖動噪聲。
轉移函數可以是去伽瑪函數。去伽瑪函數的量化效應通常是令人煩擾的。因此，去伽瑪函數值的改進的抖動具有非常好的效果。
可以通用查詢表來改進轉移函數。這樣的LUT(查詢表)改進了處理速度。
在具體實施例中，通過修改轉移函數的參數來計算第一和第二輸出值。特別是，可以修改轉移函數的輸入參數。可以通過對該參數加減修改的值來執行修改，從而通過修改的值來獲得第一和第二輸出值。由此，可以確定可接受的誤差。
如果存在多個中間值，它們帶有相同最少數量的所用抖動比特，則選擇較接近離散函數值的值作為中間值。由此，進一步避免了誤差。


用所附附圖來說明本發明，其中圖1示出了矩陣抖動塊，其用於基於單元的抖動；圖2示出了根據現有技術，在編碼步驟前進行數據處理的方框圖；和圖3示出了本發明方法的流程圖。
具體實施例方式
本發明基於下面知識。
與輸入上的小誤差對應的、輸入的僅為0.05的小偏移，會導致使用僅僅1比特抖動的級別。所以可以在不增加顯著的量化噪聲的情況下避免在表1中指示的較差的抖動模式，如在下面表2中所示。

表2實際上從全局來說，捨入處理使得通過抖動所增加的值等於0/8，1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，或7/8的任何一個的概率對於所有級別都相同。所以原則上，使用第三抖動比特(即通過抖動所增加的值等於1/8，3/8，5/8或7/8)的級別的概率為1/2。
當產生去伽瑪LUT，總存在捨入誤差。現在，思路是操控這個誤差以特許更好的抖動模式。換句話說，必須估計和限制誤差。
不容易估計在輸出上的誤差(量化誤差)，這是因為這個誤差在較高級別中總是比在較低級別中相對較小(在標準編碼的情況下)。在重心編碼(比較專利申請EP1256924)或元代碼(Metacode)(比較專利申請EP1353315)的情況中，估計更差，這是因為級別的非統一分布和所產生的量化誤差的非統一性。
為此，考慮在輸入上的誤差比較容易。具體地說，估計和限制誤差比較容易。
所以在圖3中所示的第一步驟S1將決定可接受的誤差的極限τ。τ的可能值可以是0，1。如下定義了去伽瑪函數的兩個極限曲線
Y-=255(YI-255)]]>和Y+=255(YI+255)]]>用這兩個極限曲線，可以為每個輸入值YI定義不同於值YA的兩個輸出值Y-τ和Y+τ在附錄中給出的表3示出了去伽瑪塊1的對應的輸入值YI(第一列)和輸出值YA(第二和第五列)。表3的第三和第四列代表極限曲線的值Y-τ和Y+τ。每個去伽瑪輸出值包括8比特整數和3比特抖動值。
根據本發明，為每個輸入值選擇使用最少抖動比特的、在值Y-τ和Y+τ之間的中間值(比較於步驟S2)。例如可以在輸入值20和30的行中所看見的。為所考慮的輸入值YI選擇所述中間值作為輸出值。當存在具有相同數量的抖動比特的不同值時，必須選擇較接近於實際值的值。但是，如果對於實際輸入值在值Y-τ和Y+τ之間存在比值Y-τ和Y+τ小的抖動的輸出值，則必須選擇這個值。輸入值146的行示出了這樣的例子。此外，必須考慮儘可能使用不同的輸出值(比較輸入值26和27的優化輸出值)。
用標準方法(比較表3的第二列)，131個級別(分別為61，28和36)正在使用第三抖動比特(分別為第二、第一和沒有抖動比特)，而本發明優化方法只有28(分別63和70和95)。
在不進行硬體改動的情況下，可以將本發明應用於現今可獲得的處理設備，這是因為只需要改變LUT的內容。但是，先進的處理設備能夠自動地計算優化的LUT。在這種情況下，需要特殊的計算裝置來執行圖3中所示的方法。
附錄表3(Y＝2，2和τ＝0，1)





權利要求
1.一種用於處理視頻數據的方法，其通過將轉移函數施加於所述視頻數據、將抖動施加於所述轉移函數來處理視頻數據，其特徵在於為了將所述抖動施加於轉移函數，其包括下面步驟(S1)將第一輸出值和第二輸出值與所述轉移函數的離散輸入值相關聯；(S2)選擇等於和/或在所述第一輸出值和所述第二輸出值之間、使用最少數量的抖動比特的中間值；和(S3)將所述中間值用作所述離散輸入值的輸出值。
2.根據權利要求1所述的方法，其中所述轉移函數是去伽瑪函數。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其中通過查詢表來提供所述轉移函數。
4.根據前面權利要求之一的方法，其中通過修改轉移函數的參數來計算所述第一和第二輸出值。
5.根據權利要求4所述的方法，其中通過對所述參數加減修改值來修改所述參數，並且通過所述修改的參數而獲得所述第一和第二輸出值。
6.根據前面權利要求之一的方法，其中，如果存在帶有相同最少數量的所用抖動比特的多個中間值，則選擇較接近所述離散函數值的值作為中間值。
7.一種用於處理視頻數據設備，該設備具有處理裝置(1)，用於將轉移函數施加於所述視頻數據；和抖動裝置(2)，用於將抖動施加於所述轉移函數；其特徵在於所述抖動裝置(2)將第一輸出值和第二輸出值與所述轉移函數的離散輸入值相關聯，選擇等於和/或在所述第一輸出值和所述第二輸出值之間、使用最少數量的抖動比特的中間值，而且將所述中間值用作所述離散輸入值的輸出值。
8.根據權利要求7所述的設備，其中所述轉移函數是去伽瑪函數。
9.根據權利要求7或8所述的設備，其具有用於在查詢表中提供所述轉移函數的存儲裝置。
10.根據權利要求7到9之一的設備，其中所述抖動裝置(2)適於通過修改轉移函數的參數來計算所述第一和所述第二輸出值。
全文摘要
本發明提供了一種處理視頻數據的方法。應該減小當將抖動施加於轉移函數時出現的噪聲。因此，將第一輸出值和第二輸出值與轉移函數的離散輸入值相關聯(S1)。根據給定數量的抖動比特，選擇等於和/或在所述第一輸出值和所述第二輸出值之間、使用最少數量的抖動比特的中間值(S2)。最後將這個中間值用作離散輸入值的輸出值(S3)。因此，可以顯著地減小抖動噪聲。
文檔編號H01J17/49GK1741108SQ200510097740
公開日2006年3月1日 申請日期2005年8月24日 優先權日2004年8月25日
發明者錫德裡克·西鮑爾特, 卡洛斯·科雷亞, 塞巴斯蒂安·韋特布魯赫 申請人:湯姆森特許公司