DE60012653T2

DE60012653T2 - Bitlängenerweiterung durch Rauschverwendung in einer digitalen Anzeige

Info

Publication number: DE60012653T2
Application number: DE60012653T
Authority: DE
Inventors: Scott Daly
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-10-22
Filing date: 2000-10-17
Publication date: 2005-08-04
Anticipated expiration: 2020-10-18
Also published as: JP2005234587A; JP3642777B2; EP1322113A1; US20040165115A9; JP4587838B2; EP1094420B1; EP1583360A2; KR20030026262A; JP2008158538A; JP3642783B2; JP2003263143A; JP2004348149A; KR20060045319A; US7450181B2; TW508539B; JP3933669B2; KR100528938B1; JP2001175236A; KR20010070159A; KR100548841B1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft digitale Displays, genauer gesagt Verfahren zum Erweitern der Bitlänge für Displays unter Verwendung von Displayrauschen und unter Ausnutzung von Gesichtspunkten betreffend das menschliche visuelle System.
2. Hintergrund der Erfindung
Bilderzeugung unter Verwendung kontinuierlicher Farbtöne, oder eines Farbtonkontinuums, verwendet im Allgemeinen minimal 24 Bits/Pixel. Jeder Farbe werden bei typischen Displays 8 Bits zugeordnet. Jedoch bestehen bei billigeren Displays Einschränkungen hinsichtlich der Anzahl der Bits, die sie pro Pixel haben können. Die Einschränkungen rühren von eingeschränktem Speicher im Video-Direktzugriffsspeicher (VRAM), den Eigenschaften des Displays selbst oder von Digital-Analog-Wandlern (DAC), wie sie bei einigen Kathodenstrahlröhre(CRT)-Displays verwendet werden, her.
Z.B. ist bei typischen Laptopcomputern die höchste Graupegelauflösung typischerweise der Modus 'tausende von Farben'. Dieser Modus entspricht 16 Bits/Pixel statt den 24 Bits/Pixel bei größeren Computern oder solchen mit mehr VRAM. Bei den 16 Bits sind typischerweise 5 Bits für rot, 6 Bits für grün und 5 Bits für blau zugeordnet. Bei Erzeugnissen geringerer Qualität werden nur 15 Bits/Pixel verwendet, wobei 5 Bits pro Farbe zugeordnet sind. Die Anzahl der Bits pro Pixel wird als Bitlänge bezeichnet.
In Displays mit eingeschränkter Bitlänge erscheinen in Bereichen mit gleichmäßigem Gradienten Konturartefakte. Z.B. zeigt ein Bild mit einem Teil des Himmels in den blauen Bereichen desselben mit gleichmäßigem Gradienten sichtbare Konturlinien. Es existieren frühere und aktuelle Techni ken zum Verringern dieser Artefakte.
L.G. Roberts führte einige der ursprünglichen Arbeiten auf diesem Gebiet aus, spezieller auf dem Gebiet der Konturverhinderung bei Bildern, die durch Pulscodemodulation (PCM) codiert und übertragen wurden. Da dies der Anfang der Bildkompressionsbemühungen war, ergab sich ein deutlicher Fortschritt beim Komprimieren eines Bilds von 7 Bits/Pixel auf 2 der 3 Bits/Pixel. Die Kompressionstechnik verwendete eine Verringerung der Graupegelauflösung durch Amplitudenquantisierung. Die Hauptstörung waren die Konturartefakte, die sich häufig als falsche Kanten bei sich langsam ändernden Gradienten zeigten.
Bei der Technik gemäß Roberts wird, wie es beim Stand der Technik in der 1 dargestellt ist, eine eindimensionale Sequenz weißen Rauschens, die vorbestimmt wurde, während eines Rasterscanvorgangs vor einer Quantisierung zu einem Bild hinzugefügt. Da die Störsignalsequenz vorbestimmt ist, wird sie häufig als Pseudozufallsrauschen bezeichnet. Um eine Verringerung der Bildqualität zu vermeiden, wird das Rauschen nach seinem Empfang, unmittelbar vor der Anzeige der Daten, zu denen es hinzugefügt wurde, entfernt. Das abgezogene Rauschen ist phasengleich und identisch mit dem Senderrauschen. Das Rauschen unterbricht auf effektive Weise die Konturartefakte.
Zum Zeitpunkt, zu dem diese Technik mitgeteilt wurde, war das Zerstören der Konturartefakte eine empirische Beobachtung. Jedoch wurde es schließlich verstanden, dass die Elemente entlang der Kontur durch das Rauschen in ihrer Ausrichtung so variiert werden, dass sie aus dem Assoziationsfeld für das visuelle System herausfallen. Der Quantisierungsprozess belässt ein gewisses Rauschen im Bild, da dies zwischen den Schritten des Addierens und des anschließenden Subtrahierens des Rauschens erfolgt.
Diese Arbeit wurde im Wesentlichen nicht beachtet, da sie eine Kompressionstechnik war. Die neueren Techniken digitaler Pulscodemodulation (DPMC) und diskreter Cosinustransformation (DCT) haben größere Kompressionsgrade ohne Konturartefakte ermöglicht. Diese Techniken bewerkstelligen dies in erster Linie durch Verschieben des Kompressionsprozesses von der räumlichen Domäne in die Frequenzdomäne.
Eine Anwendung des Verfahrens gemäß Roberts findet sich in den US-Patenten Nr. 3,244,808 und 3,739,082. Das 1966 erteilte erste Patent implementiert ein System ähnlich demjenigen, das in der 1 zum Stand der Technik dar gestellt ist. Gemäß diesem Patent ist die Verteilung des Rauschsignals gleichmäßig, und sie wird als weißes Rauschen angenommen. Beim oben angegebenen zweiten Patent fügt das System Rauschen hinzu, wie bei der Vorgehensweise gemäß Roberts, jedoch wird das Rauschen im Empfänger nicht entfernt. Das angewandte Rauschen liegt mit geordnetem Muster vor.
Diese Techniken werden typischerweise als Mikro-Dithervorgang bezeichnet, um sie vom Dithervorgang zu unterscheiden, einem Begriff, der üblicher bei Halbtontechniken angewandt wird. Ein Halbton-Dithervorgang ist ein räumlicher Dithervorgang, jedoch handelt es sich beim Mikro-Dithervorgang um einen Amplituden-Dithervorgang. Für Halbtonbearbeitung erfolgte ein großer Umfang an Arbeiten, sowohl für Anzeige-als auch Druckanwendungen. Die Literaturstellen zerfallen im Wesentlichen in zwei Kategorien, entweder übliche Dithervorgehensweisen unter Verwendung von Rauschsignalen, oder Vorgehensweisen, die speziell darauf ausgerichtet sind, die Konturartefakte zu beseitigen.
Eine allgemeine Dithervorgehensweise für Anzeigesysteme findet sich im am 1. Juni 1976 erteilten US-Patent Nr. 3,961,134. Ein quantisiertes Bild wird mit einer Dithermatrix verglichen. Die Dithermatrix enthält alle einmal auftretenden Grauskalawerte, und daher hängt die Größe von der gewünschten Grauskalaauflösung ab. Andere Beispiele leiden unter dieser Einschränkung, wie es aus dem am 17. November 1992 erteilten US-Patent Nr. 5,164,717 erkennbar ist.
Andere Dithervorgehensweisen verfügen über keine vorbestimmte Größe für das Ditherarray. Gemäß dem am 19. Juni 1988 erteilten US-Patent Nr. 4,758,893 wird die Größe des Ditherarrays durch eine Phase ausgelöst. Außerdem betrifft die Beschreibung Eigenschaften des menschlichen visuellen Systems. Jedoch ist die Literaturstelle sehr allgemein, und sie sagt im Wesentlichen aus, dass die räumlichen und zeitlichen Frequenzen bei Dithermusters hoch sind.
Eine Anwendung der Eigenschaften des menschlichen visuellen Systems findet sich auch im am B. April 1997 erteilten US-Patent Nr. 5,619,230. Das verwendete Rauschsignal ist Hochpassrauschen, jedoch wird es direkt proportional zur Empfindlichkeit des visuellen Systems über der Frequenz angewandt. Andere Vorgehensweisen nutzen Hochpassrauschen oder eine Annäherung eines solchen. Z.B. schlägt es das am 5. Mai 1992 erteilte US-Patent 5,111,310 vor, das Ditherarray auf solche zu konzipieren, dass die sich ergebenden Halbtonmuster näherungsweise blauem (Hochpass) Rauschen entsprechen.
Eine üblichere Definition des Dithervorgangs findet sich im am 11. September 1990 erteilten US-Patent Nr. 4,956,638. In diesem Patent ist der Dithervorgang als die Verwendung eines Musters zweier Farben oder Graupegel, die dicht bei der gewünschten Farbe oder dem gewünschten Pegel liegen, definiert. Wenn das Auge die zwei Farben oder Pegel mittelt, erscheinen sie als die gewünschte Farbe. Diese Verwendung von mehr als einem Bit für den Dithervorgang wird als Mehrbit-Dithervorgang bezeichnet.
Andere Vorgehensweisen bei Mehrbit-Dithervorgängen schränken die Größe des Ditherarrays für jedes Pixel ein. Z.B. wird gemäß dem am 11. August 1992 erteilten US-Patent Nr. 5,138,303 für jedes Pixel ein Ditherarray verwendet, das 2 × 2 entspricht. Andere Techniken stützen die Größe des Ditherarrays auf die Anzahl der gewünschten Graupegel. Dies ist im am 9. Dezember 1997 erteilten US-Patent Nr. 5,696,602 angegeben, gemäß dem eine Ditherarraygröße von 16 × 16 zu 256 Pegeln führt.
Ein Dithervorgang wird in allgemeinen Fällen, wie oben erörtert, und für spezielle Probleme angewandt. In einem Fall, bei dem eine Abschneide- und Grauskalafehler-Funktion Probleme waren, wurde ein Mehrbit-Dithervorgang angewandt. Dies findet sich im am 6. April 1993 erteilten US-Patent Nr. 5,201,030.
Wie oben angegeben, ist der erörterte, spezielle Artefakt derjenige der Kontur, mit falschen Rändern bei sich langsam ändernden Gradienten. Es wurden mehrere Techniken, einschließlich der Addition von Rauschen, wie bei einem Dithervorgang, dazu verwendet, dieses Problem zu überwinden.
Eine Vorgehensweise besteht im Unterteilen des Bilds in zwei Bereiche, eines mit Rändern und eines ohne Ränder, wie es im am B. Juni 1993 erteilten US-Patent Nr. 5,218,649 angegeben ist. Jedes Segment wird anders gefiltert. Die Absicht war eine Nachverarbeitung für komprimierte und dekomprimierte Bilder.
Andere Techniken sind auf eine spezielle Kompressions- oder Dekompressionstechnik gerichtet. Z.B. berücksichtigt das am 22. Juli 1997 erteilte US-Patent Nr. 5,651,078 Konturartefakte in MPEG (Moving Pictures Experts Group) und MPEG2-Schemata. In diesen Schemata können Konturverläufe in dunklen Gebieten von Bildern auftreten. Die Technik wendet verschiedene Verstärkungen für die Gebiete an, wobei das erfasste Bildrauschen verstärkt wird, um die Artefakte zu zerstören.
Eine Konturbildung als spezielles Beispiel eines Amplitudenquantisierungsartefakts ist im am 15. September 1998 erteilten US-Patent Nr. 5,809,178 erörtert. Die Technik schlägt das Ausführen eines Versuchs zum Bestimmen des Quantisierungsintervalls auf Grundlage von bereits im Bild vorhandenem Rauschen vor. Sie schlägt vor, dass das Rauschen/Quantisierungs-Intervall 3/8 sein sollte.
Schließlich sind Konturartefakte beim Drucken durch das am 6. Juli 1999 erteilte US-Patent Nr. 5,920,653 angesprochen. Es werden zwei Kanäle verwendet, wobei eine Ebene ein Kanal ist, mit dem große Punkte erzeugt werden, und die andere ein Kanal ist, mit dem kleine Punkte erzeugt werden.
Jedoch löst keine dieser Vorgehensweisen das Problem auf robuste, rechnerisch einfache Weise. Ferner verringern diese Techniken typischerweise die räumliche Auflösung eines Bilds. Daher wurde ein Verfahren zum Beseitigen oder Verringern von Konturartefakten benötigt, das rechnerisch einfach ist und die räumliche Auflösung eines Bilds nicht verringert.
Weitere Information hinsichtlich des Stands der Technik findet sich im Dokument US 5,525,984 , das die Optimierung eines gewichteten Signal/Rauschsignal-Verhältnisses für einen digitalen Videocodierer angibt. Demgemäß ist, wenn Video-Fernsehinformation verarbeitet wird, wegen der natürlichen Mittelungseigenschaften des menschlichen Auges, in Kombination mit der eingeschränkten Frequenzantwort von Videoanzeigeelementen wie Leuchtstoffen und Flüssigkristalldisplays, das Niederfrequenzband von Natur aus von hauptsächlichem Interesse. Rauschen wird aufgrund der Nichtlinearitäten beim Digitalisierungsprozess im Niederfrequenzbereich digitalisierter analoger Videosignale erzeugt und beobachtet. Das im Niederfrequenzbereich gemessene Rauschen wird dadurch verringert, dass das Rauschen in ein höheres Band und aus den interessierenden Frequenzen dadurch herausgeschoben wird, dass ein Dithersignal zum analogen Eingangssignal addiert wird und ein digitales 2 × -Dezimierungsfilter dazu verwendet wird, unerwünschte Dither- und störende Intermodulationssignale zu beseitigen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Eine Erscheinungsform der Erfindung ist ein Verfahren, wie es im Anspruch 1 dargelegt ist, zum Erweitern der Bitlänge für Anzeigevorrichtungen unter Verwendung des statischen Rauschens der Anzeigevorrichtung. Zum Verfahren gehört das Messen des statischen Rauschens der Anzeigevorrichtung und das Subtrahieren desselben von Farbtonkontinuums-Bilddaten. Die rauschkompensierten Bilddaten werden dann quantisiert und angezeigt. Das statische Rauschen der Anzeigevorrichtung wandelt die rauschquantisierten Bilddaten im Wesentlichen in Farbtonkontinuums-Bilddaten zurück. Die Verwendung des Rauschens zerstört Konturartefakte und belässt wenig sichtbares Rauschen im angezeigten Bild oder den angezeigten Bildern.
Ein anderer Gesichtspunkt der Erfindung besteht in der Verwendung des charakteristischen Rauschens im menschlichen visuellen System (HVS = human visual system) sowie des statischen Displayrauschens als Subtraktions- oder Pseudozufallsrauschen. Zur Anwendung des HVS-Rauschens können speziell für Farbdisplays mehrere verschiedene Einstellungen vorgenommen werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Für ein vollständigeres Verständnis der Erfindung, ihrer Merkmale und weiterer Vorteile derselben wird nun auf die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen Bezug genommen.
1 ist ein Beispiel aus dem Stand der Technik zur Rauschsignalmodulation gemäß Roberts, wie bei Displays angewandt.
2 zeigt eine Ausführungsform des Anwendens von Rauschen bei einem Anzeigesystem mit einschränkter Bitlänge.
3 zeigt eine Ausführungsform der Verwendung statischen Displayrauschens bei einem Anzeigesystem mit begrenzter Bitlänge.
4a und 4b zeigen Ausführungsformen der Anwendung des Rauschens im menschlichen visuellen System bei einem Anzeigesystem mit eingeschränkter Bitlänge.
5a–5b zeigen alternative Ausführungsformen von Anwendungen farbspezifischen Rauschens in Anzeigesystemen mit eingeschränkter Bitlänge.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Die folgende Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen umfasst Ausführungsformen, die sich über den Schutzumfang der beanspruchten Erfindung hinaus erstrecken. Derartige Ausführungsformen sind als Hintergrundinformation zu betrachten, die von der Erfindung als solcher getrennt ist, jedoch zum weiteren Verständnis von Merkmalen der Erfindung von Nutzen ist.
Wie bereits erörtert, zeigt die 1 eine bekannte Ausführungsform zur Anwendung von Rauschsignalmodulation gemäß Roberts bei Übertragungssystemen. Ein Farbtonkontinuumsbild 10, das bei diesem Beispiel über 6 Bits/Pixel verfügt, wird mit Pseudozufallsrauschen 12 entsprechend einer eindimensionalen, vorbestimmten Sequenz weißen Rauschens kombiniert. Das Rauschen wird bei 17 subtrahiert, nachdem die Bilddaten quantisiert, 16, codiert und gesendet, 11 sowie empfangen und decodiert, 13, wurden. Der Quantisierungsprozess belässt etwas Restrauschen aufgrund der Quantisierung zwischen dem Additions- und dem Subtraktionsschritt im Bild.
Das verwendete Codierschema war Pulscodemodulation (PCM), und die Anzahl der Bits/Pixel wurde von 6 auf 2 gesenkt. Diese Arbeit beruht stark auf dem Kompressionszusammenhang, und sie ist als Nebenprodukt angefallen, als Kompressionstechniken ausgeklügelter wurden. Digitale Pulscodemodulation (DPCM) und diskrete Cosinustransformation (DCT) ermöglichen mehr Kompression ohne Erzeugung von Konturartefakten, hauptsächlich durch Verschieben der Kompression von der räumlichen in die Frequenzdomäne.
Jedoch findet die allgemeine Idee eine gewisse Anwendung bei Displays mit eingeschränkter Bitlänge. Die 2 zeigt eine Ausführungsform einer Anwendung einer Rauschsignalmodulation bei diesen Displays. Das Farbtonkontinuumsbild 10 wird mit Pseudozufallsrauschen 12 kombiniert und dann an die Anzeigevorrichtung 14 geliefert. Die kombinierten Daten werden durch den Quantisierer 16 quantisiert und auf dem Schirm 18 angezeigt. Versuche zum Testen dieser Erfindung haben gezeigt, dass diese Technik zum Verringern von Konturartefakten effektiv ist, insbesondere dann, wenn von 256 auf 64 Pegel (8 Bits/Pixel auf 6 Bits/Pixel) übergegangen wird. Jedoch führt die Unfähigkeit, das Rauschen zu subtrahieren, zu einem Bild mit erkennbarem Rauschen.
Allgemein bestehen die Aufgaben dieser Erfindung darin, die Bildqualität bei Displays mit eingeschränkter Bitlänge zu verbessern. Dies erfolgt durch Verhindern falscher Konturen und dadurch, dass Signale mit niedrigerem Kontrast als dem der Quantisierung angezeigt werden können. Ferner erfolgt dies, ohne dass es dazu kommt, dass auf dem Display irgendwelches sichtbares Rauschen erscheint. Die Vorgehensweise wendet eine einfache pixelweise Additionsoperation und die Speicherung einer zweidimensionalen Rauschsignalsequenz an. Alternativ wird das zweidimensionale Rauschen in Echtzeit erzeugt statt gespeichert. Bei einigen Ausführungsformen wird das Rauschen des menschlichen visuellen Systems berücksichtigt, und das Energiespektrum des Rauschens wird diesbezüglich geformt.
Eine Ausführungsform der Erfindung ist in der 3 dargestellt. Die Anzeigevorrichtung 14 wird gemessen, um bei 20 ihr statisches Displayrauschen zu bestimmen. Dieses Rauschen wird im Empfänger in Zusammenhang mit der 1 als Subtraktionsrauschen behandelt. Das sich von 20 ergebende Rauschsignalarray wird von Lichteinheiten auf digitale Codewerte skaliert, um das Pseudozufallsrauschen 12 zu erzeugen. Dieses Rauschen wird vor der Quantisierung vom Bild subtrahiert, wodurch rauschquantisierte Farbtonkontinuums-Bilddaten erzeugt werden, und das charakteristische Rauschen in der Anzeigevorrichtung wird herausgehoben. Zu anderen Alternativen gehört das Addieren des Kehrwerts des Rauschens zum Farbtonkontinuumsbild. Diese beiden Maßnahmen sowie andere Techniken werden als Herleiten des statischen Displayrauschens bezeichnet. Aufgrund der Quantisierung existiert ein kleines Restrauschen, jedoch hebt die Anzeigevorrichtung die Rauschsignalkompensation im Wesentlichen auf.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass das Displayrauschen hinsichtlich Begriffen der Erfindung statisches Displayrauschen ist. Die meisten Betrachter ordnen Displayrauschen dem sich kontinuierlich ändernden Rauschen in einem Bild zu, das tatsächlich dynamisches Rauschen ist. Allen Displays ist statisches Rauschen zugeordnet. Z.B. zeigt ein typisches Kathodenstrahlröhre(CRT)-Display ein Rauschen in Zusammenhang mit den zum Erzeugen von Bildern verwendeten Leuchtstoffen.
Beim Implementieren für den Herstellvorgang kann diese Messung für jedes Display ausgeführt werden, wenn es hergestellt wird. Andernfalls kann eine Displaynachbildung dazu verwendet werden, das charakteristische Rauschen für eine Klasse oder Kategorie von Displays zu bestimmen. Dies kann weiter angepasst werden, wie es im Hinblick auf die 4b erörtert wird.
Zusätzlich zum Displayrauschen kann eine Anpassung dahingehend erfolgen, dass Gesichtspunkte des menschlichen visuellen Systems beinhaltet sind. Dies ist in der 4a dargestellt. Das menschliche visuelle System 22 kann unter Verwendung mehrerer verschiedener Modelle 24 nachgebildet werden. Ein Beispiel ist ein einfaches zweidimensionales, isotropes Normalverteilungs-Tiefpassfilter als Modell der Kontrastempfindlichkeitsfunktion (CSF = contrast sensitivity function). Die Kombination aus dem Displayrauschen 12 und dem HVS-Rauschen 24 ist als Addition dargestellt. Jedoch könnte es sich um eine Multiplikation, eine Addition im logarithmischen Raum oder eine andere nichtlineare Kombination handeln, wie eine Addition in einem Gamma-korrigierten Raum.
Die Energiespektren des zum Bild addierten Rauschens sind umgekehrt proportional zur HVS-Leuchtstärkeempfindlichkeit als Funktion der Frequenz. Dies ist, wie bereits angegeben, der im US-Patent Nr. 5,619,230 erörterten Vorgehensweise entgegengesetzt. Erneut führt der Schritt des Subtrahierens des Rauschens, sei es HVS-Rauschen oder Displayrauschen, zu rauschquantisierten Bilddaten. Das HVS-Rauschen ist dynamisches Rauschen, so dass es durch das HVS 22 nicht vollständig aufgehoben wird. Jedoch wird das Rauschen zumindest teilweise beseitigt, wobei die rauschquantisierten Bilddaten teilweise in Farbtonkontinuums-Bilddaten zurückgewandelt werden.
Wie oben angegeben, zeigt die 4b eine mögliche Implementierung, wie sie in Herstellsituationen auftreten kann. Wenn das charakteristische Displayrauschen klein in Bezug auf das angenommene HVS-Rauschen ist, kann das Displayrauschen völlig unberücksichtigt bleiben, und das einzige vom Bild subtrahierte Rauschen ist das HVS-Rauschen. Dies kann die praktischste Vorgehensweise hinsichtlich Herstelleinschränkungen sein, da keine Messung des individuellen Displayrauschens erforderlich ist. Dann besteht das Pseudozufallsrauschen 12 nur aus dem vom HVS-Modell 24 gelieferten Rauschen.
Die Erfindung, wie sie in den 3 sowie 4a–4b realisiert ist, kann speziell für Farbdisplays auf mehrere Arten angewandt werden. Die obigen allgemeinen Vorgehensweisen können bei Farbdisplays direkt angewandt werden, oder sie können auf mehrere Arten zugeschnitten werden, was von den Wünschen des Designers und den Eigenschaften bestimmter Displays abhängt.
Die 5a zeigt eine Anwendung der Erfindung bei einem RGB-Farbdisplay unter Verwendung achromatischen Rauschens. Es wird dasselbe Rauschsignalfeld 12 zu allen drei Farbebenen 10a-c des Bilds addiert. Jede Farbebene wird durch Quantisierer 16a-c gesondert quantisiert und auf einem Anzeige schirm 18 angezeigt. Eine kleine Anpassung dieser Technik skaliert die Rauschsignalfelder für R, G und B durch ihren inversen Beitrag zum Luminanzsignal. Dies würde im Modell des HVS 24 erfolgen. Jedoch kann dies Nachteile zeigen, wenn im Display unkompensierte Grauskala-Nichtlinearitäten existieren.
Eine mögliche genauere Vorgehensweise hinsichtlich einer besseren Konturverhinderung bei weniger Erkennbarkeit von Rauschen, wobei jedoch mehr Speicher erforderlich ist, ist in der 5b dargestellt. Hierbei ist das HVS-Modell 24 ein chromatisches Modell, das drei verschiedene Ebenen 12a-c des Pseudozufallsrauschens erzeugt. Das Modell beinhaltet äquivalente Eingangsrauschsignale des Luminanzkanals und zweier isoluminanter Farbkanäle des visuellen Systems, analog zu den Kanälen L^*, A^* und B^* des CIELAB-Farbmaßes. Außerdem werden für diese drei Kanäle verschiedene CSFs verwendet, von denen jeder andere Bandbreiten und Formen aufweist. Dies dient zum Erzeugen dreier äquivalenter Eingangsrauschen-Pseudozufallsbilder. Diese werden dann von der L^*-, A^*-, B^*-Domäne für Addition zum Bild vor der Quantisierung gewandelt.
Einer der Schlüsselvorteile dieser Vorgehensweise besteht darin, dass die Rauschsignale von Farbschicht zu Farbschicht unabhängig sind, was dazu führt, dass das aus der gewichteten RGB-Summe gebildete Luminanzrauschen kleiner als das bei der vorigen, in der 5a dargestellten Ausführungsform ist. Ein anderer Vorteil besteht darin, dass die Rauschsignale bei hohen Frequenzen in den isoluminanten R/G- und B/Y-Schichten aufgrund ihrer jeweiligen CSFs kleinerer Bandbreite, relativ zur Luminanz-CSF, sehr hoch sein können. Dies ermöglicht es, für denselben Pegel an Konturverringerung die Größe aller drei Schichten zu verringern.
Die 5c zeigt eine Implementierung dieser Vorgehensweise mit einigen effizienten Maßnahmen, die eingeführt wurden, um das Speicherproblem des Systems der 5b zu überwinden. Es wird ein einzelnes Störsignalfeld 12 unter Verwendung eines achromatischen Modells des HVS 24 erzeugt. Dann wird das Störsignalfeld unter Verwendung räumlicher Versätze verschiedener Werte für jede Schicht zu den Farbebenen addiert. Dies macht die drei Schichten quasi unabhängig, was zu Luminanzsignalen niedrigerer Amplitude führt. Da das Rauschen keine Tiefpassfilterung erfährt, sind die Autokorrelationsabstände sehr kurz, wodurch in den Farbebenen ein effektiv unabhängiges Farbrauschen verbleibt.
Abhängig von den Formen, in denen das Bild verfügbar ist, kann eine weitere Ausführungsform angewandt werden, wie sie in der 5d dargestellt ist. Wenn das Bild z.B. im CIELAB-Farbkomponentenraum verfügbar ist, kann das Rauschen direkt zur Ebene A^* oder B^* oder zu beiden addiert werden. Diese sind näherungsweise isoluminant, so dass kein Luminanzsignal erzeugt wird. Das HVS hat die größte Empfindlichkeit auf das Luminanzsignal, so dass es diese Vorgehensweise erlaubt, Konturen mit der geringsten Erkennbarkeit von Rauschen zu zerstören. Dies erfolgt nicht nur vor den Quantisierern 16a-c des Displays, sondern auch vor dem Matrixschritt 26 für die Gegenfarbe in RGB. Die Implementiereinrichtung muss beim Abschneidvorgang betreffend die Matrix für die Gegenfarbe in RGB sorgfältig arbeiten. Bei dieser Implementierung ist die Summe der Rauschsignale über Komplementärfarben hinweg nicht konstant, jedoch ist dies die achromatische Komponente, eine gewichtete Summe aus R, G und B. Bei einer weiteren Anpassung könnten die in der 5c dargestellten räumlichen Versätze auch hier angewandt werden.
Es muss darauf hingewiesen werden, dass die Ausführungsformen mit speziellen Eigenschaften hinsichtlich Farbdisplays nur in Zusammenhang mit HVS-Rauschen und nur zum Vereinfachen der Diskussion angegeben sind. Diese Ausführungsformen können auch das statische Displayrauschen oder das Festmusterfehler-Rauschen 20 der 4a enthalten. Die Anwendung der Erfindung soll nicht auf diese Weise eingeschränkt werden.
Durch Anwendung der allgemeinen Vorgehensweisen, unter Verwendung von statischem Displayrauschen, HVS-Rauschen oder beidem, kann die Bitlänge von hinsichtlich der Bitlänge eingeschränkten Displays effektiv erweitert werden. Versuche haben gezeigt, dass die wahrgenommene Bitlänge von 6 Bits/Pixel auf 8 oder 9 Bits/Pixel erhöht werden kann.
So wurde zwar bis zu diesem Punkt eine spezielle Ausführungsform für ein Verfahren und eine Struktur zur Bitlängenerweiterung von Displays beschrieben, jedoch sollen derartige spezielle Bezugnahmen nicht als Beschränkungen hinsichtlich des Schutzumfangs der Erfindung angesehen werden, mit Ausnahme dessen, was in den folgenden Ansprüchen dargelegt ist.

Claims

Verfahren zum Erweitern der wahrgenommenen Bitlänge von Anzeigesystemen, mit den folgenden Schritten: a) Messen von statischem Anzeigerauschen einer Anzeigevorrichtung (14); b) Erzeugen von Pseudozufallsrauschen (12) unter Verwendung des statischen Anzeigerauschens der Anzeigevorrichtung (14); c) Ableiten des Pseudozufallsrauschens (12) aus Bilddaten, um dadurch rauschkompensierte Bilddaten zu erzeugen; d) Quantisieren der rauschkompensierten Bilddaten und e) Anzeige der rauschkompensierten Bilddaten, wobei diese durch die Anzeigevorrichtung (14) im Wesentlichen in Bilddaten zurückgewandelt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, mit den folgenden Schritten: – Erzeugen von Rauschen auf Grundlage eines-Modells zum menschlichen visuellen System (22) und – Kombinieren des Rauschens gemäß dem nachgebildeten menschlichen visuellen System mit dem statischen Anzeigerauschen; – wobei der Schritt des Erzeugens des Pseudozufallsrauschens das Erzeugen desselben unter Verwendung der Kombination aus dem statischen Anzeigerauschen der Anzeigevorrichtung und dem Rauschen des nachgebildeten menschlichen visuellen Systems beinhaltet.