CN1492389A - 用于等离子体显示板的视频编码方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种打算用来改进依据显示的视频码的时间重心的GCC编码的性能的编码方法。依据本发明，通过增加视频等级显示帧中的子场的数量，增加可以选择的视频等级的数量，以便实现GCC编码。通过在视频图像显示帧的至少两个子场期间，同时地对PDP的至少两个相邻的行进行寻址，可以实现子场数量的增加。

Description

用于等离子体显示板的视频编码方法和系统

技术领域

本发明涉及一种对等离子体显示板中的假轮廓效应进行纠正的视频编码方法。更具体地说，本发明涉及一种具有单独的寻址和显示的类型的显示板。

背景技术

等离子体显示板(PDP)技术可以制造大而且平的显示屏幕。PDP通常包括两块绝缘板，所述的绝缘板在它们之间限定了充满气体的空间，在该空间中定义了以隔板肋条(barrier rib)作为边界的基本空间。两块板的其中之一具有行电极阵列，而另一具有列电极阵列。基本单元对应于具有至少一个行电极和列电极的基本空间，其中，将行电极和列电极设置在所述的基本空间的任一侧。为了激活基本单元，通过将电压施加到单元的行电极和列电极之间，在对应的基本空间中产生放电。然后，放电导致在基本单元中发射紫外线(UV)。在单元的壁(wall)上沉积的磷光体将UV转换为可见光。依据沉积在壁上的磷光体的属性，单元将为红色、绿色或者蓝色。

与其中通过调制施加到单元的电极上的电压信号的幅度的、阴极射线管或者液晶屏不同，PDP通过调制触发(ignition)的持续时间、或者在视频帧期间的单元的开时间(on time)，控制视频等级，即，依据所期望的灰度等级，将单元中所包括的气体激发(excite)较长或者较短的时间。然后，人眼执行时间积分，以便重新创建灰度等级。

因此，PDP的单元仅具有两个状态：开(激发)状态、或者关(未激发)状态。通过在期望的触发持续时间上发出被称为保持脉冲的一连串脉冲，将所述的单元保持在这两个状态的其中之一上。通过发出通常被称为寻址脉冲的更高的电脉冲，对所述的单元进行寻址。通过使用衰减放电消除单元内的电荷，可以实现单元的消除(extinction)或者清除(erasure)。

通过在视频帧的过程中调制单元的连续的开和关状态的持续时间，可以获得不同的灰度等级。将帧划分为被称为子场的周期，在每一个子场期间，单元或者为开、或者为关。人眼对单元的照明周期进行积分，以便重新创建所期望的灰度等级。

图1示出了视频帧内的子场的传统结构。依据国家的不同，视频帧的持续时间T为16.6或者20ms。在帧中最少八个子场，分别表示为SF1到SF8，以便显示具有256个可能的灰度等级的图像。子场中的每一个用来在持续时间T_i1的照明周期上，打开或者关闭单元，其中，T_i1是基本持续时间T₀的倍数。出于此目的，每一个子场包括持续时间T_ad的寻址周期、以及指定持续时间T_i1的照明周期(在图中以阴影表示)。持续时间T_ad对于所有子场是相等的，并且等于N₁×T_ae，其中，N₁是图像中的行的数量，并且T_ae是行的寻址时间。另一方面，持续时间T_i1对于每一个子场是特定的，并且等于p×T₀，其中p是表示所讨论的子场的权重的整数。在图1所示的实例中，子场SF1、SF2、SF3、SF4、SF5、SF6、SF7和SF8将1、2、4、8、16、32、64和128作为各自的权重。因此，每一个彩色分量(R或者G或者B)的视频等级将由8位的字来表示，其中，每一位与帧的一个子场相关。当然，可以采用具有更大数量的子场的子场结构、或者具有不同权重的子场结构。

虽然此PDP技术提供了制造具有较小厚度的大屏幕的可能，但是该技术确实存在降低显示的图像的质量的缺陷。这些缺陷与在视频帧的过程中对照明周期进行时间积分相关。特别地，当在几个连续的图像期间屏幕上的点运动时，会出现假轮廓的问题。该缺陷在图像中表现为在灰度等级的过渡(transition)上出现通常几乎感觉不到的较暗或者较亮的条。

在图2中示出了假轮廓的问题，在图2中示出了两个连续的帧即F和F+1的子场，其中在两个帧中存在127灰度等级和128灰度等级之间的过渡。在两个帧之间，该过渡进行四个象素的运动。在图中，y轴表示时间轴，而x轴表示在所述的帧期间所显示的图像的象素。由眼睛执行积分相当于沿着图中的斜线在时间上进行积分。由于眼睛具有跟随运动的过渡的倾向。因此，眼睛对来自不同象素的信息进行积分。积分的结果表现为：在灰度等级127和128之间过渡时，出现等于零的灰度等级。通过零灰度等级会使在过渡时产生暗带。相反，如果过渡从等级128进行到等级127，则在过渡时会出现对应于亮带的等级255。

用于纠正该缺陷的第一已知方案在于：“分割”(break)高权重的子场，以便降低积分误差。图3显示与图2相同的过渡，但是，其中由七个权重为32的子场来替代权重为32、64和128的三个子场。于是，最大积分误差最大为灰度等级值32。还可以对灰度等级进行不同的分配，但是仍然会存在积分误差。

在欧洲专利申请No.0 978 817中，通过使用用来确定图像的象素块的运动矢量的运动估计器，对假轮廓效应进行补偿。使用这些运动矢量来对传送到PDP的基本单元的数据进行修改。本专利申请的基本思想在于：检测在图像显示期间眼睛的运动，并且将运动补偿数据传送到所述的单元，从而使眼睛对正确的信息进行积分。图4示出了该方法。这样的纠正相当于依据观察的图像之间的运动，对子场进行空间上的位移，以便预测人眼将进行的积分。依据子场的权重、以及在视频帧中的时间位置，对子场进行不同的位移。该解决方案需要用于为图像中的每一个象素、或者每一个象素块计算运动矢量的运动估计器。对于每一个象素，按照运动矢量的方向，使用对应的运动矢量对相关的码字进行变换。因此，对图像的象素的码字进行重新计算。该解决方案对导致假轮廓效应的过渡提供了较好的效果，但是需要具有高计算速度的运动估计器。该估计器相当昂贵，并且非常不容易制造。

用于对假轮廓效应进行补偿的另一解决方案依据称为“递增编码”的新型编码。例如，在欧洲专利申请EP-A 952 569中描述了此编码方法。在该方法中，只使用少量的码字在屏幕上显示图像。使用的编码具有在两个“开”(或者“关”)子场之间不包括“关”(或者“开”)子场的特征。该特征可以完全地消除假轮廓效应，但是，该特征极大地限制了可以使用的编码的数量(对于具有n个子场的帧，具有n+1个可能的编码)。由本领域技术人员所熟知的误差扩散(error diffusion)、或者“抖动”技术，在屏幕上重新建立与其他编码(不能够使用的编码)对应的灰度等级。此编码的主要缺陷在于：可以在屏幕上显示少量的灰度等级，并且抖动技术不能够总是恢复图像中丢失的灰度等级。

最后，存在最后一种解决方案，其中使用新的编码，并且引入了极少的抖动噪声。在2001年5月8日提出的申请号为01250158.1的欧洲专利申请中描述了该方案。此新编码在于：从可以使用具有n个子场的帧结构显示的p个视频等级中选择m个视频等级，其中，n＜m＜p。对m个视频等级进行选择，从而使除了低于第一预定限制值的低视频等级和/或者依据第二预定限制值的高视频等级之外，由它们的码字产生的照明的时间重心随着视频等级不断地增加。这表示：对于属于m个选择的等级的两个等级GL1和GL2，其中GL1＞GL2，与等级GL1相关的码字的时间重心高于与等级GL2相关的码字的时间重心。

依据以下的公式来计算由码字产生的照明的时间重心：

$\mathrm{CG}\left(\mathrm{code}\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}W\left(S_i\right)\·d_i\left(\mathrm{code}\right)\·\mathrm{CG}\left(S{F}_i\right)}{\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}W\left(S{F}_i\right)\·d_i\left(\mathrm{code}\right)}$

其中，CG(code)是所讨论的码字的重心；

W(SF_i)表示帧中的第i个子场(SF_i)的权重；

如果对于讨论的代码，第i个子场为开(on)，则d_i(code)等于1，否则，d_i(code)等于0；以及

CG(SF_i)是第i个子场的重心。

按照以下的方式对第i个子场的重心即CG(SFi)进行计算：

CG(SF_i)＝D(SF_i)+Dur(SF_i)/2

其中，D(SF_i)是第i个子场的开始时间点；以及

Dur(SF_i)是第i个子场的持续时间。

对于此后被称为GCC(重心编码)的此编码，用于显示作为视频等级的函数的所选择代码的重心的曲线至少在所述的第一和第二预定的限制值之间是单调的，从而可以消除假轮廓效应。而且，使用该编码可以显示的视频等级的数量大于递增编码的情况，从而可以降低抖动噪声。

在图5到7中示出了GCC编码。图5示出对于包括十一子场的帧结构的可能的所有视频字的时间重心，其中，所述的子场的权重如下：

1-2-4-7-11-16-23-32-43-56-60。

在图中，y轴表示重心值，x轴表示码字的视频等级。由于存在11个子场，因此存在针对256个视频等级的、2¹¹即2048个可能的编码组合。因此，一个或者多个码字对应于每一个视频等级，因此，一个或者多个重心对应于每一个视频等级。依据以上示出的公式来计算重心。考虑用于寻址和删除每一个子场的总时间1ms(毫秒)、以及最大照明时间T_max5.10ms(对应于帧中的所有子场的照明周期的总和)，其中，给权重为1的子场提供0.02ms的照明时间，给权重为2的子场提供0.04ms的照明时间，……，以及，给权重为60的子场提供1.2ms的照明时间。然后，对应的帧具有与60Hz的频率对应的16.1ms的持续时间。

图6显示对于每一个视频等级的最低的重心值。这是由于为了对视频等级进行编码，通常使用具有最低重心的视频字，由于使用了具有较低权重的子场，因而具有最低重心的视频字引入了最小的假轮廓效应。如从图中可以看到，由这些值定义的曲线不是单调的，相反地，这些值具有跳跃(jump)，从而不可避免地引入了假轮廓效应。

GCC编码的目的是如图7所示，通过只选择有限数量的视频等级，消除这些假轮廓效应，以便获得单调的重心曲线。在该图中，由较小的黑色菱形来识别所选择的视频等级。

如从该图中可以看到，满足GCC编码的等级的数量可能会相当少。因此，所选择的视频等级的数量较小，并且意味着当显示视频图像时总会存在抖动噪声。

发明内容

本发明的目的是缓解前述的缺陷。

依据本发明，提出在不降低PDP单元的最大照明时间T_max的情况下，在帧中增加子场的数量，从而增加针对每一个视频等级的可能的编码的数量。因此，增加了可以选择用于实现GCC编码的视频等级的数量。

依据本发明，通过在视频图像显示帧的至少两个子场期间，同时地对PDP的至少两个相邻的行的单元进行寻址，可以实现子场数量的增加。

因此，本发明是一种对在等离子体显示板上显示的视频图像进行编码的方法，其中，所述的等离子体显示板包括按照行和列排列的多个单元，所述图像的象素的视频等级由n位的视频字来定义，其中每一个位取决于该位的状态，即在被称为子场的特定时间内，使寻址到的单元发光、还是不发光。对于由位于相同的列、并且位于板中相邻的两行中的单元对(C1，C2)显示的视频等级GL1和GL2，选择视频字VW1和VW2，所述的字包括在显示图像时同时对两个单元进行寻址的至少一个公共位(common bit)，并且对应于等于或者约等于视频等级GL1和GL2的等级，因而，如果GL1＞GL2，则由视频字VW1产生的照明的时间重心大于由视频等级VW2产生的时间重心。

优选的是，选择的视频字VW1和VW2包括k个公共位，其中，在被称为视频帧的公共子场期间，将每一个公共位同时寻址到所述的单元对中的两个单元，其中，k大于1。

依据第一实施例，为了选择视频字VW1和VW2，执行以下的步骤：

(a)定义其时间重心随着对应的视频等级不断地增加的p个视频字的集合；

(b)从所述的p个视频字中确定其对应的视频等级GL1’和GL2’分别等于或者约等于视频等级GL1和GL2的视频字；

(c)选择在步骤(b)中确定的视频字中的或者这一个、或者那一个。

(d)从具有包括与对于公共子场所选择的视频字相同的值的位的所有可能的视频字中，选择其时间重心和视频等级最接近在步骤(c)中未选择的视频字的时间重心和视频等级的视频字。

依据第二实施例，为了选择视频字VW1和VW2，执行以下的步骤：

(a)定义其时间重心随着对应的视频等级不断地增加的p个视频字的集合；

(b)从所述的p个视频字中选择其对应的视频等级GL1’和GL2’分别等于或者约等于视频等级GL1和GL2的视频字对；

(c)从具有包括与对于公共子场所选择的视频字相同的值的位的所有可能视频字中，选择其时间重心和视频等级最接近在步骤(b)中确定的视频字对的时间重心和视频等级的视频字对。

本发明还涉及一种用于实现本发明的编码方法的系统。

附图说明

通过结合附图来阅读以下的描述，本发明的上述特征和优点、以及其他特征和优点将变得更加明显，

图1示出用于形成PDP中的视频图像的显示帧的子场；

图2示出在PDP上显示视频图像期间产生的假轮廓效应；

图3和4示出用于限制假轮廓效应的第一和第二已知方案；

图5到7示出被称为GCC编码的第三已知方案；

图8示出作为对应的视频等级的函数的、对于14个子场的帧结构可能的16384个视频字的时间重心；

图9示出依据本发明，对于14个子场结构所选择的视频字；

图10和11示出用于实现本发明的两个电路。

具体实施方式

依据本发明，目的在于增加帧中的子场的数量，以便改善GCC编码的性能，更具体地说，以便改善将用来显示图像的视频等级的选择(在数量和值方面)。例如，将子场的数量从先前所述的11个(2048个可能的码字)增加到十四个(16384个可能的码字)。

例如，定义包括14个子场的帧结构，其中子场的权重如下：

1-2-4-5-8-10-16-20-20-29-30-30-40-40。

该结构可以使用16384个可能的码字来替代对于包括11个子场的先前结构的2048个码字。这样，针对每一个视频等级可能的码字的数量得到相当大的增加。图8显示这16384个码字的重心。

为了提供实例，对于视频等级25，现在存在八个视频字而不是先前的三个视频字。以下按照对值求和的形式来表示这些视频字，其中，每一个值对应于具有等于所述的值的权重的子场的激活。

使用1 1个子场的结构，用于对视频等级25进行编码的视频字为：

    25＝1+2+4+7+11

或者    2+7+16

或者    2+23。

现在可以依据以下的组合的其中之一对视频等级25进行编码：

    25＝1+2+4+8+10

或者    2+5+8+10

或者    1+8+16

或者    4+5+16

或者    1+4+20(1)

或者    1+4+20(2)

或者    5+20(1)

或者    5+20(2)。

20(1)和20(2)分别表示权重为20的第一和第二子场的权重。

因此，对于大多数视频等级，增加了可能的视频字的数量。

为了实现GCC编码，从所有这些可能的视频字中选择一定数量的满足GCC编码标准的字，即，除了其中所选择的编码的时间重心略微地降低的高视频等级之外，所选择的视频字的时间重心随着对应的视频等级的增加而增加。

图9显示选择的实例。假定视频字的数量比先前所述的视频字的数量大的多，则可以选择更大数量的视频等级。增加了数量的可显示的视频等级将有助于降低在图像显示期间的抖动噪声。在图9所示的实例中，选择对应于64个视频等级的64个视频字。

为了获得十四个子场来替代十一个子场，同时不增加帧的持续时间，并且不降低最大照明时间T_max，本解决方案在于：在帧的六个子场上，同时地对PDP的两个相邻的行进行寻址，在本文中此技术通常被称为“位线(bit line)重复”。将对这六个子场的寻址时间用2来除，这对应于对三个子场的寻址。在其余的描述中，其中同时地对PDP的相邻的两行单元进行寻址的子场将被称为公共子场。其他的子场将被称为特殊子场(specific subfield)。

实际上，由于添加三个额外的子场意味着另外添加三个额外的删除周期，因此，作为替换，需要提供七个或者八个公共子场。另外，使用较大数量的子场可以节省关于照明的时间，因此，增加了板的亮度。

然而，由于它们不总是先验相容的，因此，GCC编码技术和位线重复的技术的组合不需要在显示图像之前进行特别地处理。

将通过以下的应用的实例来描述该不相容性和该处理。对于本实例，我们将考虑其权重加了下划线的子场是特殊子场，而其他的子场是公共子场：

1-2-4- 5-8- 10-16- 20-20-29- 30-30- 40- 40

依据GCC编码的原理，选择视频字的集合。该集合尤其包括例如具有以下的编码和时间重心值的灰度等级38-44-50-57-65。

38＝4+8+10+16            CG(38)＝4.28

44＝1+2+5+16+20          CG(44)＝5.28

50＝4+10+16+20           CG(50)＝5.71

57＝1+10+16+30           CG(57)＝7.59

65＝5+10+20+30           CG(65)＝7.87

目的在于对灰度等级42和60进行编码，这两个灰度等级与属于PDP连续行的相邻单元有关。

在本实例中，GCC编码允许的最接近的值为值44和57。该编码没有考虑一定的子场是公共的，而其他的子场是特殊的情况。

所述帧的公共和特殊子场不可以使具有由GCC编码所采用的编码的灰度等级44和57同时地被显示。也不可以显示灰度等级42和60。充其量，可以显示具有以下的编码的值41和61：

41＝1+2+4+8+ 10+16

61＝1+2+4+8+ 10+16+ 20。

已经设想了几种方案来解决此不相容的问题。

第一方案：

例如，从值为44的码字开始，目的是发现考虑(respect)帧中的子场的公共性(communing)，并且具有非常接近于57的值的编码。因此，找到具有三个可能编码的值59，即：

44＝1+2+ 5+16+ 20

    59＝1+2+ 10+16+ 30             CG(59)＝7.36

或者  ＝1+2+16+ 40(1)               CG(59)＝10.21

或者  ＝1+2+16+ 40(2)            CG(59)＝11.43。

40(1)和40(2)分别表示权重为40的第一和第二公共子场的权重。选择具有最接近于值57的时间重心的时间重心的值59的编码，即编码1+2+ 10+16+ 30。

第二方案

该过程从值41和61的编码开始，其中，值41和61的编码考虑帧中的子场的公共性，即：

上述表示的编码：

41＝1+2+4+8+ 10+16               CG(41)＝4.03

61＝1+2+4+8+ 10+16+ 20          CG(61)＝4.88

而且

41＝1+4+16+20                     CG(41)＝5.88

61＝1+4+16+ 20+20                CG(61)＝6.12

或者

41＝2+ 5+8+ 10+16               CG(41)＝4.19

61＝2+ 5+8+ 10+16+ 20          CG(61)＝4.98

或者

41＝ 5+16+20                     CG(41)＝6.04

61＝ 5+16+ 20+20                CG(61)＝6.23

最后，选择其时间重心与编码对(44，57)的时间重心尽可能接近的编码对(41，61)，例如，其时间重心的和与编码对(44，57)的时间重心的和尽可能接近的编码对。

作为变化，该解决方案可以扩展并且应用到除了编码对(41，61)之外的其他的对，例如编码对(42，62)或者(40，60)，从而与编码对(41，61)相比，在编码对的视频等级的不管哪一个、或者两个中都引入更大的误差。因此，从所有可能的视频字的对中选择其距离离重心曲线最短的视频字对。优选的是，当与视频字对(41，31)相关的视频字对都不满足GCC编码标准时，应用该解决方案。

存在非常多的结构来实现本发明的方法。图10和11示出了采用以上解决方案的处理电路。

图10所示的系统采用第一解决方案。在第一块100中，由反灰度系数函数(inverse gamma function)来纠正视频信号。与其强度效应特性是二次的(quadratic)阴极射线管的电视机不同，由于PDP具有线性的强度效应特性，因此需要反灰度系数函数。该反灰度系数纠正的目的是消除在摄像机(camera)中施加的灰度系数纠正。

然后，由误差扩散和量化块200对视频信号进行处理。该块的功能是对视频信号进行转换，以使其依据GCC编码，只包括有限数量的视频等级。然后，将如此处理的视频信号传送到负责执行位线重复技术的编码块300。该编码块具有两个输入端，例如，第一输入端打算用于接收针对图像的奇数行的编码，第二输入端打算用于接收针对偶数行的编码(在同时地对两个相邻的行进行寻址的情况下)。为了在编码块300中同时地处理图像的相邻行，设置行存储器400，以便将图像的奇数行延迟一行。块300的功能是搜索具有接近于在块的第一输入端出现的编码的视频等级和时间重心的、并且对于公共子场具有与在第二输入端出现的编码相同的位值的编码。然后，将此新的编码和在块的第二输入端出现的编码传送到PDP的图像存储器。

图11显示了可以实现以上描述的第二方案的系统。在该系统中，由对视频信号进行反灰度系数纠正的块110首先对视频信号进行处理。将已纠正的视频信号传送到负责实现位线重复技术的编码块210。如同块300，该编码块具有两个输入端，例如，第一输入端打算用来接收图像的奇数行，第二输入端用于接收偶数行(同时地对两个相邻的行进行寻址的情况)。由行存储器310将图像的奇数行延迟一行。对于接收到的每一个视频等级对，块210确定具有在图像显示时考虑一定子场的公共性的较接近的视频等级的视频字对。将这些视频字对发送到块410，所述的块410负责从这些对中选择离预定的单调重心曲线最短的视频字对。然后，将结果发送到PDP的图像存储器。

图10和11所示的电路图仅仅是说明性的，并且许多可选择的形式可以被替换。

Claims (5)

1.一种对等离子体显示板上显示的视频图像进行编码的方法，其中，所述的等离子体显示板包括按照行和列排列的多个单元，所述图像的象素的视频等级由n位的视频字来定义，其中每一个位取决于它的状态，即在被称为子场的特定时间内，使寻址到的单元发光、还是不发光，

其特征在于：对于由位于相同列、并且位于板的两个相邻行的一对单元(C1，C2)显示的视频等级GL1和GL2，选择视频字VW1和VW2，所述的字包括在显示图像时同时地寻址到所述的两个单元的至少一个公共位，并且对应于等于或者约等于视频等级GL1和GL2的等级，如果GL1＞GL2，则由视频字VW1产生的照明的时间重心大于由视频字VW2产生的照明的时间重心。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所选择的视频字VW1和VW2包括k个公共位，在被称为公共子场的期间，将每一个公共位同时地寻址到所述的对中的两个单元，其中，k大于1。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：为了选择视频字VW1和VW2，执行以下的步骤：

(a)定义其时间重心随着对应的视频等级的增加不断地增加的p个视频字的集合；

(b)从所述的p个视频字中确定其对应的视频等级GL1’和GL2’分别等于或者约等于视频等级GL1和GL2的视频字；

(c)选择在步骤(b)中确定的视频字中的或者这一个、或者那一个。

(d)从具有包括与对于公共子场所选择的视频字相同的值的位的所有可能的视频字中，选择其时间重心和视频等级最接近在步骤(c)中未选择的视频字的时间重心和视频等级的视频字。

4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：

为了选择视频字VW1和VW2，执行以下的步骤：

(a)定义其时间重心随着对应的视频等级的增加不断地增加的p个视频字的集合；

(b)从所述的p个视频字中选择其对应的视频等级GL1’和GL2’分别等于或者约等于视频等级GL1和GL2的视频字对；

(c)从具有包括与对于公共子场所选择的视频字相同的值的位的所有可能视频字中，选择其时间重心和视频等级最接近在步骤(b)中确定的视频字对的时间重心和视频等级的视频字对。

5.一种用于等离子体显示板的编码系统，其特征在于该系统实现了依据权利要求1到4的编码方法。

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