用于图像处理的抖动系统和方法

专利名称：用于图像处理的抖动系统和方法
技术领域：
本发明的实施例涉及一种图像数据处理系统。更具体地讲，本发明的实 施例涉及这样一种抖动系统和抖动方法，该系统和方法可大大分散由于低灰 度级系统所表示的数据比特的物理限制所产生的误差。
背景技术：
传统的显示图像的方法包括将实际图像转换为数字信号，处理图像， 并经显示器显示处理后的图像。显示器通过一系列这样的处理输出最能代表 实际图像的图像。各种类型的显示器可用于显示图像，如阴极射线管(CRT)、 薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)、等离子体显示面板(PDP)等。在图像中可表示的灰度级的数量有限。例如，当从外部图形源接收到8 比特的红(R)、绿(G)和蓝(B)图像信号，而图像显示器只能表示6比特 的R、 G和B图像信号时，图像显示器不足以表示每个R、 G和B图像信号 的2比特数据。结果，可能出现清晰的轮廓出现在屏幕边界的伪轮廓线或者 出现亮或暗的线的Mach现象。伪轮廓线和Mach现象降低了图像质量，需要 使用抖动技术来校正图像。还可使用帧率控制(FRC)方法来补偿伪轮廓线和Mach现象。当使用 FRC补偿方法时，通过控制灰度级，更多灰度级被表示为平均亮度。FRC方 法在一个帧时间期间可显示多个帧，以表示与一帧有关的灰度级。以下，假 设接收的数据包括8比特，而驱动集成电路可处理包括6比特的数据。选择 与所接收的8比特数据的6个最高有效比特对应的灰度级电压，并控制帧的 灰度级，所述帧被划分为表示2个最低有效比特的具有值(00,01,10,11)的4 个片段。例如，当接收的8比特数据为11001011时，在一个帧周期期间显示 数据串110010、 110011、 110011和110011所表示的四个帧。因此，可按照6比特的形式来表示8比特数据。图1是示出包括时序控制器110、数据驱动器130、栅极驱动器140和液 晶面板150的传统图像显示器100的框图。抖动系统120可以安装在时序控 制器110内。时序控制器110从外部图形源(未示出)接收垂直同步信号Vsync、 水平同步信号Hsync、主时钟MCLK信号、数据使能信号DE以及图像数据 R、 G和B。时序控制器110基于垂直同步信号Vsync和水平同步信号Hsync 产生控制图像数据R、 G和B的显示的第一时序信号，并将图像数据R、 G 和B与第一时序信号一起输出到数据驱动器130。第一时序信号包括负载信 号TP和水平同步起始信号STH。时序控制器110基于垂直同步信号Vsync和水平同步信号Hsync产生第 二时序信号。第二时序信号控制图像数据R、 G和B的显示，并且该第二时 序信号被输出到栅极驱动器140。第二时序信号包括栅极选择信号CPV、垂 直同步起始信号STV和输出使能信号OE。数据驱动器130响应于第一时序 信号从第一水平线开始顺序地将与水平线对应的R、 G和B图像数据提供给 源极线。栅极驱动器140响应于第二时序信号将栅极电压顺序地提供给栅极 线。液晶面板150由位于源极线和栅极线的相交点的多个薄膜晶体管形成。 当抖动系统120安装在时序控制器110内时，抖动系统120将从外部图形源 接收的M比特图像数据R、 G和B转换为N比特图像数据R' 、 G'和B'。 N 比特图像数据R'、 G'和B'被输出到数据驱动器130。因此，抖动系统120使 用M-N比特抖动数据，通过去除最低的M-N比特产生N比特图像数据R'、 G'和B'，其中，抖动数据被加到M比特图像数据R、 G和B。图2示出用于描述传统抖动方法的表，其中，从外部图形源接收的8比 特输入数据可具有由二进制数00000000至11111111所表示的0至255的灰 度级。为了按照6比特形式表示8比特数据，8比特数据的最低的2比特(最 低有效比特LSB[1:0])被去除。因而，输出数据可仅具有0至63的灰度级。 灰度级数量的减少会导致如上所述的伪轮廓线或Mach现象。如上所述，FRC方法将接收的M比特图像数据转换为N比特图像数据， 以在N比特数据驱动器中处理M比特图像数据(其中，N<M)。换句话说， FRC方法通过对一帧进行过采样来将一帧表示为多个子帧。参照图2， 8比特 输入数据被过采样，以形成8比特输入数据的4个片段。然后，抖动数据被 顺序加到8比特输入数据的4个片段中的每个。最低的2比特被去除以将8比特输入数据的4个片段表示为4个子帧。四个子帧同时被输出到相应像素， 如同输出一帧一样。在抖动方法中，输入数据(00000010)被过采样，从而产生输入数据的 四个串。接下来，具有不同大小的抖动数据(00,01,10,11 )被顺序地加到每 个过采样的输入数据，从而产生二进制值00000010、 00000011、 00000100和 00000101。随后，最低的2比特(LSB[1:0])被去除，以产生6比特数据000000、 000000、 000001和000001。四串6比特数据经lt据驱动器^皮施加到液晶面板 的相应像素。通过使用抖动方法，可通过多串6比特输出数据来表示8比特 输入数据的平均亮度，从而提高分辨率。然而，抖动方法的使用通常伴随有误差。例如，当输入数据为11111100 时，通过加抖动数据，输入数据可具有的最大值为11111111。当输入数据为 11111101时，通过加抖动数据，输入数据可具有的最大值为100000000。因 此，即使去除最大值的最低的2比特，图像显示器也无法处理输入数据。这 种现象被称为"溢出(overflow )"。在接收M比特输入数据并输出N比特输 出数据的图像显示器中，不能使用传统的抖动方法来处理超过(2叱1)-(2關-1) 的输入数据。即，当使用抖动方法将8比特数据转换为6比特数据时，不能 实现输出对输入的三个映射。在传统抖动方法中使用查询表，通过将超过252 的输入lt据映射为252，在255附近形成3个拐点(inflection point )。或者， 抖动方法使用查询表，通过转换0至255的域在全部灰度级值的范围内分散 拐点，0至255的域是输入数据具有0至252的域的灰度级值。然而，查询 表由几个逻辑门形成，这增加了用于时序控制器的芯片面积，而且还需要另 外的功率。这在提供高图像分辨率的便携式高清晰多功能播;故器中尤其不利。发明内容本发明示例性实施例针对在图像处理中使用的抖动系统。在示例性实施 例中，所述抖动系统包括线性变换器，使用具有预定斜率的线性函数对接 收的M比特输入数据进行线性变换，以产生并输出M比特变换数据，其中， M为自然数。还包括用于产生并输出M-N比特抖动数据的抖动数据产生器， 其中，N为自然数且N〈M。加法器连接到线性变换器和抖动数据产生器。加 法器将来自线性变换器的M比特变换数据与来自抖动数据产生器的M-N比 特抖动数据相加，以产生并输出M比特校正数据。移位器连接到加法器，以去除从加法器接收的M比特校正数据的最低的M-N比特，以产生并输出N 比特输出数据。


图1是示出传统图像显示器的框图2示出用于描述传统抖动方法的表；
图3是示出根据本发明实施例的抖动系统的框图4是示出图3所示的线性变换器的处理的流程图5是示出根据本发明实施例的抖动系统的框图6是示出图5所示的线性变换器的处理的流程图7是示出根据本发明实施例的抖动方法的流程图8是示出根据本发明实施例的抖动方法的流程图9是用于比较本发明和现有技术的效果的图IO是用于比较本发明和现有技术的效果的直方图。
具体实施例方式
现在将参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的优选实 施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本发明，本发明不应被解释为限 于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例，从而本公开将是完全和完整 的，并将本发明的范围完全传达给本领域技术人员。在附图中，相同的标号 始终表示相同的部件。
图3是示出包括线性变换器310、抖动数据产生器320、加法器330和移 位器(shifter) 340的抖动系统300的框图。线性变换器310通过使用线性函 数对从外部图形源接收的M比特输入数据进行线性变换来产生M比特变换 数据(其中，M是自然数)。线性变换器310将M比特变换数据输出到加法 器330。尽管没有详细示出，但是对M比特输入数据进行过采样以执行帧率 控制(FRC)的过采样单元可被置于线性变换器310之前或之后。
线性变换器310将0至2M-1的灰度级值线性变换为0至(2M-1)-(2M气1) 的灰度级值，其中，M和N为自然数，且N<M。例如，当M为8且N为6 时，线性变换器310将0至255的灰度级值线性变换为0至252的灰度级值。 抖动数据产生器320产生M-N比特抖动数据，并将其输出到加法器330。抖动数据产生器320可产生2比特抖动数据(如OO、 01、 lO和ll)，并将其输 出到加法器330。或者，抖动数据产生器320顺序产生具有不同逻辑电平的 M-N比特抖动数据，并将其输出到加法器330。加法器330通过将从线性变 换器310接收的M比特变换数据与从抖动数据产生器320接收的M-N比特 抖动数据相加来产生M比特校正数据。加法器330通过将过采样的M比特 变换数据中的每个与相应的M-N比特抖动数据相加来产生M比特校正数据。 移位器340通过去除从加法器330接收的M比特校正数据的最低的M-N比 特来产生N比特输出数据。移位器340可以是在一次计算中移动多个比特的 桶式移位器(barrel shifter )。移位器340通过将M比特校正数据向右移动M-N 比特并随后去除最低的M-N比特来产生N比特输出数据。
图4是示出图3所示的线性变换器310的处理的流程图，线性变换器310 使用等式1来变换M比特输入数据
,二 :—"+"。『 層)
其中，x是M比特输入数据，y是M比特变换数据，a0FFSET、 (3offset和 yoffset是变量。线性变换器310由定点计算处理器构成，所述定点计算处理 器就所使用的电路面积和功耗而言是有利的。可通过调节变量a0FFSET、 (30FFSET
和YOFFSET来解决由于定点计算所导致的误差的累积。例如，当POFFSET为1时， YOFFSET也可以为1，从而将误差累积最小化。由于通常需要多个逻辑门来执行 除法，所以可将变量卩offset设置为1,但是当线性函数的斜率的分母可被表 示为2'(其中，i为整数)时，可通过使用移位器340来容易地执行除法运算。
此外，在执行线性变换之前，可以如下面的等式2所示来转换线性函数
的斜率的分子。
a = ZC,. x 2'，C—誦set = argminZ|C,|
'=。 …(2)
其中，Ci表示从-l、 0和1中选择的数，C。ptim咖set表示使ICil的总和最小
的组合(combination )。例如，当M为8, N为6且变量ctoFFSET为0时，线 性函数的斜率的分子(a)为252。当该值被表示为二进制数时，它可以是lx27 + lx26 + lx25 + lx24 + lx23 + lx22 + 0x21 + 0x2。或lx28 +(-)><22。由于后者满 足以上条件，所以252^t转换为1><28 +(-)x22。按照这种方式，可相当大地减 少所需加法器的数量。在步骤S410，线性函数可以被表示为Xmx(2M-2M-N)/2M。这里，为了方
便，假设变量 "OFFSET和YOFFSET为0, 变量卩。FFSET为1。
在步骤S420， 线性函
数可以被表示为《X，nX(2M-2M—N》》M。在步骤S430，线性函数可以被表示为 {(Xm M)-(Xin M-N)}〉>M 。在步骤S440，线性函数可以被表示为 {(Xin N)-Xin}〉〉N。在步骤S450,线性函数可以被表示为Xin-(Xin〉>N)，在 操作S450中，"〉〉"是右移操作，"《"是左移操作。可通过步骤S410至S450 来简单地表示线性函数，并且可使用简单的加法和移位计算来执行线性变换， 而无需使用乘法和除法运算。因此，通过上述处理，图3所示的线性变换器 310仅使用加法器330和移位器340来执行线性变换，而无需使用乘法器或 除法器，从而节省了宝贵的电路面积。
图5是示出包括抖动数据产生器510、加法器520、线性变换器530和移 位器540的抖动系统500的框图。图3的抖动系统300与图5的抖动系统500 之间的差别主要在于线性变换器的位置。可基于抖动系统500的误差和源来 确定线性变换器530的位置。抖动数据产生器510产生M-N比特抖动数据(如 00、 01、 10和11),并将其输出到加法器520。此外，抖动数据产生器510 可顺序产生具有不同逻辑电平的M-N比特抖动数据，并将其输出到加法器 520。
加法器520通过将从外部图形源(未示出)接收的M比特输入数据与从 抖动数据产生器510接收的M-N比特抖动数据相加来产生M比特校正数据。 尽管图5没有示出，但是可在加法器520之前安装对M比特输入数据进行过 采样并将其输出到加法器520以执行FRC的过采样单元。加法器520通过将 过采样的M比特输入数据与M-N比特抖动数据相加来产生M比特校正数据。
行变换来产生M比特变换数据，并将其输出到移位器540。具体地讲，线性 变换器530将0至{(2M-1)+(2M—N-1)}的灰度级值线性变换为0至 {(2^1)-(2"""-1)}的灰度级值。例如，当M为8且N为6时，线性变换器530 将0至258的灰度级值线性变换为0至252的灰度级值。
移位器540通过去除从线性变换器530接收的M比特变换数据的最低的 M-N比特来产生N比特输出数据。移位器540可以是被构造为在一次计算中 移动多个比特的桶式移位器。移位器540通过将M比特变换数据向右移动 M-N比特之后去除最低的M-N比特来产生N比特输出数据。图6是示出图5所示的线性变换器530的处理的流程图。线性变换器530 使用等式3对M比特校正数据进行线性变换。
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其中，x是M比特输入数据，Xd他er是M-N比特抖动数据，y是M比特
变才灸l史氺居，(X0FFSET、卩OFFSET禾口 YOFFSET是变量凄史。
如上所述，线性变换器530由定点运算处理器构成，所述定点运算处理 器就所占用的电路面积和功耗而言是有利的。此外，为了方便线性变换计算， 卩OFFSET可以被设置为1。在执行线性变换之前，可将线性函数的分子转换为 满足等式2的条件的数。如步骤S610所示，线性函数可以被表示为(Xi。 + XdltheT + 1)X(2M-2M-N)/2M,其中，为了方便，OtoFFSET为O, YOFFSET为1， ^OFFSET为
2-2M-N。在步骤S620,线性函数可以被表示为{(Xm + Xdither + l)x(2M -2M-N)}〉>M。在步骤S630，线性函数可以被表示为{(Xm + Xdither + 1)<<M - (Xin + Xdkher + 1)<<(M-N)}〉〉M。在步骤S640，线性函数可以被表示为{(Xm + Xdlther + 1)《N - (Xm + Xdlther + 1)}》N。在步骤S650,线性函数可以被表示为(X,n + Xdlther+l)- {(Xin + XdWier+1)〉〉N}。这里，">〉，，是右移操作，"《"是左移 操作。
可通过步骤S610至S650来表示线性函数，并且可经简单的加法和移位 计算来执行线性变换，而无需使用乘法和除法运算。因此，通过上述处理， 图5所示的线性变换器530可使用加法器520和移位器540来执行乘法和除 法运算，而无需使用乘法器和除法器，从而避免使用宝贵的电路面积和功率。
图7是示出根据本发明实施例的抖动方法的流程图。在步骤S710，从外 部图形源接收M比特输入数据，其中，M可以是(例如)8。在操作S720, 通过对M比特输入数据进行线性变换来产生M比特变换数据。使用等式1 所示的线性函数来执行线性变换。在步骤S730,产生抖动处理所使用的M-N 比特抖动数据，其中，M-N比特抖动数据可以是2比特数据。在步骤S740, 通过将M比特变换数据与M-N比特抖动数据相加产生M比特校正数据。在 步骤S750，通过使用桶式移位器去除M比特校正数据的最低的M-N比特来 产生N比特输出数据(其中，N可以是(例如)6)。
图8是示出根据本发明实施例的抖动方法的流程图。在步骤S810，从外 部图形源接收M比特输入数据(其中，M可以是8)。在步骤S820,产生在抖动操作中使用的M-N比特抖动数据。M-N比特抖动数据可以是(例如)2 比特。在步骤S830，通过将M比特输入数据与M-N比特抖动数据相加来产 生M比特校正数据。在步骤S840，通过对M比特校正数据进行线性变换来 产生M比特变换数据。使用等式3所示的线性函数来执行线性变换。在步骤 S850,通过去除M比特变换数据的最低的M-N比特来产生N比特输出数据 (其中，N可以是(例如)6)。可以使用桶式移位器来去除最低比特。
图9是用于示出和比较本发明和现有技术的效果的图。虛线示出根据现 有技术的输入数据和输出数据之间的关系。实线示出根据本发明的输入数据 和输出数据之间的关系。使用传统抖动方法，输入数据和输出数据之间的关 系是非线性的，而使用本发明的抖动方法，输入数据和输出数据之间的关系 是线性的。
图IO是用于比较本发明和现有技术的效果的直方图。虚线是根据现有技 术的输出数据的直方图，实线是根据本发明的输出数据的直方图。可以看出， 使用传统抖动方法，亮度在灰度级值255附近显著增大，而使用本发明的抖 动方法，亮度在灰度级值64、 128和192附近稍微增大。换句话说，通过使 用本发明的抖动方法，直方图中不会出现显著的变化，而且在显示图像时， 图像质量没有显著的降低。
本发明的抖动系统和抖动方法使用线性函数来对输入数据进行变换。在 抖动系统中产生的误差可以在整个灰度级范围内大大分散，从而减小了电路 面积，同时提高了运算速度。此外，所述抖动系统和抖动方法使用加法器和 移位器执行线性变换，而无需使用乘法器和除法器。按照这种方式，避免了 形成乘法器和除法器所需的多个逻辑门，这也减小了对功耗的需求。
尽管参照附图中示出的本发明实施例描述了本发明，但是本发明不限于 此。本领域的技术人员应该清楚，在不脱离本发明的精神和范围的情况下， 可以对其进4亍各种改变和〗务改。
权利要求
1、一种在图像处理中使用的抖动系统，该抖动系统包括线性变换器，使用具有预定斜率的线性函数对接收的M比特输入数据进行线性变换，以产生并输出M比特变换数据，其中，M是自然数；抖动数据产生器，产生并输出M-N比特抖动数据，其中，N是自然数，且N＜M；加法器，连接到线性变换器和抖动数据产生器，将来自线性变换器的M比特变换数据与来自抖动数据产生器的M-N比特抖动数据相加，以产生并输出M比特校正数据；移位器，连接到加法器，去除从加法器接收的M比特校正数据的最低的M-N比特，以产生并输出N比特输出数据。
2、 如权利要求1所述的抖动系统，其中，线性函数的斜率为z — l — 、z_— JJ十"ofro五r2"-l + ",野 ，其中，a。FFSET为第一变量，(3oFFSET为第二变量。
3、 如权利要求2所述的抖动系统，其中，线性函数具有等于其斜率的截距y。
4、 如权利要求1所述的抖动系统，其中，线性变换器仅由多个加法器和 多个移位器构成。
5、 如权利要求4所述的抖动系统，其中，所述移位器为桶式移位器。
6、 如权利要求1所述的抖动系统，其中，线性变换器执行定点计算。
7、 如权利要求1所述的抖动系统，其中，N输出数据^^是供给液晶显示器。
8、 一种在图像处理中使用的抖动系统，该抖动系统将接收的M比特输 入数据转换为N比特输出数据，其中，M和N为自然数且N〈M,所述抖动 系统包4舌抖动数据产生器，产生并输出M-N比特抖动数据；加法器，连接到抖动数据产生器，将M比特输入数据与从抖动数据产生 器接收的M-N比特抖动数据相加，以产生并输出M比特校正数据；线性变换器，连接到加法器，接收输出的M比特校正数据，使用预定斜 率的线性函数对M比特校正数据进行线性变换，以产生并输出M比特变换数据；移位器，连接到线性变换器，去除M比特变换数据的最低的M-N比特， 以产生并输出N比特输出数据。
9、 一种在图像处理中使用的抖动方法，该方法使用抖动数据将M比特 输入数据转换为N比特输出数据，其中，M和N为自然数且N〈M,所述抖 动方法包4舌使用具有预定斜率的线性函数将M比特输入数据线性变换为M比特变 换数据；输出M比特变换数据； 产生并输出M-N比特抖动数据；将M比特变换数据与M-N比特抖动数据相加，并输出M比特校正数据； 通过去除M比特校正数据的最低的M-N比特来产生并输出N比特输出数据。
10、 如权利要求9所述的抖动方法，其中，线性函数的斜率为 2 -1 - (2 -1) + "o/y釘2M-l + ，其中，a。FFSET为第一变量，卩OFFSET为第二变量。
11、 如权利要求IO所述的抖动方法，其中，线性函数具有等于其斜率的截距y。
12、 如权利要求9所述的抖动方法，其中，仅通过加法和除法逻辑来执行线性变换。
13、 如权利要求9所述的抖动方法，还包括将N比特输出数据提供给 液晶显示器。
14、 一种在图像处理中使用的抖动方法，该方法使用抖动数据将M比特 输入数据转换为N比特输出数据，其中，M和N为自然数且N〈M,所述抖 动方法包4舌产生并输出M-N比特抖动数据；通过将M比特输入数据与M-N比特抖动数据相加，产生并输出M比特 校正数据；使用具有预定斜率的线性函数将M比特校正数据线性变换为M比特变 换数据；输出M比特变换数据；通过去除M比特变换数据的最低的M-N比特，产生并输出N比特输出 数据。
全文摘要
一种用于图像处理的抖动系统和方法，所述系统包括线性变换器，使用具有预定斜率的线性函数对M比特输入数据进行线性变换，以产生并输出M比特变换数据；抖动数据产生器，产生并输出M-N比特的抖动数据；加法器，将M比特变换数据与M-N比特抖动数据相加，以产生并输出M比特校正数据；移位器，去除M比特校正数据的最低的M-N比特，以产生并输出N比特输出数据。当高灰度级图像数据被转换为低灰度级图像数据时，所述抖动系统及方法在整个灰度级范围内大大分散由低灰度级系统所能表示的数据比特的物理限制产生的误差。无需使用查询表就可进行上述操作，从而避免使用宝贵的芯片面积。利用多个加法器和移位器，减少了所需逻辑门的数量及有关功率需求。
文档编号G09G5/02GK101266773SQ200810086078
公开日2008年9月17日 申请日期2008年3月14日 优先权日2007年3月16日
发明者李载铁, 金昌民, 金钟善 申请人:三星电子株式会社