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Universität Dortmund Seminar Moderne Displaytechnik Signalverarbeitung zur Artefaktreduktion Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl.

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Präsentation zum Thema: "Universität Dortmund Seminar Moderne Displaytechnik Signalverarbeitung zur Artefaktreduktion Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl."—  Präsentation transkript:

1 Universität Dortmund Seminar Moderne Displaytechnik Signalverarbeitung zur Artefaktreduktion Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr.-Ing. Rüdiger Kays Christian Schilling

2 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 2 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Übersicht Was sind Artefakte -Erscheinungsformen -Beispiele Entstehung von Artefakten -Besonderheiten bei Plasma– und DMD–Displays -Kodierung in Subfields Möglichkeiten zur Reduktion von Artefakten -Änderung der Subfield–Kodierung -Bewegungkompensierte Subfield–Optimierung Beispiel: Panasonic TC–45P1F Beispiel: DLP Image Processing IC–Andromeda ASIC Zusammenfassung

3 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 3 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Erscheinungsformen Kodierartefakte -Quantisierungsfehler -DCT–Blockgrenzen Artefakte durch räumlich zeitliche Bildformatkonversion -De–Interlacing (Kammstrukturen) -100Hz Aufwärtskonversion (Bewegungsrucken/Bewegungsunschärfe) Artefakte durch Pulsweitenmodulation -Dynamische Falschfarb/-kontur–Artefakte (DFC) -Farbseparations–Artefakte

4 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 4 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Erscheinungsformen: Artefakte Ideal Falschfarb/ -kontur Artefakte Zeilen- sprung Artefakte Farb- separations Artefakte

5 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 5 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Signalfluß in digitalen Displays Dekodierung Formatkonversion Aufbereitung & Anzeige Artefaktreduktion Bildverbesserung A/D–Wandlung, Deinterlacing, Auflösungsanpassung, Farbraumkonversion ( RGB), inv. Gammakorrektur Rauschunterdrückung, Schärfe, Kontrast Fehlerdiffusion, Bewegungskompensation Pulsweitenmodulation der Pixel (Subfields) Analogvideo (YUV) oder Digital Dekodierung, Dekompression Videosignal

6 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 6 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Besonderheiten Keine Amplitudenmodulation möglich Inverse Gammakorrektur erforderlich (Graustufenverlust) Aufschaltzeit eines Subfields -PDP:ca µs (Initialisierung und Adressierung), ca. 950 µs bei Dual Scanning -DMD: µs (mechanische Schaltzeit), 2 µs (optische Schaltzeit) Bilddauer (bei europäischem TV): 20 ms -1-Chip DLP: LSB–Leuchtdauer ca. 21 µs Zusätzliches Problem bei PDPs -Unkontrollierte Entladungen bei Initialisierung (Bildaufhellung)

7 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 7 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Videosignal 8 Subfields Bilddauer Zeilendauer Bilddauer Bilddauer 8 CRT PDP bzw. 3-Chip DLP 1–Chip DLP

8 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 8 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Graustufen durch Pulsweitenmodulation Pixel kann nur aktiv oder inaktiv sein Pixel-Helligkeit durch Leuchtdauer simuliert Einfachstes Verfahren für die Helligkeitssimulation eines Pixels (binary weighted subfield – BWS) Adressierungs- dauer rel. Leuchtdauer, binär gewichtet Zeit Bilddauer

9 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 9 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Dynamische Scheinkonturen dynamic false countours (DFC) MSB-1 MSB MSB-1 MSB Bewegung

10 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 10 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Artefaktreduktion Grundstrategien -Verminderung des MSB Gewichts -Gleichverteilung des Stimulus -Bewegungsvektor–gestützte Subfield Optimierung Lösungsansätze -Lange Subfelder unterteilen (bit/subfield splitting) -Subfelder mit mehreren Leuchtstärken (multi–level subfield) -Linear Kodierte Subfelder (Beispiel: Panasonic TC-45P1F) -Duplicated Subfields Besonderheiten bei 1–Chip DMD–Systemen -Farbartefakte Beispiel einer technischen Realisierung (Andromeda)

11 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 11 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Subfield splitting Aufteilung der höherwertigsten Bits in mehrere Subfields -Weiterhin 256 Farbstufen verfügbar -Höhere Subfield–Anzahl erforderlich -Geringere Maximale Leuchtdauer -Leichte Bildaufhellung Zeit Bilddauer

12 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 12 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays multi-level subfield (MLS) Motivation: -Entgegengesetzte Anordnungen benachbarter Pixel heben ihre Wirkung auf Problem: -Neue Artefakte bei bestimmten Geschwindigkeiten Zeit Bilddauer X Y X Y XYX YXY XYX

13 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 13 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Lineare Codierungen Subfields in Abhängigkeit von Bildhelligkeit -10 SF für dunkle Bildvorlagen (geringe Aufhellung, hohe Spitzenhelligkeit) -11 SF für normale Bildvorlagen -12 SF für helle Bildvorlagen (Fein abgestufte Kodierung, geringere Leuchtzeiten, geringere Leistungsaufnahme) Bilddauer 12 SF 11 SF 10 SF

14 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 14 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays duplicated subfield (DSF) Aufspaltung höherwertiger Subfields Geringere Unterschiede zwischen Subfields Gleichverteilung der Amplituden Bei paarweiser Subfield–Ansteuerung Reduktion des Großflächenflimmerns Zeit Bilddauer

15 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 15 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Farbseparationsartefakte bei 1-Chip DLP–Systemen Farbseparationsartefakte -Sequentielle Darstellung der Farben (bei bewegten Bildern) -Kurzzeitige Verdeckung einer Farbe (bei stehenden Bildern) Bewegung Farbrad R/G/B Lichtquelle DMD Projektions- objektiv

16 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 16 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays sequential color recapture (SCR) Quasiparallele Darstellung der Farbe -Farben rollen permanent über dem DMD–Chip ab Eigenschaften des Prototypsystems -Erreicht die Lichtausbeute eines 3-Chip-Systems -Pulsierendes Bild 721µs 9 x in 20 ms t

17 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 17 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Bewegungskompensation Subfieldfolge wird an die Bewegung des Auges angepasst -Hardware zur Bewegungsschätzung erforderlich (z.B. Blockmatching) Mit beliebigen Subfield-Folgen kombinierbar Problem unverändert, falls Bewegung nicht verfolgt wird / falsch geschätzt Bewegungs- kompensation MSB-1 MSB MSB-1 MSB

18 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 18 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Beispiel: DLP Image Processing IC–Andromeda ASIC Formatkonversion & Bildverbesserung Artefakt- reduktion Steuerung & Takt Verteilung DMD Formatierung & Anzeige Daten 9x8x8 Steuerung Takt Host Interface DMD– Datenbus SDRAM Speicherbus Steuerung

19 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 19 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Artefakreduktion Error Diffusion (EDF) -Rückgewinnung verlorener dunkler Graustufen Boundary Dispersion Processing (BDP) -Höherwertige Bit Transitionen werden verschmiert Split Plane Processing (SPP) EDF LFSR STD 6 Addr 7 BDP 128x6 MLUT 128x2 CLUT Addr 7Data 6 SPP MUX 32x11 LUT Addr 5 Data 11

20 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 20 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Fehlerdiffusion (EDF) Verlust von dunklen Graustufen durch inverse Gammakorrektur -Gebietsweise Konturen in dunklen Bildbereichen Fehlerdiffusion um Graustufen wiederzugewinnen -Addition eines Dithersignals (weißes Rauschen) Eingangssignal (9Bit) Ausgangssignal (13Bit) Quantisierungsprobleme Ohne DitheringMit Dithering

21 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 21 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Boundary Dispersion Processing (BDP) Selektives Dithern in einem BDP–Block -Addition eines Offsets in der Umgebung von Bit–Transitionen -Offset von Pixel–Wert, Ort und Zeit abhängig Ungerades BildGerades Bild Original

22 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 22 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Split plane processing (SPP) Generierung neuer Bit-Planes, um Transitionen zu kontrollieren Minimierung der Bit Änderungen zwischen benachbarten Codes (vgl. Gray Code) -zeitliche Verschiebung (hier 3 4) Problem: Mehr Bildspeicher erforderlich

23 Seminar Moderne Displaytechnik 1/29/02 Folie 23 Lehrstuhl für Kommunikationstechnik Prof. Dr. Rüdiger Kays Zusammenfassung Probleme bei PDP– und DLP–Systemen durch PWM -Artefakte bei Verfolgung durch das menschliche Auge -Artefakte durch sequentielle Darstellung der Farbe Unterschiedliche Methoden zur Artefaktreduktion -Änderungen der Subfield–Anzahl und Abfolge -Bewegungskompensation Vollständige Artefaktkorrektur nicht möglich -Begrenzte Subfield-Anzahl bei PDP -Vorteil bei DLP: hohe Schaltgeschwindigkeit


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