CN100476946C

CN100476946C - 四色数据转换的方法及其装置

Info

Publication number: CN100476946C
Application number: CNB2005100766793A
Authority: CN
Inventors: 罗新台; 翁瑞兴
Original assignee: Wintek Corp
Current assignee: Wintek Corp
Priority date: 2005-06-13
Filing date: 2005-06-13
Publication date: 2009-04-08
Anticipated expiration: 2025-06-13
Also published as: CN1881404A

Abstract

本发明公开了一种红绿蓝白四色数据的转换方法，在该像素使用最小值提取器取得红绿蓝最小值作为该像素转换至红绿蓝白四色系统后的白色光数据数值后，再计算出该像素红绿蓝色彩的差值，将这三个色彩的差值补加至相邻的像素或子像素中，使红绿蓝白四色系统在提供影像色彩亮度增加的同时，其影像色彩的色调与色饱和能获得适当的补偿而仍能非常接近原来的红绿蓝三色系统的状况。

Description

四色数据转换的方法及其装置

技术领域

本发明涉及将红绿蓝三色系统的影像色彩数据数值转换成红绿蓝白四色系统的影像色彩数据数值，利用一种简单且易于实施的算法，提供面板显示品质的色调与色饱和的补偿效果。

背景技术

由于近年来的面板像素(pixel)由4色子像素(subpixel)组成，除了红光(R)、绿光(G)以及蓝光(B)外还有白光(W)。在近来显示面板的高分辨率的需求下，该RGBW的色彩系统可提供给显示器具有更高亮度或更低功耗的解决方案，其中该子像素红(R)绿(G)蓝(B)白(W)的配列方式如图1及图2所示。

美国专利US 5,929,843提出一种RGB-to-RGBW影像数据数值转换处理的方法，其方法为红绿蓝白四色系统中的白色影像数据数值可等于红绿蓝三色系统的红绿蓝三者影像数据数值的最小值，而红绿蓝白四色系统的红绿蓝影像数据数值可分别等于红绿蓝三色系统的红绿蓝三者影像数据数值。如图3所示，R、G、B为影像色彩输入值，R’、G’、B’、W’为影像色彩输出值，及一最小数值提取器11选出由白光(W)发出的光的数据数值W’。计算方法如下：

R’＝R

G’＝G

B’＝B

W’＝min(R，G，B )

由于白光(W)的子像素部分可以同时增加影像色彩红(R)绿(G)蓝(B)的成分，因此，利用上述的算法可以达到影像亮度(luminance)增强的效果。但是该算法的缺点在于无法维持原来影像的色调(hue)与色饱和(saturation)，这是因为影像色彩的红(R)绿(G)蓝(B)三色光成分的增加量完全相同，原来影像的红(R)绿(G)蓝(B)比例关系有可能因此被改变，其改变可从下列方程式中得出：

R∶G∶B≠(R’+W’)∶(G’+W’)∶(B’+W’)

因此，若影像的红(R)绿(G)蓝(B)三色光比例被改变了，就会改变影像的色调与色饱和。其色空间的示意图请参阅图4(为方便比较，所有色空间的示意图将以二维(G，R)空间的形式表示)，图中A点代表原来的影像色彩(RGB)，A’点代表经该算法处理后的影像色彩(R’G’B’)，从图4中A点转换到A’点的路径不通过原点来看，虽然专利US 5,929,843所提出的方法可以增加亮度，但却无法维持原来色彩的色调与色饱和。

针对美国专利US 5,929,843具有虽可增加影像的亮度但却无法维持原来影像的色调与色饱和度的缺陷。所以，在美国专利US6,724,934中，提出一种新型的RGB-to-RGBW影像数据数值转换处理的方法，以改善该US 5,929,843专利的缺陷。

该US 6,724,934专利所使用的方法为，根据影像像素的红(R)绿(G)蓝(B)数据数值的关系先作判断分类(假设灰度最大值为255时)，若数据数值被归纳在区块一B1中，如图5所示，A1点代表原来的影像色彩(RGB)，A1’点代表经此算法处理后的影像色彩(R’G’B’)，该A1点转换到A1’点可以增加2倍亮度，并同时维持原来色彩的色调与色饱和度，这是因为R∶G∶B＝(R’+W’)∶(G’+W’)∶(B’+W’)。

其计算方法为(假设灰度最大值为255时)，如果min(2×R，2×G，2×B)小于255，则

W’＝min(2×R，2×G，2×B)；

R’＝2×R-W’；

G’＝2×G-W’；

B’＝2×B-W’。

如果min(2×R，2×G，2×B)大于255，则

W’＝255；

R’＝2×R-W’；

G’＝2×G-W’；

B’＝2×B-W’。

但，若在判断分类影像像素的红(R)绿(G)蓝(B)数据数值的关系后，若数据数值被归纳在区块二B2，如图6所示，B点代表原来的影像色彩(RGB)，B’点代表经该算法处理后的影像色彩(R’G’B’)，可以增加s(1≤s≤2)倍亮度，并同时维持原来色彩的色调与色饱和。这是因为R∶G∶B＝(R’+W’)∶(G’+W’)∶(B’+W’)。计算方法为(假设灰度最大值为255时)，s＝1+{min(R，G，B)/〔max(R，G，B)-min(R，G，B)〕}；如果min(s×R，s×G，s×B)小于255，则

W’＝min(s×R，s×G，s×B)；

R’＝s×R-W’；

G’＝s×G-W’；

B’＝s×B-W’。

如果min(2×R，2×G，2×B)大于255，则

W’＝255；

R’＝s×R-W’；

G’＝s×G-W’；

B’＝s×B-W’。

不过，虽然该美国专利US 6,724,934所提出的算法可以达到影像亮度增强的效果，并维持原来影像的色调与色饱和，但该算法的缺点在于位于区块一B1与区块二B2的影像色彩(RGB)的亮度增加的程度会有所不同，区块一B1内色彩亮度增加的程度等于2，而区块二B2内色彩亮度增加的程度等于s(其中1≤s≤2)。尤其是在区块二B2内一些高亮度与高饱和度的色彩的亮度增加的程度与区块一B1内色彩亮度增加的程度有很大的差异。因为区块二B2内一些高亮度与高饱和度的色彩的亮度增加的程度接近1，但区块一B1内的色彩的亮度增加的程度等于2。

这会造成影像的实时对比(simultaneous contrast)变动过大的现象，破坏了影像显示的品质与效果，尤其是影像同时显示一些高亮度、高饱和度的色彩与高亮度偏白的色彩时，整体影像品质受到严重破坏。

针对前述的缺陷，三星(Samsung)公司在SID2004会议中提出一篇“Implementation of RGBW Color System in TFT-LCDs”的论文，并提出一种自可适白增益(Adaptive White Scaling，AWS)的RGB-to-RGBW影像数据数值转换处理的计算方法。

请参阅图7所示，在输入原来的影像色彩(RGB)的同时预设的增亮倍率w会先传送至一色彩失真分析器(color distortionanalyzer)22，该色彩失真分析器22会依据输入的影像色彩(RGB)数据与增亮倍率w计算影像增亮前后的色彩失真值e，若此时计算得到的色彩失真值e大于临界值，则一w调节器(w controller)23会降低增亮倍率w，并将新的增亮倍率值w再送入到该色彩失真分析器22，重新计算该色彩失真值e，由此循环，该程序会一直持续到该色彩失真值e小于临界值才停止，此时该增亮倍率值w才会进入RGBW转换器(RGBW converter)21中。

这样，不同的影像数据(RGB)会有不同的增亮倍率w，用以控制不同的影像在增亮前后的色彩失真值e都能维持在临界值以下，抑制某些影像增亮后影像实时比较变动过大的现象。

但该论文所述的计算方法有以下的缺点：

1.必须重复计算影像增亮前后的色彩失真值e，才能调整出最适于输入影像数据(RGB)的增亮倍率w，这样将耗费复杂且大量的影像计算与硬件成本。

2.为了降低影像增亮前后的色彩失真值e，且为了改善输入影像增亮后影像实时比较变动过大的现象，该自可适白增益的计算方法必须通过降低增亮倍率w来达成。也就是说，虽然保持了影像显示对比的品质，却无法维持系统所需的亮度增加效果。请参阅图8所示，为原来增亮倍率w为2(w＝2)时可显示的色空间(ColorSpace)，但为了降低输入影像增亮前后的色彩失真值e，将降低增亮倍率w(如图9所示)，甚至影像同时显示一些高亮度高饱和度的色彩与高亮度偏白的色彩时，为了抑制增亮后影像实时比较变动过大的现象，只好将增亮倍率w压低至接近1(如图10所示)，这样几乎失去了提高整体影像色彩亮度的效果，根本无法同时达到增加亮度、维持色调与色饱和、维持影像对比品质的目标。

发明内容

由此，为解决上述缺陷，本发明的主要目的在于提供一种在维持原来影像色彩的色调与色饱和的条件下，可提高影像色彩显示的亮度。

本发明另一目的在于克服增亮后影像实时比较(simultaneouscontrast)变动过大的问题，提高增亮后影像显示的比较(contrast)品质与效果的四色数据转换的方法及其装置。

本发明再一目的在于不需耗费复杂且大量的影像计算与硬件成本，即可有效降低影像处理的运算量，节省电路硬件成本的四色数据转换的方法及其装置。

本发明是一种四色数据转换的方法及其装置，其中的四色数据转换的方法利用一最小值提取器取得一像素的三色光原始数据数值最小值，作为该像素转换至四色系统后的白色数据数值。以及利用一减法单元计算出该像素的色彩差值，再将该色彩差值通过该减法单元输出补偿至相邻像素。同时，该像素通过一加法单元计算，补加相邻像素输出的色彩差值，形成像素输出的三原色的数据数值。其中的四色数据转换的装置包括一最小值提取器，用以接收三原色数据，并取其最小值作为像素的白色数据数值；一减法单元，用以计算出像素的色彩差值，并将色彩差值通过减法单元输出补偿至相邻像素；一加法单元，用以将相邻像素输出的色彩差值与像素的三原色数据数值相加来实现补加，从而形成像素输出的三原色的数据数值。

本发明利用相邻像素的空间视觉与色觉效应，使人眼在观察时，该像素不但有亮度增加的效果，还因为补加色彩差值于相邻像素的补偿效应，改善了原来该像素因缺少这些色彩的差值所造成的色调与色饱和的改变。

附图说明

图1是现有RGBW的子像素配列的示意图。

图2是现有RGBW的子像素另一配列的示意图。

图3是US 5,929,843的影像处理方法的示意图。

图4是US 5,929,843的色空间的示意图。

图5是US 6,724,934的色空间的示意图(数据数值被归纳在区块一)。

图6是US 6,724,934的色空间的示意图(数据数值被归纳在区块二)。

图7是三星公司所提出的影像数据数值转换处理方法的示意图。

图8是三星公司所提出的处理方法的色空间的示意图(w＝2)。

图9是三星公司所提出的处理方法的色空间的示意图(w＝1.6)。

图10是三星公司所提出的处理方法的色空间的示意图(w＝1.2)。

图11是本发明的演算示意图。

图12是本发明的色空间的示意图。

图13是本发明补偿色彩差值在第一维的单向相邻像素的示意图。

图14是本发明补偿色彩差值在第一维的双向相邻像素的示意图。

图15是本发明补偿色彩差值在第二维的双向相邻像素的示意图。

图16是本发明补偿色彩差值在所有包围该像素的相邻像素的示意图。

图17是本发明补偿色彩差值于所有包围该像素的相邻子像素的示意图。

具体实施方式

关于本发明的详细内容及技术说明，现结合附图说明如下：

请参阅图11所示，是本发明的演算示意图。其中本发明的装置包括：一最小值提取器31，用以接收该像素的三原色R(i，j)G(i，j)B(i，j)数据，并取其最小值min(r，g，b)作为该像素的白色数据数值w。一减法单元33，用以计算出该像素的色彩差值r_diff、g_diff、b_diff，其中该色彩差值r_diff、g_diff、b_diff为该像素三原色R(i，j)G(i，j)B(i，j)数据数值r，g，b分别减去白色数据数值w的差值，并将该色彩差值(r_diff、g_diff、b_diff)通过该减法单元(33)输出补偿至相邻像素。一加法单元32用以将相邻像素输出的色彩差值与该像素的三原色R(i，j)G(i，j)B(i，j)数据数值相加来实现补加，从而形成该像素输出的三色光R’(i，j)G’(i，j)B’(i，j)的数据数值。

本发明将色彩差值补加到相邻像素的方法为，当有一红R(i，j)绿G(i，j)蓝B(i，j)三色系统的像素，且该像素色彩的红R(i，j)绿G(i，j)蓝B(i，j)的原始数据数值为r、g、b时，利用该最小值提取器31取得该像素的红R(i，j)绿G(i，j)蓝B(i，j)数据数值的最小值，作为该像素由红绿蓝三色系统转换至红R’(i，j)绿G’(i，j)蓝B’(i，j)白W’(i，j)四色系统后的白色W’(i，j)的数据数值w，其中w＝min(r，g，b)。

由于红R’(i，j)绿G’(i，j)蓝B’(i，j)白W’(i，j)四色系统后的白色W’(i，j)部分，在色彩表现上可以看作等同于在原该像素红R(i，j)绿G(i，j)蓝B(i，j)三色光成分上同时增加相同的程度，增加大小即为白色W’(i，j)部分的影像数值w，因此转换后视觉上的三色光成分的有效值为

红＝r+w；

绿＝g+w；

蓝＝b+w。

其中，若要同时使该像素的红R’(i，j)绿G’(i，j)蓝B’(i，j)发出的三色光的有效值都能达到原始红R(i，j)绿G(i，j)蓝B(i，j)三色光系统的原始数据数值为r、g、b的两倍，那么这三色分别各缺少的一部分数值为

r_diff＝r-w；

g_diff＝g-w；

b_diff＝b-w。

这三色缺少的数值(t_diff，g_diff，b_diff)在此定义为该像素的红R’(i，j)绿G’(i，j)蓝B’(i，j)色彩的差值。红R’(i，j)绿G’(i，j)蓝B’(i，j)三个色彩的差值中的至少一个等于零，这是因为原该像素的红R(i，j)绿G(i，j)蓝B(i，j)三色光原始数据数值r、g、b中至少会有一个与白色数值w相等(因为w＝min(r，g，b))。

在该像素使用该最小值提取器31取得红R(i，j)绿G(i，j)蓝B(i，j)三色光原始数据数值r、g、b最小值作为该像素转换至红绿蓝白(R’G’B’W’)四色系统后的白色W’(i，j)数据数值w后。再通过该减法单元33计算出该像素红R’(i，j)绿G’(i，j)蓝B’(i，j)色彩的差值，即为将原来红R(i，j)绿G(i，j)蓝B(i，j)数值r、g、b分别减去白色的数据数值w而得到的色彩差值r_diff、g_diff、b_diff。

将这三个色彩差值r_diff、g_diff、b_diff通过该减法单元33输出，将输出的色彩差值r_diff_out、g_diff_out、b_diff_out补加至相邻像素中的三色光(R’G’B’)的数据数值。

而该像素也通过该加法单元32进行计算，接受相邻像素传给它的色彩差值r_diff_in、g_diff_in、b_diff_in，形成一相互补充差值的状态。利用相邻像素的空间视觉效应，使人眼在观察时，该像素不但有亮度增加的效果，而且因为将色彩差值补加到相邻像素的空间上的补偿效应，可以改善原来该像素因缺少这些色彩的差值所造成色调与色饱和的改变，以达到补偿影像色彩的色调与色饱和的目的，从而形成一种利用将色彩差值补加到相邻像素的方法。

现以红(R)绿(G)两色空间(Color Space)图来表示，如图12所示。A3点代表原来的影像色彩，A3’点代表如现有的经红＝r+w，绿＝g+w，蓝＝b+w(其中w＝min(r，g，b))，演算法处理后的影像色彩，虽可增加亮度但却无法维持原来色彩的色调与色饱和。A3”点代表A3’点经相邻像素补加色彩差值处理后的等效影像色彩，图中是以min(r，g，b)＝r为例，所以该像素的色彩差值g_diff＝g-w，根据邻近像素数据数值差距不大的比例，该像素补充的色彩差值g_diff也约为g-w。所以本发明除可利用红绿蓝白(RGBW)四色系统增加亮度之外，还可改善通过算法补偿增亮过程中可能导致的色调与色饱和的改变。

其中，这种将色彩差值补加到相邻像素的状况，可为该像素的第一维的单向相邻像素(如图13所示)，即整个显示面板上单一像素所补偿色彩差值的方向是对其第一维单向(包括：向左、向右、向上或向下)的相邻像素进行色彩差值的补偿。

或是，第一维的双向相邻像素(如图14所示)，即整个显示面板上单一像素所补偿色彩差值的方向是对其第一维双向(包括：左右方向或上下方向)的相邻像素进行色彩差值的平均分配补偿。

或是，第二维的双向相邻像素(如图15所示)，即整个显示面板上单一像素所补偿色彩差值的方向是对其第二维双向(包括上下左右)的相邻像素进行色彩差值的平均分配补偿。

或是，所有包围该像素的相邻像素(如图16所示)，即整个显示面板上单一像素所补偿色彩差值的方向是对与其相邻的像素(包括上下左右及斜角共8个相邻像素)进行色彩差值的平均分配补偿。

或是，补偿至所有包围该像素的相邻像素的子像素(如图17所示)，即整个显示面板上单一像素所补偿色彩差值的方向是对与其相邻的像素(包括上下左右及斜角共8个相邻像素)的子像素，进行色彩差值的平均分配补偿。

本发明利用简单且易于实施的演算法，但却可提供具有足够品质的色调与色饱和补偿效果，使红绿蓝白(RGBW)四色系统的影像色彩的实际红绿蓝(RGB)三色比例，能尽量与原来红绿蓝(RGB)三色系统的影像色彩的红绿蓝(RGB)三色光比例相同，但又要避免许多复杂的影像数值计算，以节省用于影像处理的电路的面积与运算时间。

本发明利用将色彩差值补加到相邻像素的方法，使红绿蓝白(RGBW)四色系统提供影像色彩亮度增加的同时，其影像色彩的色调与色饱和能获得适当的补偿而仍能非常接近原来红绿蓝三色系统的状况。而本发明所提出的将色彩差值补加到相邻像素的方法，其计算方法也只用到了加法与减法运算，大幅降低了计算的复杂度，由此可以减少运算所需的电路的面积与运算时间，非常符合显示面板中小尺寸产品的低成本的要求。

综上所述，可将本发明提出的数据转换方法与现有的影像数据处理方式相比较，本发明具有以下的优点：

1.本发明在提高原来影像色彩显示的亮度的条件下，可以维持影像色彩的色调与色饱和。

2.本发明针对红绿蓝(RGB)三色系统影像色彩数据数值转换成红绿蓝白(RGBW)四色系统影像色彩数据数值，提出一种运算简单但可提供足够色调与色饱和补偿效果的计算方法，将可以节省影像处理的电路的面积与运算时间。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包括在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种四色数据转换的方法，其特征在于所述方法包括：

利用一最小值提取器(31)取得一像素的三原色数据数值的最小值，作为所述像素的白色数据数值；以及

利用一减法单元(33)计算出所述像素的色彩差值，再将所述色彩差值由所述减法单元输出补偿至相邻像素；

同时，所述像素通过一加法单元(32)接入相邻像素输出的色彩差值，使所述色彩差值与所述像素的三原色数据数值相加，形成所述像素输出的三原色的数据数值。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述色彩差值为所述像素三原色数据数值分别减去白色数据数值的差值。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相邻像素是第一维的单向相邻像素。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相邻像素是第一维的双向相邻像素。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相邻像素是第二维的双向相邻像素。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相邻像素是所有包围所述像素的相邻像素。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述补偿至相邻像素是补偿至所有包围所述像素的相邻像素的子像素。

8.一种四色数据转换的装置，其特征在于所述装置包括：

一最小值提取器(31)，用以接收三原色数据，并取其最小值作为所述像素的白色数据数值；

一减法单元(33)，用以计算出所述像素的色彩差值，并将所述色彩差值通过所述减法单元输出补偿至相邻像素；

一加法单元(32)，用以将相邻像素输出的色彩差值与所述像素的三原色数据数值相加来实现补加，从而形成所述像素输出的三原色的数据数值。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述色彩差值为所述像素三原色数据数值分别减去白色数据数值的差值。

10.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相邻像素是第一维的单向相邻像素。

11.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相邻像素是第一维的双向相邻像素。

12.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相邻像素是第二维的双向相邻像素。

13.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述相邻像素是所有包围所述像素的相邻像素。

14.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述补偿至相邻像素是补偿至所有包围所述像素的相邻像素的子像素。