CN101123062B - 图像显示装置和高质量图像的提供方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种图像显示装置和一种提供高质量图像的方法。该图像显示装置包括：图像信号处理单元，该图像信号处理单元分析输入图像信号，并输出一个帧的平均图像电平(APL)和直方图信息；和控制单元，该控制单元计算与APL和直方图信息相对应的对比度控制信息和平均信号电平(ASL)信息。该图像信号处理单元基于从控制单元输出的对比度控制信息，增强输入图像信号的对比度。因此，可以向用户提供高质量的图像。

Description

图像显示装置和高质量图像的提供方法
技术领域
本发明的装置和方法涉及一种图像显示装置和一种提供高质量图像的方法，更具体地，涉及一种图像显示装置，分析输入图像信号的特性，基于该分析动态地处理信号，从而提供高质量图像显示。
背景技术
对于诸如阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子显示板(PDP)和数字光处理(DLP)的图像显示装置的使用正在不断增加。因此，需要图像显示装置具有更为增强的图像质量。为了满足这种要求，已经提出了各种增强图像质量的建议。
每种类型的图像显示装置具有其自身的显示特性，用于输出最佳图像。例如，PDP数字地显示图像，因此这些图像具有不同的灰度值，这取决于数字数据的数据量。下面将参照图1和图2简要叙述通过PDP显示的方法。
图1描述了一种现有技术的图像显示装置的显示方法。
图1示出了一个示例，其中构成屏幕的单元帧(unit frame)在时间上被划分为8个子场SF1、SF2、...、SF8。每个子场SF1、SF2、...、SF8被划分为复位区域(未显示)、地址区域A1、A2、...、A8和维持区域S1、S2、...S8。
在复位区域中单元(cell)被设置成初始状态，基于地址区域A1、A2、...、A8中的显示数据来确定单元的开启和关闭。此外，为了使单元开启，在维持区域S1、S2、...S8中示出了显示放电，以便通过屏幕来显示图像。
按照1∶2∶4∶8∶16∶32∶64∶128的比例来形成维持区域S1、S2、...S8的点亮周期1T、2T、...、128T。通过从8个子场SF1、SF2、...、SF8中选择合适的子场进行显示，任意子场都可以实现256级灰度，这包括不具有显示放电的0灰度。
维持脉冲被提供给扫描电极，并依次提供给维持区域S1、S2、...S8中的面板的维持电极，以便产生显示放电。对比度依据在相同维持区域S1、S2、...S8中提供的维持脉冲的数量而改变。因此，可以基于输入图像信号的平均图像电平(APL)来调整维持脉冲的数量(图2)。
图2是在现有技术的图像显示装置中维持脉冲数量的图形表示，该维持脉冲数量是作为APL的函数。图3A和3B示出了通过现有技术的图像显示装置显示的、具有相同APL的图像。
参考图2，在由于低APL而使屏幕变得相对较暗时，增加维持脉冲的数量，以便提高对比度。与此相反，当APL很高并且屏幕相对较亮时，减少维持脉冲的数量，从而减小功率消耗。通过将功率消耗保持在恒定水平，就可以实现自动功率控制(APC)，而无需考虑屏幕的对比度。
然而，当输入图像信号的APL相同时，提供相同数量的维持脉冲。图3A和3B示出了输入具有相同APL的不同类型图像信号的示例，其中提供了相同数量的维持脉冲。显示如图3B中所示的结果图案的图像显示装置需要相对较大的功率消耗，并且驱动板承受应力。另外，在屏幕上具有高对比度的图像达到饱和，图像质量降低。
发明内容
本发明的典型实施例能够克服上面的缺陷和未在上面叙述的其它缺陷。此外，本发明并不必需克服上述的缺陷，本发明的典型实施例可以不必克服上述的任意问题。
本发明提供了一种图像显示装置和方法，该装置和方法通过基于APL和输入图像信号的分布来调整维持脉冲的数量，能够提供高质量的图像，并避免过多的功率消耗和对驱动板的应力。
通过基于APL和输入图像信号的分布来控制对比度增强，本发明还能提供一种高质量图像和高质量图像的提供方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种图像显示装置，该装置包括图像信号处理单元，分析输入图像信号，并输出一个帧的APL和直方图信息；控制单元，计算与APL和直方图信息相对应的对比度控制信息和平均信号电平(ASL)信息，其中图像信号处理单元基于从控制单元输出的对比度控制信息，来增强输入图像信号的对比度，并输出结果(resulting)图像信号。
还提供了存储器，该存储器存储多个转换函数，以便控制输入图像信号的对比度增强(CE)，其中控制单元从多个转换函数中选择与输入图像信号的APL相对应的转换函数，基于直方图信息改变所选择的转换函数，并输出改变的转换函数作为对比度控制信息。
控制单元通过基于直方图信息调整至少一个因素来改变转换函数，该因素确定了转换函数的形状。
还可以提供模块控制单元，该模块控制单元基于从图像信号处理单元输出的图像信号，调整在等离子类型显示模块的地址电极处接收到的地址数据。
控制单元通过基于直方图信息改变与APL相对应的权重、并将结果乘以APL来计算ASL信息。
还可以提供存储器，该存储器存储与输入图像信号之前的帧相对应的ASL，其中控制单元通过将计算的ASL信息乘以与之前帧相对应的ASL，来计算与当前帧相对应的ASL信息。
可以还提供维持控制单元，该维持控制单元基于ASL信息来调整在等离子类型显示模块的维持电极处接收到的维持脉冲的数量。
根据本发明的其它方面，提供了一种提供高质量图像的方法，该方法包括：分析输入图像信号，并输出一个帧的APL和直方图信息；计算与APL和直方图信息相对应的对比度控制信息和ASL信息；并基于从控制单元输出的对比度控制信息，来增强输入图像信号的对比度，并输出结果图像信号。
计算对比度控制信息包括：从多个转换函数中选择与输入图像信号的APL相对应的转换函数，来控制输入图像信号的对比度增强，基于直方图信息来改变所选择的转换函数，并输出改变的转换函数作为对比度控制信息。
改变转换函数和输出对比度控制信息包括：基于直方图信息来调整至少一个因素，其中该因素确定了转换函数的形状。
还可以提供：基于结果图像信号来调整在等离子显示模块的地址电极处接收到的地址数据。
计算ASL包括：基于直方图信息来改变与APL相对应的权重，并将结果乘以APL。
计算与当前帧相对应的ASL包括：将计算的ASL信息乘以与之前帧相对应的ASL。
可以还提供：基于ASL信息来调整在等离子显示模块的维持电极处接收到的维持脉冲的数量。
附图说明
从下文结合附图对典型实施例的描述中，本发明的上述方面和其它方面将更加显而易见，图中：
图1示出了现有技术的图像显示装置的显示方法；
图2是现有技术的图像显示装置的维持脉冲数量的图形表示，该维持脉冲数量作为APL的函数；
图3A和3B示出了现有技术的图像显示装置中显示的具有相同APL的图像示例；
图4是根据本发明典型实施例的图像显示装置的示意框图；
图5A至5C示出了根据本发明典型实施例的输入到图像显示装置的图案的示例视图；
图6A至6C分别示出了表示在图5A至5C中描述的图像信号分布的直方图；
图7A至7C是根据本发明典型实施例的转换函数的图形表示，该转换函数被用于控制图像显示装置的对比度增强；
图8A至8C是显示根据本发明典型实施例的像素数量的图形表示，该像素数量是作为输入图像信号的对比度的函数；
图9是描述根据本发明典型实施例的图像显示装置的操作的流程图；以及
图10是根据本发明典型实施例的图像显示装置的图像信号处理单元的具体结构框图。
具体实施方式
提供了诸如详细的构造和元件之类在本说明书中限定的内容，用于帮助对本发明典型实施例的全面了解。因此，本领域的普通技术人员将认识到，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本文描述的典型实施例进行各种改变和修改。此外，为了清楚和简明起见，省略了对周知的功能和构造的叙述。在整个附图中，相同的参考数字将被理解为涉及相同的元件、特征和结构。
图4是根据本发明典型实施例的图像显示装置的示意框图。
参考图4，基于本发明典型实施例的图像显示装置100包括图像信号处理单元110、主控制单元130和显示单元150。
图像信号处理单元110包括输入信号分析单元111，该输入信号分析单元检测在输入图像信号中包含的每个帧的对比度值，并基于检测到的对比度值，输出一个帧的图像信号的直方图信息。另外，图像信号处理单元110可以包括图像质量增强单元113，该图像质量增强单元执行对输入图像数据的噪声估计，并使用从主控制单元130输出的对比度控制信息，执行对比度增强(CE)。
主控制单元130可以包括CE控制单元131，该CE控制单元使用从图像信号处理单元110输出的APL和直方图信息，输出用于对比度增强的对比度控制信息。主控制单元130可以包括存储器(未显示)，该存储器存储多个转换函数，以便CE控制单元131从存储器中选择与APL相对应的转换函数，使用直方图信息进行转换，并输出对比度控制信息。
另外，主控制单元130可以包括ASL控制单元133，该ASL控制单元使用APL和直方图信息，输出用于调整维持脉冲的数量的ASL。主控制单元130可以包括存储器(未显示)，该存储器用于存储之前帧的ASL信息。ASL控制单元133将当前帧的ASL乘以之前帧的ASL，用于输出最后的ASL。
显示单元150可以包括：显示模块153，通过屏幕来显示图像信号；模块控制单元151，控制模块，以便通过屏幕接收和显示具有通过CE增强质量的图像信号；以及维持控制单元155，使用ASL信息来控制维持脉冲的数量。显示模块153可以被实现为PDP，模块控制单元151控制在PDP的地址电极处接收到的地址数据，维持控制单元155调整在PDP的维持电极处接收到的维持电极的数量。
参考下面的示例将更具体地描述图像显示装置100的操作。
图5A至5C示出了根据本发明典型实施例的输入到图像显示装置的图案示例，图6A至6C分别示出了表示在如图5A至5C中所描述的图像信号分布的直方图。
图5A、5B和5C的第一、第二和第三图案分别各自具有相同的APL和不同的输入图像信号的分布，如图6A至6C的直方图所示。在图6A至6C中，直方图的水平轴代表灰度值，而垂直轴代表对应像素的数量。因此，图6A至6C的直方图代表了输入图像信号的密度分布。
在第一图案中，从1至255的每个灰度值对应于相同数量的像素。第二图案具有低灰度值的矩形A和高灰度值的矩形B。第三图案具有中灰度值的矩形，因而具有最高数量的、中灰度值的像素。
当输入信号分析单元111分析输入图像信号并输出APL和直方图信息时，CE控制单元131使用图6A至6C所示的APL和直方图信息，来控制输入图像信号的CE。这将参照图7A至7C进行具体的叙述。
图7A至7C是基于本发明典型实施例的转换函数的图形表示，这些转换函数被用于控制图像显示装置的CE。
如图7A至7C所示，依据输入图像信号的直方图信息来改变用于CE控制的转换函数。CE控制单元131在存储器(未显示)预先存储的转换函数中选择与输入图像信号的APL相对应的转换函数。该转换函数与确定输入图像信号的输出的γ曲线相对应，并且根据各种因素来确定曲线的形状。
确定转换函数的形状的因素包括：确定曲线弯曲度的低增益和高增益；确定图形上限和下限的偏移；确定图形倾斜的斜率；和确定在图形的凹面与凸面部分之间边界的阈值。
这些因素被预先确定为对应于0至255的APL，并被存储在CE控制单元131的存储器中。CE控制单元131选择与从输入信号分析单元111输出的APL相对应的因素，并基于从输入信号分析单元111输出的直方图信息来调整这些因素的大小。这样调整的图形就成为被用作对比度控制信息的转换函数。
CE控制单元131将输入图像信号的分布特性应用到所选择的转换函数，并向图像质量增强单元113提供对比度控制信息。换句话说，CE控制单元131根据直方图信息来调整这些因素的大小，这些因素确定了所选择的转换函数的曲线形状，并且所选择的转换函数被改变为第一、第二或第三转换函数，并被输出作为对比度控制信息。
图像质量增强单元113使用从CE控制单元131输出的对比度控制信息，来执行输入图像信号的CE。然后，图像质量增强单元113向模块控制单元151提供增强对比度的图像信号，模块控制单元151控制显示模块153的地址电极，以便能够通过屏幕显示图像信号。
图8A至8C是示出了根据本发明典型实施例的像素数量的图形表示，该像素数量是输入到图像显示装置的图像信号对比度的函数。
图8A示出了主要具有低对比度像素的暗图像，图8B示出了主要具有中对比度像素的中间图像，图8C示出了主要具有高对比度图像的亮图像。
ASL控制单元133基于从输入信号分析单元111输出的APL，来计算ASL信息，并将结果提供给维持控制单元155。更具体来说，当输入暗的图像时，ASL控制单元133提供ASL信息以增加输入图像信号的对比度，而当输入亮的图像时，提供ASL信息以减少输入图像信号的对比度。
当输入如图8A所示的暗图像时，ASL控制单元133使用下面的方程1来计算当前帧的ASL信息：
[方程1]
ASL_new＝Ymean*0.6
当输入如图8B所示的中对比度图像时，ASL控制单元133使用下面的方程2来计算当前帧的ASL信息：
[方程2]
ASL_new＝Ymean*1.0
当输入如图8C所示的亮图像时，ASL控制单元133使用下面的方程3来计算当前帧的ASL信息：
[方程3]
ASL_new＝Ymean*1.2
在方程1-3中，ASL_new表示当前帧的ASL，Ymean表示当前帧的APL，0.6、1.0和1.2是用来计算ASL信息的权重示例。这些权重是可变的，这取决于输入图像信号的直方图信息。
换句话说，ASL控制单元133选择与当前帧的ASL相对应的权重，基于输入图像信号的直方图信息来改变选择权重的大小，将改变的权重乘以APL，从而计算当前帧的ASL信息。
ASL控制单元133将当前帧的ASL乘以之前帧的ASL，以获得最后的ASL，并将结果提供给维持控制单元155。因此，通过使用查找表(LUT)，维持控制单元155控制施加到维持电极的维持脉冲的数量。
图9是描述根据本发明典型实施例的图像显示装置的操作的流程图。
参照图9，输入图像信号(S200)，分析输入图像信号，并输出APL和直方图信息(S220)。更具体来说，输入信号分析单元111检测输入图像信号的每个帧的对比度值，并使用检测到的对比度值，输出一个帧的图像信号的APL和直方图信息。
接下来，使用APL和直方图信息来计算对比度控制信息和ASL信息(S240)。更具体来说，通过使用从输入信号分析单元111输出的APL和直方图信息，CE控制单元131计算转换函数，作为在CE过程中使用的对比度控制信息。然后，ASL控制单元133计算ASL信息，以便在调整维持脉冲的数量中使用。
然后，基于对比度控制信息来调整地址数据，并基于ASL信息调整维持脉冲的数量(S260)。更具体来说，图像质量增强单元113使用计算的转换函数，来执行输入图像信号的CE操作，并向模块控制单元151提供增强对比度的图像信号，模块控制单元151相应地控制在显示模块153的地址电极处接收到的地址数据。维持控制单元155使用在ASL控制单元133中计算的ASL信息，来调整在显示模块153的维持电极处接收到的维持脉冲的数量。
如上所述，通过使用输入图像信号的平均对比度和分布特性，可以增强图像质量，并可以减少功率消耗。
图10是基于本发明典型实施例的图像显示装置的图像信号处理单元的具体结构框图。
参考图10，输入信号分析单元111包括对比度分析单元111a、直方图分析单元111b和信息输出单元111c。
对比度分析单元111a检测与输入图像信号的帧的RGB像素相对应的灰度值，并分析单个帧的对比度值。
直方图分析单元111b使用在对比度分析单元111a处检测到的RGB像素的灰度值，来分析单个帧的灰度值的分布的直方图。
信息输出单元111c基于对比度分析单元111a的分析结果，来计算单个帧的APL，基于在直方图分析单元111b处分析的直方图来计算直方图信息，并输出这两个结果。
图像质量增强单元113包括噪声估计单元113a、CE单元113b和数据输出单元113c。
噪声估计单元113a估计与输入图像信号中包含的噪声数量相对应的噪声电平，并去除该噪声。
CE单元113b根据从CE控制单元131输出的对比度控制信息，来执行CE操作。更具体来说，CE单元113b根据如图7A至7C所示的转换函数，重新分配单个帧的RGB像素的灰度值。CE单元113b根据转换函数，拉长(stretch)输入信号的灰度电平的范围，并输出结果。
数据输出单元113c将从CE单元113b输出的图像信号转换为低电压差分信号(LVDS)，并将它输出到模块控制单元151。
如上所述，通过使用从主控制单元130输出的对比度控制信息，图像信号处理单元110分析输入图像信号，输出APL和直方图信息，并输出在PDP的地址电极处接收到的图像信号。
如上所述，根据本发明的典型实施例，基于输入图像信号的APL和分布特性，来执行维持脉冲数量的控制，并增强对比度。因此，减少了功率消耗，减小了对驱动板的应力，并增强了图像质量。
尽管参照本发明特定的典型实施例演示和描述了本发明，但是将认识到，在不脱离如所附权利要求书及其法定等效形式中所定义的本发明精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员可以对发明进行各种改变和修改。

Claims (12)

1.一种图像显示装置，包括：
图像信号处理单元，该图像信号处理单元分析输入图像信号，并输出一个帧的平均图像电平和直方图信息；
控制单元，该控制单元计算与平均图像电平和直方图信息相对应的对比度控制信息和平均信号电平信息，
其中，图像信号处理单元基于从控制单元输出的对比度控制信息，来增强输入图像信号的对比度，并输出结果图像信号；
所述图像显示装置还包括维持控制单元，该维持控制单元基于平均信号电平信息，调整在等离子类型显示模块的维持电极处接收到的维持脉冲的数量。
2.如权利要求1的图像显示装置，还包括存储器，该存储器存储多个转换函数，用于控制输入图像信号的对比度增强，其中
控制单元从多个转换函数中选择与输入图像信号的平均图像电平相对应的转换函数，基于直方图信息来改变所选择的转换函数，并输出改变了的转换函数作为对比度控制信息。
3.如权利要求2的图像显示装置，其中，控制单元基于直方图信息调整至少一个因素来改变转换函数，所述因素确定了转换函数的形状。
4.如权利要求2的图像显示装置，还包括模块控制单元，该模块控制单元基于从图像信号处理单元输出的合成图像信号，来调整在所述等离子类型显示模块的地址电极处接收到的地址数据。
5.如权利要求1的图像显示装置，其中，控制单元基于直方图信息改变与平均图像电平相对应的权重，并将结果乘以平均图像电平，来计算平均信号电平信息。
6.如权利要求5的图像显示装置，还包括存储器，该存储器存储与输入图像信号之前的帧相对应的平均信号电平，其中
控制单元通过将计算得到的平均信号电平信息乘以与输入信号之前的帧相对应的平均信号电平，来计算与当前帧相对应的平均信号电平信息。
7.一种提供高质量图像的方法，包括：
分析输入图像信号，并输出一个帧的平均图像电平和直方图信息；
计算与平均图像电平和直方图信息相对应的对比度控制信息和平均信号电平信息；
基于从控制单元输出的对比度控制信息来增强输入图像信号的对比度，并输出合成图像信号；以及
基于平均信号电平信息来调整在等离子类型显示模块的维持电极处接收到的维持脉冲的数量。
8.如权利要求7的方法，其中计算对比度控制信息的步骤包括：从多个转换函数中选择与输入图像信号的平均图像电平相对应的转换函数，来控制输入图像信号的对比度增强，基于直方图信息来改变选择的转换函数，并输出改变了的转换函数作为对比度控制信息。
9.如权利要求8的方法，其中改变转换函数和输出对比度控制信息的步骤包括：基于直方图信息调整至少一个因素，其中所述因素确定了转换函数的形状。
10.如权利要求8的方法，还包括：基于合成图像信号来调整在等离子类型显示模块的地址电极处接收到的地址数据。
11.如权利要求7的方法，其中，通过基于直方图信息改变与平均图像电平相对应的权重，并将结果乘以平均图像电平，来执行平均信号电平信息的计算。
12.如权利要求11的方法，其中通过将计算得到的平均信号电平信息乘以与之前帧相对应的平均信号电平，来计算与当前帧相对应的平均信号电平信息。
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