CN101772802A - 图像信号处理装置 - Google Patents

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Abstract

图像信号处理装置(1)具有延迟部(10)、运动检测部(20)、中间帧生成部(30)和输出部(40)。运动检测部(20)根据从延迟部(10)输出的第一帧图像数据G1和输入到延迟部(10)的第二帧图像数据G2，来检测第二帧图像相对于第一帧图像的运动。中间帧生成部(30)根据第一帧和第二帧各自的图像数据G1、G2来生成中间帧图像数据Gc。中间帧图像的边缘位于第一帧和第二帧各自的图像的边缘之间。输出部(40)在第二帧图像数据G2之前插入中间帧图像数据Gc，并输出这些图像数据。

Description

图像信号处理装置
技术领域
本发明涉及在对图像信号各帧的图像数据进行处理后将该图像信号输出到液晶显示装置的图像信号处理装置。
背景技术
图像显示装置大致分为脉冲型显示装置和保持型显示装置。在作为脉冲型显示装置的一例举出的CRT(Cathode Ray Tube：阴极射线管)中，通过电子枪来扫描画面，仅在电子束到达的像素上进行显示。与此相对，在作为保持型显示装置的一例举出的液晶显示装置(LCD)或有机电致发光(EL)显示装置中，按固定周期对图像信号帧进行更新，当指示了某第一帧图像的显示时，保持第一帧图像的显示，直到指示了接下来的第二帧图像的显示。与脉冲型显示装置相比，保持型显示装置具有不易发生图像失真等各种优点。
但是，液晶显示装置具有响应迟缓的问题。即，从指示某帧图像的目标显示值时起到液晶显示装置的实际显示值成为目标显示值需要时间。有时该所需时间超过帧更新周期。因此，当在液晶显示装置的画面上显示动作较快的动态图像时，该动态图像可能会模糊。
作为要解决这种问题的技术，公知有超频(overdrive)技术(参照专利文献1、2)。关于超频技术，当关注液晶显示装置画面上的某一像素时，在与某第一帧的目标显示值对应的图像数据G1和与接下来的第二帧的目标显示值对应的图像数据G2不同的情况下，对该图像数据G2进行校正，将该校正后的图像数据G2’提供给液晶显示装置。在校正过程中，当“G1＜G2”时设“G2＜G2’”，当“G1＞G2”时设“G2＞G2’”。通过设置在这样对图像信号各帧的图像数据进行处理之后将该图像信号输出到液晶显示装置的图像信号处理装置，来使液晶显示装置的实际显示值快速达到目标显示值。
专利文献1：日本特开2005-043864号公报
专利文献2：日本特开2006-091412号公报
通过如上所述的超频技术对图像信号的各帧的图像数据进行校正，由此能够解决液晶显示装置响应延迟的问题。但是，因为液晶显示装置是保持型显示装置，所以还具有由于观看所显示动态图像的人的视觉特性而产生的问题。即，在液晶显示装置中，各帧的图像显示保持相当于一帧的期间，与此相对，观看动态图像的人的注视点追随动态图像的运动而连续移动，因此存在动态图像产生模糊的情况。
现有的图像信号处理装置虽然采用超频技术来解决液晶显示装置响应延迟的问题，但是无法同时解决由于观看所显示动态图像的人的视觉特性而产生的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题点而提出的，其目的在于提供一种图像信号处理装置，该图像信号处理装置能够减轻液晶显示装置的响应速度问题和视觉特性问题这两者。
本发明的图像信号处理装置在对图像信号的各帧的图像数据进行处理之后将该图像信号输出到液晶显示装置，其特征是，该图像信号处理装置具有：(1)延迟部，其输入图像信号的各帧的图像数据，使该图像数据延迟相当于一帧的期间后输出该图像数据；(2)运动检测部，其根据从延迟部输出的第一帧图像数据和输入到延迟部的第二帧图像数据，来检测第二帧图像相对于第一帧图像的运动；(3)中间帧生成部，其在所述运动检测部检测出第二帧图像的边缘相对于第一帧图像的边缘移动了两个像素以上的情况下，根据第一帧图像数据和第二帧图像数据来生成中间帧图像数据；以及(4)输出部，其在第二帧图像数据之前插入中间帧图像数据，并依次将这些图像数据输出到液晶显示装置。
并且，在本发明的图像信号处理装置中，其特征是，中间帧生成部(a)使中间帧图像的边缘位于第一帧图像和第二帧图像中相互对应的边缘之间，(b)在关于第一帧图像的边缘与第二帧图像的边缘之间的像素，第二帧图像数据大于第一帧图像数据的情况下，关于中间帧图像的边缘与第一帧图像的边缘之间的像素，使中间帧图像数据大于第二帧图像数据，(c)在关于第一帧图像的边缘与第二帧图像的边缘之间的像素，第二帧图像数据小于第一帧图像数据的情况下，关于中间帧图像的边缘与第一帧图像的边缘之间的像素，使中间帧图像数据小于第二帧图像数据。
在本发明的图像信号处理装置中，向运动检测部输入从延迟部输出的第一帧图像数据和输入到延迟部的第二帧图像数据，并由运动检测部检测第二帧图像相对于第一帧图像的运动。在该运动检测部检测出第二帧图像的边缘相对于第一帧图像的边缘移动了两个像素以上的情况下，在中间帧生成部中，根据第一帧图像数据和第二帧图像数据来生成中间帧图像数据。并且，通过输出部在第二帧图像数据之前插入中间帧图像数据，并依次将这些图像数据输出到液晶显示装置。
在中间帧生成部中生成的中间帧图像的边缘位于第一帧图像和第二帧图像中相互对应的边缘之间。在关于第一帧图像的边缘与第二帧图像的边缘之间的像素，第二帧图像数据大于第一帧图像数据的情况下，关于中间帧图像的边缘与第一帧图像的边缘之间的像素，使中间帧图像数据大于第二帧图像数据。相反，在关于第一帧图像的边缘与第二帧图像的边缘之间的像素，第二帧图像数据小于第一帧图像数据的情况下，关于中间帧图像的边缘与第一帧图像的边缘之间的像素，使中间帧图像数据小于第二帧图像数据。
由中间帧生成部生成这样的中间帧，由输出部将中间帧的图像数据插入原来的第一帧和第二帧之间，并将这些图像数据输出到液晶显示装置。在液晶显示装置中，根据插入有这些中间帧图像数据的图像信号来显示动态图像。
在本发明的图像信号处理装置中优选地，关于中间帧图像的边缘与第二帧图像的边缘之间的像素，中间帧生成部将中间帧图像数据设为第一帧图像数据与第二帧图像数据之间的值。
此外，在本发明的图像信号处理装置中优选地，在运动检测部检测出第二帧图像的边缘相对于第一帧图像的边缘移动了三个像素以上的情况下，中间帧生成部在中间帧图像的边缘与第一帧图像的边缘之间、或者中间帧图像的边缘与第二帧图像的边缘之间，使中间帧图像数据多阶段地不同。
此外，可针对帧的全部图像数据来进行上述处理，不过在画面所显示的图像中仅一部分区域是动态图像的情况下，可仅对与该一部分区域对应的图像数据进行上述处理。
本发明的图像信号处理装置能够减轻液晶显示装置的响应速度问题和视觉特性问题两者。
附图说明
图1是示出本实施方式的图像信号处理装置1的结构的图。
图2是说明由本实施方式的图像信号处理装置1所包含的中间帧生成部30生成的中间帧的图像数据的图。
图3是说明由本实施方式的图像信号处理装置1所包含的中间帧生成部30生成的中间帧的图像数据的图。
图4是示出从本实施方式的图像信号处理装置1输出后输入到液晶显示装置2的图像信号的各帧的图像数据的图。
图5是用于对图像移动进行补充说明的图。
标号说明
1、图像信号处理装置；2、液晶显示装置；10、延迟部；20、运动检测部；30、中间帧生成部；40、输出部
具体实施方式
以下，参照附图来详细说明用于实施本发明的最优方式。另外，在对附图的说明中，对同一要素标注同一标号，并省略重复的说明。
图1是示出本实施方式的图像信号处理装置1的结构的图。图像信号处理装置1在对图像信号的各帧的图像数据进行处理后将该图像信号输出到液晶显示装置2，该图像信号处理装置1具有：延迟部10、运动检测部20、中间帧生成部30和输出部40。另外，在作为彩色图像的情况下，对其中一种颜色的图像数据(亮度)进行以下说明，不过其它颜色的图像数据也是同样的。
延迟部10输入图像信号的各帧的图像数据，使该图像数据延迟相当于一帧的期间后分别输出到运动检测部20和中间帧生成部30，该延迟部10包含帧存储器。
运动检测部20根据从延迟部10输出的第一帧图像数据G1和输入到延迟部20的第二帧图像数据G2，检测第二帧图像(区域A2内的图像数据)相对于第一帧图像(区域A1内的图像数据)的运动(矢量R(x，y))，将其检测结果输出到中间帧生成部30。在设定有以帧的水平方向为x轴、垂直方向为y轴的二维坐标系的情况下，将矢量R(x，y)的起点坐标设为(0，0)时，具有方向(x，y)和距离R＝(x2+y2)1/2(参照图5)。第二帧是继第一帧之后的帧。
作为由该运动检测部20进行的运动检测的算法可使用匹配法。即，运动检测部20判定第一帧图像中某一区域A1的图像数据与第二帧图像中哪个区域的图像数据一致，当在第二帧图像中存在一致的区域A2时，以像素为单位检测从区域A1到区域A2的运动方向和距离。当区域A1内边缘处的一个像素A1(x1，y1)移动到区域A2内所对应的边缘处的一个像素A2(x2，y2)时，利用表示这两个像素之间的移动方向和距离的矢量R(x，y)＝A2(x2，y2)-A1(x1，y1)＝R(x2-x1，y2-y1)来表示。
当运动检测部20检测出第二帧图像(区域A2内的图像)的边缘相对于第一帧图像(区域A1内的图像)的边缘(如图5所示在圆形图像的情况下是圆形轮廓)移动了两个像素以上时，中间帧生成部30根据第一帧和第二帧各自的图像数据G1、G2来生成中间帧图像数据Gc，将该中间帧图像数据Gc输出到输出部40。如果将沿着x轴方向的像素间隔设为Lx、沿着y轴方向的像素间隔设为Ly，则在满足(x2-x1)≥2Lx、或者满足(y2-y1)≥2Ly的情况下，边缘处的一个像素移动了两个像素以上的距离。该中间帧图像的边缘位于第一帧和第二帧的各个图像中相互对应的边缘之间。中间帧的区域Ac内的一个像素存在于如下线段的中点位置(x1+(x2-x1)/2，y1+(y2-y1)/2)处，该线段连接区域A1内所对应的一个像素的位置与区域A2内一个像素的位置。在中间帧的图像数据Gc的区域Ac外侧的其余区域中，例如，将从第一帧图像中除去区域A1内的像素组后剩余的像素组与从第二帧图像中除去区域A2内的像素组后剩余的像素组针对每个像素相加，可以采用使相加值超过了第二帧中除去区域A2内像素组后的各像素的亮度的阈值倍(例如1.5倍)的像素亮度成为1/2倍后的像素组，此外也可以使用公知的图像处理方法。
输出部40在第二帧图像数据G2之前插入中间帧图像数据Gc，并依次将它们输出到液晶显示装置2。
图2和图3分别是说明由本实施方式的图像信号处理装置1所包含的中间帧生成部30生成的中间帧图像数据的图。各图(a)～(c)的横轴表示帧图像中某行(例如x轴)上的像素位置。各图(a)表示第一帧的该行上的图像数据(亮度)的分布，各图(b)表示中间帧的该行上的图像数据(亮度)的分布，此外，各图(c)表示第二帧的该行上的图像数据(亮度)的分布。
如各图(a)～(c)所示，该行上的显示图像往右移动，第二帧图像的边缘E2相对于第一帧图像的边缘E1位于右侧。此外，中间帧图像的边缘Ec位于与第一帧和第二帧各自的图像中相互对应的边缘E1、E2之间的中间位置(例如：x1+(x2-x1)/2，y1+(y2-y1)/2)。
在图2所示的例子中，如图2(a)所示，在第一帧图像中，边缘E1左侧像素的图像数据大于边缘E1右侧像素的图像数据。此外，如图2(c)所示，在第二帧图像中，边缘E2左侧像素的图像数据也大于边缘E2右侧像素的图像数据。即，关于第一帧图像中的边缘E1与第二帧图像中的边缘E2之间的像素，第二帧的图像数据大于第一帧的图像数据。
在此情况下，如图2(b)所示，关于中间帧图像的边缘Ec与第一帧图像的边缘E1之间的像素，中间帧的图像数据如图所示地大于第二帧的图像数据。在边缘E1与边缘Ec之间，在图2(b)中有多个阶段的亮度变化。此外，关于中间帧图像的边缘Ec与第二帧图像的边缘E2之间的像素，中间帧的图像数据如图所示地设为第一帧的图像数据与第二帧的图像数据之间的值，但该中间帧的图像数据也可以设为与第一帧的图像数据相同的值。在边缘Ec与边缘E2之间，在图2(b)中具有多个阶段的亮度变化。
在图3所示的例子中，如图3(a)所示，在第一帧图像中，边缘E1左侧像素的图像数据小于边缘E1右侧像素的图像数据。此外，如图3(c)所示，在第二帧图像中，边缘E2左侧像素的图像数据也小于边缘E2右侧像素的图像数据。即，关于第一帧图像中的边缘E1与第二帧图像中的边缘E2之间的像素，第二帧的图像数据小于第一帧的图像数据。
在此情况下，如图3(b)所示，关于中间帧图像的边缘Ec与第一帧图像的边缘E1之间的像素，中间帧的图像数据如图所示地小于第二帧的图像数据。在边缘E1与边缘Ec之间，在图3(b)中具有多个阶段的亮度变化。此外，关于中间帧图像的边缘Ec与第二帧图像的边缘E2之间的像素，中间帧的图像数据如图所示地设为第一帧的图像数据与第二帧的图像数据之间的值，但该中间帧的图像数据也可以设为与第一帧的图像数据相同的值。在边缘Ec与边缘E2之间，在图3(b)中具有多个阶段的亮度变化。
此外，在运动检测部20检测出第二帧图像的边缘E2相对于第一帧图像的边缘E1移动了三个像素以上时，如图2(b)和图3(b)分别所示，在中间帧图像的边缘Ec与第一帧图像的边缘E1之间、或者中间帧图像的边缘Ec与第二帧图像的边缘E2之间，优选使中间帧的图像数据多阶段地变化，此外优选针对每个像素而不同。此时，从边缘E1到边缘E2，中间帧的图像数据优选分阶段地减小(图2(b))或者分阶段地增大(图3(b))。在图2(b)以及图3(b)的各个图中，在边缘Ec与边缘E1之间，将中间帧的图像数据设为2个阶段，在边缘Ec与边缘E2之间，将中间帧的图像数据设为2个阶段。
图4是示出从本实施方式的图像信号处理装置1输出后输入到液晶显示装置2的图像信号的各帧的图像数据的图。图4(a)～(g)的横轴表示帧图像中的某行上的像素位置。图4(a)、(c)、(e)、(g)表示输入到图像信号处理装置1的图像信号中连续的4个帧F1～F4各自的图像数据分布。图4(b)、(d)、(f)表示由图像信号处理装置1所包含的中间帧生成部30生成的三个中间帧FC1～FC3各自的图像数据分布。
中间帧FC1的图像数据作为具有图2所说明的关系的数据，由中间帧生成部30根据帧F1和帧F2各自的图像数据而生成。中间帧FC2的图像数据作为具有图2所说明的关系的数据，由中间帧生成部30根据帧F2和帧F3各自的图像数据而生成。此外，中间帧FC3的图像数据作为具有图2所说明的关系的数据，由中间帧生成部30根据帧F3和帧F4各自的图像数据而生成。
从输出部40以帧F1，FC1，F2，FC2，F3，FC3，F4，…的顺序输出图像数据，并顺次输入到液晶显示装置2。因此，从图像信号处理装置1输出后输入到液晶显示装置2的图像信号的帧率相对于输入到图像信号处理装置1的图像信号的帧率为2倍的速度。
在液晶显示装置2的画面上，以输入的帧F1，FC1，F2，FC2，F3，FC3，F4，…的顺序显示与各帧的图像数据对应的图像。例如，保持帧F1的图像显示，直到指示了下一帧FC1的图像显示为止。保持下一帧FC1的图像显示，直到指示了再下一帧F2的图像显示为止。这样，在液晶显示装置2的画面上，帧F1，FC1，F2，FC2，F3，FC3，F4，…的各个图像依次都显示相当于一帧的期间。
由中间帧生成部30生成后输入到液晶显示装置2的各中间帧FCn的边缘EC存在于其前后帧Fn、Fn+1各自的边缘E1、E2之间。此外，帧Fn、Fn+1各自的边缘E1、E2之间的中间帧FCn的图像数据与图像的运动相关，针对与Fn、Fn+1的各图像的中间图像相当的图像数据应用了超频技术。这里，n是任意整数。因此，在被输入了从本实施方式的图像信号处理装置1输出的图像信号的液晶显示装置2中，实际显示值快速达到目标显示值，从而能够解决响应迟缓的问题，并且由于使用中间帧，所以观看所显示动态图像的人的视觉易于追随图像变化，从而还能够解决因观看所显示动态图像的人的视觉特性而产生的问题。

Claims (3)

1.一种图像信号处理装置，其在对图像信号的各帧的图像数据进行处理之后，将该图像信号输出到液晶显示装置，其特征在于，该图像信号处理装置具有：
延迟部，其输入所述图像信号的各帧的图像数据，使该图像数据延迟相当于一帧的期间后输出该图像数据；
运动检测部，其根据从所述延迟部输出的第一帧图像数据和输入到所述延迟部的第二帧图像数据，来检测所述第二帧图像相对于所述第一帧图像的运动；
中间帧生成部，其在所述运动检测部检测出所述第二帧图像的边缘相对于所述第一帧图像的边缘移动了两个像素以上的情况下，根据所述第一帧图像数据和所述第二帧图像数据来生成中间帧图像数据；以及
输出部，其在所述第二帧图像数据之前插入所述中间帧图像数据，并依次将这些图像数据输出到所述液晶显示装置，
所述中间帧生成部使所述中间帧图像的边缘位于所述第一帧图像和所述第二帧图像中相互对应的边缘之间，
在关于所述第一帧图像的边缘与所述第二帧图像的边缘之间的像素，所述第二帧图像数据大于所述第一帧图像数据的情况下，关于所述中间帧图像的边缘与所述第一帧图像的边缘之间的像素，使所述中间帧图像数据大于所述第二帧图像数据，
在关于所述第一帧图像的边缘与所述第二帧图像的边缘之间的像素，所述第二帧图像数据小于所述第一帧图像数据的情况下，关于所述中间帧图像的边缘与所述第一帧图像的边缘之间的像素，使所述中间帧图像数据小于所述第二帧图像数据。
2.根据权利要求1所述的图像信号处理装置，其特征在于，
关于所述中间帧图像的边缘与所述第二帧图像的边缘之间的像素，所述中间帧生成部将所述中间帧图像数据设为所述第一帧图像数据与所述第二帧图像数据之间的值。
3.根据权利要求1所述的图像信号处理装置，其特征在于，
在所述运动检测部检测出所述第二帧图像的边缘相对于所述第一帧图像的边缘移动了三个像素以上的情况下，所述中间帧生成部在所述中间帧图像的边缘与所述第一帧图像的边缘之间、或者所述中间帧图像的边缘与所述第二帧图像的边缘之间，使中间帧图像数据多阶段地不同。
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