CN102622975B - 图框率升频装置及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种图框率升频装置及方法，用于至少具有一第一画面以及一第二画面的一视频序列，第一画面排列于第二画面之前，该图框率升频方法的步骤包括：根据第一画面与第二画面，对第一画面进行移动估计，以获得多个巨集区块以及所对应的多个移动向量；判断移动向量是否小于一预定值；于移动向量中小于预定值的每一者所对应的巨集区块插补一高对比次画面，并于移动向量大于预定值的每一者所对应的巨集区块插补一移动补偿次画面，以便产生一插补画面，其中插补画面排列于第一画面与第二画面之间。本发明可依据实际情况来调整插补画面的灰阶值，以增强对比度，并达到区域调光的效果。
Description
技术领域
本发明是有关于显示器，特别是有关于利用移动估计/移动补偿(MotionEstimation/Motion Compensation，ME/MC)技术于以进行区域调光(localdimming)的装置及方法。
背景技术
一般使用者在观赏影片时，对比度(contrast)为一画面呈现的要素，对比度愈高，愈能呈现出画面中黑与白的反差，让影片中的物件成像更为鲜明。然而，传统上都是使用全域调光(global dimming)的作法，使用整张画面(frame)来提升对比度，意即使用让整张画面较亮或整张画面较暗的方式来控制对比度。目前更进阶的作法是采用局部性的对比提升控制，将画面上显示的主要物件的亮度提高，并降低其他区域的亮度，藉以增强画面的对比度。
现今应用于显示器上的区域对比增强(local contrast enhancement)技术大多采用区域调光的方式，区域调光为LCD显示器背光源的亮度可控制不同区域及不同程度的明暗变化，因此又可称为区域控制技术。区域调光广义而言，可区分为3大类，分别为0次元(0D)、1次元(1D)及2次元(2D)调光，其所对应的背光源分别为平面光源(FFL及OLED)、CCFL(或与CCFL相似的EEFL)及LED，而2D区域调光技术的对比增强效果最佳。0次元调光是为调整整张画面的亮度变亮或变暗，1次元调光是为调整背光模块的CCFL灯管的开启或关闭，进而控制一维画面的明暗变化，2次元调光可同时依水平方向及垂直方向划分区域来控制画面的明暗变化。
而LED背光源为目前背光技术中将区域调光发挥至最佳的光源，原因是0次元的平面光源发光方式是将整个画面变亮或变暗，其背光无法作到依小区块且不同亮度的变化。再者，1次元的CCFL或EEFL背光为直线光源，例如在32寸TV用的LCD面板中，大部分需使用12根CCFL灯管，区域调光也只能划分为12个区块。图1A显示LCD屏幕100及其显示的物件101，图1B所示为LCD屏幕的LED背光模块110，2次元的直下式排列的LED背光模块，呈现矩阵式排列，理论上每个LED均可视为一区域调光控制的最小单位，因此可达到区域调光的最佳效果，LED背光模块110依据物件101不同区域的亮度，控制LED以不同亮度显示，以达到区域调光的效果，其中LED 111为较亮的LED、LED 112为次亮的LED、LED 113为全暗的LED。
对于文件/电影/动画源，图框率(frame rate)约为24-30画面/秒。然而，正常的播放装置通常设计为以大约50-60画面/秒的画面率来播放视频。因此，需要进行画面率转换，将源视频(source video)的画面率作升频转换(up-conversion)以在播放装置中播放。
画面率升频转换的一种传统方法是画面重复(repetition)，具体是指重复源视频的画面以增加图框率。然而，当视频中的目标或背景移动时，画面重复会导致抖动伪影(judder artifact)，并且会有动作不连续的情况产生。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种图框率升频方法，使用移动估计/移动补偿技术，以解决图框率升频时画面抖动或不连续的情况，并达到区域调光的效果，该图框率升频方法用于至少具有一第一画面以及一第二画面的一视频序列，第一画面排列于第二画面之前，该图框率升频方法的步骤包括：根据第一画面与第二画面，对第一画面进行移动估计，以获得多个巨集区块以及所对应的多个移动向量；判断移动向量是否小于一预定值；于移动向量中小于预定值的每一者所对应的巨集区块插补一高对比次画面，并于移动向量大于预定值的每一者所对应的巨集区块插补一移动补偿次画面，以便产生一插补画面，其中插补画面排列于第一画面与第二画面之间。
本发明更提供一种图框率升频装置，用于至少具有一第一画面以及一第二画面的一视频序列，第一画面排列于第二画面之前，该图框率升频装置包括：一移动估计单元，依据第一画面与第二画面，对第一画面进行移动估计，以获得多个巨集区块以及所对应的多个移动向量；以及一移动补偿单元，用以判断所述移动向量是否小于一预定值，若是，移动补偿单元于所述移动向量小于预定值的每一者所对应的巨集区块插补一高对比次画面；若否，移动补偿单元于所述移动向量大于预定值的每一者所对应的巨集区块插补一移动补偿次画面，以产生一插补画面，其中插补画面排列于第一画面与第二画面之间。
附图说明
图1A显示一LCD显示器所呈现的画面；
图1B显示LED背光模块的排列方式；
图2为依据本发明一实施例的图框率升频系统的方块图；
图3A～图3C为依据本发明一实施例的图框率升频方法的画面示意图；
图4为依据本发明一实施例的图框率升频方法的流程图。
附图标号：
100～LCD屏幕； 110～LED背光模块；
101～物件； 111、112、113～LED；
200～图框率升频系统； 223～解码器；
210～输入视频； 230～输出视频；
220～计算单元；
221～移动估计单元；
222～移动补偿单元；
301、303～画面；
302～插补画面；
310～物件。
具体实施方式
有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式图2～图4的较佳实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。
本发明提供一种使用移动估计(motion estimation)/移动补偿(motioncompensation)技术的图框率升频系统，用以达到区域调光效果。图2所示为依据本发明的一实施例的图框率升频系统200的方块图。输入视频210可为视频序列(video sequence)或视频位元流，例如MPEG 1/2/4、ITU-T H.264，但不限于此。计算单元220包括一移动估计单元221、一移动补偿单元222，在本发明的一实施例中，计算单元220更包括一解码器223，当输入视频210为视频位元流时，解码器223对为视频压缩格式的输入视频210进行解码，并产生视频序列传送至移动估计单元221。在本发明的一实施例中，移动估计单元221使用区块式(block-based)的移动估计演算法，例如文献：“A new techniquefor block-based motion compensation”IEEE International Conference 1994，但本发明不限于此。移动估计单元221先将所接收的输入视频210中的连续画面分割为多个巨集区块，再利用移动估计技术，计算出各巨集区块所对应的移动向量，以检测连续画面中的移动物件。移动补偿单元222接收移动估计单元所产生的移动向量，并依据移动向量产生所对应的动态补偿画面(motioncompensated frame)，并且产生一输出视频230，举例来说，若输入视频210的图框率为60画面/秒，且图框率升频的倍数为2倍，则输出视频230的图框率需为120画面/秒，移动补偿单元会于输入视频资料的每两张连续画面中插补一张画面，以产生输出视频230。
在本发明的一实施例中，移动补偿单元222会判断由移动估计单元所产生的移动向量是否会小于一预定值，若是，则表示该移动向量所对应的巨集区块为无移动或移动较少的，移动补偿单元222在插补画面中该移动向量所对应的巨集区块(macroblock)使用一高对比次画面(sub-frame)来填补；若否，则表示该移动向量所对应的物件在移动中，移动补偿单元222则使用所计算出的动态补偿画面来填补在插补画面中该移动向量所对应的巨集区块。以高画质(high definition)解析度1920x1080为例，本发明的移动向量预定值约为15像素，若移动向量小于此预定值，则移动向量所对应的巨集区块视为无移动，反之，移动向量所对应的巨集区块则视为有移动。
在本发明的另一实施例中，移动补偿单元222在获得由移动估计单元所产生的移动向量后，可得知在此张画面中哪些巨集区块是有移动的或没有移动，在插补画面时，对于没有移动(静态)的巨集区块，可重复前一张画面的资料，对于有移动的巨集区块，在插补画面时则使用移动补偿次画面。在本发明的另一实施例中，移动补偿单元222更可计算输入视频资料的背景亮度，并依据计算所得的背景亮度，动态调整所填入的的灰阶次画面，意即本发明可依据实际情况来调整插补画面的灰阶值或使用先前画面，以增强对比度，并达到区域调光的效果。在本发明的一实施例中，高对比次画面可为在连续画面中的先前画面的一次画面，或是依据背景亮度填入所对应的灰阶次画面。
本发明通过在移动物件填补移动补偿画面，以及在背景部分填补灰阶画面，以降低背景部分的亮度及强调移动物件，因此，可在不调整显示器背光模块的情况下达到区域调光的效果，并增强在每一张图像中不同区域之间的对比(约提升1.5倍)，且达到移动估计/移动补偿的功能。在本发明的另一实施例中，图框率升频系统200可应用在使用不同背光源的显示器上，例如使用CCFL、EEFL或LED作为背光源的LCD显示器。
图3A～图3C所示为依据本发明一实施例的图框率升频方法的画面示意图。画面301及画面303为输入视频210的连续画面，其中画面301为连续画面的先前画面，图3B显示插补画面302。在画面301及画面303中，仅有物件310在移动，画面中的其余部分均可视为背景，移动估计单元221对画面301及画面303进行移动估计以产生多个移动向量，移动补偿单元222接收由移动估计单元221所产生的移动向量，可得知物件310为一移动物体及其所对应的巨集区块，在插补画面302中，物件310所对应的巨集区块填入由图3A及图3C相对应的移动补偿次画面，其余背景部分则填入黑色次画面，以得到完整的插补画面302。由于移动补偿单元222在插补画面302在背景部分填入黑色次画面，所产生的输出视频230在背景部分的亮度相对降低，而物件310则保持在原本画面301的亮度，因此可增强物件310与背景的对比度，以达到区域调光的效果。
图4是显示依据本发明一实施例的图框率升频方法的流程图。在步骤S410，判断输入视频210是否为视频压缩格式，若是，则执行步骤S420，若否，则执行步骤S430。在步骤S420，解码器223将输入视频210解码为视频序列，再输入至移动估计单元221。在步骤S430，输入视频210即为视频序列，则直接输入移动估计单元221。在步骤S440，移动估计单元221依据输入视频中的连续画面，并使用移动估计以计算连续画面中各巨集区块的移动向量。在步骤S450，移动补偿单元222依据移动估计单元221所计算而得的移动向量，计算每两张连续画面中间的移动补偿画面。在步骤S460，移动补偿单元222更判断移动向量是否小于一预定值。若是，则执行步骤S470，若否，则执行步骤S480。在步骤S470，在插补画面中相应于该移动向量的巨集区块填入一高对比次画面。在步骤S480，在插补画面中相应于该移动向量的巨集区块填入一移动补偿次画面。在步骤S490，产生输出视频230。在本发明的一实施例中，移动向量小于预定值的巨集区块所对应的高对比次画面可为在连续画面中的先前画面的次画面，或是依据背景亮度填入所对应的灰阶次画面，意即本发明可依据实际情况来调整插补画面的灰阶值，以增强对比度，并达到区域调光的效果。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，当不能以此限定本发明实施的范围，即大凡依本发明权利要求及发明说明内容所作的简单的等效变化与修饰，皆仍属本发明专利涵盖的范围内。另外本发明的任一实施例或权利要求不须达成本发明所揭露的全部目的或优点或特点。此外，摘要部分和标题仅是用以辅助专利文件搜寻之用，并非用以限制本发明的权利范围。
Claims (8)
1.一种图框率升频方法，用于至少具有一第一画面以及一第二画面的一视频序列，所述第一画面排列于所述第二画面之前，其特征在于，所述的图框率升频方法包括：
根据所述第一画面与所述第二画面，对所述第一画面进行移动估计，以获得多个巨集区块以及所对应的多个移动向量；
判断所述移动向量是否小于一预定值；
于所述移动向量中小于所述预定值的每一者所对应的所述巨集区块插补一高对比次画面，并于所述移动向量大于所述预定值的每一者所对应的所述巨集区块插补一移动补偿次画面，以便产生一插补画面，其中所述插补画面排列于所述第一画面与所述第二画面之间；
检测所述第一画面与所述第二画面的背景亮度；以及
依据所检测到的背景亮度，动态地决定在所述移动向量所对应的所述巨集区块插补所述高对比次画面。
2.如权利要求1所述的图框率升频方法，其特征在于，所述移动补偿次画面是根据所述移动向量、所述第一画面及所述第二画面经由移动补偿计算而得。
3.如权利要求1所述的图框率升频方法，其特征在于，所述高对比次画面为所述第一画面的一部分。
4.如权利要求1所述的图框率升频方法，其特征在于，所述高对比次画面为所述第一画面及所述第二画面对应于背景亮度的一灰阶次画面。
5.一种图框率升频装置，用于至少具有一第一画面以及一第二画面的一视频序列，所述第一画面排列于所述第二画面之前，其特征在于，所述的图框率升频装置包括：
一移动估计单元，依据所述第一画面与所述第二画面，对所述第一画面进行移动估计，以获得多个巨集区块以及所对应的多个移动向量；以及
一移动补偿单元，用以判断所述移动向量是否小于一预定值，于所述移动向量中小于所述预定值的每一者所对应的所述巨集区块插补一高对比次画面，并于所述移动向量大于所述预定值的每一者所对应的所述巨集区块插补一移动补偿次画面，以便产生一插补画面，其中所述插补画面排列于所述第一画面与所述第二画面之间，其中所述移动补偿单元更检测所述第一画面及所述第二画面的背景亮度，并依据所检测到的背景亮度，动态地决定在所述移动向量所对应的所述巨集区块插补所述高对比次画面。
6.如权利要求5所述的图框率升频装置，其特征在于，所述移动补偿单元计算所述移动补偿次画面，是根据所述移动向量、所述第一画面及所述第二画面经由移动补偿计算而得。
7.如权利要求5所述的图框率升频装置，其特征在于，所述高对比次画面为所述移动向量所对应所述第一画面的次画面。
8.如权利要求5所述的图框率升频装置，其特征在于，所述高对比次画面为所述第一画面及所述第二画面对应于背景亮度的灰阶画面。
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