CN105096895B

CN105096895B - 一种数字图像的数据处理方法

Info

Publication number: CN105096895B
Application number: CN201510600587.4A
Authority: CN
Inventors: 刘海峰; 张晋芳; 樊磊
Original assignee: Chipone Technology Beijing Co Ltd
Current assignee: Chipone Technology Beijing Co Ltd
Priority date: 2015-09-21
Filing date: 2015-09-21
Publication date: 2018-05-25
Anticipated expiration: 2035-09-21
Also published as: CN105096895A

Abstract

本发明提出了一种数字图像处理的过驱动优化方法，包括如下步骤：首先，根据查找表(LUT)的数据分裂得到N个子查找表，并对所述子查找表进行存储，并根据上一帧的灰阶G_n‑1和当前帧的灰阶G_n得到所述N个子查找表的地址以及相关控制信号；其次，分别对所述N个子查找表进行查找，得到多个邻点值；其次，根据前述步骤产生的控制信号，对前述步骤得到多个邻点值进行调整，得到多个调整值；最后，根据前述步骤得到的调整值进行插值计算，得到最终的过驱动输出值。该方法可以有效减小存储空间占用，降低ASIC芯片设计成本。

Description

一种数字图像的数据处理方法

技术领域

本发明涉及一种数字图像的数据处理方法，特别涉及一种液晶显示设备的过驱动优化方法。

背景技术

液晶面板作为一种重要的显示器件，在显示领域得到了普遍的应用。但是由于液晶分子具有响应时间过长的先天缺陷，其实际响应时间要远大于定义的响应时间，传统响应时间定义下的液晶被施加了最大的驱动电压，但在实际应用中，较多情况是不同灰阶间的切换。而灰阶之间切换时，所施加的电压值往往比较小，因此具有更慢的响应时间，灰阶间的响应时间一般可达数帧之久。因此在显示运动图像时，会出现拖尾现象，导致图像边缘模糊，降低了显示效果。

过驱动(Overdrive)算法作为改善响应时间的有效的算法，能够很好的弥补响应时间过慢的问题。该算法比较当前帧的信号G_n和前一帧的信号G_n-1，然后输出一个修正后的信号G_n’用于像素驱动，G_n’由一个查找表(Look Up Table)通过一定的算法给出，该查找表可以固化在ROM(Read Only Memory)里实现存储，也可以存储在RAM(Random AccessMemory)里。

具体的比较和输出遵从以下规律：

G_n’＞G_n，if G_n＞G_n-1

G_n’＝G_n，if G_n＝G_n-1

G_n’＜G_n，if G_n＜G_n-1

如图1(a)所示，当第(n-1)帧的显示灰阶信号为G_n-1，第(n)帧的显示灰阶信号为G_n，其中G_n-1＜G_n。如果采用原始灰阶信号进行驱动，则响应时间非常慢，无法很快把液晶驱动到相应电压实现灰阶切换；采用过驱动算法，由于显示灰阶信号是从G_n-1上升到G_n，不用G_n驱动，而是用修正后的信号G_n’来驱动，且G_n’＞G_n，从而可以很快的将液晶驱动到期望的电压，即加快了响应时间。由于第(n+1)帧同第(n)帧的原始灰阶信号一致，则第(n+1)帧的驱动信号不再采用过驱动处理。

图1(b)表示当从高灰阶跳变到低灰阶时，即G_n-1＞G_n，则应当采用修正后的信号G_n’，且G_n’＜G_n。由于第(n+1)帧同第(n)帧的原始灰阶信号一致，则第(n+1)帧同样不再采用过驱动处理。从图1(a)-(b)中可以看出，使用过驱动算法的响应时间相比原始响应时间明显缩短，过驱动算法通常可以在一帧内到达目标灰阶，其输出信号G_n’由起始目标灰阶对(G_n-1，G_n)以及查找表LUT(Look Up Table)决定。

但是，诸如CN101197119A的专利文献中的基于传统查找表的过驱动算法存在占用存储空间大，计算速度慢等缺点。下面以图2示出的典型传统查找表结构为例进行说明，对于常见的8bit的灰阶来讲，即前一帧灰阶有2⁸＝256种可能，后一帧灰阶也有2⁸＝256种可能，且前一阵的每一个灰阶对应的后一阵灰阶都有256种可能，所以，其变化共有256x256＝65536种可能；即查找表需要存储65536x 8bit＝524288bit＝512Kbit。这对于ASIC(Application Specific Intergrated Circuits)设计来讲，实现代价是很大的，会导致高昂的成本。所以，更进一步的优化是每隔m个取样点进行存储，例如m＝16时，每16个取样点进行存储，从而得到一个17*17的稀疏矩阵，如图2所示，最后的驱动信号值在查表值的基础上通过一定的插值方法得到，例如双线性插值、零阶插值等。

基于图2的传统查找表结构的过驱动算法实现过程为：例如当G_n-1＝20，而G_n＝150时；其包括如下步骤：

(1)首先查表得到周围四个邻点值(A＝200，B＝190)，(C＝214，D＝206)；

(2)用20进行水平方向上的线性插值，并进行取整操作；

(3)运用150进行垂直方向上的插值；

最后插值得到的过驱动的灰阶信号值为202，而不是原始灰阶150。

在ASIC芯片具体实现中，由于需要同时查找得到4个取样值以进行双线性插值，考虑到必须满足所有的灰阶变化都实现可查找，因此需要设置4组储存内容完全相同的查找表，以图2所示存储内容的查找表为例，需要的存储空间为17x 17x 8bit x 4＝9248bit，可见每隔m个取样点进行存储得到的查找表占用存储空间仍然较大。

由此可见，传统的过驱动算法存在占用的存储空间较大的缺点，从而导致ASIC芯片成本的提高，为ASIC设计带来严重制约。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有的过驱动算法占用存储空间大的缺陷，提供一种经过优化的液晶显示设备的过驱动方法。

本发明提出的经过优化的液晶显示设备的过驱动方法，包括如下步骤：

首先，根据查找表(LUT)的数据分裂得到N个子查找表，并对所述子查找表进行存储，并根据上一帧的灰阶G_n-1和当前帧的灰阶G_n得到所述N个子查找表的地址以及相关控制信号；

其次，分别对所述N个子查找表进行查找，得到多个邻点值；

其次，根据前述步骤产生的控制信号，对前述步骤得到多个邻点值进行调整，得到多个调整值；

最后，根据前述步骤得到的调整值进行插值计算，得到最终的过驱动输出值。

进一步地，本发明提出的经过优化的液晶显示设备的过驱动方法中，子查找表的地址以及相关控制信号根据上一帧的灰阶和当前帧的灰阶得到。

进一步地，本发明提出的经过优化的液晶显示设备的过驱动方法中，在原始的查找表的基础上，按照水平偶数/奇数与垂直偶数/奇数的交叉点上的数据对应分裂为4个子查找表。

进一步地，本发明提出的经过优化的液晶显示设备的过驱动方法中，控制信号包括2个。

进一步地，本发明提出的经过优化的液晶显示设备的过驱动方法中，插值算法可以为双线性插值。

附图说明

图1示出了灰阶增加或降低时的过驱动算法示意图；图1(a)为灰阶增加时的过驱动算法示意图，

图1(b)为灰阶降低时的过驱动算法示意图。

图2示出了传统过驱动算法的查找表结构示例。

图3示出了优化过驱动算法的查找表结构示例。

图4示出了优化过驱动算法的流程示意逻辑框图。

图5示出了优化过驱动算法具体实现的流程。

具体实施方式

以下结合附图详细说明本发明提出的优化过驱动算法的一个具体实施例。

本发明提出的优化过驱动算法的流程如图4所示，包括：首先，根据查找表(LUT)的数据分裂得到N个子查找表，并对所述子查找表进行存储，并根据上一帧的灰阶G_n-1和当前帧的灰阶G_n得到所述N个子查找表的地址以及相关控制信号；

其次，分别对所述N个子查找表进行查找，得到多个邻点值；

对于图2所示例的现有的过驱动算法采用的查找表，分裂得到的四张新的查找表，如图3所示。在图2所示的原始查找表的基础上，按照水平偶数/奇数与垂直偶数/奇数的交叉点上的数据对应分裂为4个表，分别记作查找表A(LUTA)，查找表B(LUTB)，查找表C(LUTC)，查找表D(LUTD)。

查找表A(LUTA)包含偶数行与偶数列交叉点上的数据。

查找表B(LUTB)包含偶数行与奇数列交叉点上的数据。

查找表C(LUTC)包含奇数行与偶数列交叉点上的数据。

查找表D(LUTD)包含奇数行与奇数列交叉点上的数据。

对于图2中的原始查找表，其分裂出的四张新的子查找表为如图3所示。

根据图3所示，各个查找表的存储空间为如下：

LUTA：9x 9x 8bit＝648bit

LUTB：9x 8x 8bit＝576bit

LUTC：8x 9x 8bit＝576bit

LUTD：8x 8x 8bit＝512bit

基于图3所示的查找表的优化过驱动(Overdrive)算法具体包括如下步骤：

I.将查找表分裂得到四个子查找表，得到四个查找表的地址以及相关控制信号；

II.分别对四个查找表进行查找，得到四个邻点值；

III.根据控制信号，对步骤II中得到的四个邻点值进行调整，得到4个调整值；

IV.根据步骤III得到的四个调整值进行双线性插值计算，得到最终的过驱动输出信号值。

下面对上述4个步骤进行详细解释，并以G_n-1＝20，G_n＝150为例进行说明。

步骤I：将过驱动查找表按照水平偶数/奇数与垂直偶数/奇数的交叉点上的数据对应分裂为4个子查找表，即查找表A(LUTA)，查找表B(LUTB)，查找表C(LUTC)，查找表D(LUTD)，根据前一帧(第n-1帧)的灰阶信号G_n-1和当前帧(第n帧)的灰阶信号G_n产生四个子查找表的地址信号luta_addr，lutb_addr，lutc_addr，lutd_addr，以及两个控制信号hswap_flag，vswap_flag。地址信号以及控制信号的定义如下：

luta_addr＝(G_n[7：5]+G_n[4])*9+G_n-1[7：5]+G_n-1[4]；

lutb_addr＝(G_n[7：5]+G_n[4])*9+G_n-1[7：5]；

lutc_addr＝G_n[7：5]*9+G_n-1[7：5]+G_n-1[4]；

lutd_addr＝G_n[7：5]*9+G_n-1[7：5]；

hswap_flag＝G_n-1[4]；

vswap_flag＝G_n[4]；

G_n[7：5]为第n帧灰阶转换得到的二进制值的第7：5位，G_n-1[4]第n-1帧灰阶二进制值的第4位，例如当G_n-1＝20，G_n＝150时，20的二进制值为00010100，150的二进制值为10010110，G_n-1[7：5]＝000_binary＝0，G_n[7：5]＝100_binary＝4，G_n-1[4]＝1，G_n[4]＝1。

因此当G_n-1＝20，而G_n＝150时，根据以上算法得到：

luta_addr＝(4+1)*9+0+1＝46；

lutb_addr＝(4+1)*9+0＝45；

lutc_addr＝4*9+0+1＝37；

lutd_addr＝4*9+0＝36；

hswap_flag＝1；

vswap_flag＝1；

步骤II：根据四个查找表的地址进行查表，得到四个邻点值luta_value，lutb_value，lutc_value，lutd_value。

当G_n-1＝20，而G_n＝150时，

luta_value＝206；

lutb_value＝214；

lutc_value＝190；

lutd_value＝200；

步骤III：根据控制信号hswap_flag和vswap_flag的值对luta_value，lutb_value，lutc_value，lutd_value进行调整，得到四个调整值A，B，C，D。

调整方式如下：

当hswap_flag＝1，vswap_flag＝1时；

A＝1utd_value；B＝lutc_value；C＝1utb_value；D＝luta_value；

当hswap_flag＝1，vswap_flag＝0时；

A＝lutb_value；B＝luta_value；C＝lutd_value；D＝lutc_value；

当hswap_flag＝0，vswap_flag＝1时；

A＝lutc_value；B＝1utd_value；C＝luta_value；D＝lutb_value；

当hswap_flag＝0，vswap_flag＝0时；

A＝luta_value；B＝lutb_value；C＝lutc_value；D＝1utd_value；

因此，当G_n-1＝20，而G_n＝150时，基于上述算法计算得到四个调整值：

A＝200；B＝190；C＝214；D＝206；

以G_n-1＝20，而G_n＝150为例，基于上述调整值进行双线性插值计算，得到最终的过驱动信号值202。

图5示出了上述优化过驱动算法的具体实现流程，首先基于上一帧的灰阶G_n-1和当前帧的灰阶G_n得到4张子查找表的查找地址和控制标志信号，然后，根据控制信号hswap_flag和vswap_flag的取值来进行相应地调整，然后，根据得到的调整值进行双线性插值计算，得到最终的过驱动输出值G_n’，并用于液晶像素驱动。

优化之前，传统过驱动算法需要存储4张如图2所示的查找表，占用的存储空间为17x 17x 8bit x 4＝9248bit。经优化后，4张子查找表，即查找表A(LUTA)、查找表B(LUTB)、查找表C(LUTC)、查找表D(LUTD)的占用存储空间总计为648+576+576+512＝2312bit。

由此可见，经优化的过驱动算法优化后的算法，4张子查找表所需占用的存储空间仅仅相当于一个完整查找表，不需要4组存储就能够同时查找出4个值。优化过驱动算法能产生与传统方法一致的精确运算结果，在继承传统过驱动算法快速响应的优点的基础上；能够有效减小存储空间占用。

此较佳实施例在介绍优化算法时，是通过单端口举例，事实上，在ASIC实现时，可以采用半导体存储器，如双端口RAM、Flash等来实现。无论采用何种实现方式，都能够达到节省存储空间的目的，进而降低ASIC制造成本，提高产品的竞争力；另外，该方法的核心思想不仅仅适用于Overdrive的双线性插值，还适用于其他所有需要同时查找多个值的应用。该方法应用也不仅仅限于液晶显示设备，可以适用于一般情形下的数字图像处理应用场景。

以上较佳实施例的详细说明中所提出的具体实施例仅用以方便说明本发明的技术内容，并非将本发明狭义地限制于上述实施例，在不超出本发明的精神与权利要求书范围的情况下，所作的种种变化实施，仍属于本发明的范围。

Claims

1.一种数字图像处理的过驱动优化方法，其过驱动输出G_n’根据上一帧的灰阶G_n-1和当前帧的灰阶G_n，以及查找表(LUT)得到，具体包括如下步骤：

步骤一.根据查找表(LUT)的数据直接分裂得到N个子查找表，并对所述子查找表进行存储，并根据上一帧的灰阶G_n-1和当前帧的灰阶G_n得到所述N个子查找表的地址以及相关控制信号；

步骤二.分别对所述N个子查找表进行查找，得到多个邻点值；

步骤三.根据前述步骤产生的控制信号，对前述步骤得到的多个邻点值进行调整，得到多个调整值；

步骤四.根据前述步骤得到的调整值进行插值计算，得到最终的过驱动输出值G_n’，

所述查找表(LUT)是通过对原始查找表每隔m个取样点进行存储得到的，其中m为大于等于1的整数，

步骤一中，根据所述查找表(LUT)按照水平偶数/奇数与垂直偶数/奇数的交叉点上的数据对应分裂为4个子查找表，并根据上一帧的灰阶G_n-1和当前帧的灰阶G_n得到所述4个子查找表的4个地址信号luta_addr、lutb_addr、lute_addr、lutd_addr以及两个控制信号hswap_flag、vswap_flag，

luta_addr＝(G_n[7:5]+G_n[4])*9+G_n-1[7:5]+G_n-1[4]；

lutb_addr＝(G_n[7:5]+G_n[4])*9+G_n-1[7:5]；

lute_addr＝G_n[7:5]*9+G_n-1[7:5]+G_n-1[4]；

lutd_addr＝G_n[7:5]*9+G_n-1[7:5]；

hswap_flag＝G_n-1[4]；

vswap_flag＝G_n-1[4]，

G_n[7:5]表示第n帧灰阶转换得到的二进制值的第7:5位，G_n-1[4]表示第n-l帧灰阶二进制值的第4位；

步骤二中，分别对所述子查找表进行查找，得到相应的4个邻点值luta_value，lutb_value，lutc_value，lutd_value。

步骤三中，根据前述步骤产生的控制信号，对前述步骤得到4个邻点值进行调整，得到4个调整值A，B，C，D。

2.如权利要求1所述的数字图像处理的过驱动优化方法中，步骤四中，根据前述步骤得到的调整值进行双线性插值计算，得到最终的过驱动输出值G_n’。

3.如权利要求1所述的数字图像处理的过驱动优化方法中，所述控制信号包括控制信号hswap_flag和vswap_flag，步骤三中的调整具体如下：

当hswap_flag＝1，vswap_flag＝1时；

A＝lutd_value；B＝lutc_value；C＝lutb_value；D＝luta_value；

当hswap_flag＝1，vswap_flag＝0时；

A＝lutb_value；B＝luta_value；C＝lutd_value；D＝lutc_value；

当hswap_flag＝0，vswap_flag＝1时；

A＝lutc_value；B＝lutd_value；C＝luta_value；D＝lutb_value；

当hswap_flag＝0，vswap_flag＝0时；

A＝luta_value；B＝lutb_value；C＝lutc_value；D＝lutd_value。

4.如权利要求1-3任一项所述的数字图像处理的过驱动优化方法中，其子查找表可以存储于半导体存储器，所述半导体存储器包括只读存储器ROM、随机存取存储器RAM模块或闪存。

5.一种液晶显示设备，其采用如权利要求1-4项所述的过驱动优化方法实现液晶像素驱动。

6.一种电路模块，其采用如权利要求1-4项所述的过驱动优化方法进行数字图像处理。

7.一种ASIC芯片，其包含如权利要求6所述的电路模块进行数字图像处理。