CN1237783C - 防运动模糊显示器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及消除由沿图像数据的运动轨迹进行的运动积分引起的运动模糊的方法、电路结构和显示装置。由于在矩阵型显示器中运动轨迹由观众和/或显示器集成，故对视频信号进行反向集成滤波。为了避免在没有检测到运动或图像细节很低的图像区域中的去模糊并避免噪声调制，使用了运动估算以及更多的图像特性。

Description

防运动模糊显示器

本发明涉及一种用于减少显示装置中显示图像的运动模糊的方法，所述运动模糊是由沿运动轨迹对图像数据进行与运动有关的空间域低通滤波、特别是因观众沿运动轨迹积累像素亮度(这可以解释为空间域的低通滤波)而产生的，在此方法中，计算依输入视频信号的运动成分而定的运动矢量；计算依所述运动矢量而定的滤波系数；根据所述滤波系数对所述输入视频信号进行滤波以提供滤波后的视频信号；将所述输入视频信号和所述滤波后的视频信号组合以产生输出视频信号；以及根据所述输出视频信号在所述显示装置上产生图像。本发明还涉及一种提供防运动模糊功能的电路结构以及一种非频闪的显示装置。所述与运动有关的空间低通滤波也可由显示器本身产生。

本发明提供了诸如液晶显示器，等离子体平板显示器或彩色顺序显示器等非频闪显示装置的良好的动态性能。

从EP 0657860 A2可知，对输入视频信号进行滤波可以减少非频闪显示器中的运动模糊。可以以与速度有关的高空间频率增强的形式来进行所述滤波。由于矩阵显示器上运动物体的观众沿运动轨迹积累像素亮度(这相当于空间频域的低通滤波)，因此可以通过对运动物体的高空间频率进行滤波来减少运动模糊。根据此文件，显示运动图像的矩阵显示器系统包括：矩阵显示板，它具有像素的行和列阵列，用于产生显示输出；以及像素驱动电路，用于按照通过在相继的场中反复地顺序地对像素的各行寻址而加到输入端上的视频信号来驱动像素，同时，至少在连续的寻址操作之间的大部分时间间隔中像素保持其显示输出。这些矩阵显示装置是非频闪显示器。为了减少运动模糊，建议设置一种与速度有关的高空间频率增强滤波电路，通过所述电路将加到所述输入端的视频信号信息提供给像素驱动电路，且所述电路根据运动成分的速度增强了拟显示的图像中运动成分的空间频率。运动成分的速度愈高，需增强的频谱部分愈大。

所述建议的解决方案的缺点在于：在运动矢量不可靠的区域，即对比度极小的区域，进行滤波可能不能改善图像。而且，滤波甚至会引起噪声调制。在这种情况下，图像的平面部分被滤波，而滤波并不能改善重要的细节。于是就会造成噪声图的可见差异。

本发明的一个目的是提供具有低噪声调制的精确空间滤波。

为解决本发明的目的，建议所述增强滤波器进一步依赖于决定所述视频信号的高空间频率性能的图像特性。利用决定高空间频率的图像性能、特别是局部图像特性，可避免在图像的平淡区域、例如非细节区域的滤波。这种滤波可以由二次滤波装置进行，也可由增强的一次滤波装置进行。这时运动矢量的计算或估算可能含有少许误差。当滤波器确实使用了有关图像高空间频率的附加信息来进行高空间频率的滤波时，这些误差可以被抑制。因此，滤波就仅限于能够给显示器的动态性能带来好处的区域。

还建议了图像细节、和/或图像对比度、和/或图像结构、和/或平均信号值、和/或峰-峰值的图像特性，这样滤波器的输出就更加可靠。利用更多的图像特性，就可减少不希望有的噪声调制。

根据本发明的又一优选实施例，利用一个高空间频率增强滤波器根据所述滤波系数对所述输入视频信号进行滤波。当观众和/或显示器对图像进行低通滤波时，需要提供反向滤波以便重建原来的信号。高空间频率增强滤波器对观众和/或显示器进行的低通滤波提供近似的反向滤波。所述滤波器可以是有限脉冲响应(FIR)滤波器，也可以是无限脉冲响应(IIR)滤波器。

可以将高空间频率增强滤波器的输出与输入的视频信号相比较。这两种信号的差别至少取决于估算的运动矢量。在平淡区域，或在有高对比度细节的区域，可能不需要高空间频率增强。为提供这些特征，提出了将所述输入视频信号与所述滤波后的视频信号相比较，利用掩蔽电路对所述比较后的视频信号进行滤波并且获得一个掩蔽后的视频信号，通过将所述输入视频信号与所述掩蔽后的视频信号组合来产生所述输出视频信号。掩蔽电路可以把斜坡函数加到比较后的视频信号。而且抑制低的或非常高的输出值的掩蔽电路也是可能的。在高对比度细节时应进行抑制频率提升。否则这种提升会导致限幅，或者需要减小信号的动态范围，用降低屏幕平均亮度的方法来避免这种频率峰化。

根据又一优选实施例，所述掩蔽电路提供对所述比较后的视频信号进行掩蔽的阈值，所述比较后的视频信号低于所述阈值时被抑制，而所述比较后的视频信号高于所述阈值时至少部分被增强。利用阈值，由发生在图像平淡部分中的不精确的运动矢量所引起的滤波后的视频信号和输入视频信号之间的差异不会被增强。只有高于规定阈值的高空间频率增强滤波器的输出信号不被抑制。

本发明还有一个方面是提供一种用于特别是利用上述方法来抑制视频显示的运动模糊的电路结构，所述电路结构包括：用来计算视频信号中运动矢量的运动计算装置；根据所述运动矢量计算滤波系数的装置；根据所述滤波系数对所述视频信号进行滤波的第一滤波装置；以及将所述滤波后的视频信号加到所述输入视频信号上的装置，其特征是提供了第二滤波装置，用来根据确定所述视频信号的高空间频率性能的图像特性来对所述视频信号进行滤波。所述第二滤波装置可以被包括在所述第一滤波装置中作为第一滤波装置的增强。所述第二滤波装置也可由独立的新滤波电路来提供。

本发明还有一个方面就是非频闪显示装置，特别是包括根据权利要求的上述电路结构或利用上述方法的液晶显示器(LCD)、薄膜晶体管显示器(TFT)、彩色顺序显示器或等离子体显示板(PDP)。

根据本发明，提供了一种用于减少显示装置中显示的图像的运动模糊的方法，其中计算依输入视频信号的运动成分而定的运动矢量，计算依所述运动矢量而定的滤波系数，利用一个高空间频率增强滤波器根据所述滤波系数对所述输入视频信号进行滤波，以提供滤波后的视频信号，通过将所述输入视频信号和所述滤波后的视频信号组合来产生输出视频信号，以及根据所述输出视频信号在所述显示装置上产生图像，其特征在于：还利用所述高空间频率增强滤波器根据确定所述输入视频信号的高空间频率性能的图像特性对所述输入视频信号进行滤波以便提供所述滤波后的视频信号，使得所述输入视频信号与所述滤波后的视频信号相比较，计算所述输入视频信号与所述滤波后的视频信号之间的差并作为比较后的视频信号输出，利用掩蔽电路对所述比较后的视频信号进行滤波并且获得一个掩蔽后的视频信号，通过对所述输入视频信号与所述掩蔽后的视频信号进行组合来产生所述输出视频信号。

根据本发明提供了一种用于向视频显示器提供运动模糊抑制的电路结构，所述电路结构包括：用于计算输入视频信号中运动矢量的运动计算装置；用于根据所述运动矢量计算滤波系数的装置；用于根据所述滤波系数对所述输入视频信号进行滤波以便获得一个滤波后的视频信号的高空间频率增强滤波装置；以及用于将所述滤波后的视频信号加到所述输入视频信号上的装置，其特征在于：还由所述高空间频率增强滤波装置或第二滤波装置根据确定高空间频率性能的图像特性来对所述输入视频信号进行滤波以便获得所述滤波后的视频信号，其中提供了一个比较器，用来根据所述输入视频信号与所述滤波后的视频信号之间的差计算并输出一个比较后的视频信号，并且提供了一个掩蔽电路，用来对所述比较后的视频信号进行掩蔽。

根据本发明，提供了一种包括了用于向视频显示器提供运动模糊抑制的电路结构的非频闪显示装置，包括：用于计算输入视频信号中运动矢量的运动计算装置；用于根据所述运动矢量计算滤波系数的装置；用于根据所述滤波系数对所述输入视频信号进行滤波以便获得一个滤波后的视频信号的高空间频率增强滤波装置；以及用于将所述滤波后的视频信号加到所述输入视频信号上的装置，其特征在于，还由所述高空间频率增强滤波装置或第二滤波装置根据确定高空间频率性能的图像特性对所述输入视频信号进行滤波以便获得所述滤波后的视频信号，其中提供了一个比较器，用来根据所述输入视频信号与所述滤波后的视频信号之间的差计算并输出一个比较后的视频信号，并且提供了一个掩蔽电路，用来对所述比较后的视频信号进行掩蔽。

参考以下所描述的实施例，本发明的诸多方面将得到阐述、使其显而易见。附图中示出：

图1防运动模糊滤波器的第一实施例；

图2防运动模糊滤波器的第二实施例。

在阴极射线管中，以脉冲的形式产生显示图像的每个像素，与图像时间相比所述脉冲时间非常短。与阴极射线管不同，在新的平面、高质量、低成本的显示装置中，每个像素在大部分图像时间中内被显示。如果图像的任一部分包含运动，那么，观众就会跟踪所述运动。由于每个像素基本上在整个图像时间中都被显示，所以表示运动的像素亮度按照如下方式沿运动轨迹被积分：

$F_{\mathrm{out}}(\stackrel{\→}{x},n)=\frac{1}{t_i}\underset{0}{\overset{t_i}{\∫}}F(\stackrel{\→}{x}+\frac{t}{T}\stackrel{\→}{D},n)\mathrm{dt}---\left(1\right)$

式中t_i为显示时间，F为输入视频信号，F_out为输出视频信号，而T为图像周期。矢量D是物体速度和图像周期的乘积。如果t_i恒定不变，那么，所述积分与F(x，n)和取样保持函数h(x)的卷积相同：

$F_{\mathrm{out}}(\stackrel{\→}{x},n)=\frac{T}{t_i}\underset{0}{\overset{\frac{t_i}{T}}{\∫}}F(\stackrel{\→}{x}+\mathrm{\α}\stackrel{\→}{D},n)\mathrm{d\α}$

$=\underset{-\∞}{\overset{\∞}{\∫}}F(\stackrel{\→}{x}+\mathrm{\α}\stackrel{\→}{D},n)h_1\left(\mathrm{\α}\stackrel{\→}{D}\right)\mathrm{d\α}---\left(2\right)$

$=F(\stackrel{\→}{x},n)*h\left(\stackrel{\→}{x}\right)$

式中h(x)为

$h_1\left(\mathrm{\α}\stackrel{\→}{D}\right)=\left\{\begin{array}{c}T/t_i,0\≤\mathrm{\α}\≤T/t_i\\ 0,\mathrm{otherwisse}\end{array}\right.---\left(3\right)$

根据在傅立叶域的分析，显然，通过对输出信号进行反向滤波就可以重建原来的信号：

$F(\stackrel{\→}{f},n)=\frac{F_{\mathrm{out}}(\stackrel{\→}{f},n)}{H\left(\stackrel{\→}{f}\right)}=\frac{F_{\mathrm{out}}(\stackrel{\→}{f},n)}{\sin c(\mathrm{\π}\frac{t_i}{T}\stackrel{\→}{D}\·\stackrel{\→}{f})}$

由于转移函数H(f)包含零，所以这种反向滤波不可实行。在实际中需要一种改型的滤波器。以类似于正弦函数的性能来增强高空间频率的这样一种滤波器是：

$F_{\mathrm{out}1}(\stackrel{\→}{x},n)=F(\stackrel{\→}{x},n)+G\left(\stackrel{\→}{D}\right){\mathrm{\Σ}}_{k,l,n}C(\stackrel{\→}{D},l,k)F(\stackrel{\→}{x}+\left(\begin{array}{c}k\\ l\end{array}\right),n)---\left(5\right)$

公式中的第二项是高通有限脉冲响应滤波器，其系数取决于运动矢量D。

由于这种高空间频率的增强含有以下风险，即，在运动矢量D不可靠的区域中滤波器的改变会由于噪声调制而成为可见的，故必须消除或抑制这些不可靠的矢量。

图1示出了可以减少运动模糊和噪声调制的电路结构。图1示出了视频信号输入源2、运动估算器电路4、高空间频率增强滤波器6、比较器8、掩蔽电路10以及加法器12。

来自所述视频信号输入源2的视频信号馈入所述运动估算器电路4。在所述运动估算器电路4中，估算视频信号的图像的运动并根据估算的矢量计算滤波系数。图像中的运动愈高，运动矢量愈大。将所述滤波系数馈入所述高空间频率增强滤波器6，所述高空间频率增强滤波器6可以是IIR或FIR滤波器，如公式(5)所示。

根据所述滤波系数对所述视频信号滤波，高空间频率被增强。在所述高空间频率增强滤波器6中，高空间频率被峰化而低空间频率恒定不变，其输出信号馈入所述比较器8。通过所述比较器8，计算并输出输入视频信号和增强视频信号之间的差。这样只有当所述高空间频率增强滤波器6改变了所述输入视频信号时，所述比较器8才会有输出。

在平淡区域中，大多数运动估算电路都很难求出有效的运动矢量，故滤波系数以及所述高空间频率增强滤波器6的输出就不可靠。在所述运动估算器电路4的输出不可靠的区域，所述高空间频率增强滤波器6的输出以及随后的所述比较器8的输出都具有低的振幅。为了抑制这些低振幅，所述掩蔽电路10向滤波器提供掩蔽功能。也可以掩蔽高振幅高频率，因为这些频率是由图像的高对比细节区域导出的。如果这些高振幅频率被所述高空间频率增强滤波器6所峰化，就必须以降低图像平均亮度的代价来减小显示器的整体动态范围，否则就会发生限幅。将掩蔽信号馈入所述加法器12，加到所述输入视频信号上。输出信号为：

$F_{\mathrm{out}2}(\stackrel{\&RightArrow;}{x},n)=\left\{\begin{array}{c}F(\stackrel{\&RightArrow;}{x},n),\left(\right|F_{\mathrm{out}1}(\stackrel{\&RightArrow;}{x},n)-F(\stackrel{\&RightArrow;}{x},n)\left|\right)\&le;\mathrm{Th}\\ F_{\mathrm{out}1}(x,n)+\mathrm{Th},(F_{\mathrm{out}1}(\stackrel{\&RightArrow;}{x},n)-F(\stackrel{\&RightArrow;}{x},n))<-\mathrm{Th}\\ F_{\mathrm{out}1}(x,n)+\mathrm{Th},(F_{\mathrm{out}1}(\stackrel{\&RightArrow;}{x},n)-F(\stackrel{\&RightArrow;}{x},n))>+\mathrm{Th}\end{array}\right.---\left(6\right)$

式中Th是阈值，它可避免低对比区域(例如在滤波系数不可靠的区域)中的增强。

图2示出本发明的又一优选实施例。除了图1的组成之外，图2中还示出了峰-峰计算器14、平均信号值计算器16和查阅表18。这种实施例特别适用于等离子体显示板，但并不限于这种显示器类型。由于主要的运动模糊是由因图像细节而改变的最高有效位或像素引起，所以，所述信息可以与估算的运动矢量组合、用以确定所述高空间频率增强滤波器6的滤波系数。

除了由运动估算器4进行的运动估算外，还通过所述峰-峰值计算器14计算输入视频信号的高频视频成分的峰-峰值。此外，通过所述平均信号值计算器16计算平均信号值。除运动矢量之外，这些数值也都用来计算所述高空间频率增强滤波器6的滤波系数。计算的滤波系数存储在所述查阅表18中，并可由所述高空间频率增强滤波器6读出。

本发明可以纠正发生在矩阵型显示器中的运动模糊。由于运动矢量并不总是可靠的，所以使用了更多的图像特性来克服运动矢量估算的不确定性。这样，可以避免平淡区域中的噪声调制，并且仅在确有作用的区域中进行去模糊。否则消除去模糊操作。

Claims (5)

1.一种用于减少显示装置中显示的图像的运动模糊的方法，其中

计算依输入视频信号的运动成分而定的运动矢量，

计算依所述运动矢量而定的滤波系数，

利用一个高空间频率增强滤波器根据所述滤波系数对所述输入视频信号进行滤波，以提供滤波后的视频信号，

通过将所述输入视频信号和所述滤波后的视频信号组合来产生输出视频信号，以及

根据所述输出视频信号在所述显示装置上产生图像，

其特征在于：还利用所述高空间频率增强滤波器根据确定所述输入视频信号的高空间频率性能的图像特性对所述输入视频信号进行滤波以便提供所述滤波后的视频信号，使得所述输入视频信号与所述滤波后的视频信号相比较，计算所述输入视频信号与所述滤波后的视频信号之间的差并作为比较后的视频信号输出，利用掩蔽电路对所述比较后的视频信号进行滤波并且获得一个掩蔽后的视频信号，通过对所述输入视频信号与所述掩蔽后的视频信号进行组合来产生所述输出视频信号。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述图像特性是图像细节、和/或图像对比度、和/或图像结构、和/或平均信号值、和/或峰-峰值。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：所述掩蔽电路提供对所述比较后的视频信号进行掩蔽的阈值，所述比较后的视频信号低于所述阈值时被抑制，而所述比较后的视频信号高于所述阈值时至少部分被增强。

4.一种用于向视频显示器提供运动模糊抑制的电路结构，所述电路结构包括：用于计算输入视频信号中运动矢量的运动计算装置；用于根据所述运动矢量计算滤波系数的装置；用于根据所述滤波系数对所述输入视频信号进行滤波以便获得一个滤波后的视频信号的高空间频率增强滤波装置；以及用于将所述滤波后的视频信号加到所述输入视频信号上的装置，

其特征在于：还由所述高空间频率增强滤波装置或第二滤波装置根据确定高空间频率性能的图像特性来对所述输入视频信号进行滤波以便获得所述滤波后的视频信号，其中提供了一个比较器，用来根据所述输入视频信号与所述滤波后的视频信号之间的差计算并输出一个比较后的视频信号，并且提供了一个掩蔽电路，用来对所述比较后的视频信号进行掩蔽。

5.一种包括了用于向视频显示器提供运动模糊抑制的电路结构的非频闪显示装置，包括：用于计算输入视频信号中运动矢量的运动计算装置；用于根据所述运动矢量计算滤波系数的装置；用于根据所述滤波系数对所述输入视频信号进行滤波以便获得一个滤波后的视频信号的高空间频率增强滤波装置；以及用于将所述滤波后的视频信号加到所述输入视频信号上的装置，

其特征在于：还由所述高空间频率增强滤波装置或第二滤波装置根据确定高空间频率性能的图像特性来对所述输入视频信号进行滤波以便获得所述滤波后的视频信号，其中提供了一个比较器，用来根据所述输入视频信号与所述滤波后的视频信号之间的差计算并输出一个比较后的视频信号，并且提供了一个掩蔽电路，用来对所述比较后的视频信号进行掩蔽。