CN1468006A - 图像处理设备和方法、图像显示设备以及移动电子装置 - Google Patents

图像处理设备和方法、图像显示设备以及移动电子装置 Download PDF

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Abstract

一种图像处理设备，用于处理表示象素的象素值的图像信号以便由图像显示设备显示包括该象素的图像，包括：检测部分，用于检测与具有第一象素值的第一系列象素和具有与第一象素值不同的第二象素值的第二系列象素相对应的图像信号的低频部分，第二系列象素跟随在第一系列象素之后；和信号扩展部分，用于扩展图像信号的低频部分的指定部分，以致第一象素值逐渐地变化到第二象素值，该指定部分包括至少第一系列象素和第二系列象素中的一个。

Description

图像处理设备和方法、图像显示设备以及移动电子装置
技术领域
本发明涉及一种图像处理设备、一种图像处理方法、一种使用该图像处理方法的图像显示设备以及一种诸如移动电话之类的移动电子装置。
背景技术
近年来，在图像显示设备领域，已经开发出用于显示高清晰度图像的技术，例如用于显示精密的计算机图形(CG)图像和更逼真地显示其他图像的技术。但是，仍然强烈需要由显示设备显示比图像显示技术发展至今所实现的图像的灰度等级更高、清晰度更高的图像。
在把数字信号用作图像信号的图像显示设备中，将图像信号的6到8比特分配给每一个红(R)、绿(G)和蓝(B)数据。由于对显示更高灰度等级和更高清晰度图像的强烈需求，所以，预期在未来对使用更多比特数的数字信号的要求也将增加。
下面将具体说明这种将16比特表示的图像信号的6到8比特分配给每个红(R)、绿(G)和蓝(B)数据的主流图像显示设备。
因为216＝65536，在这种类型的图像显示设备中使用的图像显示数据可以显示65536种颜色。对于用65536种颜色的图像数据来显示RGB彩色图像，通常使用5-6-5格式。对于这种格式，5比特分配给R数据，6比特分配给G数据，而5比特分配给B数据。因此，图像显示数据共具有16比特。
在TFT液晶显示板单元中，6比特作为表示灰度等级电平的数值分配给每一个红(R)、绿(G)和蓝(B)数据。因此，图像显示数据共具有18比特。
将与输入数字图像信号相对应的图像信号输出，进行处理。
为了使16比特的数字图像信号与这种TFT液晶显示板单元匹配，对灰度等级进行了补偿，用于把各分配了5比特的红(R)象素图像显示数据和蓝(B)象素图像显示数据扩展到6比特图像显示数据。
对于这种灰度等级补偿，主要采用下面三种系统：(1)LSB(最低有效位)固定系统，(2)MSB(最高有效位)重复系统，和(3)灰度等级调色板系统。
根据(1)LSB固定系统，将一个比特作为LSB加到5比特图像数据，以便产生6比特图像显示数据。对于LSB，自动将其设置成“1”或者“0”。
根据(2)MSB重复系统，将一个比特作为LSB加到5比特图像显示数据，以便产生6比特图像显示数据，对于LSB，设置与MSB相同的数值，与(1)LSB固定系统不同。
根据(3)灰度等级调色板系统，5比特图像显示数据和6比特图像显示数据通过被称作查找表(LUT)或者转换表的调色板相互联系起来。当输入一个由5比特图像显示数据表示的数值时，输出与该数值相对应的6比特图像显示数据。
为了提高灰度等级，可以使用伪灰度等级系统。通常众所周知的伪灰度等级系统包括(4)抖动系统，(5)误差扩散系统和(6)FRC(帧速率控制)系统。
根据(4)抖动系统，定义了参考象素值。在某个象素区域，离散参考象素值用于显示具有与参考象素值不同的象素值的象素。首先得到具有非参考象素值的象素的数目与具有参考象素值的象素的数据之间的比率(即，表示率)。然后根据表示率显示参考象素值(中间色调)之间的灰度等级。
根据(5)误差扩散系统，对一个象素的象素值进行量化(二进制值化)。把量化值和原始象素值之间的差值(即，量化误差)分配给周围象素的象素值。这样显示了中间色调。
根据(6)FRC系统，定义了参考数值。在某个时间周期(例如，一帧)中，离散参考象素值用于显示具有与参考象素值不同的象素值的象素。求出显示具有参考象素值的象素的时间周期与显示具有非参考象素值的象素的时间周期之间的比率。使用该比率显示参考象素值(中间色调)之间的灰度等级。
系统(1)、(2)和(3)具有颜色再现性(灰度等级再现性)方面的问题。这将在后面进行说明。在后续的描述中，5比特图像显示数据和6比特图像显示数据的象素值00h是与最暗的显示相对应的象素值。5比特图像显示数据的象素值1Fh和6比特图像显示数据的象素值3Fh是与最亮的显示相对应的每一个象素值。
(1)LSB固定系统具有下面的问题。在通过将“0”添加到原始图像数据的彩色分量图像显示数据的LSB上来进行灰度等级扩展的情况下，象素值1Fh(对应于5比特图像显示数据的最亮显示)被转换成象素值3Eh。因此，不能显示在显示板上可能出现的最亮的显示(3Fh)。在通过将“1”添加到原始图像数据的彩色分量图像显示数据的LSB上来进行灰度等级扩展的情况下，象素值00h(对应于5比特图像显示数据的最暗显示)被转换成6比特图像显示数据的象素值01h。因此，不能显示在显示板上可能出现的最暗的显示(00h)。
(2)MSB重复系统具有下面的问题。连续的5比特图像显示数据的象素值(例如，0Fh和10h)被转换成不连续的6比特图像显示数据的象素值1Eh和21h。因此，不能显示连续的亮度。
(3)灰度等级调色板系统具有下面的问题。一旦设置了用于将5比特图像显示数据转换成6比特图像显示数据的调色板，就要对所有的图像使用相同的调色板。对于要被显示的不同种类的图像(例如，图形图像、动画图像和其它的普通图像)，需要新设置调色板。这增加了用户的工作量。
系统(1)、(2)和(3)的问题都是由于不能充分利用6比特图像显示数据的显示板的显示能力(26＝64)。在系统(1)和(2)中，“0”或者“1”被自动添加到LSB。因此，实际的显示局限于5比特显示(25＝32个灰度等级)。在系统(3)中，包括在调色板中的数据类型的数目是32。
当不能够如上述那样完全利用显示板的显示能力时，除了上面的问题之外，可能出现下面的问题。在系统(1)、(2)和(3)中，图像显示信号的比特数不足。因此，通常在图像中应该由平滑的灰度等级变化表示的部分可能非常不令人满意地由台阶式的条带表示(这种条带将被称为“伪轮廓”)。
当输入图像信号的灰度等级比特数目大于图像显示设备的灰度等级比特数据时，也就是当图像显示设备的灰度等级显示能力对于输入的图像信号不足时，系统(4)、(5)和(6)可以提高图像显示设备的灰度等级能力的程度。但是，当输入的图像信号的灰度等级比特数小于图像显示设备的灰度等级比特数时，不执行与灰度等级比特数超过输入图像信号的灰度等级比特数对应的显示，尽管图像显示设备的灰度等级能力足以进行这种显示。换句话说，不能充分利用图像显示设备的灰度等级能力。
发明内容
根据本发明的一个方面，一种图像处理设备，用于处理表示象素的象素值的图像信号以便由图像显示设备显示包括该象素的图像，包括：检测部分，用于检测与具有第一象素值的第一系列象素和具有与第一象素值不同的第二象素值的第二系列象素相对应的图像信号的低频部分，第二系列象素跟随在第一系列象素之后；和信号扩展部分，用于扩展图像信号的低频部分的指定部分，以致第一象素值逐渐地变化到第二象素值，该指定部分包括至少第一系列象素和第二系列象素中的一个。
在本发明的一个实施例中，图像处理设备还包括块形成部分，用于将图像信号划分成多个块，每个块对应于指定数目的象素。检测和扩展被划分成多个块的图像信号。
在本发明的一个实施例中，把多个象素设置成多个行和多个列。块形成部分对图像信号进行划分，以致多个块之间的边界对于多个列是随机的。
在本发明的一个实施例中，检测部分确定表示第一系列象素的第一象素位置的数值和表示第二系列象素的第一象素位置的数值之间的差值是否等于表示第一系列象素的宽度的数值，从而确定是否要对图像信号进行扩展。
在本发明的一个实施例中，信号扩展部分将具有固定数值的比特添加到没有扩展的图像信号的一部分。
在本发明的一个实施例中，在低频部分中第一象素值和第二象素值之间的差值是1。
在本发明的一个实施例中，信号扩展部分从第一系列象素的中心和第二系列象素的中心进行扩展。
在本发明的一个实施例中，信号扩展部分将2个比特添加到与具有第一象素值的象素相对应的部分图像信号和与具有第二象素值的象素相对应的部分图像信号中的至少一个。
在本发明的一个实施例中，信号扩展部分将4个比特添加到与具有第一象素值的象素相对应的部分图像信号和与具有第二象素值的象素相对应的部分图像信号中的至少一个。
在本发明的一个实施例中，信号扩展部分对图像信号进行扩展，以致第一象素值沿着直线或者曲线逐渐地变化到第二象素值。
在本发明的一个实施例中，按照传输图像信号的水平方向、垂直于水平方向的垂直方向以及与水平方向和垂直方向倾斜的倾斜方向中的至少一个方向设置第一系列象素和第二系列象素。
在本发明的一个实施例中，由图像显示设备处理的灰度等级比特的数目大于由图像信号表示的灰度等级比特的数目。
根据本发明的另一方面，一种图像处理方法，用于处理表示象素的象素值的图像信号以便由图像显示设备显示包括象素的图像，该图像处理方法包括下面的步骤：检测与具有第一象素值的第一系列象素和具有与第一象素值不同的第二象素值的第二系列象素相对应的图像信号的低频部分，第二系列象素跟随在第一系列象素之后；以及扩展图像信号的低频部分的指定部分，以致第一象素值逐渐地变化到第二象素值，该指定部分包括至少第一系列象素和第二系列象素中的一个。
在本发明的一个实施例中，图像处理方法还包括下面的步骤：将图像信号划分成多个块，每个块对应于指定数目的象素。检测和扩展被划分成多个块的图像信号。
根据本发明的又一个方面，一种图像显示设备包括上述的图像处理设备，用于使用由图像处理设备扩展的图像信号来显示图像。
根据本发明的又一个方面，一种移动电子装置包括上述的图像显示设备。图像显示设备是液晶显示设备。
根据本发明的图像处理设备包括检测部分和信号扩展部分。检测部分检测由比特表示的图像信号的低频部分。该低频部分对应于具有第一象素值的第一系列象素和具有与第一象素值不同的第二象素值的第二系列象素。第二系列象素跟随在第一系列象素之后。信号扩展部分扩展图像信号的低频部分的指定部分。该指定部分包括第一系列象素和/或第二系列象素。更具体地，执行扩展使得第一象素值逐渐地变化到第二象素值。
因此，根据本发明，可以充分利用显示板的图像显示能力，并且实现了平滑的灰度等级变化。可以消除伪轮廓，即台阶式灰度等级条带。
根据本发明，如下处理作为信号扩展目标的、由检测部分检测的图像信号的低频部分。由信号扩展部分添加指定数目的比特。将比特“00”添加到不是信号扩展目标的部分，以致该部分的比特数目等于扩展部分的比特数目。因此，根据本发明，不是自动地添加指定的比特数目。可以充分利用图像显示设备的显示能力。因此，避免了抑制最亮点和最暗点的问题和基于有效离散象素显示图像的问题。
因此，这里描述的发明具有这样的优点：提供了一种用于扩展输入的图像信号以便充分利用显示板的显示能力的图像处理设备和图像处理方法、一种图像显示设备和使用该图像显示设备的移动电子装置，例如蜂窝电话。
阅读和理解了下面参考附图对本发明的详细描述，本领域的技术人员将会清楚本发明的这些和其它的优点。
附图说明
图1示出了在本发明第一实施例中使用的液晶显示设备的方块图；
图2示出了根据本发明第一实施例的图像处理设备的方块图；
图3示出了第一实施例中的图像处理设备的检测部分的方块图；
图4示出了第一实施例中的图像处理设备的信号扩展部分的方块图；
图5示出了用于举例说明由第一实施例中的图像处理设备的检测部分和信号扩展部分执行的基本算法的前半部分流程图；
图6示出了用于举例说明由第一实施例中的图像处理设备的检测部分和信号扩展部分执行的基本算法的后半部分流程图；
图7示意性地示出了在信号扩展之前作为由第一实施例中的图像处理设备的信号扩展部分执行信号扩展的目标的一部分图像信号；
图8示意性地示出了第一实施例图像处理设备的行存储器中存储的图像信号的图像数据；
图9示出了用于说明由第一实施例中的图像处理设备的信号扩展部分执行的基本算法的流程图；
图10示意性地示出了由第一实施例中的图像处理设备的信号扩展部分执行的信号扩展所获得的典型图像信号；
图11示出了根据本发明的第二实施例的图像显示设备的方块图；
图12示出了第二实施例中的图像处理设备的检测部分的方块图；
图13示出了第二实施例中的图像处理设备的信号扩展部分的方块图；
图14示出了用于说明由第二实施例中的图像处理设备的检测部分和信号扩展部分执行的基本处理算法的前半部分流程图；
图15示出了用于说明由第二实施例中的图像处理设备的检测部分和信号扩展部分执行的基本处理算法的后半部分流程图；
图16示意性地示出了在信号扩展之前作为由第二实施例中的图像处理设备的信号扩展部分执行信号扩展的目标的一部分图像信号；
图17示意性地示出了在第二实施例的图像处理设备的帧存储器中存储的图像信号的图像数据；
图18示意性地示出了由第二实施例中的图像处理设备的信号扩展部分执行的信号扩展所获得的典型图像信号；
图19示出了用于说明由第二实施例中的图像处理设备的信号扩展部分执行的基本算法的流程图；
图20示出了本发明第三实施例的图像处理设备的方块图；
图21示出了第三实施例中的图像处理设备的检测部分的方块图；
图22示出了第三实施例中的图像处理设备的信号扩展部分的方块图；
图23示出了用于说明由第三实施例中的图像处理设备的检测部分和信号扩展部分执行的基本处理算法的前半部分流程图；
图24示出了用于说明由第三实施例中的图像处理设备的检测部分和信号扩展部分执行的基本处理算法的后半部分流程图；
图25示意性地示出了在信号扩展之前作为由第三实施例中的图像处理设备的信号扩展部分执行信号扩展的目标的一部分图像信号；
图26示意性地示出了在第三实施例的图像处理设备的存储器中存储的图像数据；
图27示出了用于说明由第三实施例中的图像处理设备的信号扩展部分执行的处理算法的流程图；
图28示意性地示出了由第三实施例中的图像处理设备的信号扩展部分执行的信号扩展所获得的典型图像信号；
图29示出了第三实施例中的图像显示设备的显示部分；
图30示出了第三实施例中的图像显示设备的显示部分，以示例的方式说明了多个块；和
图31示出了第三实施例中的图像显示设备的显示部分，以另一种示例方式说明了多个块。
具体实施方式
下面将参考附图以说明性的实施例来描述本发明。(实施例1)
在本发明的第一实施例中，下面将对用于将6比特数字图像信号扩展到要提供给液晶显示板的8比特数字图像信号的图像处理设备进行说明。第一实施例中使用的液晶板具有640象素(水平)×480象素(垂直)的显示区域。
应该注意的是，本发明的图像处理设备并不局限于用于处理要提供给液晶板的图像的设备。使用本发明的图像处理设备的液晶板并不局限于具有640象素×480象素的显示区域。它们只是例子而已。
第一实施例中的图像处理设备具有适合于要求低成本生产的产品例如蜂窝电话、PDA和其它紧凑型显示设备的结构。
图1示出了包括图像处理设备的液晶显示设备1的方块图。
液晶显示设备1包括通过数据总线3彼此相连接的液晶显示模块4和外部主机系统2。
外部主机系统2包括相互连接到总线3的CPU(中央处理单元)21、外部存储器22和I/O(输入/输出)系统23。
液晶模块4包括：液晶控制器41、显示存储器42、图像处理设备43、液晶驱动器44和液晶板45。在第一实施例中，图像处理设备43连接在液晶控制器41和液晶驱动器44之间。图像处理设备43以指定的方式处理从液晶控制器41输出的6比特图像数据，以便将6比特图像信号转换成8比特图像数据，并且将8比特图像数据输出到液晶驱动器44。
液晶控制器41包括I/F部分41a和信号处理部分41b，并且与数据总线3相连接。液晶控制器41连接到显示存储器42，并且按照存储在显示存储器42中的显示信息和控制信息将图像信号和控制信号输出到图像处理设备43。图像处理设备43如下所述处理图像信号和控制信号，以便产生扩展的图像信号，并且将扩展的图像信号输出到液晶驱动器44。按照来自图像处理设备43的扩展的图像信号和控制信号，液晶驱动器44使得液晶板45显示图像。液晶板45充当显示板。在液晶板45中，多个象素被设置成多个行和多个列。
图2示出了图1所示的图像处理设备43的部分结构的方块图。
图像处理设备43包括控制部分51、行存储器52、检测部分53和信号扩展部分54。
控制部分51接收从液晶控制器41输出的6比特图像信号和控制信号。控制信号被输出到行存储器52、检测部分53、信号扩展部分54和液晶驱动器44中的每一个。6比特图像信号被输出到行存储器52。控制部分51控制行存储器52、检测部分53和信号扩展部分54，以致当这些部分处理的图像数据输出到液晶驱动器44时这些图像数据与控制信号同步。
在6比特图像信号与控制信号同步时，行存储器52顺序地从控制部分51逐行地，即以640个象素为单位读取6比特图像信号。行存储器52还读取由信号扩展部分54产生的8比特扩展的图像信号，并且将8比特扩展的图像信号输出到液晶驱动器44。
检测部分53读取从行存储器52输出的6比特图像信号，并且检测由台阶式或者不连续的灰度等级变化，即伪轮廓，表示的一部分图像信号。伪轮廓是由图像信号的比特数目不足造成的，并且降低了图像质量。通常在图像中，伪轮廓是灰度等级的台阶式条带。
更具体地，检测部分53对6比特图像信号执行下面的运算。检测部分53检测这样的图像模式，在这种图像模式中，具有相同象素值L(L是从0到63的任意整数)的两个或者多个象素是连续的并且两个或者多个象素之后跟随着具有相同象素值(L+1)或者(L-1)的两个或者多个象素。检测部分53还存储表示具有相同象素值的连续象素中的第一象素的位置值和具有相同象素值的连续象素的宽度(象素数)。检测部分53将该位置值和宽度输出到信号扩展部分54。
信号扩展部分54将2个最低比特添加到与由检测部分53检测的并且作为信号扩展目标的象素相对应的6比特图像信号，从而产生8比特图像信号。如后面所述的那样执行2个比特的添加，以致消除了由比特数的不足造成的不连续部分的图像并且实现了平滑的灰度等级变化。把2比特“00”添加到与不是信号扩展目标的象素相对应的图像信号，从而产生8比特图像信号。因此，6比特图像信号被扩展成8比特图像信号。由信号扩展部分54扩展的8比特图像信号被写入行存储器52。
检测部分53和信号扩展部分54针对R、G和B象素逐行地执行上述的处理。顺序地处理480行的信号，并且因此显示一幅图像。
在第一实施例中，当两个毗邻象素的象素值之间的差值是1并且检测到具有相同象素值的两个或者多个象素是连续的时，执行信号扩展。本发明并不局限于此，可以自由地设置阈值，例如两个毗邻的象素之间的差值和用于信号扩展的连续象素的数目。
接下来将参考图3详细说明检测部分53的结构。
检测部分53包括：象素值比较部分61、宽度计算部分62、象素位置存储部分63、宽度存储部分64、第一到第三确定部分65到67、和象素值交换部分68。
象素值比较部分61与行存储器52相连接(图2)并且比较从行存储器52读出的毗邻象素的象素值是否彼此相等。
宽度计算部分62连接到象素值比较部分61。当象素值比较部分61的比较结果表明毗邻象素的象素值彼此相等时(即，具有相同象素值的象素是连续的)，宽度计算部分62将图像数据的宽度加“1”。
象素位置存储部分63连接到象素值比较部分61。当象素值比较部分61的比较结果表明毗邻象素的象素值彼此相等时(即，具有相同象素值的象素是连续的)，象素位置存储部分63存储表示连续象素中第一象素的位置的数值。
宽度存储部分64连接到象素值比较部分61。当象素值比较部分61的比较结果表明具有相同象素值的第一系列象素终止时，宽度存储部分64存储具有相同象素值的象素的宽度(象素的数目)。
第一确定部分65连接到宽度计算部分62、象素位置存储部分63和宽度存储部分64。第一确定部分65确定表示具有相同象素值的第一系列象素的第一象素位置的数值(存储在象素位置存储部分63)(i)与具有相同象素值的下一个(第二)系列象素值的第一象素位置的数值(ii)之间的差值是否等于宽度存储部分64存储的宽度。
第二确定部分66连接到第一确定部分65。第二确定部分66确定具有相同象素值的第一系列象素的象素值是否比具有相同象素值的第二系列象素的象素值大1。
第三确定部分67连接到第二确定部分66。第三确定部分67确定具有相同象素值的第一系列象素的象素值是否比具有相同象素值的第二系列象素的象素值小1。
当第一确定部分65的确定结果是“相等”，并且第二确定部分66的确定结果是“大1”时，则信号交换部分68把将由信号扩展进行处理的行存储器52中的图像数据对称地交换，如后面所述的那样。
下面将参考附图5对象素值比较部分61、宽度计算部分62、象素位置存储部分63和宽度存储部分64执行的处理进行说明。参考附图6对第一确定部分65、第二确定部分66和第三确定部分67和象素值交换部分68执行的处理进行说明。
下面将参考附图4对信号扩展部分54的结构进行详细说明。
信号扩展部分54包括：第一四倍运算部分69、第一减法部分70、第二减法部分71、第二四倍运算部分72、除法部分73和加法部分74。
第一四倍运算部分69包括2比特移位电路并且使用该2比特移位电路对输入的信号值乘4。
第一减法部分70和第二减法部分71的每一个都包括减法电路，并且使用该减法电路对输入信号值进行减法运算。
第二四倍运算部分72包括2比特移位电路并且使用该2比特移位电路对输入信号的值乘4。
除法部分73包括除法电路，并且使用该除法电路对输入信号的数值进行除法运算。
加法部分74包括加法电路，并且使用该加法电路对输入信号的数值进行加法运算。
参考附图5和6，将说明由检测部分53和信号扩展部分54执行的基本处理算法。图5示出了检测部分53和信号扩展部分54执行的前半部分的处理。图6示出了检测部分53和信号扩展部分54执行的后半部分的处理。在图5和6中，“n”表示以象素的位置顺序为每行的每个象素分配的号码。在第一实施例中，每行设置了640个象素，“n”是从1到640范围中的自然数。每行的象素的象素值按照数值“n”由D1、D2、……、D640表示。“i”分配给一系列具有相同象素值(1≤i＜n)的两个或者多个毗邻象素中的每个象素。“i”的数值从一系列象素的一端顺序地分配。Si是表示该系列象素中第一象素位置的数值，而Wi表示该系列象素中的象素的数目。例如，当象素值D1＝D2＝D3并且D4＝D5时，S1＝1，W1＝3，S2＝4，W2＝2。
如下进行检测部分53和信号扩展部分54的处理。
参考附图5，在步骤1设置i＝1，n＝1。
在步骤2，象素值比较部分61读取图像数据Dn-1、Dn和Dn+1。
在步骤3，象素值比较部分61比较图像数据(象素)Dn和图像数据Dn-1(紧靠Dn之前)的象素值。
当在步骤3中象素值比较部分61的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1具有相同的象素值时，处理前进到步骤4，由象素值比较部分61比较图像数据Dn和图像数据Dn+1(紧靠Dn之后)的象素值。
当在步骤3中象素比较部分61的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1不具有相同的象素值时，则处理前进到步骤7，由象素值比较部分61比较图像数据Dn和图像数据Dn+1的象素值。
当在步骤4中象素比较部分61的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn+1具有相同的象素值时，则图像数据Dn-1、Dn、Dn+1都具有相同的象素值。处理前进到步骤5，宽度计算部分62向存储在宽度存储部分64中的宽度Wi加“+1”，处理前进到步骤9。
当在步骤4中象素比较部分61的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn+1不具有相同的象素值时，图像数据Dn-1和Dn具有相同的象素值，而图像象素Dn和Dn+1不具有相同的象素值。这表明具有相同象素值的该系列象素在数据Dn处终止。因此，Si和Wi分别被存储在象素位置存储部分63和宽度存储部分64中，并且i更新为i+1。
当在步骤3中象素比较部分61的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1不具有相同的象素值，并且象素比较部分61在步骤7的比较结果表明图像象素Dn和图像数据Dn+1具有相同的象素值时，与图像数据Dn相对应的象素是具有相同象素值的该系列象素的第一象素。因此，Si＝n被存储在象素位置存储部分63中，而Wi＝2被存储在宽度存储部分64中。处理前进到步骤9。
当在步骤7中象素值比较部分61的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn+1不具有相同的象素值时，图像数据Dn-1、Dn、Dn+1都具有不同的象素值，即，在该部分中不存在具有相同象素值的一系列象素。因此，处理前进到步骤9，而不将任何数据存储在象素位置存储部分63中或者宽度存储部分64中。
在步骤9，n被更新为(n+1)。在步骤10，确定n是否超过640。当n未超过640时，处理返回步骤2并且对(n+1)执行从步骤2到步骤10的处理。当n超过640时，处理前进到步骤11(图6)。
以这种方式，针对n的所有的数值(0到640)执行上述的处理。
在图6所示的处理中，在图5所示的处理中存储的数值Si(表示该系列象素中第一象素位置的数值)和Wi(表示该系列象素中象素的数目的数值)被用于确定信号是否应该被扩展，并且在需要的时候扩展信号。在后面的描述中，Li表示该系列象素的第一象素(在Si)的象素值。Li定义为第一象素值，而Li+1定义为第二象素值。
在Si和Si+Wi之间的中心处的象素位置值是Mi，而Si+1和Si+1+Wi+1之间的中心处的象素位置值是Mi+1。更具体地，Mi和Mi+1分别是由Mi＝Si+[Wi/2]和Mi+1＝Si+1+[Wi+1/2]表示的象素位置值。“[]”是高斯符号(Gausssymbol)，而[a]表示不超过数值a的最大整数。
首先，在步骤11，设置i＝1。
在步骤12，由第一确定部分65确定是否有Si+1-Si＝Wi。当确定有Si+1-Si＝Wi时，处理前进到步骤13。当确定没有Si+1-Si＝Wi时，处理前进到步骤25。
在步骤13，由第二确定部分66确定是否有Li-Li+1＝1。当确定有Li-Li+1＝1时，处理前进到步骤14。当确定没有Li-Li+1＝1时，处理前进到步骤23。
在步骤23，由第三确定部分67确定是否有Li+1-Li＝1。当确定有Li+1-Li＝1时，处理前进到步骤24，在这里，信号扩展部分54执行信号扩展。当确定没有Li+1-Li＝1时，处理前进到步骤25。
在步骤14，设置k＝0。k是由0到[(Mi+1-Mi)/2]-1表示的整数。
接下来，在步骤15，信号交换部分68将象素位置值(Mi+k)的象素值与象素位置值((Mi+1-1)-k)的象素值彼此交换。当步骤15的处理结束时，处理前进到步骤16，其中k被更新为(k+1)。
然后，处理前进到步骤17。确定更新的k即(k+1)是否超过了[(Mi+1-Mi)/2]-1。当(k+1)没有超过[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理返回到步骤15并且对(k+1)执行步骤15的处理。当在步骤17中(k+1)超过了[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理前进到步骤18。
因此，对k的所有值(0到[(Mi+1-Mi)/2]-1)执行了上述的处理。
当步骤17的处理结束时，处理前进到步骤18，在这里，信号扩展部分54执行信号扩展。
当步骤18的处理结束时，处理前进到步骤19，其中设置k＝0。k是从0到[(Mi+1-Mi)/2]-1所表示的整数。
接下来，在步骤20，彼此交换象素位置(Mi+k)的象素值与象素位置值((Mi+1-1)-k)的象素值。当步骤20的处理结束时，处理前进到步骤21，其中k被更新为(k+1)。
然后，处理前进到步骤22。确定更新的k即(k+1)是否超过[(Mi+1-Mi)/2]-1。当(k+1)未超过[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理返回步骤20并且对(k+1)执行步骤20的处理。当在步骤22中(k+1)超过[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理前进到步骤25。
因此，对k的所有值(0到[(Mi+1-Mi)/2]-1)执行了上述的处理。
在步骤25，将i更新为(i+1)。
在步骤26，确定更新的i即(i+1)是否超过了iend-1。iend表示在图5的处理中设置的i的最大值。当(i+1)未超过iend-1时，处理返回步骤12，其中对(i+1)执行从步骤12到步骤26的处理。当(i+1)超过了iend-1时，终止检测部分53和信号扩展部分54的处理。
以这种方式，对i所有的数值(1到iend-1)执行了上述的处理。
下面将详细说明如图6所示由检测部分53和信号扩展部分54执行的处理。
在图5所示的处理中存储了表示一系列象素的第一象素位置的数值Si和Wi(一系列象素的宽度或者象素的数目)(i＝1，2，…，iend)。在图6所示的处理中，仅当Si+1-Si＝Wi并且Li-Li+1＝1或者当Si+1-Si＝Wi并且Li+1-Li＝1(低频部分)时，执行信号扩展。当Li和Li+1之间的差值是±2或者更多时(高频部分)，不执行信号扩展。如下所述，对Mi到(Mi+1-1)处的象素执行实际的信号扩展。
当Si+1-Si＝Wi并且Li+1-Li＝1时，由信号扩展部分54执行信号扩展。当Si+1-Si＝Wi并且Li-Li+1＝1时，如后面所述的那样对称地交换Mi到(Mi+1-1)处的象素的数据。交换Mi处的图像数据与(Mi+1-1)处的图像数据。交换(Mi+1)处的图像数据与(Mi+1-2)处的图像数据。交换(Mi+2)处的图像数据与(Mi+1-3)处的图像数据。继续进行这种数据交换，直到交换了(Mi+[(Mi+1-Mi)/2]-1)处的图像数据与(Mi+1-[(Mi+1-Mi)/2])处的图像数据。在此之后，执行信号扩展。在信号扩展结束之后，再次执行数据交换，以便返回图像数据。执行数据交换，使得可以执行类似信号的扩展，而与第一组象素的象素值是否大于或者小于第二组象素的象素值无关。
图7是作为信号扩展目标的典型信号部分的示意图。图7所示的信号尚未进行信号扩展。
在图7所示的实施例中，具有由6比特表示的象素值Li的象素从起始位置Si起对于Wi都是连续的，而具有由6比特表示的象素值Li+1(Li+1)的象素从起始位置Si+1(＝Si+Wi)起对于Wi+1都是连续的。如图8所示，行存储器52以行的形式存储这些象素。
接下来将参考图4和图9对由信号扩展部分54执行的信号扩展进行说明。图9示出了用于说明由信号扩展部分54执行的信号扩展算法的流程图。
信号扩展部分54执行的信号扩展将6比特表示的象素值扩展到由8比特表示的象素值。具体而言，信号扩展部分54如下执行信号扩展。6比特数据的象素值Li和Li+1(Li＝0到63)分别是以8比特表示的4Li和4(Li+1)(4Li＝0到255)。执行信号扩展，使得在Mi到(Si+1-1)具有象素值4Li的象素和在Si+1到(Mi+1-1)具有象素值4(Li+1)的象素得到象素值4Li、4Li+1、4Li+2和4Li+3(它们是8比特数据的象素值)。象素值应该从4Li变化到4Li+1、到4Li+2、到4Li+3，变化了[(Mi+1-Mi)/4]个象素。为了提供具有上述象素值的上述象素，2个最低比特被添加到6比特的信号，以便将6比特信号扩展到8比特信号。由于这种信号扩展，因比特数目不足造成的从Li到Li+1的台阶式变化变成了如图10所示的线性灰度等级变化。
现在参考附图4和9描述信号扩展部分54的处理。在后面的说明中，Dj表示在象素位置值j处的6比特象素值，而Dj’表示在信号扩展之后位于象素位置值j处的8比特象素值。
参照图9，在步骤1，设置j＝Mi。
在步骤2，对出于象素位置值j处的6比特图像数据Dj执行信号扩展，以便获得8比特扩展的图像数据Dj’。
同时参考图4说明由信号扩展部分54执行的步骤2的处理。
第一四倍运算部分69接收象素位置值Mi处的图像数据DMi并且对其乘4。第一减法部分70接收象素位置值j和Mi并且执行减法运算以便获得(j-Mi)。第二减法部分71接收象素位置值Mi+1和Mi，并且执行减法运算以便获得(Mi+1-Mi)。
由第一减法部分70获得的数值(j-Mi)被输入到第二四倍运算部分72中。第二四倍运算部分72对数值(j-Mi)乘4，以便获得4(j-Mi)。
除法部分73接收由第二四倍运算部分72获得的4(j-Mi)和由第二减法部分71获得的数值(Mi+1-Mi)。对这些值进行除法处理以便获得[4(j-Mi)/(Mi+1-Mi)]。
加法部分74接收由第一四倍部分69获得的4DMi和由除法部分73获得的数值[4(j-Mi)/(Mi+1-Mi)]，并且将它们相加，以便获得8比特扩展图像信号Dj’＝4DMi+[4(j-Mi)/(Mi+1-Mi)]。DMi是在Mi处的6比特象素值。当未进行数据交换时(Li+1-Li＝1)，DMi＝Li。当执行了数据交换时(Li-Li+1＝1)，DMi＝Li+1。
当信号扩展部分54的信号扩展结束时，处理前进到步骤3，j更新为j+1。
在步骤4，确定更新的j即(j+1)是否超过(Mi+1-1)。当(j+1)未超过(Mi+1-1)时，处理返回到步骤2，对(j+1)执行步骤2的处理。当(j+1)超过(Mi+1-1)时，终止信号扩展。
根据第一实施例的图像处理设备43如下进行运算。检测部分53检测这样的图像模式，在这种图像模式中，具有相同象素值L(L是从0到63的任意整数)的两个或者多个象素是连续的并且两个或者多个象素之后跟随着具有相同象素值(L+1)或者(L-1)的两个或者多个象素。检测部分53还存储表示具有相同象素值的连续象素中的第一象素的位置值Si和具有相同象素值的连续象素的宽度Wi(象素数)。使用Si和Wi，信号扩展部分54将6比特图像数据扩展到8比特图像数据。因此，充分利用了液晶板45的显示能力。消除了因比特数的不足造成的色调的台阶式或者不连续变化的传统设备的问题，并且提供了平滑的灰度等级变化。
如图1所示，第一实施例中的图像处理设备43连接在液晶控制器41和液晶驱动器44之间。图像处理设备43也可以设置在其它的位置，例如，设置在液晶控制器41内。
当图像处理设备43位于液晶控制器41内时，图像处理设备43和信号处理部分41b可以由不同的电路构成。作为选择，图像处理设备43和信号处理部分41b可以集成在单片微型计算机中，用于实现多目的处理。
在这种情况下，参考附图5、6和9描述的图像处理程序可以存储在外部的主机系统2的外部存储器22中，以致液晶控制器41可以由外部主机系统2来控制，以便执行程序。作为选择，程序可以存储在液晶控制器41和/或液晶驱动器44的内置存储器中。
第一实施例中描述的这种液晶显示设备1通过组合R、G和B象素来实现彩色图像。本发明并不局限于此，图像处理设备可以应用于单色液晶显示设备中。图像处理设备例如可以应用于ELD(电发光显示器)或者PDP(等离子显示板)。
在第一实施例中，按照水平方向(即，在图像显示屏上顺序传输的图像信号)毗邻的象素来执行信号扩展。在设置了用于存储垂直的行，例如帧存储器的部分的情况下，可以按照垂直方向(即，垂直于在图像显示屏上顺序传输图像信号的方向的方向)毗邻的象素来执行信号扩展。在设置了用于存储已经检测和针对每行已经扩展的图像数据的部分的情况下，可以组合按照水平方向毗邻的象素的信号扩展、按照垂直方向毗邻的象素的信号扩展和按照斜线毗邻的象素的信号扩展。信号扩展可以按照曲线的形式而非直线的形式来进行(例如，向上凸出或者向下凹陷)。通过按照多个方向毗邻的象素进行信号处理，可以提供更高自由度的自然图像。(实施例2)
在本发明的第二实施例中，将要描述一种用于将6比特数字图像信号扩展到要提供给液晶板的10比特数字图像信号的图像处理设备进行说明。在第二实施例中使用的液晶显示板具有1600象素(水平)×1200象素(垂直)的显示区域。
在第二实施例中使用的液晶显示设备具有与第一实施例中使用的液晶显示设备1(图1)大致相同的结构，因此不再对其进行详细说明。
应该注意的是，本发明的图像处理设备并不局限于用于处理提供给液晶板的图像的设备。本发明的图像处理设备并不局限于将6比特数字图像信号扩展成10比特数值图像信号。与本发明的图像处理设备一起使用的液晶显示板并不局限于具有1600象素×1200象素的显示区域。它们仅仅是例子而已。
第二实施例的图像处理设备具有适合于需要提供较高质量的图像的产品的结构，例如大屏幕液晶电视和监视器。
图11示出了本发明第二实施例的图像处理设备43A的部分结构的方块图。
图像处理设备43A包括：控制部分151、帧存储器152、检测部分153和信号扩展部分154。
控制部分151接收从液晶控制器41(图1)输出的6比特信号和控制信号。控制信号被输出到帧存储器152、检测部分153、信号扩展部分154和液晶驱动器44(图1)中的每一个。6比特图像信号被输出到帧存储器152。控制部分151控制帧存储器152、检测部分153和信号扩展部分154，以致当由这些部分处理的图像数据输出到液晶驱动器44(图1)时这些图像数据与控制信号同步。
在6比特图像信号与控制信号同步时，帧存储器152从控制部分151逐帧，即以1600×1200为单位顺序读取6比特的图像信号。帧存储器152还读取由信号扩展部分154产生的10比特扩展图像信号，并且将10比特扩展图像信号逐帧输出到液晶驱动器44(图1)。
检测部分153读取从帧存储器152输出的6比特图像信号，并且检测由台阶式或者不连续的灰度等级变化，即伪轮廓表示的一部分图像信号。伪轮廓是由图像信号的比特数目不足造成的，并且降低了图像质量。通常在图像中，伪轮廓是灰度等级的台阶式条带。
更具体地，检测部分153对6比特图像信号执行下面的操作。检测部分153检测这样的图像模式，在这种图像模式中，具有相同象素值L(L是从0到63的任意整数)的两个或者多个象素是连续的并且两个或者多个象素之后跟随着具有相同象素值(L+1)或者(L-1)的两个或者多个象素。检测部分153还存储表示具有相同象素值的连续象素中的第一象素的位置值和具有相同象素值的连续象素的宽度(象素数)。检测部分153将该位置值和宽度输出到信号扩展部分154。
信号扩展部分154将4个最低比特添加到与由检测部分153检测的并且作为信号扩展目标的象素相对应的6比特图像信号，从而产生10比特图像信号。如后面所述的那样执行4个比特的添加，以致消除了由比特数的不足造成的不连续部分的图像并且实现了平滑的灰度等级变化。把4比特“0000”添加到与不是信号扩展目标的象素相对应的图像信号，从而产生10比特图像信号。因此，6比特图像信号被扩展成10比特图像信号。由信号扩展部分154扩展的10比特图像信号被写入帧存储器152。
检测部分153和信号扩展部分154针对R、G和B象素执行上述的处理。针对一帧，即1600×1200象素执行信号扩展，并且因此显示一幅图像。
在第二实施例中，当两个毗邻象素的象素值之间的差值是1并且检测到具有相同象素值的两个或者多个象素是连续的时，执行信号扩展。本发明并不局限于此，可以自由地设置阈值，例如两个毗邻的象素之间的差值和用于信号扩展的连续象素的数目。
接下来将参考图12详细说明检测部分153的结构。
检测部分153包括：象素值比较部分161、宽度计算部分162、象素位置存储部分163、宽度存储部分164、第一到第三确定部分165到167、和象素值交换部分168。
象素值比较部分161与帧存储器152相连接(图11)并且比较从帧存储器152读出的毗邻象素的象素值是否彼此相等。
宽度计算部分162连接到象素值比较部分161。当象素值比较部分161的比较结果表明毗邻象素的象素值彼此相等时(即，具有相同象素值的象素是连续的)，宽度计算部分162将图像数据的宽度加“1”。
象素位置存储部分163连接到象素值比较部分161。当象素值比较部分161的比较结果表明毗邻象素的象素值彼此相等时(即，具有相同象素值的象素是连续的)，象素位置存储部分163存储表示连续象素中第一象素的位置的数值。
宽度存储部分164连接到象素值比较部分161。当象素值比较部分161的比较结果表明具有相同象素值的第一系列象素终止时，宽度存储部分164存储具有相同象素值的象素的宽度(象素的数目)。
第一确定部分165连接到宽度计算部分162、象素位置存储部分163和宽度存储部分164。第一确定部分165确定表示具有相同象素值的第一系列象素的第一象素位置的数值(存储在象素位置存储部分163)(i)与具有相同象素值的下一个(第二)系列象素值的第一象素位置的数值(ii)之间的差值是否等于宽度存储部分164存储的宽度。
第二确定部分166连接到第一确定部分165。第二确定部分166确定具有相同象素值的第一系列象素的象素值是否比具有相同象素值的第二系列象素的象素值大1。
第三确定部分167连接到第二确定部分166。第三确定部分167确定具有相同象素值的第一系列象素的象素值是否比具有相同象素值的第二系列象素的象素值小1。
当第一确定部分165的确定结果是“相等”，并且第二确定部分166的确定结果是“大1”时，则连接于第二确定部分166的信号交换部分168把将由信号扩展进行处理的帧存储器152中的图像数据对称地交换，如后面所述的那样。
下面将参考附图13对信号扩展部分154的结构进行详细说明。
信号扩展部分154包括：第一16倍运算部分169、第一减法部分170、第二减法部分171、第二16倍运算部分172、除法部分173和加法部分174。
第一16倍运算部分169包括4比特移位电路并且使用该4比特移位电路对输入的信号值乘16。
第一减法部分170和第二减法部分171的每一个都包括减法电路，并且使用该减法电路对输入信号值进行减法运算。
第二16倍运算部分172包括4比特移位电路并且使用该4比特移位电路对输入信号的值乘16。
除法部分173包括除法电路，并且使用该除法电路对输入信号的数值进行除法运算。
加法部分174包括加法电路，并且使用该加法电路对输入信号的数值进行加法运算。
参考附图14和15，将说明由检测部分153和信号扩展部分154执行的基本处理算法。图14示出了检测部分153和信号扩展部分154执行的前半部分处理。图15示出了检测部分153和信号扩展部分154执行的后半部分处理。在图14和15中，“n”表示以象素的位置顺序为每帧的每个象素分配的号码。在第二实施例中，每帧设置了1600×1200个象素，“n”是从1到1920000范围中的自然数。每帧的象素的象素值按照“n”的数值由D1、D2、……、D1920000表示。“i”分配给一系列具有相同象素值(1≤i＜n)的两个或者多个毗邻象素中的每个象素。“i”的数值从一系列象素的一端顺序地分配。Si是表示该系列象素中第一象素位置的数值，而Wi表示该系列象素中的象素的数目。例如，当象素值D1＝D2＝D3并且D4＝D5时，S1＝1，W1＝3，S2＝4，W2＝2。
如下进行检测部分153和信号扩展部分154的处理。
参考附图14，在步骤1设置i＝1，n＝1。
在步骤2，象素值比较部分161读取图像数据Dn-1、Dn和Dn+1。
在步骤3，象素值比较部分161比较图像数据(象素)Dn和图像数据Dn-1(紧靠Dn之前)的象素值。
当在步骤3中象素值比较部分161的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1具有相同的象素值时，处理前进到步骤4，由象素值比较部分161比较图像数据Dn和图像数据Dn+1(紧靠Dn之后)的象素值。
当在步骤3中象素比较部分161的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1不具有相同的象素值时，则处理前进到步骤7，由象素值比较部分161比较图像数据Dn和图像数据Dn+1的象素值。
当在步骤4中象素比较部分161的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn+1具有相同的象素值时，则图像数据Dn-1、Dn、Dn+1都具有相同的象素值。处理前进到步骤5，宽度计算部分162向存储在宽度存储部分164中的宽度Wi加“+1”，处理前进到步骤9。
当在步骤4中象素比较部分161的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn+1不具有相同的象素值时，图像数据Dn-1和Dn具有相同的象素值而图像象素Dn和Dn+1不具有相同的象素值。这表明具有相同象素值的该系列象素在数据Dn处终止。因此，Si和Wi分别被存储在象素位置存储部分163和宽度存储部分164中，并且i更新为i+1。
当在步骤3中象素比较部分161的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1不具有相同的象素值，并且象素比较部分161在步骤7的比较结果表明图像象素Dn和图像数据Dn+1具有相同的象素值时，与图像数据Dn相对应的象素是具有相同象素值的该系列象素的第一象素。因此，Si＝n被存储在象素位置存储部分163中，而Wi＝2被存储在宽度存储部分164中。处理前进到步骤9。
当在步骤7中象素值比较部分161的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1不具有相同的象素值时，图像数据Dn-1、Dn、Dn+1都具有不同的象素值，即，在该部分中不存在具有相同象素值的一系列象素。因此，处理前进到步骤9，而不将任何数据存储在象素位置存储部分163中或者宽度存储部分164中。
在步骤9，n被更新为(n+1)。在步骤10，确定n是否超过1920000。当n未超过1920000时，处理返回步骤2并且对(n+1)执行从步骤2到步骤10的处理。当n超过1920000时，处理前进到步骤11(图15)。
以这种方式，针对n个所有的数值(0到1920000)执行上述的处理。
在图15所示的处理中，在图14所示的处理中存储的数值Si(表示该系列象素中第一象素位置的数值)和Wi(表示该系列象素中象素的数目的数值)被用于确定信号是否应该被扩展，并且在需要的时候扩展信号。在后面的描述中，Li表示该系列象素的第一象素(在Si)的象素值。
在Si和Si+Wi之间的中心处的象素位置值是Mi，而Si+1和Si+1+Wi+1之间的中心处的象素位置值是Mi+1。更具体地，Mi和Mi+1分别是由Mi＝Si+[Wi/2]和Mi+1＝Si+1+[Wi+1/2]表示的象素位置值。“[]”是高斯符号(Gausssymbol)，而[a]表示不超过数值a的最大整数。
首先，在步骤11，设置i＝1。
在步骤12，由第一确定部分165确定是否有Si+1-Si＝Wi。当确定有Si+1-Si＝Wi时，处理前进到步骤13。当确定没有Si+1-Si＝Wi时，处理前进到步骤25。
在步骤13，由第二确定部分166确定是否有Li-Li+1＝1。当确定有Li-Li+1＝1时，处理前进到步骤14。当确定没有Li-Li+1＝1时，处理前进到步骤23。
在步骤23，由第三确定部分167确定是否有Li+1-Li＝1。当确定有Li+1-Li＝1时，处理前进到步骤24，在这里信号扩展部分154执行信号扩展。当确定没有Li+1-Li＝1时，处理前进到步骤25。
在步骤14，设置k＝0。k是由0到[(Mi+1-Mi)/2]-1表示的整数。
接下来，在步骤15，信号交换部分168将象素位置值(Mi+k)的象素值与象素位置值((Mi+1-1)-k)的象素值彼此交换。当步骤15的处理结束时，处理前进到步骤16，其中k被更新为(k+1)。
然后，处理前进到步骤17。确定更新的k即(k+1)是否超过了[(Mi+1-Mi)/2]-1。当(k+1)没有超过[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理返回到步骤15并且对(k+1)执行步骤15的处理。当在步骤17中(k+1)超过了[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理前进到步骤18。
因此，对k的所有值(0到[(Mi+1-Mi)/2]-1)执行了上述的处理。
当步骤17的处理结束时，处理前进到步骤18，在这里，信号扩展部分154执行信号扩展。
当步骤18的处理结束时，处理前进到步骤19，其中设置k＝0。k是从0到[(Mi+1-Mi)/2]-1所表示的整数。
接下来，在步骤20，彼此交换象素位置(Mi+k)的象素值与象素位置值((Mi+1-1)-k)的象素值。当步骤20的处理结束时，处理前进到步骤21，其中k被更新为(k+1)。
然后，处理前进到步骤22。确定更新的k即(k+1)是否超过[(Mi+1-Mi)/2]-1。当(k+1)未超过[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理返回步骤20并且对(k+1)执行步骤20的处理。当在步骤22中(k+1)超过[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理前进到步骤25。
因此，对k的所有值(0到[(Mi+1-Mi)/2]-1)执行了上述的处理。
在步骤25，将i更新为(i+1)。
在步骤26，确定更新的i即(i+1)是否超过了iend-1。iend表示在图14的处理中设置的i的最大值。当(i+1)未超过iend-1时，处理返回步骤12，其中对(i+1)执行从步骤12到步骤26的处理。当(i+1)超过了iend-1时，终止检测部分153和信号扩展部分154的处理。
以这种方式，对i所有的数值(1到iend-1)执行了上述的处理。
下面将详细说明如图15所示由检测部分153和信号扩展部分154执行的处理。
在图14所示的处理中存储了表示一系列象素的第一象素位置的数值Si和Wi(一系列象素的宽度或者象素的数目)(i＝1，2，…，iend)。在图15所示的处理中，仅当Si+1-Si＝Wi并且Li-Li+1＝1或者当Si+1-Si＝Wi并且Li+1-Li＝1(低频部分)时，执行信号扩展。当Li和Li+1之间的差值是±2或者更多时(高频部分)，不执行信号扩展。如下所述，对Mi到(Mi+1-1)处的象素执行实际的信号扩展。
当Si+1-Si＝Wi并且Li+1-Li＝1时，由信号扩展部分154执行信号扩展。当Si+1-Si＝Wi并且Li-Li+1＝1时，如后面所述的那样对称地交换Mi到(Mi+1-1)处的图像数据。交换Mi处的图像数据与(Mi+1-1)处的图像数据。交换(Mi+1)处的图像数据与(Mi+1-2)处的图像数据。交换(Mi+2)处的图像数据与(Mi+1-3)处的图像数据。继续进行这种数据交换，直到交换了(Mi+[(Mi+1-Mi)/2]-1)处的图像数据与(Mi+1-[(Mi+1-Mi)/2])处的图像数据。在此之后，执行信号扩展。在信号扩展结束之后，再次执行数据交换，以便返回图像数据。执行数据交换，使得可以执行类似信号的扩展，而与第一组象素的象素值是否大于或者小于第二组象素的象素值无关。
图16是作为信号扩展目标的典型信号部分的示意图。图16所示的信号尚未进行信号扩展处理。
在图16所示的实施例中，具有由6比特表示的象素值Li的象素从起始位置Si起对于Wi都是连续的，而具有由6比特表示的象素值Li+1(Li+1)的象素从起始位置Si+1(＝Si+Wi)起对于Wi+1都是连续的。如图17所示，帧存储器152以行的形式存储这些象素。
接下来将参考图13和图19对由信号扩展部分154执行的信号扩展进行说明。图19示出了用于说明由信号扩展部分154执行的信号扩展算法的流程图。
信号扩展部分154执行的信号扩展将6比特表示的象素值扩展到由10比特表示的象素值。具体而言，信号扩展部分154如下执行信号扩展。6比特数据的象素值Li和Li+1(Li＝0到63)分别是以10比特表示的16Li和16(Li+1)(16Li＝0到1023)。执行信号扩展，使得在Mi到(Si+1-1)具有象素值16Li的象素和在Si+1到(Mi+1-1)具有象素值16(Li+1)的象素得到象素值16Li+j(它们是10比特数据的象素值；j是从0到15的整数)。这些象素值应该变化了[(Mi+1-Mi)/16]个象素。为了提供具有上述象素值的上述象素，4个最低比特被添加到6比特的信号，以便将6比特信号扩展到10比特信号。由于这种信号扩展，因比特数目不足造成的从Li到Li+1的台阶式变化变成了如图18所示的线性灰度等级变化。
现在参考附图13和19描述信号扩展部分154的处理。在后面的说明中，Dj表示在象素位置值j处的6比特象素值，而Dj’表示在信号扩展之后位于象素位置值j处的10比特象素值。
参照图19，在步骤1，设置j＝Mi。
在步骤2，对处于象素位置j处的6比特图像数据Dj执行信号扩展，以便获得10比特扩展的图像数据Dj’。
同时参考图13说明由信号扩展部分154执行的步骤2的处理。
第一16倍运算部分169接收象素位置值Mi处的图像数据DMi并且对其乘16。第一减法部分170接收象素位置值j和Mi并且执行减法运算以便获得(j-Mi)。第二减法部分171接收象素位置值Mi+1和Mi，并且执行减法运算以便获得(Mi+1-Mi)。
由第一减法部分170获得的数值(j-Mi)被输入到第二16倍运算部分172中。第二16倍运算部分172对数值(j-Mi)乘16，以便获得16(j-Mi)。
除法部分173接收由第二16倍运算部分172获得的16(j-Mi)和由第二减法部分171获得的数值(Mi+1-Mi)。对这些值进行除法处理以便获得[16(j-Mi)/(Mi+1-Mi)]。
加法部分174接收由第一16倍运算部分169获得的16DMi和由除法部分173获得的数值[16(j-Mi)/(Mi+1-Mi)]，并且将它们相加，以便获得10比特扩展图像信号Dj’＝16DMi+[16(j-Mi)/(Mi+1-Mi)]。DMi是在Mi处的6比特象素值。当未进行数据交换时(Li+1-Li＝1)，DMi＝Li。当执行了数据交换时(Li-Li+1＝1)，DMi＝Li+1。
当信号扩展部分154的信号扩展结束时，处理前进到步骤3，j更新为j+1。
在步骤4，确定更新的j即(j+1)是否超过(Mi+1-1)。当(j+1)未超过(Mi+1-1)时，处理返回到步骤2，对(j+1)执行步骤2的处理。当(j+1)超过(Mi+1-1)时，终止信号扩展。
根据第二实施例的图像处理设备43A如下进行操作。检测部分153检测这样的图像模式，在这种图像模式中，具有相同象素值L的两个或者多个象素是连续的并且两个或者多个象素之后跟随着具有相同象素值(L+1)或者(L-1)的两个或者多个象素。检测部分153还存储表示具有相同象素值的连续象素中的第一象素的位置值Si和具有相同象素值的连续象素的宽度Wi(象素数)。使用Si和Wi，信号扩展部分154将6比特图像数据扩展到10比特图像数据。因此，充分利用了液晶板45(图1)的显示能力。消除了因比特数的不足造成的色调的台阶式或者不连续变化的传统设备的问题并且提供了平滑的灰度等级变化。
第二实施例中的图像处理设备43A连接在液晶控制器和液晶驱动器之间。图像处理设备43A也可以设置在其它的位置，例如，设置在液晶控制器内。
当图像处理设备43A位于液晶控制器内时，图像处理设备43A和信号处理部分可以由不同的电路构成。作为选择，图像处理设备43A和信号处理部分可以集成在单片微型计算机中，用于实现多目的处理。
在这种情况下，参考附图14、15和19描述的图像处理程序可以存储在外部的主机系统2的外部存储器22(图1)中，以致液晶控制器41(图1)可以由外部主机系统2来控制，以便执行程序。作为选择，程序可以存储在液晶控制器41和/或液晶驱动器44的内置存储器中。
第二实施例中描述的这种液晶显示设备通过组合R、G和B象素来实现彩色图像。本发明并不局限于此，图像处理设备可以应用于单色液晶显示设备中。图像处理设备例如可以应用于ELD(电发光显示器)或者PDP(等离子显示板)。
在第二实施例中，按照水平方向(即，在图像显示屏上顺序传输的图像信号)毗邻的象素来执行信号扩展。在设置了用于存储垂直行例如帧存储器的部分的情况下，可以按照垂直方向(即，垂直于在图像显示屏上顺序传输图像信号的方向的方向)毗邻的象素来执行信号扩展。在设置了用于存储已经检测和针对每行已经扩展的图像数据的部分的情况下，可以组合按照水平方向毗邻的象素的信号扩展、按照垂直方向毗邻的象素的信号扩展和按照斜线毗邻的象素的信号扩展。信号扩展可以按照曲线的形式而非直线的形式来进行(例如，向上凸出或者向下凹陷)。通过按照多个方向毗邻的象素进行信号处理，可以提供更高自由度的自然图像。
根据本发明的第一和第二实施例，为高图像质量显示器提供了简单的电路配置。通过比较具有指定的象素宽度的多个图像数据并且把从扩展前的图像中去除的低位数值相加，来针对彩色图像的每一颜色分量进行信号扩展。也就是说，对高位值进行了预测和复制。因此，提高了颜色的分辨率，并且实现了平滑和线性变化。
在第一和第二实施例中，可以自动优化指定的象素宽度，并且针对相同图像的每一部分或者每一图像进行调节。(实施例3)
在本发明的第三实施例中，下面将对用于将6比特数字图像信号扩展到要提供给液晶显示板的8比特数字图像信号的图像处理设备进行说明。第三实施例中使用的液晶板具有640象素(水平)×480象素(垂直)的显示区域。
应该注意的是，本发明的图像处理设备并不局限于用于处理要提供给液晶板的图像的设备。使用本发明的图像处理设备的液晶板并不局限于具有640象素×480象素的显示区域。它们只是例子而已。
在第三实施例中使用的液晶显示设备实际上具有与第一实施例中使用的液晶显示设备1(图1)相同的结构，因此不再对其进行详细说明。
图20示出了本发明第三实施例的图像处理设备43B的部分结构的方块图。
图像处理设备43B包括：控制部分251、存储器252、检测部分253和信号扩展部分254和块形成部分256。
控制部分251接收从液晶控制器41(图1)输出的6比特信号和控制信号。控制信号被输出到存储器252、检测部分253、信号扩展部分254、块形成部分256和液晶驱动器44(图1)中的每一个。6比特图像信号从控制部分251输出到块形成部分256。控制部分251控制存储器252、检测部分253和信号扩展部分254，以致当由这些部分处理的图像数据输出到液晶驱动器44(图1)时这些图像数据与控制信号同步。
块形成部分256将从控制部分251输入的6比特信号划分成多个块。每个块对应于例如64个象素。在6比特图像信号与控制信号同步时，块形成部分256逐块将6比特信号输出到存储器252。
在6比特图像信号与控制信号同步时，存储器252从块形成部分256逐块顺序读取6比特的图像信号。存储器252还读取由信号扩展部分254产生的8比特扩展图像信号，并且将8比特扩展图像信号逐块输出到液晶驱动器44(图1)。
检测部分253读取从存储器252输出的6比特图像信号，并且检测由台阶式或者不连续的灰度等级变化，即伪轮廓表示的一部分图像信号。伪轮廓是由图像信号的比特数目不足造成的，并且降低了图像质量。通常在图像中，伪轮廓是灰度等级的台阶式条带。
更具体地，检测部分253对6比特图像信号执行下面的操作。检测部分253检测这样的图像模式，在这种图像模式中，具有相同象素值L(L是从0到63的任意整数)的两个或者多个象素是连续的并且两个或者多个象素之后跟随着具有相同象素值(L+1)或者(L-1)的两个或者多个象素。检测部分253还存储表示具有相同象素值的连续象素中的第一象素的位置值和具有相同象素值的连续象素的宽度(象素数)。检测部分253将该位置值和宽度输出到信号扩展部分254。
信号扩展部分254将2个最低比特添加到与由检测部分253检测的并且作为信号扩展目标的象素相对应的6比特图像信号，从而产生8比特图像信号。如后面所述的那样执行2个比特的添加，以致消除了由比特数的不足造成的不连续部分的图像并且实现了平滑的灰度等级变化。把2比特“00”添加到与不是信号扩展目标的象素相对应的图像信号，从而产生8比特图像信号。因此，6比特图像信号被扩展成8比特图像信号。由信号扩展部分254扩展的8比特图像信号被写入存储器252。
检测部分253和信号扩展部分254针对R、G和B象素的每一个执行上述的处理。在处理了一块象素之后，以相同的方式处理下一块象素。总共处理(640/64)×480＝4800块象素，并且因此显示一幅图像。
当包括在一块图像信号中的象素数目增加时，需要的存储容量增加，因此生产成本增加。但是，改进了提高图像质量的效果。相反，当包括在一块图像信号中的象素数目减少时，生产成本减小。但是降低了提高图像质量的效果。在第三实施例中，每一块包括64个象素。可以根据例如想要的生产成本、存储器容量或者提高图像质量的效果来自由设置包括在每一块中的象素的数目。
在第三实施例中，当两个毗邻象素的象素值之间的差值是1并且检测到具有相同象素值的两个或者多个象素是连续的时，执行信号扩展。本发明并不局限于此，可以自由地设置阈值，例如两个毗邻的象素之间的差值和用于信号扩展的连续象素的数目。
接下来将参考图21详细说明检测部分253的结构。
检测部分253包括：象素值比较部分261、宽度计算部分262、象素位置存储部分263、宽度存储部分264、第一到第三确定部分265到267、和象素值交换部分268。
象素值比较部分261与存储器252相连接(图20)并且比较从存储器252读出的毗邻象素的象素值是否彼此相等。
宽度计算部分262连接到象素值比较部分261。当象素值比较部分261的比较结果表明毗邻象素的象素值彼此相等时(即，具有相同象素值的象素是连续的)，宽度计算部分262将图像数据的宽度加“1”。
象素位置存储部分263连接到象素值比较部分261。当象素值比较部分261的比较结果表明毗邻象素的象素值彼此相等时(即，具有相同象素值的象素是连续的)，象素位置存储部分263存储表示连续象素中第一象素的位置的数值。
宽度存储部分264连接到象素值比较部分261。当象素值比较部分261的比较结果表明具有相同象素值的第一系列象素终止时，宽度存储部分264存储具有相同象素值的象素的宽度(象素的数目)。
第一确定部分265连接到宽度计算部分262、象素位置存储部分263和宽度存储部分264。第一确定部分265确定表示具有相同象素值的第一系列象素的第一象素位置的数值(存储在象素位置存储部分263)(i)与具有相同象素值的下一个(第二)系列象素值的第一象素位置的数值(ii)之间的差值是否等于宽度存储部分264存储的宽度。
第二确定部分266连接到第一确定部分265。第二确定部分266确定具有相同象素值的第一系列象素的象素值是否比具有相同象素值的第二系列象素的象素值例如大1。
第三确定部分267连接到第二确定部分266。第三确定部分267确定具有相同象素值的第一系列象素的象素值是否比具有相同象素值的第二系列象素的象素值例如小1。
当第一确定部分265的确定结果是“相等”，并且第二确定部分266的确定结果是“大1”时，则连接于第二确定部分266的信号交换部分268把将进行信号扩展处理的存储器252中的图像数据对称地交换。
下面将参考附图23对象素值比较部分261、宽度计算部分262、象素位置存储部分263和宽度存储部分264执行的处理进行说明。参考附图24对第一确定部分265、第二确定部分266和第三确定部分267和象素值交换部分268执行的处理进行说明。
下面将参考附图22对信号扩展部分254的结构进行详细说明。
信号扩展部分254包括：第一四倍运算部分269、第一减法部分270、第二减法部分271、第二四倍运算部分272、除法部分273和加法部分274。
第一四倍运算部分269包括2比特移位电路并且使用该2比特移位电路对输入的信号值乘4(4DMi)。
第一减法部分270和第二减法部分271的每一个都包括减法电路，并且使用该减法电路对输入信号值进行减法运算(j-Mi和Mi+1-Mi)。
第二四倍运算部分272包括2比特移位电路并且使用该2比特移位电路对输入信号的值乘4(4(j-Mi))。
除法部分273包括除法电路，并且使用该除法电路对输入信号的数值进行除法运算([4(j-Mi)/(Mi+1-Mi)])。
加法部分274包括加法电路，并且使用该加法电路对输入信号的数值进行加法运算(4DMi+[4(j-Mi)/(Mi+1-Mi)])。
参考附图23和24，将说明由检测部分253(图21)和信号扩展部分254(图22)执行的基本处理算法。图23示出了检测部分253和信号扩展部分254执行的前半部分的处理。图24示出了检测部分253和信号扩展部分254执行的后半部分的处理。在图23和24中，“n”表示以象素的位置顺序为每块的每个象素分配的号码。在第三实施例中，每块包括64个象素，“n”是从1到64范围中的自然数。每块的象素的象素值按照“n”的数值由D1、D2、……、D64表示。“i”分配给一系列具有相同象素值(1≤i＜n)的两个或者多个毗邻象素中的每个象素。“i”的数值从一系列象素的一端顺序地分配。Si是表示该系列象素中第一象素位置的数值，而Wi表示该系列象素中的象素的数目。例如，当象素值D1＝D2＝D3并且D4＝D5时，S1＝1，W1＝3，S2＝4，W2＝2。
如下进行检测部分253和信号扩展部分254的处理。
参考附图23，在步骤1设置i＝1，n＝1。
在步骤2，象素值比较部分261读取图像数据Dn-1、Dn和Dn+1。
在步骤3，象素值比较部分261比较图像数据(象素)Dn和图像数据Dn-1(紧靠Dn之前)的象素值。
当在步骤3中象素值比较部分261的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1具有相同的象素值时，处理前进到步骤4，由象素值比较部分261比较图像数据Dn和图像数据Dn+1(紧靠Dn之后)的象素值。
当在步骤3中象素比较部分261的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1不具有相同的象素值时，则处理前进到步骤7，由象素值比较部分261比较图像数据Dn和图像数据Dn+1的象素值。
当在步骤4中象素比较部分261的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn+1具有相同的象素值时，则图像数据Dn-1、Dn、Dn+1都具有相同的象素值。处理前进到步骤5，宽度计算部分262向存储在宽度存储部分264中的宽度Wi加“+1”，处理前进到步骤9。
当在步骤4中象素比较部分261的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn+1不具有相同的象素值时，图像数据Dn-1和Dn具有相同的象素值而图像象素Dn和Dn+1不具有相同的象素值。这表明具有相同象素值的该系列象素在数据Dn处终止。因此，Si和Wi分别被存储在象素位置存储部分263和宽度存储部分264中，并且i更新为i+1。
当在步骤3中象素比较部分261的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn-1不具有相同的象素值，并且象素比较部分261在步骤7的比较结果表明图像象素Dn和图像数据Dn+1具有相同的象素值时，与图像数据Dn相对应的象素是具有相同象素值的该系列象素的第一象素。因此，Si＝n被存储在象素位置存储部分263中，而Wi＝2被存储在宽度存储部分264中。处理前进到步骤9。
当在步骤7中象素值比较部分261的比较结果表明图像数据Dn和图像数据Dn+1不具有相同的象素值时，图像数据Dn-1、Dn、Dn+1都具有不同的象素值，即，在该部分中不存在具有相同象素值的一系列象素。因此，处理前进到步骤9，而不将任何数据存储在象素位置存储部分263中或者宽度存储部分264中。
在步骤9，n被更新为(n+1)。在步骤10，确定n是否超过64。当n未超过64时，处理返回步骤2并且对(n+1)执行从步骤2到步骤10的处理。当n超过64时，处理前进到步骤11(图24)。
以这种方式，针对所有n个数值(0到64)执行上述的处理。
在图24所示的处理中，在图23所示的处理中存储的数值Si(表示该系列象素中第一象素位置的数值)和Wi(表示该系列象素中象素的数目的数值)被用于确定信号是否应该被扩展，并且在需要的时候扩展信号。在后面的描述中，Li表示该系列象素的第一象素(在Si)的象素值。
在Si和Si+Wi之间的中心处的象素位置值是Mi，而Si+1和Si+1+Wi+1之间的中心处的象素位置值是Mi+1。更具体地，Mi和Mi+1分别是由Mi＝Si+[Wi/2]和Mi+1＝Si+1+[Wi+1/2]表示的象素位置值。“[]”是高斯符号(Gausssymbol)，而[a]表示不超过数值a的最大整数。
首先，在步骤11，设置i＝1。
在步骤12，由第一确定部分265确定是否有Si+1-Si＝Wi。当确定有Si+1-Si＝Wi时，处理前进到步骤13。当确定没有Si+1-Si＝Wi时，处理前进到步骤25。
在步骤13，由第二确定部分266确定是否有Li-Li+1＝1。当确定有Li-Li+1＝1时，处理前进到步骤14。当确定没有Li-Li+1＝1时，处理前进到步骤23。
在步骤23，由第三确定部分267确定是否有Li+1-Li＝1。当确定有Li+1-Li＝1时，处理前进到步骤24，在这里，信号扩展部分254执行信号扩展。当确定没有Li+1-Li＝1时，处理前进到步骤25。
在步骤14，设置k＝0。k是由0到[(Mi+1-Mi)/2]-1表示的整数。
接下来，在步骤15，信号交换部分268将象素位置值(Mi+k)的象素值与象素位置值((Mi+1-1)-k)的象素值彼此交换。当步骤15的处理结束时，处理前进到步骤16，其中k被更新为(k+1)。
然后，处理前进到步骤17。确定更新的k即(k+1)是否超过了[(Mi+1-Mi)/2]-1。当(k+1)没有超过[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理返回到步骤15并且对(k+1)执行步骤15的处理。当在步骤17中(k+1)超过了[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理前进到步骤18。
因此，对k的所有值(0到[(Mi+1-Mi)/2]-1)执行了上述的处理。
当步骤17的处理结束时，处理前进到步骤18，在这里，信号扩展部分254执行信号扩展。
当步骤18的处理结束时，处理前进到步骤19，其中设置k＝0。k是从0到[(Mi+1-Mi)/2]-1所表示的整数。
接下来，在步骤20，彼此交换象素位置(Mi+k)的象素值与象素位置值((Mi+1-1)-k)的象素值。当步骤20的处理结束时，处理前进到步骤21，其中k被更新为(k+1)。
然后，处理前进到步骤22。确定更新的k即(k+1)是否超过[(Mi+1-Mi)/2]-1。当(k+1)未超过[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理返回步骤20，并且对(k+1)执行步骤20的处理。当在步骤22中(k+1)超过[(Mi+1-Mi)/2]-1时，处理前进到步骤25。
因此，对k的所有值(0到[(Mi+1-Mi)/2]-1)执行了上述的处理。
在步骤25，将i更新为(i+1)。
在步骤26，确定更新的i即(i+1)是否超过了iend-1。iend表示在图23的处理中设置的i的最大值。当(i+1)未超过iend-1时，处理返回步骤12，其中对(i+1)执行从步骤12到步骤26的处理。当(i+1)超过了iend-1时，终止检测部分253和信号扩展部分254的处理。
以这种方式，对i所有的数值(1到iend-1)执行了上述的处理。
下面将详细说明如图24所示由检测部分253和信号扩展部分254执行的处理。
在图23所示的处理中存储了表示一系列象素的第一象素位置的数值Si和Wi(一系列象素的宽度或者象素的数目)(i＝1，2，…，iend)。在图24所示的处理中，仅当Si+1-Si＝Wi并且Li-Li+1＝1或者当Si+1-Si＝Wi并且Li+1-Li＝1(低频部分)时，执行信号扩展。当Li和Li+1之间的差值是±2或者更多时(高频部分)，不执行信号扩展。如下所述，对Mi到(Mi+1-1)处的象素执行实际的信号扩展。
当Si+1-Si＝Wi并且Li+1-Li＝1时，由信号扩展部分254执行信号扩展。当Si+1-Si＝Wi并且Li-Li+1＝1时，如后面所述的那样对称地交换Mi到(Mi+1-1)处的图像数据。交换Mi处的图像数据与(Mi+1-1)处的图像数据。交换(Mi+1)处的图像数据与(Mi+1-2)处的图像数据。交换(Mi+2)处的图像数据与(Mi+1-3)处的图像数据。继续进行这种数据交换，直到交换了(Mi+[(Mi+1-Mi)/2]-1)处的图像数据与(Mi+1-[(Mi+1-Mi)/2])处的图像数据。在此之后，执行信号扩展。在信号扩展结束之后，再次执行数据交换，以便返回图像数据。执行数据交换，使得可以执行类似信号的扩展，而与第一组象素的象素值是否大于或者小于第二组象素的象素值无关。
图25是作为信号扩展目标的典型信号部分的示意图。图25所示的信号尚未进行信号扩展。
在图25所示的实施例中，具有由6比特表示的象素值Li的象素从起始位置值Si起对于Wi都是连续的，而具有由6比特表示的象素值Li+1(Li+1)的象素从起始位置值Si+1(＝Si+Wi)起对于Wi+1都是连续的。如图26所示，存储器252以行的形式存储这些象素。
接下来将参考图22和图27对由信号扩展部分254执行的信号扩展进行说明。图27示出了用于说明由信号扩展部分254执行的信号扩展算法的流程图。
信号扩展部分254执行的信号扩展将6比特表示的象素值扩展到由8比特表示的象素值。具体而言，信号扩展部分254如下执行信号扩展。6比特数据的象素值Li和Li+1(Li＝0到63)分别是以8比特表示的4Li和4(Li+1)(4Li＝0到255)。执行信号扩展，使得在Mi到(Si+1-1)具有象素值4Li的象素和在Si+1到(Mi+1-1)具有象素值4(Li+1)的象素得到象素值4Li、4Li+1、4Li+2和4Li+3(它们是8比特数据的象素值)。象素值应该从4Li变化到4Li+1、到4Li+2、到4Li+3变化了[(Mi+1-Mi)/4]个象素。为了提供具有上述象素值的上述象素，2个最低比特被添加到6比特的信号，以便将6比特信号扩展到8比特信号。由于这种信号扩展，因比特数目不足造成的从Li到Li+1的台阶式变化变成了如图28所示的线性灰度等级变化。
现在参考附图22和27描述信号扩展部分254的处理。在后面的说明中，Dj表示在象素位置值j处的6比特象素值，而Dj’表示在信号扩展之后位于象素位置值j处的8比特象素值。
参照图27，在步骤1，设置j＝Mi。
在步骤2，对出于象素位置j处的6比特图像数据Dj执行信号扩展，以便获得8比特扩展的图像数据Dj’。
同时参考图22说明由信号扩展部分254执行的步骤2的处理。
第一四倍运算部分269接收象素位置值Mi处的图像数据DMi并且对其乘4。第一减法部分270接收象素位置值j和Mi并且执行减法运算以便获得(j-Mi)。第二减法部分271接收象素位置值Mi+1和Mi，并且执行减法运算以便获得(Mi+1-Mi)。
由第一减法部分270获得的数值(j-Mi)被输入到第二四倍运算部分272中。第二四倍运算部分272对数值(j-Mi)乘4，以便获得4(j-Mi)。
除法部分273接收由第二四倍运算部分272获得的4(j-Mi)和由第二减法部分271获得的数值(Mi+1-Mi)。对这些值进行除法处理以便获得[4(j-Mi)/(Mi+1-Mi)]。
加法部分274接收由第一四倍部分269获得的4DMi和由除法部分273获得的数值[4(j-Mi)/(Mi+1-Mi)]，并且将它们相加，以便获得8特扩展图像信号Dj’＝4DMi+[4(j-Mi)/(Mi+1-Mi)]。DMi是在Mi处的6比特象素值。当未进行数据交换时(Li+1-Li＝1)，DMi＝Li。当执行了数据交换时(Li-Li+1＝1)，DMi＝Li+1。
当信号扩展部分254的信号扩展结束时，处理前进到步骤3，j更新为j+1。
在步骤4，确定更新的j，即(j+1)是否超过(Mi+1-1)。当(j+1)未超过(Mi+1-1)时，处理返回到步骤2，对(j+1)执行步骤2的处理。当(j+1)超过(Mi+1-1)时，终止信号扩展。
根据第三实施例的图像处理设备43B如下进行运算。块形成部分256将图像信号划分成多个块，每个块包括指定数目的象素。块形成部分256然后逐块将6比特图像信号输出到存储器252。检测部分253检测这样的图像模式，在这种图像模式中，具有相同象素值L的两个或者多个象素是连续的并且两个或者多个象素之后跟随着具有相同象素值(L+1)或者(L-1)的两个或者多个象素。检测部分253还存储表示具有相同象素值的连续象素中的第一象素的位置值Si和具有相同象素值的连续象素的宽度Wi(象素数)。使用Si和Wi，信号扩展部分254将6比特图像数据扩展到8比特图像数据。因此，充分利用了液晶板45(图1)的显示能力。消除了因比特数的不足造成的色调的台阶式或者不连续变化的传统设备的问题并且提供了平滑的灰度等级变化。
第三实施例中的图像处理设备43B连接在液晶控制器41和液晶驱动器44之间。图像处理设备43B也可以设置在其它的位置，例如，设置在液晶控制器41内。
当图像处理设备43B位于液晶控制器41内时，图像处理设备43B和信号处理部分41b可以由不同的电路构成。作为选择，图像处理设备43B和信号处理部分41b可以集成在单片微型计算机中，用于实现多目的处理。
在这种情况下，参考附图23、24和27描述的图像处理程序可以存储在外部主机系统2的外部存储器22(图1)中，以致液晶控制器41(图1)可以由外部主机系统2来控制，以便执行程序。作为选择，程序可以存储在液晶控制器41和/或液晶驱动器44的内置存储器中。
第三实施例中描述的这种液晶显示设备1通过组合R、G和B象素来实现彩色图像。本发明并不局限于此，图像处理设备可以应用于单色液晶显示设备中。图像处理设备例如可以应用于ELD(电发光显示器)或者PDP(等离子显示板)。
在第三实施例中，按照水平方向(即，在图像显示屏上顺序传输的图像信号)毗邻的象素来执行信号扩展。在设置了用于存储垂直的行，例如帧存储器的部分的情况下，可以按照垂直方向(即，垂直于在图像显示屏上顺序传输图像信号的方向的方向)毗邻的象素来执行信号扩展。在设置了用于存储已经检测和针对每行已经扩展的图像数据的部分的情况下，可以组合按照水平方向毗邻的象素的信号扩展、按照垂直方向毗邻的象素的信号扩展和按照斜线毗邻的象素的信号扩展。信号扩展可以按照曲线的形式而非直线的形式来进行(例如，向上凸出或者向下凹陷)。通过按照多个方向毗邻的象素进行信号处理，可以提供更高自由度的自然图像。
可以自动优化每块象素的数目，并且针对相同图像的每一部分或者每一图像进行调节。通过逐行随机地改变块之间的边界，可以以相同数目象素的较小存储器容量来提高图像质量，这可以降低生产成本。
图29示出了第三实施例中使用的液晶显示设备的显示部分。数字表示了图像数据传输的顺序。
图30示出了在其中象素被块形成部分256分成块的典型显示部分。在第三实施例中，每块包括64个象素。图31示出了在其中象素块被块形成部分256分成块的另一实施例。在图31中，随机地改变块之间的边界。如图31所示，一块包括两个不同的毗邻的行的部分。
可以自动地优化每个要进行信号扩展处理的块中的象素数目，并且可以针对每个图像或者相同图像中的每一部分进行调节。
在第三实施例中，6比特数字图像信号被扩展成8比特数字图像信号。6比特数字图像信号可以被扩展成包括10个或者更多比特的数字图像信号。
根据本发明的第三实施例，高质量图像显示器具有简单的电路配置。通过比较具有指定的象素宽度的多个图像数据并且把从扩展前的图像中去除的低位数值相加，来针对彩色图像的每一颜色分量进行信号扩展。也就是说，对高位值进行了预测和复制。因此，提高了颜色的分辨率，并且实现了平滑和线性变化。
根据本发明，不对亮度逐象素变化的图像信号的高频部分进行信号扩展处理。仅仅对其中具有相同象素值的一系列指定数目象素的图像信号的低频部分进行信号扩展。因此，可以对诸如风景画而非油画之类具有很多高频部分的图像进行处理，从而实际上不会有模糊。可以仅仅校正低频部分中的伪轮廓。
在第一到第三实施例中，对由检测部分检测的输入图像信号的低频部分进行了扩展。更具体地，对与具有第一象素值(例如Li)的一系列象素和具有第二象素值(与第一象素值不同；例如Li+1)的一系列象素相对应的输入图像信号的指定部分进行了扩展。由信号扩展部分使用指定数目的比特对具有第一象素值和第二象素值的位流进行了补充，使得第一象素值逐渐地变化到第二象素值。
本发明并不局限于此。在由检测部分检测的输入图像信号的低频部分中，可以对具有第一象素值的一系列象素和具有第二象素值的一系列象素相对应的输入图像信号的指定部分进行扩展。在这种情况下，由信号扩展部分使用指定数目的比特对具有第一象素值和第二象素值的位流进行了补充，使得第一象素值逐渐地变化到第二象素值。如上所述，在这种情况下，信号扩展部分将预定数目的固定比特(例如“00”)添加到未被确定为信号扩展目标的一部分输入图像信号。
根据第一和第三实施例的图像处理设备具有适合于要求低成本生产的产品例如蜂窝电话、PDA和其它紧凑型显示设备的结构。第二实施例的图像处理设备具有适合于需要提供比第一和第三实施例中的图像处理设备高图像质量的产品的结构，例如大屏幕液晶电视和监视器。
尽管在上面未具体说明，在第三实施例中，通过处理输入图像信号的每个适当的部分，即通过以适当的方式控制输入图像信号来具体地将输入的图像信号划分成多个块。因此，控制部分251的一部分(即，记录在计算机可读记录介质上的软件和控制程序)具有块形成部分的功能。
根据本发明的图像处理设备包括检测部分和信号扩展部分。检测部分检测由比特表示的图像信号的低频部分。该低频部分对应于具有第一象素值的第一系列象素和具有与第一象素值不同的第二象素值的第二系列象素。第二系列象素跟随在第一系列象素之后。信号扩展部分扩展图像信号的低频部分的指定部分。指定部分包括第一系列象素和/或第二系列象素。更具体地，通过将指定数目的比特添加到与具有第一象素值和/或第二象素值的象素相对应的一部分图像信号，使得第一象素值逐渐地变化到第二象素值。因此，通过比较具有指定的象素宽度的多个图像数据并且把从扩展前的图像中去除的低位数值相加，来针对彩色图像的每一颜色分量进行信号扩展。也就是说，对高位值进行了预测和复制。因此，提高了颜色的分辨率，并且实现了平滑和线性变化。
在块形成部分将输入图像信号划分成每个都与指定数目的象素相对应的多个块的情况下，将使用较小容量的存储器执行上面提及的信号扩展。换句话说，通过比较具有指定的象素宽度的多个图像数据并且把从扩展前的图像中去除的低位数值相加，来针对彩色图像的每一颜色分量进行信号扩展。由简单的电路配置来执行上述的扩展过程。即，对高位值进行了预测和复制。因此，提高了颜色的分辨率，并且实现了平滑和线性变化。
即使当信号超过8比特，例如，在将来实现了具有10比特的信号，也可以充分利用图像显示设备的灰度等级显示能力，而不增加图像信号的灰度等级的数量。在进行信号扩展的块之间的边界逐行随机变化的情况下，按照包括较少数目象素的信号扩展可以将图像质量提高到与按照包括较大数目的象素进行的信号扩展相同的效果。因此，可以实现并且以较低的成本生产这种电路配置。
本领域的技术人员清楚本发明的各种修改并且可以容易地作出各种修改，而不偏离本发明的范围和实质。因此，并非想把所附权利要求的范围限制于这里所述的描述中，而是应该对其作出较宽的解释。

Claims (16)

1、一种图像处理设备，用于处理表示象素的象素值的图像信号以便由图像显示设备显示包括该象素的图像，所述图像处理设备包括：
检测部分，用于检测与具有第一象素值的第一系列象素和具有与第一象素值不同的第二象素值的第二系列象素相对应的图像信号的低频部分，第二系列象素跟随在第一系列象素之后；和
信号扩展部分，用于扩展图像信号的低频部分的指定部分，以致第一象素值逐渐地变化到第二象素值，该指定部分包括至少第一系列象素和第二系列象素中的一个。
2、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于还包括块形成部分，用于将图像信号划分成多个块，每个块对应于指定数目的象素，
其中，检测和扩展被划分成多个块的图像信号。
3、根据权利要求2所述的图像处理设备，其特征在于，
把多个象素设置成多个行和多个列，以及
块形成部分对图像信号进行划分，以致多个块之间的边界对于多个列是随机的。
4、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于检测部分确定表示第一系列象素的第一象素位置的数值和表示第二系列象素的第一象素位置的数值之间的差值是否等于表示第一系列象素的宽度的数值，从而确定是否要对图像信号进行扩展。
5、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于信号扩展部分将具有固定数值的比特添加到没有扩展的图像信号的一部分。
6、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于在低频部分中第一象素值和第二象素值之间的差值是1。
7、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于信号扩展部分从第一系列象素的中心和第二系列象素的中心扩展一个部分。
8、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于信号扩展部分将2个比特添加到与具有第一象素值的象素相对应的部分图像信号和与具有第二象素值的象素相对应的部分图像信号中的至少一个。
9、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于信号扩展部分将4个比特添加到与具有第一象素值的象素相对应的部分图像信号和与具有第二象素值的象素相对应的部分图像信号中的至少一个。
10、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于信号扩展部分对信号进行扩展，以致第一象素值沿着直线或者曲线逐渐地变化到第二象素值。
11、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于按照传输图像信号的水平方向、垂直于水平方向的垂直方向以及相对于水平方向和垂直方向倾斜的倾斜方向中的至少一个方向设置第一系列象素和第二系列象素。
12、根据权利要求1所述的图像处理设备，其特征在于由图像显示设备处理的灰度等级比特的数目大于由图像信号表示的灰度等级比特的数目。
13、一种图像处理方法，用于处理表示象素的象素值的图像信号以便由图像显示设备显示包括该象素的图像，该图像处理方法包括下面的步骤：
检测与具有第一象素值的第一系列象素和具有与第一象素值不同的第二象素值的第二系列象素相对应的图像信号的低频部分，第二系列象素跟随在第一系列象素之后；以及
扩展图像信号的低频部分的指定部分，以致第一象素值逐渐地变化到第二象素值，该指定部分包括至少第一系列象素和第二系列象素中的一个。
14、根据权利要求13所述的图像处理方法，其特征在于还包括下面的步骤：将图像信号划分成多个块，每个块对应于指定数目的象素，
其中，检测和扩展被划分成多个块的图像信号。
15、一种图像显示设备，包括根据权利要求1所述的图像处理设备，用于使用由图像处理设备扩展的图像信号来显示图像。
16、一种移动电子装置，包括根据权利要求15所述的图像显示设备，其中该图像显示设备是液晶显示设备。
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