CN1691121A - 讯号处理方法 - Google Patents

Abstract

一种讯号处理方法，是用于屏幕面板的亮度灰阶响应速度处理，其是以量测方式取得不同色彩亮度灰阶所需的加速驱动(over driving)电压量测值(简称OD量测值)并制成OD量测值表，再以压缩方式由上述OD量测值表取得相对应的四个OD压缩值表，使用时，通过函数运算方式而得到OD还原值，藉由上述步骤而进行亮度灰阶响应速度处理，可适用于液晶面板(LCDpanel)、电浆电视(PDP)、薄膜晶体管(TFT)显示器或OLED、PLED有机电激发光显示器等色彩显示装置。

Description

讯号处理方法

技术领域

本发明是有关于一种讯号处理方法，尤指一种可节省大量硬件资源、可有效加快亮度灰阶响应速度并精确表现实际色彩亮度灰阶的讯号处理方法。

技术背景

液晶显示器性能的好坏有一种指标-响应时间，通常对液晶显示器不加电压下分两种状态：常亮态模式(Normally white，NW)以及常黑态模式(Normallyblack，NB)，其中常亮态模式是指显示器面板不施加电压是透光的画面，也就是亮的画面，常黑态模式是指显示器面板不施加电压时，呈现不透光状态，也就是黑的画面；以常亮态模式为例，可将响应时间分为两个部分：

(1)上升响应时间：即在施加电压下，液晶显示器的液晶盒亮度从90％变化到10％时液晶所需的扭转时间，简称“T_r”；以及

(2)下降响应时间，即在不施加电压下，液晶盒亮度从10％变化到90％时液晶所需的回复时间，简称“T_f”。

通常当画面显示速度超过每秒25个图框(frame)时，人眼会将快速变换的画面视为连续画面，但是现在的家庭娱乐，例如播放高品质DVD影片、玩游戏时快速移动的画面，显示速度常在每秒60个图框以上，换句话说，每一图框间隔(frame interval)时间为1/60＝16.67ms，若液晶显示器的响应时间大于此图框间隔时间，将会导致显示画面时就出现残影或跳格的痕迹，严重影响观看影像的品质，如何提升响应速度须从影响响应时间的因素来看，下列方程式分别为上升响应时间T_r与下降响应时间T_f的计算方程式：

$T_r=\frac{r_1{d}^2}{\mathrm{\Δ\ϵ}(V^2-{V_{\mathrm{th}}}^2)}---T_f=\frac{r_1{d}^2}{\mathrm{\Δ\ϵ}{V_{\mathrm{th}}}^2}$

其中γ₁：液晶材料的粘滞系数；

d：液晶盒间隙；

V：液晶盒的驱动电压；

Δε：液晶材料的介电系数。

由上式可知有四个方法可以减小液晶显示器响应时间：降低黏滞系数、减小液晶盒间隙、提高驱动电压以及提高介电系数，其中提高驱动电压的技术称之为“加速驱动”(over drive)技术，可由液晶驱动集成电路(driver IC)传送增加的电压至液晶面板上，使液晶的扭转电压加大，从而使液晶更快地扭转与回复以快速达到影像资料欲呈现的亮度。

为了针对现行8位元、0到255阶的R、G、B色彩亮度灰阶，实施上述的加速驱动技术，各业者必需提供合适的加速驱动电压值。然而，在不同时间点间变化的0-255阶R、G、B色彩亮度灰阶，各有其不同需求的加速驱动电压值。光是以一种色彩讯号在二个不同时间点的0-255阶亮度变化来说，就会产生65535种不同的加速驱动电压值。

若一液晶显示屏幕要提供8位元的R、G、B色彩讯号合适的加速驱动电压值，则其必需至少储存有65536种不同的加速驱动电压值，对于记忆体的需求自是不言可喻，更提高了整体成本。因此，各家业者均将0-255阶的色彩亮度灰阶以较少的区段来模拟表现，所形成的色彩讯号亮度及所需求的加速驱动电压模拟值也远远少于65536种。

虽然这些加速驱动电压模拟值减少了记忆体的需求，但是，为能使其快速、精确地接近实际加速驱动电压值，各家业者均以不同的特定函数来运算模拟，或是多项式函数，或是双线性函数，又或是正交函数。只是这些方式均囿于上述加速驱动电压模拟值乃以推论、假设方式取得，因此在模拟实际加速驱动电压值上，往往无法精确达成，不仅影响了液晶屏幕的反应时间，更影响了其色彩亮度效果。

本案的发明人长期贡献于显示器高科技产业，累积多年在此领域研发的经验，提出通过函数运算OD值而可快速且精确地反应色彩亮度灰阶的讯号处理方法，以达到讯号处理上较佳的增进灰阶响应速度效果。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种讯号处理方法，通过量测加速驱动OD电压量测值，制成OD量测值表，再以压缩方式由上述OD量测值表取得相对应的四个OD压缩值表，并通过函数运算方式得到OD还原值，而以进行亮度灰阶响应速度处理，以节省大量硬件资源，有效加快亮度灰阶响应速度并精确表现实际色彩亮度灰阶。

为达上述目的，本发明讯号处理方法的步骤包括：

1、预先量测所有灰阶亮度对应的最佳OD电压值：

依据液晶特性，以实际量测的方式，找出所欲呈现灰阶亮度的最佳OD电压值。该最佳OD电压值与前一图框所呈现的灰阶值以及目前图框所欲呈现的灰阶值相关，具一对一的对应关系，因此该量测可建立一n×n的OD量测值表，其中n为灰阶数。

2、建立OD值与灰阶值之间的函数关系：

以数学函数来模拟OD值与前一图框灰阶值以及目前图框灰阶值的关系。若以x表示前一图框灰阶值，以y表示目前图框灰阶值，则OD值z可表示成x与y的函数，亦即z＝f(x，y)＝C×g(x)×h(y)，其中该数学函数关系可以是多项式(polynomial)，双线性关系(bilinear)，正交函数的线性组合(linearcombination of orthogonal functions)或任意形式的数学函数。

3、压缩OD量测值表并将其储存为对照表(look-up table，LUT)：

撷取n×n的OD量测值表，并将其压缩为m×m对照表，其中m＜n，故可有效节省记忆体空间。

4、利用已建立的数学函数将对照表还原为最佳OD还原值：

利用已建立的数学函数，采用四点定位法，以曲线趋近(curve fitting)方式求取最佳OD还原值，并以该OD还原值驱动显示器。

藉由上述步骤进行压缩OD量测值及以函数运算得出OD还原值的方式，而进行屏幕面板的亮度灰阶响应速度处理。

由上，本发明所提供的一种讯号处理方法于实施时，不仅可节省硬件资源，还可加速亮度灰阶的响应速度及精确表现色彩亮度灰阶。

附图说明

图1所示为本发明一实施例的步骤图。

图2所示为本发明一实施例的OD量测值表。

图3所示为本发明一实施例的OD对照表。

图4A-D所示为本发明一实施例的OD压缩值表P、Q、R及S。

图号说明

10  OD量测值表     20  OD对照表

31  OD压缩值表P    32  OD压缩值表Q

33  OD压缩值表R    34  OD压缩值表S

具体实施方式

本发明是有关于一种讯号处理方法，尤指一种通过量测加速驱动(overdriving)电压量测值(简称OD量测值)，并制成OD量测值表，再以压缩方式由上述OD量测值表取得相对应的四个OD压缩值表，并通过函数运算方式得到OD还原值以进行灰阶响应速度处理的讯号处理方法，适用于液晶面板(LCDPanel)、电浆电视(PDP)、薄膜晶体管(TFT)显示器或OLED、PLED有机电激发光显示器等色彩显示装置。

请参阅图1至图4D所示，本实施例是针对液晶屏幕上的灰阶响应速度的讯号处理，该红色灰阶以5位的讯号为例，亦即共有2⁵＝32个亮度灰阶值输出。

1、预先量测液晶屏幕的所有红色灰阶亮度对应的最佳OD电压值：

依据液晶特性，以实际量测的方式，找出所欲呈现灰阶亮度的最佳OD电压值，该最佳OD电压值与前一图框所呈现的灰阶值以及目前图框所欲呈现的灰阶值相关，具一对一的对应关系，因此该量测可建立一n×n的数组N，其中n＝32为总灰阶数目；该数组N亦称为OD量测值表10。例如，当前一图框灰阶值为16，目前图框灰阶值为26，则其对应的OD量测值为N_16，26。

2、建立OD值与灰阶值之间的函数关系：

此步骤是以数学函数来模拟OD值与前一图框灰阶值以及目前图框灰阶值的关系。若以x表示目前图框灰阶值，以y表示前一图框灰阶值，则依据OD量测值可建立N_yx与x、y之间的函数关系f(x，y)。例如，当前一图框灰阶值为16时，依据量测值N_16，1，N_16，2，…，N_16，32可以模拟出f(x，16)＝b×h₁₆(x)；或当目前图框灰阶值为26时，则依据量测值N_1，26，N_2，26，….，N_32，26可以模拟出f(26，y）＝a×g₂₆(y)。因此，通过数值模拟，可以建构出所有OD值与x，y之间的函数关系，亦即

N_yx＝f(x，y)＝C×h_y(x)×g_x(y)

其中C是归一化常数(normalization constant)，而h_y(x)及g_x(y)则为数学函数，其形式可以是多项式(polynomial)，双线性关系(bilinear)，正交函数的线性组合(linear combination of orthogonal functions)或任意形式的数学函数。

3、压缩OD量测值表10并将其储存为对照表20(look-up table，LUT)：

撷取OD量测值表10，并将其压缩为对照表20；亦即将n×n的数组N撷取压缩为m×m的数组M，其中m＜n。以5位灰阶为例，可将32×32的OD量测值表10压缩为8×8的OD对照表20。该撷取压缩的方式可以利用等间距撷取法，例如在数组N中，每4个元素撷取一个元素成为数组M，亦即M_ij＝N_8i-7，8j-7，其中i，j＝1，2…m，表示矩阵元素在矩阵中的对应位置。在实际应用上，撷取压缩的方式并不受限于等间距撷取法，若实际量测发现某些灰阶值范围的OD值变化率较大，可以使用非等间距撷取法，只要记忆该撷取的相对位置即可。

4、利用已建立的数学函数将OD对照表20还原为最佳OD还原值：

此步骤是利用已建立的数学函数，采用四点定位法，以曲线趋近(curvefitting)方式求取最佳OD还原值，并以该OD还原值驱动显示器。本发明所采用的四点定位法乃将OD对照表20进一步分割为四个压缩值表31-34，分别为P 31、Q 32、R 33及S 34。其中四个压缩值表中的元素与OD对照表20里的元素对应关系可表示为

P_kl＝M_2k-1，2l-1

Q_kl＝M_2k，2l-1

R_kl＝M_2k-1，2l

S_kl＝M_2k，2l，

其中k，l＝1，2，…m/2，表示元素在矩阵中对应的位置。也就是说，在OD对照表20中，四个相邻的元素可用P 31、Q 32、R 33及S 34的相对应元素来表示，即

$\left[\begin{array}{cc}{M}_{i,j}& M_{i,j+1}\\ M_{i+1,j}& M_{i+1,j+1}\end{array}\right]\≡\left[\begin{array}{cc}{P}_{\mathrm{kl}}& R_{\mathrm{kl}}\\ Q_{\mathrm{kl}}& S_{\mathrm{kl}}\end{array}\right]$

其中i，j为奇数的整数，且k＝(i+1)/2，l＝(j+1)/2。因此P_kl与Q_kl之间以及R_kl与S_kl之间分别具有g_j(y)及g_j+1(y)的函数关系，而P_kl与R_kl之间以及Q_kl与S_kl之间则分别具有h_i(x)及h_i+1(x)的函数关系。

当液晶屏幕在前一图框时间的亮度灰阶为y，且于目前图框欲表现的亮度灰阶为x时，通过四个压缩值表31-34，找出与(x，y)相邻的P_kl、Q_kl、R_kl及S_kl，并依据所对应的函数关系g_j(y)、g_j+1(y)、h_i(x)及h_i+1(x)，以曲线趋近(curvefitting)方式或加权以曲线趋近(weighted curve fitting)方式，求出最佳OD还原值，并以该OD还原值驱动液晶屏幕使液晶屏幕精确地表现出所欲达到的亮度。

以上仅用以揭示本发明可实施态样之一，当不能用以限定本发明的范围。凡习于本业的人士所明显可作的变化与应用实施，皆应视为不悖离本发明的实质内容。

综上，本发明具有以下的优点：

1、节省硬件资源：一般习知所用以处理亮度灰阶响应速度的讯号处理方法乃以函数模拟计算而进行，而本发明是先量测色彩显示装置的实际OD量测值，再以压缩方式缩小表格得到OD压缩值，并储存OD压缩值于储存组件中。由于OD压缩值表所需求的储存空间远较OD量测值表来得小，因此可节省下大量硬件资源。

2、加速亮度灰阶的响应速度：使用OD技术，以函数运算方式得到特定OD电压值，并依此而进行色彩显示装置的亮度灰阶响应，可有效加快亮度灰阶响应速度。

3、精确表现色彩亮度灰阶：本发明是先量测色彩显示装置的实际OD量测值，再取得相对应的OD压缩值与函数，藉以可进行还原运算而得到OD还原值，因此，本发明可以精确表现实际色彩亮度灰阶。

综上所述，依上文所揭示的内容，为达到本发明的预期目的，提供了一种以函数运算OD量测值得到OD还原值，而可快速且精确地进行亮度灰阶响应速度处理的讯号处理方法，可适用于各类色彩显示装置，因此依法提出发明专利申请。

Claims (5)

1、一种讯号处理方法，是用于屏幕面板的亮度灰阶响应速度处理，其特征在于其步骤包括：

(1)预先量测所有灰阶亮度对应的最佳OD电压值，依据液晶特性，以实际量测的方式，找出所欲呈现灰阶亮度的最佳OD电压值，该最佳OD电压值与前一图框所呈现的灰阶值以及目前图框所欲呈现的灰阶值相关，具一对一的对应关系，并由此建立一n×n的OD量测值表，其中n为灰阶数；

(2)建立OD值与灰阶值之间的函数关系：以数学函数来模拟OD值与前一图框灰阶值以及目前图框灰阶值的关系；

(3)撷取n×n的OD量测值表，并将其压缩为m×m对照表(look-up table，LUT)，其中m＜n；以及

(4)利用已建立的数学函数将对照表还原为最佳OD还原值，并以该OD还原值驱动显示器；

(5)藉由上述步骤进行压缩OD量测值及以函数运算得出OD还原值的方式而进行屏幕面板的亮度灰阶响应速度处理。

2、如上述权利要求1所述的讯号处理方法，其特征在于：该函数关系为多项式(polynomial)、双线性关系(bilinear)或正交函数的线性组合(linearcombination of orthogonal functions)。

3、如上述权利要求1所述的讯号处理方法，其特征在于：该还原是利用已建立的数学函数，采用四点定位法，以曲线趋近(curve fitting)方式求取最佳OD还原值。

4、如上述权利要求1所述的讯号处理方法，其特征在于：该特定讯号是指色彩讯号，如红、绿及蓝色(R、G、B)色彩讯号。

5、如上述权利要求1所述的讯号处理方法，其特征在于：是可用于液晶面板(LCD panel)、电浆电视(PDP)、薄膜晶体管(TFT)显示器或OLED、PLED有机电激发光显示器等色彩显示装置。

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