CN202309861U - 混合灰度调制高灰度级高清图像显示装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及图像处理技术领域，尤其是涉及一种混合灰度调制高灰度级高清图像显示装置。它解决了现有技术设计不够合理等技术问题。本装置包括连接有高清视频输入接口的前端数据处理模块，在前端数据处理模块上连接有数据存储器，在数据存储器上连接有旋转抖动处理模块，旋转抖动处理模块与数据分割模块相连，数据分割模块上连接有电压幅值和帧频灰度调制模块，其优点在于：设计合理，易于实施，扬各种调制法之长，避各种调制法之短，充分利用各种灰度调制方法的优点，实现提高显示屏的灰度级数，图像的高清显示。
Description
技术领域
本实用新型涉及图像处理技术领域，尤其是涉及一种混合灰度调制高灰度级高清图像显示装置。
背景技术
对TFT-LCD显示屏的研究一直在追求显示图像和视频的高清晰度，超高灰度级和高还原度。但是仅仅将目光集中于TFT-LCD面板材料的改善或图像编辑码压缩的前端处理上是远远不够的，还必须重视数字图像信息到物理发光体的转换过程以及发光体的亮度与人眼视觉特性之间的关系，找到一种适用于高清晰度TFT-LCD的时序控制和灰度控制方法。
当灰度等级不断提高时，传统灰度调制方法在实现上会遇到一些问题，例如，要实现超高灰度显示。电压幅值调制法要求灰度级电压号有足够高的精度，而时间调制法(如FRC和PWM)则要求有足够快的数据传输速，但是这在现实中，不论是超高的电压精度还是极快的数据传输速度都很难实现。而就TFT-LCD显示屏而言，一般灰度级越高，所显示图像的层次越分明，图像越柔和，清晰度就越高。
一般情况下，在高分辨率、高灰度级的TFT-LCD显示屏控制系统中，单独采用任何一种传统灰度调制方法都无法满足高品质显示的需求，因此在充分考虑TFT-LCD的性能指示基础上，需要结合现有的技术水平以及人眼的视觉特性，对传统的灰度调制方法进行改进，设计出一种适用现代TFT-LCD显示的多灰度级调制架构。
发明内容
本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种显示效果好，提高了图像的显示灰度等级，易于实施的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法。
本实用新型的另一目的是提供的一种设计合理，结构简单，能够有效提高显示效果，处理速度快的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示装置。
为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：本混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法，其特征在于，本方法包括下述步骤：
A、数据预处理及存储：将高清视频信号进行预处理，然后进行存储；
B、抖动处理：将上述经过预处理的高清视频信号进行抖动处理，所述的抖动处理即为将高分辨率的图像输入信号与显示终端所能显示的灰度等级之间进行匹配，从而将更高分辨率的显示信息分配到相邻的空间中显示；
C、数据分割和混合调制：将经过抖动处理的高清视频信号分割成二部分，其中一部分用于电压幅值调制，另一部分用于帧频调制；
D、输出显示：将经过混合调制的高清视频信号输出至显示终端进行显示。
在上述的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法中，在上述的步骤B中，所述的抖动处理为旋转抖动处理，所述的旋转抖动处理即为将高分辨率的图像输入信号与显示终端所能显示的灰度等级之间进行匹配，从而将更高分辨率的显示信息分配到相邻的空间中显示，且高清视频信号的每一帧均采用不同的抖动矩阵进行处理。
在上述的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法中，在 上述的步骤B中，所述的旋转抖动处理通过旋转抖动处理模块完成。
在上述的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法中，在上述的步骤A中，通过高清视频输入接口接收高清视频信号并由前端数据处理模块对高清视频信号进行预处理，然后将其存储在数据存储器中。
在上述的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法中，在上述的步骤C中，通过数据分割模块将经过旋转抖动处理的高清视频信号分割成二部分，然后通过电压幅值和帧频灰度调制模块分别进行电压幅值调制和帧频调制。
在上述的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法中，在上述的步骤D中，将经过混合调制的高清视频信号通过LCD屏匹配输出接口输出至TFT-LCD显示屏。
本实用新型为实现TFT-LCD显示屏的高清晰度多灰度级显示，利用可编程逻辑阵列(FPGA)提出一种基于FPGA的混合灰度调制架构。所谓混合灰度调制就是将传统的灰度调制方法，即电压幅值调制法，时间冗余调制法(PUM和FRC调制)，空间冗余调制(抖动算法)有机的结合起来，扬各种调制法之长，避各种调制法之短，充分利用各种灰度调制方法的优点。但混合灰度调制法并不是各种单一灰度调制法的简单堆砌，而是讲这些灰度调制法有机的结合在一起，这就要求在实现过程中必须考虑一系列问题，包括电压幅值调制的精度，数据传输速率TFT-LCD显示屏的响应速度。本实用新型将电压幅值调制时间冗余调制(FRV)，空间冗余调制(抖动算法)相结合。
抖动算法处理：作用是将高分辨率的图像输入信号与显示终端所能显示的灰度等级之间进行匹配。将更高分辨率的显示信息分配到相邻的空间中显示进过抖动祘法处理后的图像质量明显改善，提高了显示的灰度等级，很好地实现了图像增强功能。但是 若在图像的显示过程中，特别是静止图像的显示，经过抖动处理的图像伴有抖动噪声，出现明显的方块效应，这正是传统抖动算法的固有缺陷。生产方块效应的主要原因在于，它对每一帧都使用相同的抖动矩阵经行处理。在本实用新型中，为消除方块效应，更好地再现原图像，使显示的图像更加平滑，更加柔和，对抖动矩阵进行一定的变换，对若干个相邻的帧采用不同的抖动矩阵进行处理。即“旋转抖动矩形处理”，经过这样的旋转抖动处理后邻近位置上的灰度效果仍然保持不变，但避免了同一抖动图案的叠加，从而可以消除方块效应。
数据分割的作用：是将图像输入数据分割成二部分，其中一部分用于电压幅值调制，数据分割的位数取决于标清液晶屏的位置，另一部分用于帧频调制，以实现提高显示屏的灰度级数，实现图像的高清显示。
通过以上的抖动处理，电压幅值和帧频的混合调制后，虽然最终用于驱动TFT-LCD显示屏的还是电压幅值调制的标清液晶屏，但是抖动处理和帧频调制是在进行电压幅值调制之前进行的，因此使得原始输入的高分辨率图像灰度数据中信息在空间上已分配到各相邻的像素点上，在时间上分散到几个连续的子帧中。因而可以在标清的液晶屏显示过程中完整地保存原始输入图像的细节信息，并且采用这种幅值一时间一空间混合灰度调制法即不需要很高的数据传输速度，还可以降低源驱动IC的实现难度，在标清屏上实现高清的显示效果。
上述的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法在下述的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示装置中实施。本装置包括连接有高清视频输入接口的前端数据处理模块，在前端数据处理模块上连接有数据存储器，在数据存储器上连接有旋转抖动处理模块，所述的旋转抖动处理模块与数据分割模块相连，所述的数据分割模块上连接有电压幅值和帧频灰度调制模块，所述的电压 幅值和帧频灰度调制模块与LCD屏匹配输出接口相连。
在上述的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示装置中，所述的LCD屏匹配输出接口与TFT-LCD显示屏相连。
与现有的技术相比，本混合灰度调制高灰度级高清图像显示方法及其装置的优点在于：设计合理，易于实施，扬各种调制法之长，避各种调制法之短，充分利用各种灰度调制方法的优点，实现提高显示屏的灰度级数，图像的高清显示。
附图说明
图1是本实用新型提供的原理图。
图2是本实用新型提供的结构框图
图中，高清视频输入接口1、前端数据处理模块2、数据存储器3、旋转抖动处理模块4、数据分割模块5、电压幅值和帧频灰度调制模块6、LCD屏匹配输出接口7、TFT-LCD显示屏8。
具体实施方式
如图1和2所示，本混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法包括下述步骤：
A、数据预处理及存储：将高清视频信号进行预处理，然后进行存储。更具体地说，通过高清视频输入接口1接收高清视频信号并由前端数据处理模块2对高清视频信号进行预处理，然后将其存储在数据存储器3中。
B、抖动处理：将上述经过预处理的高清视频信号进行抖动处理，所述的抖动处理即为将高分辨率的图像输入信号与显示终端所能显示的灰度等级之间进行匹配，从而将更高分辨率的显示信息分配到相邻的空间中显示。更具体地说，所述的抖动处理为旋转抖动处理，所述的旋转抖动处理即为将高分辨率的图像输入信号与显示终端所能显示的灰度等级之间进行匹配，从而将更高分 辨率的显示信息分配到相邻的空间中显示，且高清视频信号的每一帧均采用不同的抖动矩阵进行处理。所述的旋转抖动处理通过旋转抖动处理模块3完成。
C、数据分割和混合调制：将经过抖动处理的高清视频信号分割成二部分，其中一部分用于电压幅值调制，另一部分用于帧频调制。更具体地说，通过数据分割模块5将经过旋转抖动处理的高清视频信号分割成二部分，然后通过电压幅值和帧频灰度调制模块6分别进行电压幅值调制和帧频调制。
D、输出显示：将经过混合调制的高清视频信号输出至显示终端进行显示。更具体地说，将经过混合调制的高清视频信号通过LCD屏匹配输出接口7输出至TFT-LCD显示屏8。
上述的混合灰度调制的高灰度级高清图像显示方法通过下述混合灰度调制的高灰度级高清图像显示装置实施。包括连接有高清视频输入接口1的前端数据处理模块2，在前端数据处理模块2上连接有数据存储器3，在数据存储器3上连接有旋转抖动处理模块4，所述的旋转抖动处理模块4与数据分割模块5相连，所述的数据分割模块5上连接有电压幅值和帧频灰度调制模块6，所述的电压幅值和帧频灰度调制模块6与LCD屏匹配输出接口7相连。LCD屏匹配输出接口7与TFT-LCD显示屏8相连。
本实用新型为实现TFT-LCD显示屏的高清晰度多灰度级显示，利用可编程逻辑阵列(FPGA)据出一种基于FPGA的混合灰度调制架构。所谓混合灰度调制就是将传统的灰度调制方法，即电压幅值调制法，时间冗余调制法(PUM和FRC调制)，空间冗余调制(抖动算法)有机的结合起来，扬各种调制法之长，避各种调制法之短，充分利用各种灰度调制方法的优点。但混合灰度调制法并不是各种单一灰度调制法的简单堆砌，而是讲这些灰度调制法有机的结合在一起，这就要求在实现过程中必须考虑一系列问题，包括电压幅值调制的精度，数据传输速率TFT-LCD显示屏的响应速度。 本实用新型将电压幅值调制时间冗余调制(FRV)，空间冗余调制(抖动算法)相结合。
抖动算法处理：作用是将高分辨率的图像输入信号与显示终端所能显示的灰度等级之间进行匹配。将更高分辨率的显示信息分配到相邻的空间中显示进过抖动祘法处理后的图像质量明显改善，提高了显示的灰度等级，很好地实现了图像增强功能。但是若在图像的显示过程中，特别是静止图像的显示，经过抖动处理的图像伴有抖动噪声，出现明显的方块效应，这正是传统抖动算法的固有缺陷。生产方块效应的主要原因在于，它对每一帧都使用相同的抖动矩阵经行处理。在本实用新型中，为消除方块效应，更好地再现原图像，使显示的图像更加平滑，更加柔和，对抖动矩阵进行一定的变换，对若干个相邻的帧采用不同的抖动矩阵进行处理。即“旋转抖动矩形处理”，经过这样的旋转抖动处理后邻近位置上的灰度效果仍然保持不变，但避免了同一抖动图案的叠加，从而可以消除方块效应。
数据分割的作用：是将图像输入数据分割成二部分，其中一部分用于电压幅值调制，数据分割的位数取决于标清液晶屏的位置，另一部分用于帧频调制，以实现提高显示屏的灰度级数，实现图像的高清显示。
通过以上的抖动处理，电压幅值和帧频的混合调制后，虽然最终用于驱动TFT-LCD显示屏的还是电压幅值调制的标清液晶屏，但是抖动处理和帧频调制是在进行电压幅值调制之前进行的，因此使得原始输入的高分辨率图像灰度数据中信息在空间上已分配到各相邻的像素点上，在时间上分散到几个连续的子帧中。因而可以在标清的液晶屏显示过程中完整地保存原始输入图像的细节信息，并且采用这种幅值一时间一空间混合灰度调制法即不需要很高的数据传输速度，还可以降低源驱动IC的实现难度，在标清屏上实现高清的显示效果。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了高清视频输入接口1、前端数据处理模块2、数据存储器3、旋转抖动处理模块4、数据分割模块5、电压幅值和帧频灰度调制模块6、LCD屏匹配输出接口7、TFT-LCD显示屏8等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。
Claims (2)
1.一种混合灰度调制的高灰度级高清图像显示装置，其特征在于，本装置包括连接有高清视频输入接口(1)的前端数据处理模块(2)，在前端数据处理模块(2)上连接有数据存储器(3)，在数据存储器(3)上连接有旋转抖动处理模块(4)，所述的旋转抖动处理模块(4)与数据分割模块(5)相连，所述的数据分割模块(5)上连接有电压幅值和帧频灰度调制模块(6)，所述的电压幅值和帧频灰度调制模块(6)与LCD屏匹配输出接口(7)相连。
2.根据权利要求1所述的混合灰度调制高灰度级高清图像显示装置，其特征在于，所述的LCD屏匹配输出接口(7)与TFT-LCD显示屏(8)相连。
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