TWI258692B - Method of reducing the frame buffer size for driving a pixel - Google Patents

Description

1258692 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 示裝复提供驅動像素之電場強 度之方法尤種於顯示裝#供驅動像素之電場強度 時可減少存取記憶體空間之方法。 【先前技術】 液晶顯示器具有外型㈣、耗電量少以及無輻射污染等 特性，已被廣泛地應用在筆記型電腦(nGtebGGk)、個人數位 助理(PDA)等攜帶式資訊產品上，甚至已有逐漸取代傳統桌 上型電腦的映像管(cathode ray tube, CRT)監視器的趨勢。 由於液晶分子在不同排列狀態下，對光線具有不同的偏振 或折射效果，因此可經由不同排列狀態的液晶分子來控制 光線的穿透量，進一步產生不同強度的輸出光線，而液晶 顯示器即是利用液晶分子此種特性來產生不同灰階強度的 紅光、綠光、藍光，進一步使液晶顯示器產生豐富的影像。 當施加一電場欲使液晶分子改變排列方向時，必須先儲 1258692 存前一筆晝面資料之灰階值數據至一緩衝記憶體，再將該 筆晝面資料之灰階值數據由該缓衝記憶體讀出，而與欲轉 曼之下一筆晝面資料之灰階值數據相比較，進而得出所需 施加於液晶分子之電場強度。然而由於液晶分子本身的元 件特性，因此需要一延遲時間（delay)使該液晶分子達到所 要的排列方向，所以會造成影像更新(refresh)延遲而輸出不 穩定的晝面。因此液晶顯示器常利用過度驅動（〇verdrive) 灰階的方式來補償液晶分子先天上反應慢的缺點。舉例來 说’假如液晶分子於施加電場強度為E1時會產生相對應於 灰階A1的亮度輸出，於施加電場強度為E2時會產生相對 應於灰階A2的亮度輸出，以及於施加電場強度為E3時會 產生相對應於灰階A3的亮度輸出（E1<E2<E3， A1<A2<A3)。當一像素(pixei)欲從灰階A1變成灰階A2 時，假如不採用過度驅動灰階的方式，則液晶顯示器會將 電場強度由E1轉變成E2以使該像素於一延遲時間後輸出 所需的灰階A2。然而，若欲縮短該像素由灰階A1轉變為 A2的時間，液晶顯示器可將施加於液晶分子的電場強度由 E1轉變成較大的電場強度E3，使該像素的目標灰階由A2 提升至A3，並於該像素的灰階由A1升至A2時停止該像 素的灰階進一步升高，如此一來便可快速地達到所需的灰 階A2，猎此細短延遲時間。一般過度驅動灰階的方法係利 1258692 用—對照表（look up table，LUT)來記錄每一灰階變化時所 需要的目標灰階，目標灰階係用來縮短將一位於顯示面板 上之像素從一第一灰階驅動至一第二灰階的時間。 請參閱第1圖，第1圖為習知用於改變灰階之對照表 10的示意圖。對照表10包含有一第一灰階陣列12，一第 二灰階陣列14以及一目標灰階矩陣16。第一灰階陣列12 具有複數個第一灰階17，第二灰階陣列14具有複數個第 二灰階18，目標灰階陣列16具有複數個目標灰階19。假 如一像素欲從灰階4變成灰階5，則經由對照表1〇中的目 標矩陣16可得到一目標灰階7。也就是說，當該像素欲從 灰階4變成灰階5時，則液晶顯示器會將施加於液晶分子 的電場強度由對應於灰階4的電場強度調整為對應於灰階 7的電場強度，而非調整為對應於灰階5的電場強度，並 於該像素的灰階達到5時停止其進一步往上提升，來使該 像素的灰階可以快速地到達5。同樣地，當一像素欲從灰 階6變成灰階3時，則經由對照表10中的目標矩陣16可 知到一目標灰階〇,因此經由灰階6變成灰階〇的過程中， 忒像素可以快速地達到灰階3的狀態。 當灰階以六位元(6-bit)來記錄時，則每一像素可顯示64 1258692 種(0〜63)不同的灰階變化，所以每一像素必須佔用缓衝記 憶體64位元之記憶空間來暫存前一筆灰階資料，若是使用 於彩色顯示，則需要分別為紅、綠、藍三原色暫存前一筆 灰階資料，此時便需要佔用缓衝記憶體19 2位元（6 4位元* 3 ) 之記憶空間。假如灰階以更多位元數來記錄，則須佔用更 多記憶容量之緩衝記憶體來儲存，例如以八位元（8-bit)記錄 時，對彩色顯示而言，所需佔用緩衝記憶體大小為768位 元（256位元*3)。因此，習知技術需要很大的記憶體才能儲 存各像素之灰階資料。 【發明内容】 本發明係提供一種於顯示裝置提供驅動像素之電場強 度時可減少存取記憶體空間之方法，以解決上述之問題。 本發明之申請專利範圍係揭露一種於顯示裝置提供驅 動像素之電場強度之方法，包含有下列步驟：（a)將一像素 於一第一色彩空間之第一色彩信號轉換成於一第二色彩空 間之第二色彩信號，其中該第二色彩信號之記憶容量係小 於該第一色彩信號，（b)儲存該第二色彩信號至一記憶單 元，（c)將該第二色彩信號由該記憶單元讀出，並轉換成 1258692 於該第一色彩空間之第一色彩信號信號，以及(d)根據由 步驟（c)產生之第一色彩信號以及一目標灰階值提供驅動該 像素之電場強度。 【實施方式】 請參閱第2圖，第2圖為本發明於一顯示裝置提供驅動 像素之電場強度之流程圖，該顯示裝置可為一液晶顯示 器，本發明之方法可於該顯示裝置提供驅動像素之電場強 度時減少存取記憶體之空間，該方法包含下列步驟： 步驟100 :將一像素於一第一色彩空間（color space)之第 一色彩信號轉換成於一第二色彩空間之第二色 彩信號，其中該第二色彩信號之記憶容量係小 於該第一色彩信號； 步驟102 :儲存該第二色彩信號至一記憶單元； 步驟104:將該第二色彩信號由該記憶單元讀出，並轉換 成該第一色彩空間之第一色彩信號；以及 步驟106:根據由步驟104產生之第一色彩信號以及一目 標灰階值提供驅動該像素之電場強度。 1258692 於此對上述步驟作一詳細說明介紹，本發明之第一色 彩空間係可為一 RGB色彩空間，故步驟100中之第一色彩 信號係可為一第一 RGB信號，而步驟104中之第一色彩信 號係可為一第二RGB信號，此外，上述步驟之第二色彩空 間係可為一 YUV色彩空間，故上述步驟中之第二色彩信號 係可為一 YUV信號。首先該像素之前一筆晝面資料之第一 RGB信號之灰階值數據轉換成一 YUV信號，而該第一 RGB 信號轉換成該YUV信號後之取樣方式可為（4:1:1)、 (4:2:2)、（H0)或(2:1:1)等取樣方式，端視欲壓縮晝面資料 之比例而定，若選擇愈大壓縮比例之取樣方式，則經取樣 過後之YUV信號所佔該記憶單元之儲存空間則越小，而該 YUV信號與該第一 RGB信號之轉換關係如下： Y=0.299R+0.587G+0.114B ； U=-0.148R-0.289G+0.437B ； V=0.615R-0.515G-0.1B。 接下來該顯示裝置便會將該YUV信號暫存至該記憶 單元，直到下一筆晝面資料傳入時，該YUV信號便會由該 記憶單元讀出，並轉換成一第二RGB信號，其中若該第一 RGB信號轉換成該YUV信號時並未經過任何影像壓縮處 1258692 理，則該YUV信號所轉換出之第二RGB信號資料會等於 該第一 RGB信號資料，意即不會有任何影像失真之情況出 現；然而若該第一 RGB信號以某種取樣方式轉換成該γυν 信號時，則該YUV信號所轉換出之第二RGB信號資料便 不一定會等於該第一 RGB信號資料，意即可能會有若干程 度之失真，端視影像壓縮程度而定，但基本上其失真程度 很小’並不會影響影像晝面之品質。其中該第二rGB信號 與該YUV信號之轉換關係如下： R=Y+1.140V ； G=Y-0.395U-0.581V ； B=Y+2.032U。

最後便可依據該第二RGB信號以及一目標灰階值提供 驅動該像素之電場強度，舉例來說，假如液晶分子於施加 ⑩ 電場強度為E1時會產生相對應於第二RGB信號中之灰階 值A1的亮度輸出，於施加電場強度為E2時會產生相對應 於下一筆晝面資料之RGB信號中之目標灰階值A2的亮度 輸出，以及於施加電場強度為E3時會產生相對應於灰階值 A3的亮度輸出（E1<E2<E3, A1<A2<A3)。當該像素欲從該 第二RGB信號中之灰階值A1變成下一筆晝面資料之RGB 11 1258692 信號中之目標灰階值A 2時，假如不採用過度驅動灰階的方 式，則液晶顯示器會將電場強度由E1轉變成E2W使該像 素於-延遲時間後輸出所需喊階A2。然而，若欲縮短該 像素由灰階A1轉變為A2的時間，液晶顯示器可將施加於 液晶分子的電場強度由E1轉變成較大的電場強度£3，並 於該像素的灰階由A1升至A2時降低驅動該像素之電場強 度以停止該像素的灰階進一步升高，如此一來便可快速地 達到所需的灰階A2，藉此縮短延遲時間。一般過度驅動灰 P白的方去係利用一對照表(l〇〇k叩table，LUT)來記錄每一 灰階變化時所需要的過度驅動灰階值(A3)，以提供過度驅 動該像素之電場強度(E3)。 睛參閱第3圖，第3圖為使用本發明之方法於不同YUV 取樣格式時每個像素所需使用記憶體空間之圖表。如第3 圖所示，若YUV信號之γ分量、U分量、V分量信號各佔# 8位兀且採取(4:2··〇)取樣方式時(2*2排列之像素中取四個 Υ为里，fl旒、一個U分量訊號、一個ν分量訊號），則經取 樣過後每個像素所佔記憶體空間大小為12位元 (8+8/4+8/4)，若YUV信號之γ分量、u分量、v分量信號 各佔8位元且採取(4:ι:1)取樣方式時（丨*4排列之像素中取 四個Υ分量訊號、-個U分量訊號、-個V分量訊號)， 12 1258692 則經取樣過後每個像素所佔記憶體空間大小為i 2位元 (8+8/4+8/4) ’故為未經影像取樣處理前所佔記憶體空間之 50%(12/(8+8+8)*100%)。同理，若 YUV 信號之 γ 分量、^ 分里、V分罝彳§號各佔6位元、4位元、4位元且採取(令n) 取樣方式時’則經取樣過後每個像素所佔記憶體空間大】 為8位元(6+4/4+4/4)，故為未經影像取樣處理前所佔記情 體空間之57%(8/(6+4+4)*1〇〇%)，若γυν信號之γ分量、 U分量、V分量信號各佔6位元、5位元、3位元且採取(4u) 取樣方式時，則經取樣過後每個像素所佔記憶體空間大小 為8位元(6+5/4+3/4)，故為未經影像取樣處理前所佔記情 體空間之57%(8/(6+5+3)*100%)，若YUV信號之γ分量、 ϋ分量、V分量信號各佔6位元、6位元、6位元且採取 取樣方式時，則經取樣過後每個像素所佔記憶體空間大小 為9位元(6+6/4+6/4)，故為未經影像取樣處理前所佔記憶 體空間之50%(9/(6+6+6)*100%)，若YUV信號之γ分量、 U分量、v分量信號各佔8位元、8位元、8位元且採取(2:1:1) 取樣方式時（四個像素中取兩個Y分量訊號、一個U分量 訊號、一個V分量訊號），則經取樣過後每個像素所佔記憶 體空間大小為8位元(8/2+8/4+8/4)，故為未經影像取樣處 理前所佔記憶體空間之33%(8/(8+8+8)*1〇〇%)，若γυν信 號之Y分量、U分量、V分量信號各佔6位元、6位元、6 13 1258692 位元且採取(2:1:1)取樣方式時，則經取樣過後每個像素所 佔記憶體空間大小為6位元(6/2+6/4+6/4)，故為未經影像 取樣處理前所佔記憶體空間之33%(6/(6+6+6)n〇〇%)，而其 餘各列取樣方式所造成不同節省記憶體空間之方式，其計 算原理與前述相同，故於此不再詳述。總而言之，本發明 之方法可採用不同YUV取樣方式而以不同程度節省每個 像素所需暫存影像資料之記憶體空間，且經由實驗證明本 發明利用RGB信號轉成YUV信號再進行信號取樣之方 法，基本上其失真程度很小，並不會影響到影像晝面之品 質。 此外，本發明之第二色彩空間係可為一 YIQ色彩空 間，故上述步驟中之第二色彩信號係可為一 YIQ信號，而 於步驟100中該YIQ信號與該第一 RGB信號之轉換關係 如下： Y=0.299R+0.587G+0.114B ； I=0.596R-0.275G-0.321B ； Q=0.212R-0.523G+0.311B。 且於步驟104中第二RGB信號與該YIQ信號之轉換關 14 1258692 係如下： R=Y+0.9561+0.621Q ； G=Y-0.2721-0.647Q ； B=Y-1.107I+1.704Q。 或者，本發明之第二色彩空間係可為一 YCbCr色彩空 間，故上述步驟中之第二色彩信號係可為一 YCbCr信號，⑩ 而於步驟100中該YCbCr信號與該第一 RGB信號之轉換 關係如下： Y=0.299R+0.587G+0.114B ；

Cb=-0.169R-0.331G+0.5B+128 ；

Cr=0.5R-0.4183G-0.0816B+128。 且於步驟104中第二RGB信號與該YCbCr信號之轉 換關係如下： R=Y+((Cr-128)*1.4020)； G=Y-((Cb-128)*0.3441)-((Cr-128)*0.7139)； B=Y+ ((Cb-128) * 1.7718) 〇 15 1258692 而其轉換不同色彩空間而產生之取樣方式所造成不同 節省記憶體空間之方式，其計算原理與前述相同，故於此 不再詳述。 相較於於習知技術，本發明之於顯示裝置提供驅動像素 之電場強度時可減少存取記憶體空間之方法，由於將像素 於一第一色彩空間之第一色彩信號轉換成於一第二色彩空 間之第二色彩信號並進行取樣，其中該取樣過後之第二色 彩信號之記憶容量係小於該第一色彩信號，之後再將取樣 過後之第一色彩尨號儲存至記憶體，故可有效地減少每個 像素所需暫存影像資料之記憶體空間，故可以減少記憶體 頻寬之需求’且進-步地減低液晶顯示器的生產成本。 =上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發 專利範圍所做之始楚料儿Λ从 月 蓋範 句專雙化與修飾，皆應屬本發明專利之涵 16 1258692 【圖式簡单說明】 第1圖為習知用於改變灰階之對照表的示意圖。 第2圖為本發明於顯示裝置提供驅動像素之電場強度之流 程圖。 第3圖為使用本發明之方法於不同YUV取樣格式時每個像 素所需使用記憶體空間之圖表。 【主要元件符號說明】 10 對照表 12 第一灰階陣列 14 第二灰階陣列 16 目標灰階矩陣 17 第一灰階 18 第二灰階 19 目標灰階 17

Claims (1)

1258692 十、申請專利範圍： 1. 一種於顯示裝置提供驅動像素之電場強度之方法，包含 有下列步驟： (a) 將一像素於一第一色彩空間（color space)之第一色 彩信號轉換成於一第二色彩空間之第二色彩信號， 其中該第二色彩信號之記憶容量係小於該第一色彩 信號； 春 (b) 儲存該第二色彩信號至一記憶單元； (c) 將該第二色彩信號由該記憶單元讀出，並轉換成於 該第一色彩空間之第一色彩信號信號；以及 (d) 根據由步驟(c)產生之第一色彩信號以及一目標灰 階值提供驅動該像素之電場強度。 2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其另包含於該像素 · 之灰階達到該目標灰階時，降低驅動該像素之電場強 度。 3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中步驟(d)係為利 用過度驅動（overdrive)該像素灰階值之方法。 18 1258692 4.如申請專利範圍第3項所述之方法，其於步驟(d)中係依 據一對照表(look up table，LUT)提供過度驅動該像素之 電場強度。 5·如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一色彩空 間係為一 RGB色彩空間，該第一色彩信號係為一 rgb 信號，該第二色彩空間係為一 YUV色彩空間，以及該 第二色彩信號係為一 YUV信號。 馨 6·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中步驟(a)係依據 (4:1:1)之取樣方式將該像素之rgb信號轉換成該γυν 信號。 7.如申请專利範圍第5項所述之方法，其中步驟(a)係依據 (4:2:0)之取樣方式將該像素之RGB信號轉換成該γυν · 信號。 8·如申請專利範圍第5項所述之方法，其中步驟(a)係依據 (2:1:1)之取樣方式將該像素之RGB信號轉換成該γυν 信號。 19 1258692 9.如申請專利範圍第5項所述之方法，其於步驟(a)中，該 YUV信號與該RGB信號之轉換關係係為 Y=0.299R+0.587G+0.114B， U=-0.148R-0.289G+0.437B，V=0.615R-0.515G-0.1B。 10.如申請專利範圍第5項所述之方法，其於步驟(c)中，該 RGB信號與該YUV信號之轉換關係係為 R=Y+1.140V，G=Y-0.395U-0.581V，B=Y+2.032U。 11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一色彩空 間係為一 RGB色彩空間，該第一色彩信號係為一 RGB 信號，該第二色彩空間係為一 YIQ色彩空間，以及該第 二色彩信號係為一 YIQ信號。 12. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其於步驟(a)中， 該YIQ信號與該RGB信號之轉換關係係為 Y=0.299R+0.587G+0.114B，I=0.596R-0.275G-0.321B， Q=(L212R-0.523G+0.311B。 13. 如申請專利範圍第11項所述之方法，其於步驟(c)中， 該RGB信號與該YIQ信號之轉換關係係為 20 1258692 R=Y+0.956I+0.621Q，G=Y-0.272I-0.647Q， B=Y-1·10Ή+1·704〇 〇 14. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該第一色彩空 間係為一 RGB色彩空間，該第一色彩信號係為一 RGB 信號，該第二色彩空間係為一 YCbCr色彩空間，以及該 第二色彩信號係為一 YCbCr信號。 15. 如申請專利範圍第14項所述之方法，其於步驟(a)中， 該YCbCr信號與該RGB信號之轉換關係係為 Y=0.299R+0.587G+0.114B， Cb=-0.169R-0.331G+0.5B+128， Cr=0.5R-0.4183G-0.0816B+128。 16.如申請專利範圍第14項所述之方法，其於步驟(c)中， 該RGB信號與該YCbCr信號之轉換關係係為 R=Y+((Cr-128)*1.4020)，G=Y- ((Cb-128)*0.3441)-((Cr-128)*0.7139) ^ B=Y+ ((Cb-128) * 1/7718)。 十一、圖式： 21