TWI278826B

TWI278826B - Systems and methods for converting input image data in a first color space to output image data in a second color space

Info

Publication number: TWI278826B
Application number: TW094105610A
Authority: TW
Inventors: Michael Francis Higgins; Elliott Candice Hellen Brown
Original assignee: Clairvoyante Inc
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2005-02-24
Publication date: 2007-04-11
Also published as: CN101329859B; US7619637B2; CN1938752A; CN101329859A; CN100505034C; WO2005104083A3; WO2005104083A2; TW200534229A; US20050225562A1

Description

1278826 九、發明說明：【發明所屬之技術領域】本發明係有關於一種液晶顯示器，更特別有關於將改良之色域從一影像數據集映射至另一影像數據集之系統及方法。【先前技術】

在這些申請人共有的美國專利申請案中：（1)於2001年7 鲁月25日申請之美國專利申請第09/916,232號申請案，其標題 . 爲「用於具有簡化位址之全彩影像元件之色彩像素配置」 (ARRANGEMENT OF COLOR PIXELS FOR FULL COLOR IMAGING DEVICES WITH SIMPLIFIED ADDRESSING) ; (2)於 2002 年 10 月 .22日申請之美國專利申請第10/278, 353號申請案，其標題爲「用於具有遞增調變轉換函數響應之次像素著色之色彩平面顯示器次像素配置與佈局之改進」（IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR 0SUB-PIXEL RENDERING WITH INCREASED MODULATION TRANSFER FUNCTION RESPONSE) ; (3)於2002年10月22日申請之美國專利申請第1 0/278, 352號申請案，其標題爲「用於具有分裂藍次像素之次像素著色之色彩平面顯示器次像素配置與佈局之改進」（IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT DISPLAY SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITH SPLIT BLUE SUB-PIXELS) ; (4)於 2002 年 9 月 13 日申請之美國專利申請第10/243, 094號申請案，其標題爲「用於次像素著色之改良型四色配置與發射器」（IMPROVED FOUR COLOR 1278826 ' ARRANGEMENTS AND EMITTERS FOR SUB-PIXEL RENDERING) ； (5) 於2002年10月22日申請之美國專利申請第1 0/278, 328號申請案，其標題爲「減少藍色亮度而有良好能見度之色彩平面顯示器次像素配置與佈局之改進」（IMPROVEMENTS TO COLOR FLAT PANEL DISPLAY SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS WITH REDUCED BLUE LUMINANCE WELL VISIBILITY); (6)於 2002 年 10月22日申請之美國專利申請第10/278, 393號申請案，其標題爲「具有水平次像素配置與佈局之色彩顯示器」（COLOR φ DISPLAY HAVING HORIZONTAL SUB-PIXEL ARRANGEMENTS AND LAYOUTS);及（7)於2003年1月16日申請之美國專利申請第 01/347, 001號申請案，其標題爲「改良型條紋顯示器次像素配 ‘置及其次像素著色用之系統及方法」（IMPROVED SUB-PIXEL ARRANGEMENTS FOR STRIPED DISPLAYS AND METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERING SAME)，其揭示了一些新穎、用來改善一些影像顯示設備成本/性能曲線的次像素配置，皆於此併入本文參考。 φ 對於某些沿一水平方向上具有偶數個子像素的子像素重複群，下面可影響適當的點反轉策略的系統與技術被揭示，且皆於此併入本文參考：（1)美國專利申請第10/456,839號申請案，其標題爲「新穎液晶顯示器之影像劣化修正」（IMAGE DEGRADATION CORRECTION IN NOVEL LIQUID CRYSTAL DISPLAYS); (2)美國專利申請第10/455,925號申請案，其標題爲「具有促成點反轉交叉連接之顯示面板」（DISPLAY PANEL HAVING CROSSOVER CONNECTIONS EFFECTING DOT INVERSION)； (3)美國專利申請第10/455, 931號申請案，其標題爲「於新穎 1278826 顯示面板配置上執行具標準驅動及背板之點反轉系統及方法」 (SYSTEM AND METHOD OF PERFORMING DOT INVERSION WITH STANDARD DRIVERS AND BACKPLANE ON NOVEL DISPLAY PANEL LAYOUTS) ; (4)美國專利申請第1 0/455, 927號申請案，其標題爲「於具有減少量子化誤差固定形式雜訊面板之視覺效果補償系統及方法」（SYSTEM AND METHOD FOR COMPENSATING FOR VISUAL EFFECTS UPON PANELS HAVING FIXED PATTERN NOISE WITH REDUCED QUANTIZATION ERROR ) ; (5)美國專利申請第 _ 1 0/456, 806號申請案，其標題爲「具額外驅動器之新穎面板配置之點反轉」（DOT INVERSION ON NOVEL DISPLAY PANEL LAYOUTS WITH EXTRA DRIVERS); (6)美國專利申請第 1 0/456,838 號申 ‘ 請案，其標題爲「液晶顯示器背板設計及非標準次像素配置之位址」（LIQUID CRYSTAL DISPLAY BACKPLANE LAYOUTS AND ADDRESSING FOR NON-STANDARD SUBPIXEL ARRANGEMENTS) ； (7) 美國專利申請第1 0/696, 236號申請案，其標題爲「於具有分裂藍色次像素之新穎液晶顯示器中之影像劣化修正」（IMAGE • DEGRADATION CORRECTION IN NOVEL LIQUID CRYSTAL DISPLAYS WITH SPLIT BLUE SUBPIXELS);及（8)美國專利申請第1 0/807, 604號申請案，其標題爲「用於包含不同大小次像素之液晶顯示器之改良電晶體背板」（IMPROVED TRANSISTOR BACKPLANES FOR LIQUID CRYSTAL DISPLAYS COMPRISING DIFFERENT SIZED SUBPIXELS)。 ' 當與上述專利申請案所揭示之技術相配合，下面一些申請人共有之美國專利申請案進一步揭示的一些次像素著色系統及方法，這些改進特別顯著：（1)於20 02年1月16日申請之 1278826 美國專利申請第10/051，612號申請案，其標題爲「紅綠藍像素格式數據轉換成波形瓦式矩陣次像素數據格式」 (CONVERSION OF RGB PIXEL FORMAT DATA TO PENTILE MATRIX SUB-PIXEL DATA FORMAT) ; (2)於 2002 年 5 月 17 日申請之美國專利申請第1 0/150, 355號申請案，其標題爲「具有影像灰度調整之次像素著色用之系統及方法」（METHODS AND SYSTEMS FOR SUB-PIXEL RENDERING WITH GAMMA ADJUSTMENT); (3)於 2002年8月8曰申請之美國專利申請第1 0/21 5, 843號申請春案，其標題爲「具有自適應濾光之次像素著色用之系統及方法」 (METHODS AND SYSTEMS FOR SUBPIXEL RENDERING WITH ADAPTIVE FILTERING) ; (4)於2003年3月4日申請之美國專、利申請第1 0/379,767號申請案，其標題爲「影像數據時態次像素著色用之系統及方法」（SYSTEMS AND METHODS FOR TEMPORAL SUB-PIXEL RENDERING OF IMAGE DATA); (5)於 2003 年3月4日申請之美國專利申請第10/379, 765號申請案，其標題爲「用於運動自適應濾光之系統及方法」（SYSTEMS AND ^METHODS FOR MOTION ADAPTIVE FILTERING); (6)於 2003 年 3 月4日申請之美國專利申請第1 0/379, 766號申請案，其標題爲「用於改良型顯示視角之次像素著色系統及方法」 (SUB-PIXEL RENDERING SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVED DISPLAY VIEWING ANGLES);及（7)於 2003 年 4 月 7 日申請之美國專利申請第1 0/409, 413號申請案，其標題爲「具有嵌入式預先次像素著色影像之影像數據集」（IMAGE DATA SET WITH EMBEDDED PRE-SUBPIXEL RENDERED IMAGE)。以上所述之申請案，皆於此併入本文參考。 1278826 色域轉換及映射之改良已揭示於申請人共有且共審查的美國專利申請案中：（1)於2003年10月21曰申請之美國專利申請第10/691，200號申請案，其標題爲「色調角計算系統及方法」（HUE ANGLE CALCULATION SYSTEM AND METHODS) ; (2)於 2003年10月21曰申請之美國專利申請第10/691，377號申請案，其標題爲「將原始色彩空間轉換至紅綠藍白標的色彩空間之方法及裝置」（METHOD AND APPARATUS FOR CONVERTING FROM SOURCE COLOR SPACE TO RGBW TARGET COLOR SPACE); (3)於 _ 20 03年10月21日申請之美國專利申請第10/691，396號申請案，其標題爲「將原始色彩空間轉換至標的色彩空間之方法及裝置」（METHOD AND APPARATUS FOR CONVERTING FROM A SOURCE ' COLOR SPACE TO A TARGET COLOR SPACE);及（4)於 2003 年 10 月21日申請之美國專利申請第1 0/690, 716號申請案，其標題爲「色域轉換系統及方法」（GAMUT CONVERSION SYSTEM AND METHODS)。以上所述之申請案，皆於此併入本文參考。額外的優點已說明於（1)於2003年10月28日申請之美國籲專利申請第1 0/696, 235號申請案，其標題爲「用於顯示來自多重輸入原始格式之影像數據之具有改良多重模式之顯示系統」（DISPLAY SYSTEM HAVING IMPROVED MULTIPLE MODES FOR DISPLAYING IMAGE DATA FROM MULTIPLE INPUT SOURCE FORMATS);及（2)於2003年10月28日申請之美國專利申請第 1 0/696, 026號申請案，其標題爲「實現影像重建以及次像素着色以對多重模式顯示器産生縮放之系統及方法」（SYSTEM AND METHOD FOR PERFORMING IMAGE RECONSTRUCTION AND SUBPIXEL RENDERING TO EFFECT SCALING FOR MULTI-MODE DISPLAY)。 1278826 此外，下述共有且共審查的專利申請案，皆於此併入本文參考：（1)標題爲「用於改良非條紋化顯示系統中之影像數據之次像素著色之系統及方法」（SYSTEM AND METHOD FOR IMPROVING SUB-PIXEL RENDERING OF IMAGE DATA NON-STRIPED DISPLAY SYSTEMS)的美國專利中請案；（2)標題爲「為影像顯示器選擇一白點之系統及方法」（SYSTEMS AND METHODS FOR SELECTING A WHITE POINT FOR IMAGE DISPLAYS)的美國專利申請案；（3)標題爲「用於高亮度顯示器之新穎次像素佈局及 φ 配置」（NOVEL SUBPIXEL LAYOUTS AND ARRANGEMENTS FOR HIGH BRIGHTNESS DISPLAYS)的美國專利中請案；及（4)標題爲「用於高亮度次像素佈局之改良次像素著色濾光器」（IMPROVED ' SUBPIXEL RENDERING FILTERS FOR HIGH BRIGHTNESS SUBPIXEL LAYOUTS)的美國專利申請案。以上專利申請案皆併入本文參考。於本說明書中所提及之所有專利申請案皆併入本文參考。【發明内容】 ® 本發明係有關於一種液晶顯示器，更特別有關於將改良之色域從一影像數據集映射至另一影像數據集之系統及方法。本發明揭示了一些方法和系統，用來對一第一色彩空間内的輸入影像數據，轉換爲處於一第二色彩空間格式的影像數據。一些實施例還揭示了一些改進技術，利用一些成本低廉的硬體和軟體的具體實施方案來實行這些轉換。【實施方式】 10 1278826 於此將可詳細地灸去 .l a _ E，考一些具體實施方案與實施例，其範例將於附圖中描述之。於太沾铲於本文的轨圍内，將盡可能在所有附圖中採用相同的參考樟缺，，、，诚-α β 'U以標不相同或類似的元件。構造概要將色域（gamut)從一色彩空間映射至另一色彩空間的的-些系統和方法，已揭示於併入本文參考之美國專利申明第1 0/691,200 5虎申請案 '美國專利申請帛1〇/691，⑺號申請案、美國專利申請第10/691，396號申請案以及美國專利申明第10/690, 716冑中請案。本專利中請書通過揭示在那些系統内於硬體和軟體具體實施方案這兩方面的另外ϋ約、效能以及成本降低，而在那些系統和方法上實施改進。一個潛在的可引起某些效能的簡化假設，是假設標的色彩空間（target color space)爲RGBW色彩空間。已知這個假定，在色域管線（gamut pipeline )内有很多可能的優化。例如，對於一個從RGB到RGBW的色域映射系統，色域擴展可能不是很重要的或很適用的；但在進行色域轉換之後，也許需要進行色域鉗位（gamut clamping)。另外，對於採用3χ4矩陣乘運算的多原色系統（如RGBW或類似的系統），該等系統通常要求爲四原色的多原色，這能用一個3χ3矩陣乘法器（multipHer)* 一個多工器（MUX)來替代。根據此間所揭示的以及上述申請案中的些方法’某些其數值爲〇、1及/或2的某次方的數，可能是構成那些3x3矩陣的一些元素。這樣的一些條件，可容許 J1 J278826 專門用途的硬體藉由減少間乘運算。風’閑電路（gate)的數目來執行該矩陣 R第1圖顯示出一個可能的、從一個職色彩空間到一個 RGBW色彩空間的色域映 J個、射糸、、充100。RGB數據輸入102 (每彩可能是8位元）被輸入到一色度/亮度（咖。蝴轉換器1〇4。方塊1〇4的輪出，可能是大量色度/亮度座標（如Y，

By，Ry或類似座標）巾的—個座標，並被輸入到—個色調角 (hueang丨e)計算器106内，然後該輸入可傳到一個色形對照表（1〇ok，table) 1G8(如於前述併人參考㈣請案中所述而色調角三角形錢能轉換爲—個多原色矩陣的對照表110，該對照表110再把一些矩陣係數載入到3χ3矩陣乘法器112巾。吾人應瞭解，每行位元數目的規格，敘述於說明書或附圖中，只是提供來闡述可能的實施例，但本發明的範圍並不局限於任何特定的數據集，或局限於任何數據路徑（““ path )上的特定頻寬（bandwidth)。

色度亮度轉換器用於計算亮度的NTSC公式爲： Y二0.2126*R+0.7152*G+0.0511*B。然而，爲了計算色調角的目的，公式Y=(2*R+5*G+B)/8已可足夠地接近滿足要求，而且它可以便利地僅使用一些二進位移位（shift)與加運算來進行計算。這相當於計算 Y=0.25*R+0.625*G+0.125*B。第2圖顯示出具體實施上述Y計算的高級方塊圖2〇〇的_ 12 1278826 貝方Μ歹J °在2〇2中，RGB數據被輸入，而且R (紅色）左移一几、即乘以2 );在204，中G (綠色）數據左移2個位 %再與其自身相加（即乘以5)，而且B (藍色）數據與紅色數才目目加’然後再與綠色數據求總和。接著在206中把總和的數值右移3個位元，就可提供上面所給出的最終的γ數據。吾人 f瞭解’只要演算法的算術結果相同，該運算和一些運算次序是可加以改變的。旦a第3圖顯示出一色度計算方塊3〇〇的一個實施例。色度分里疋個向里’是兩個帶符號的數字，可從公式χ = Β- Υ和 ^ "^出。然而’可能需要使用這些數字的絕對值，從而可此直接叶异它們的絕對值，並把它們的符號單獨分開加以保存。比較器302和304分別用來判定B>Y和R>y是否成立。對於色調角計算器，這些判定的結果，可做為父和y的符號加 =保存’並且在對它們進行減運算之前也可用來有選擇地交換 =些值。減運算可以做為對—個二進位補數（_⑶叫“加） ^仃負（NEG)運算3G6,隨後通過加法運算·來完成。由 >於輸^的-些數值是帶符號的數，該負運算可引出—個附加位兀。而’該附加位兀在加運算中 a ^ T J U忽略，因爲已經知道符唬疋1，從而知道結果是一個正數。多不同的方式來完成，包括對Λ數另值外執該:能性可通過許算，並在最後選擇那些正的數錢兩者。仃斤有可能的減運色調角計算器從而達可能把色度/亮度轉換器與色調角計算器組合起來， 13 1278826 到某些優化。第4圖描述這樣一個組合的色調角計算器400的一個實施例。色度絕對值如果色度/亮度轉換器與色調角組合在一起（如在方塊402 和404中），色度的一些絕對值已經存在，包括一些符號在内，因爲它們在取絕對值之前可能就存在了。取絕對值有助於把所鲁有可能的色彩向量的色調角計算限制到一個象限内。吾人應暸解，在方塊402和404中的Y指的是亮度值，而從方塊4〇4 ‘ 向前輸出的y指的是色度值。選擇八分圓（octant)，y>x 檢驗色度分量疋色調角是在第一 y的數值是否大於色度分量χ的數值可以確還是在第二向量角的八分圓内，做為一種替代的說法，即該色調角是否大於45度。通過交換色度分量χ 和y(可能藉由第4與5圖中的方塊406來執行），可能把全部 =的色彩向量㈣計算限制在第—人分圓m檢驗的了果可以保存起來，用以修正最終輸出的色調I除運算模組 (dn^on m_le)彻提供輸入數據到反正切對照表，這將在後面加以討論。，可以含有一這些補償值，刼作對照表（actionLUT) 410的一個實勒個小型的、其中列出一些位元和褚償值的表本 14 I278826 2所有於第一八分圓内進行計算的簡化在最後步驟時加上去為修正。操作對照表的—個可能的實施例包括在例子中，虫、击+ ^ ^ — ¥連在—起的y<〇、x<〇和y>x這些關係串連在 A起的結果得出該對照表的位址。輸出為取負值的位元以及補償值的大小。取負值的位元指示對反正切的運算結果是否要取負值補仏值疋-個角度’於最後步驟加到上部位元處。可能需要選擇角的單位，使色調角繞色彩向量圓一周只産生256度

的角度，。這造成-些方便的優化。其中之—是所有在操作對二表中的補償值都是64的倍數’下部的6個位元的數值常爲零，因而它們不需保存。位址值補償值 000 0 00 001 1 01 010 ----- 1 --~~——_ 10 011 0 01 100 1 00 101 0 11 110 0 10 111 1 11 ❿ y/x除運算 15 1278826 在方塊4 Ο 8 ’ y分量被除以备廢除以色度的X分量。這能夠通過許多可能的途徑做到。一個徐辦开％ ^ 位了取x分量的倒數（invert)爲一，疋點小數（fixed point fractinn、 ^ ^ 咏 )’“、、、後再以此倒數對y作乘運异。該倒數可列在一個斜昭矣由 …、表中，然而相乘的結果可能不精確，除非乘法器有充分實的, 一、的位兀（例如12個位元）。利用第6 圖中所示的模組600 ( DIV1)，邪处+ 卜 )了月b在一個乘運算步驟的管線中’完成該除運算。除運瞀益于運开中的母一步驟，只作一個單一的移位、加運算和選擇操作。輸 — 鞠出則疋為供下一步驟用的餘數和一個表示結果的位元。姐；晶古· 去人„ 兀、，工過有限數目的步驟之後，由除運算需要的所有位元都會被得到。弟7圖顯示出一個可能的每 J月匕的焉施例7〇〇，其中Χ和y是一些 8位元數據單元，而結果爲一s ~ 甘 :、位凡數。吾人應瞭解，X可能是9個位元，來自一個ρ妯 “ 皮取負值的8位元的數（二進位的補數）。¥ }^被左移時，對於力谨瞀— 丁、加運斤匕也變爲9個位元。對於的輸出（y OUT )，只需妹婁沾τ如n 、°果的下σ卩的8個位元即可滿足需要。另外，可以把在有效數字中盔闢 · τ…、關重要的位兀（least significant bit)從χ和y兩者中丢杳趟 … λ 云茱掉使侍在所有的DIV1模組中皆可能採用8位元位址。來自加運瞀刀的進位位兀（CaiTy bit}可以用來選擇所輸入的y數值哎，妖徂：¾已做過減運算的y數值做為輸出。進位的補(in爾se of ean^爲結果的位元。在第7圖中，應當注音么也· ^的疋，色度的X分量只需要在管線的起點取一次負值（-淮A Μ、* &、貝I —進位的補數）。還應注意的是，DIV1模組對X > y和結果爲一個小於1沾—机f^ L=t , 』於1的疋點小數的情況已經做了優

化。當X = 〇時，結果將爲愛 A 一、肝舄令當x = y時，結果會使所有位元開通(all bits on )，它屮丨下放贫也奴> 八，· 確^水稍微小一些。然而，要储 16 1278826 存正確答案，在該除運算的結果中將需要另外的位元，但對於色調角計算，即使這個小的誤差存在，也能滿足充分接近實現硬體功效的需要。反正切對照表除運算的結果可用來做為一個檢索一反正切對昭表（arc 吨加LUT)的索引。反正切對照表的—個可能的_㈣㈣於下。因爲這個表比較小，它可能只儲存正和負的反正切值，並使用來自操作對照表的取負值的位元，做為反正切對昭表位址中：爲無意義而被省略的位元。在一個實施例中，始數值爲5位兀的無付號整數，對它們負值可個: 元，以便有空間用來做為符號位^ 生6 = 輸入的取負值位元一致，所以可能無必要儲==通常與照表仍保持爲5個位元寬。匕’而反正切對

η 1278826

• 反正切對照表的έ士 I τ $ L 值。然而，該操作；再加上從操作對照表所選擇的補償表的補償值，、可以：：全的加運算簡單。因爲來自操作對照 (例如/有一定數目其數值爲零的隱含位元 -些位元不牽涉運算其數/爲零㈣含位幻，所以下部的正切對照表所輪:::若=成最終的色調角角度，從反數字，可被汽星二（例如佔用5個位元）的的5個位元二=調角的下部-些位元上(例如下部龜-個位-疋否取負值用的位元則成爲色調角的最後的==爲第6個位元)，而且複製判定是否取"用 .，= 用幾個位元(例如多佔用2個位元)，這- .夕佔用的位元與來自操作對照表的補償值加到一起，形成色詞幾個位元(例如”固位元)。這樣，在這個Ϊ施: ，“要-個二位元的加運算。這表示於下列表格中。 neg atan4 Atan3 hue7

hue6 hue5 hue4 hue3 hue2 huel hueO 色度三角形對照表色調角可以用來做為-個表的索引，以確定輸入的色彩位於哪個色度三角形内。下面給出一個色度三角形對照表的實施例。在RGBW的實例，可以只有3個色度三角形，所以該表可以是僅二個可能的數值的一個表格。制定這個表格的一些先導計算，可做為不用這些計算而需要比較大型表格的一種折衷。 18 1278826 角形對照表

多原色矩陣對照表接下來，色；^二备π 昭表m内的此: 目可被用來從儲存在第1圖中對 # ^ ^ ^ ^ FI M ^ k擇一個矩陣，該矩陣可在以後的色形二間轉換步騾t加 —认yr n 用垃些數子可以根據任意給疋的、不同的顯示模型的特性又& 卜面顯不出這政矩陣的個實施例。應當注意的是，轉 ^ ^ 匕斗机且胜士 ♦ 得換矩陣可能涉及正負數，所以 ·“——士 £負符號的，除非應用此處所建議一些優化方 19 1278826 、法。在一個實施例中，在這些矩陣内的—些數值可以乘以128, 使得數值有可能只佔用7個位元，另外再增加丨個符號位元。從而運算的一些結果可除以128，以替代用256來除這些運算結果。一# 多原色矩择 168 0 -40 128 0 0 168 -40 〇〇 168 -40 -40 168 0 〇 128 〇〇〇 128 -40 0 168 〇 ~40 168 RGW，三角形〇 GBW，三角形1 BRW，三角形2

RGB 色彩路徑（RGBcolorpath) 輸入灰度對照表（input gamma LUT) 在一個實施例中，進到管線的數據可能是sRGB或非線性 RGB。於此情況，可能需要在實行色轉換或次像素着色之前，在一個（可選的）輸入灰度表（如第1圖中的方塊1〇3)内將該數據線性化。應注意的是，色調角可以根據sRGb的一些數值來計算，因爲色彩轉換應當會保存該色調角。這容許色調角可以利用非線性RGB的一些數值得加以計算。sRgb的一個態 I 疋匕表現侍有點像一種壓縮模式（compression scheme )，它容許通常要佔用多於8個位元的影像數據，而以8個位元形式被儲存起來。所以，一旦數據被線性化，可以需要以較多的位元來儲存結果所形成的數據，以避免任何可能的一些影像缺 20 . 1278826 - 因此，第⑽所示的-個實施例中，輸人灰度方塊ι〇3把位元的輪入數據轉成11位元的線性RGB數據。此如果輪入數據歸結成爲YCbCr或某些其他的電視袼式，這口 2式中的大多數隱含著對它們已施加過非線性變換，從而也 σ犯而要有一個輸入灰度表。對於這些格式，可能需要把它們在向下傳送到管線之前轉換爲SRGB. B 多原色矩陣乘運算轉換在一個實施例中，爲了實現RGB到RGBw色彩空間的轉換，可能實行3x4矩陣乘運算。這可能需要12個乘法器和加法器。然而，在RGBW情況中，w數值可以和其他結果中的一個數值相等，把矩陣乘運算減縮爲對3χ3矩陣的乘運算。在一個實施例中，這對其具體實現仍可能有問題，因爲每次乘運异都疋11 X 8 =12位元，而且帶有一些8位元的、帶符號的係數。應注意的是，1些乘法器輸入的是丨i位元數值，但輸出 _的疋一些12位元的乘運算結果。該額外的位元可被用來檢測在色域I甘位路徑中那些超出色域外的數值（〇ut_〇f_gainut value ) ’下面再加以敍述。有利的是’矩陣中的很多係數是爲零或2的某些次方。剩餘下的一些係數，乘以168的乘運算可以通過3次移位和加運算來做到’儘管40可以用2次移位和加運算來做到。採用這些常數’對於每個色度三角形可設計專門用途的硬體。幸運的是’在RGB W中只有三個三角形，所以做所有這些情況工作的硬體可以保持簡單。有可能所有三個公式通過可能的多工器 21 1278826 平行運行，在最後根據由色調角路徑所輪出的色度三角形數目’選擇-個正確的答案。第8、9與1〇圖爲分別對綱、 GBW和BRW色度三角形具體實施計算的實施例。從而在這些實施例中，-些11位元輸入數字乘以8位元常數的乘運算結果將形成19位元的數字。當抱它們右移7個位元時，最線壯果將爲/2位元的數字。這些數值的上部位元指出色彩超出色域外’並被後面所描述的色域甜位路徑（卿加山叫⑻㈣h) 使用。此處也可能產生一此自士里 . 二負的、、、口果，匕們必須被鉗位爲零。還應田庄思的疋，在三角形三種情況中的兩種内，將每個輸入顏色中皆乘以168。這計算可在公式之間共用，總共只要用甘168進打二次乘運算’進而削減閘電路的數目。還應當注意的是，當對每個新@ RGBW顯示器模型的色度量測時，所使用的正確的常數可以改變。色域鉗位路徑黑色和白色被映射爲RGB和RGB w中一些相同的顏色時， RGB W的總色域體積可變得小於RGB的的總色域體積。因此可以有一些顏色，特別是存在於R(JB内的一些明亮的飽和色彩，不能被顯示在RGBW中。當這些色彩出現時，可能需要對這些情形加以控制。簡單的把一些RGBW數值钳位到最大範圍内’可以引起這些顏色的色調失真。做為替代，可檢測那些超出色域外的色彩，並以一種能在把他們帶回範圍内時仍保持色調不變的方式加以縮放。檢測是否在色域内 22 1278826 . 在上面多原色矩陣轉換小節中的乘法器和累加器 (accumulator)，可設計得使返回的一些數值大於它們的一些輸入數值。這使得超出色域外（OUT-OF-GAMUT，0.0.G·)的數值’有可能被計算。這些數值通常不大於輸入數值範圍的兩倍’所以在輸出中容許多出一個位元，以用於溢位（〇verfl〇w ) 數值。如果在R、G和B所有的三個結果中，額外的溢位位元的值爲零’則在色彩是在色域内，而且它可圍繞其餘的色域钳位路徑而被選通（gated )。第11圖顯示出能夠産生第i圖中方籲塊114及/或116功能性的硬體的一個實施例。誠如所示，所有二個轉換原色的上部位元（位元11 )被一起進行或運算（i丨〇2 ) 以産生超出色域外（〇·〇·(}_)信號，該信號然後能被多工器111〇用來選擇旁路模式（bypass mode )或選擇經倒數對照表（inverse LUT) 1106修正過的數據。對超出色域外的回應如果在R、G和B的一些結果中，任何一個的溢位位元處馨於開通狀態、（on)，這指示已形成有一個超出色域外的色彩，而且所有二個原色皆被某些因數加以縮放，例如被相同的因數縮放。用相同的因數來縮放所有的三個分量，往往可能是保持色調之外，而亮度和飽和度均被減小。此縮放因數通常是一個略小於1的數，因此它可以是一定點的二進位小數。最大分量處理超出色域外數據的—種方式，是計算到該色域邊緣的 23 1278826 距離相對於到超出色域外的距離的比值，用來做為把超出色域外的數據帶回範圍内的色域縮放因數（gamut scaling fact〇r)。在一個计异杈式中，這可能需要計算兩個平方根。在另一個實施例中，色彩空間的寬度相對於超出色域外的色彩的最大分量的比值可以産生相同的結果，這不需成本花費大的平方根計算。這通過觀察色域中的-些相似三角形即可看出。色彩空間的寬度往往是-個2的某次方（例如，對於就"位元的線性㈣數值的情況，冑2n)，而且形成—種方便的位元移位。取最大值（MAX)方塊n〇4選擇超出色域外的色彩的最大分量。倒數對照表超出色域外的最大分量可在倒數對照表m6中查找其隹 =在個實施例中，雖然使用12位元的轉換值，將容許用 1這些超出色域外的數值，實際上，最大容許數值，宜中走 ^ 25%個需要被乘以2是罕見m許倒數對照表僅有25 jntry)。超出色域外的最大分量的下部8個位元可以用 :該倒數表的索引。倒數對照表可能包含某些誤差，可是有X誤==倒數對照表）的最#25%個的數值，在那裏通常沒、 ’所以該對照表這可以滿足需要。甜位乘運算器在一個實施例中所以 3 個 12χ11==11 縮放向下返回範圍内 ’倒數對照表中可能具有12位元的數值，的乘法器，可以滿足把超出色域外的數值。乘法器的輸出只可以是u位元，因爲 24 1278826 倒數的-些數值可表達爲介於0.7…之間的定點二進位數字(fixed point binary number)。也有可能使倒數對照表變得猶微狹窄，或許每個倒數的數值只有8個位元，結果由於使用一個12x8 = 11的乘法器造成顯著的閘電路的節省。當從多原色矩陣乘運算所輸出的R、G* B分量超出在色域外時，它們可被乘以倒數對照表的輸出。當數值在色域内時’所輸人的-些數值可以圍繞乘法器被選通，從而使這樣色域甜位旁路（bypassing)。白色選擇如上所述，RGBW^ W數值，可以歸結成爲與其他一些原色中的一個數值相等的數值，所以選擇w數值可被延遲一直到以後才進行，以避免重複處理。帛12 _顯示出一個硬體的實施例，該硬體利用一個多工器從其他經過轉換的原色中選擇一個做為W數值。該果將是4個原色，RGB* w，而且這推斷出RGB到RGBW多原色的轉換。應當注意的是，直到該階段，W數值等於其他-些原&中的—個數值，可是因爲次像素着色處理W(白色）不同於其他原色，到達顯示器的最終結果將是一個不同於任何其他原色的W數值。次像素着色和輸出灰度在一個實施例中，從多原色轉換所輸出可能是線性的色彩分量，因此次像素着色模組將無需實行輸入灰度轉換。這也意味著輸入分量每種原色可具有多於8個位元（例如在一個實施 25 1278826' 例中爲1 1個位元）。在第1圖的實施例中，圖中顯示出於次像素着色後，實行輸出灰度，以顯示該數據在被轉換發送到顯示器之前，仍能滯留於線性域（linear domain )内直到最後時刻。吾人應瞭解，這樣一個輸出灰度表可以被剪裁以用於特定的顯示器面板（display panel)。可選的輸出灰度對照表 • 其他一些實施例中有可能是，RGBW顯示器可以在多於一塊的電路板上採用多於一個步驟。因此在電路板之間，可能需要通過8位元數值在標準介面（standard interface )上傳遞數據。如上所述，並建議把線性分量有效數字取爲8個位元時不要採取截斷（truncating)的方式。一個補償方式是，通過對數據中即將去掉的數字施加sRGB實行非線性變換，來把數據轉換用於傳遞的數據。從因此，第二塊電路板可以對所輸入的灰度進行修正，再把數據線性化爲丨丨位元。 # 在電路板之間傳送4_原色的色彩也可能是困難的。第13 圖描述一個實施例。該系統隨同3_原色（RGB)發送2位元的貝訊，w的選擇多工器（selection Μυχ)可被移到第二塊電路板上，而且W原色將無需在電路板之間傳遞。所被傳送的2 位疋的資訊，是在色調角路徑上所計算出的色度三角形目°

用於一些低成本具體實施方案的簡化R(JBW 實施多原色轉換的複雜性，似乎是把RGBW限制得只能應 26 1278826 用於一些高階的系統中。然而，可本顯示器中對於RGBW進行多原把有一些辦法可用來在低成 constant)的少許剩餘的乘運算：色轉換。乘上奇常數(。dd 體方式爽途^祖,.^ , 些具體實施方案中能以款體方式來貝現，或者把那些常數轉 r此以歡數，也許可以滿足需要。、舄較谷易在硬體中實現的

當一些原色點和白色點與sRGB 爭E銪S &準等同時’矩陣會變得更爲間早。SRGB原色點和白色皁曰變付盥mm士α 果形成一些數，如第8、9 與1〇圖中所示’這些數只要通弟8

At /ΙΑ. 或3久移位和一 4b加運瞀就此做到對它吟乘運算。限制因 Η 主，一力運# 雜性的所在。了犯疋〕人像素着色演算法複

上表對於sRGB標準，具有一些的CIE色度值。使用這些值’ D65白色點的CIE XYZ座標能夠被計算出來，從而把線性汉GB 一些數值轉換爲CIE Χγζ三原色值的一些數值用的轉換矩陣轉可以被導出： r 0.950456、 D65 = 1 ^1.089058； 27 1278826 ^0.412391 0.357584 0.180481^ R2X= 0.212639 0.715169 0.072192 . <0.019331 0.119195 0.950532^ 另外，一個可能的、使用上述原色把RGB W的一些數值轉換爲CIE XYZ三原色值的一些數值的轉換矩陣如下： <0.314179 0.272425 0.137499 0.226353、 W2X= 0.161998 0.54485 0.055 0.238153 ^0.014727 0.090808 0.724161 0.259362, 一些把CIE XYZ三原色值的一些數值轉換到RGB W的一些鲁數值的的轉換矩陣給出如下： ^ 4.236707 -1.954206 -0.984886s

-1.289617 2.526155 -0.275862 Mrg = I 0.05563 -0.203977 1.056972 ^ 0.05563 -0.203977 1.056972^ ^ 3.24097 -1.537383 -0.49861 Γ -2.285349 2.942975 0.21041

Mgb = -0.940103 0.212844 1.543245 ^ 3.24097 -1.537383 -0.498611^

Λ 4.557083 -2.604397 -0.667467、 -0.969244 1.875968 0.041555

Mbr = 0.376004 -0.854165 1.374389 ^-0.969244 1.875968 0.041555 > 於其所在的色度三角形有關，一個輸入色彩可使用這三個矩陣中的一個來進行轉換。這些係數可以利用標準SRGB的一些色度來導出。對輸入數據和顯示器，使用同樣的一些原色可使這些矩陣簡化。如果一個輸入影像的一些色彩的原色假設是未知的，則可、 28 ~ 1278826 以使用對於sRGB的一些假設。所輸入的RGB的一些數值，可以通過先前提到過的R2X矩陣來轉換爲CIE XYZ，然後再使用上面三個矩陣中的一個使之轉換爲RGB W。實際上，R2X 矩陣能夠預先與上述其他三個矩陣中的每一個組合在一起，所以對於每個所輸入的色彩只進行一次矩陣乘運算就能滿足需要。在低成本具體實施方案中，那些矩陣也可通過將它們乘以 2的某次方被轉換爲整數：

MRG:=MrgR2X-64 84 0 - 20、 0 84 -20 0 0 64 0 0 64, MGB:= MgbR2X64 r 6A 0 -20 U Ο

MGB= I -20 0 84 ,64 0 0 .

MBR:=MbrR2X-64 ^84 -20 0、 0 64 0

MBR = I 0 -20 84 ,0 64 0 > 在上面的例子中，這些矩陣可被組合，然後乘以64，來把它們的一些係數轉換爲在二進位小數點後帶6個位元的定點二進位數字。與所要求的精度和所使用的硬體有關，2的其他一 29 1278826 u將作用。於此情況’使用數值64結果形成—些係數，它們將放在帶-個符號位以8位元的位元組（8_bhbyte)中。這結果形成一些低成本的具體事實方案，但這些方案只能做丨位元的算術運算。在帶有16位元算術運算的具體實施方案中，可使用大於64的乘法器。這些矩陣涉及乘以〇、乘水以04 (它是在定點二進位移位後乘以1 )、以及乘以84和乘以从千、街外和不以20的乘運鼻。乘以2〇能用2次移位和1次加運算來做到，乘以月b用3 移位和2次加運异來做到。在乘運算後，—般還要求進行2次減運算。這簡單的足以在硬體或軟體中實現，所以無需t試和尋㈣些更適宜的數。攸sRGB到RGBW的轉換，在硬體中可相當低廉地做到。次像素着色可能需要一些以某些顯示刷新速率⑽心她行的線路緩衝器（line buffer)和濾光器。如果一個系統具琴硬體次像素着色，對於做RGBW邏輯加運算不會有值得重$ 的更多困難。在硬體模型中，所有的咖數值，對每一框穷時間σ麵e time)取一次數，然後進行rgbw轉換、通過一也線路缓衝器進行移位元、進行區域重新取樣渡光、發送到tc〇] (Timing CO斷〇1，定時控制器）及/或顯示器而後消失。筹 14圖中對該系統進行了描述。 —個實施例中，與採用硬現。因此，在軟體中增加個實施例中，可能有一些如果其内寫有一些應用程然而，在低成本具體實施方案的體相反，次像素着色可以在軟體中實關於RGB W計算也是合理的。在一框架缓衝器要存取（access )。例如， 30 1278826 -式的框架記憶體中有-個RGB系統緩衝器，那麼軟體驅動器 (software driver)可以把該數據轉換爲次像素着色版本並把它儲存到硬體框架緩衝器中。在第15圖中描述了這樣一個系統。系統有驅動器能有選擇地轉換經過改變的小矩形區域，從而在每次作出任何改變時不需要對整個顯示都進行轉換。軟鱧驅動器常常不能完全地模擬硬體。例如，軟體可能沒有線路緩衝器，但卻能夠替代地對咖框架緩衝器做隨機存取數據。這可能需要根據每次所被取㈣細數值，重新叶算RGBW的數值。例如，在一個實施例中，次像素着色濾波 •益可能有2x3個係數。因此，於此情況，可能要取出每個咖數值，並且在對圍繞著它的區域進行重新着色的過程中做轉換。在-個實施例中，確定色度三角形數目，可能被減少爲做 4次比b矩陣乘運算可通過5次移位、3次加運算和2次減運算來做到。色域鉗位可以需要做2次比較和3次除運算。色域鉗位可以在-個小的色彩子集上進行，而且一個簡單的3次檢驗的集合即可判定決定是否要略過該步驟。如果處理器足夠陕並此做除運异（或至少建立倒數對照表和乘運算），那麼它就可以滿足需要。然而，在一個較慢的處理器上，它帶有充分的記憶體以儲存t架緩衝器的另一份複製’每次轉換到KGB w所花費的時 Z ’則可由於對每個RGB像素只做一次到rgbw的轉換並把 ^們儲存到-個中間框架緩衝器内，也可被減少。例如，考慮個120x160的24位το的rGb顯示器。儲存框架緩衝器的一 31 J278826 個複製可只佔58K位元組。而RGBW中繼框架緩衝器則爲77尺位元組。於次像素着色之後，硬體框架緩衝器僅爲39辽位元組。第16圖中描述了這樣一個系統。另外一個實施例可以代替帶有一些較小的線路缓衝器的 RGBW的框架緩衝器。利用較多的軟體處理，可能建立一此 RGB W數值的線路緩衝器，它類似於典型的次像素着色硬體的二些具體實施方案中的線路緩衝器。顯示器的兩個線路緩衝器寬度即可滿足需要。在此版本中，RGB數值只被取出和轉換一春次，然後從線路緩衝器讀出多次。儘管本發明引用一個示範性實施例來加以描述，但熟習本發明的技藝者應瞭解’在不脫離本發明範，的情況下，可對本發月做出各種修改，或者對此間的某些元件以均等物加以替 =一此外，在不脫離本發明基本範疇的情況下，根據本發明的 T *可對本發明做出許多修改，以適應某一特殊的情況或材 I ^ 口此-本發明並非僅限於以考慮做為實現本發明最佳模式而加以揭示的特狭眚 ^ p, ^ 殊貫把例’而是包括所有落在所附的申請專利靶圍内的所有實施例。 32 1278826 【圖式簡單說明】第1圖：爲從RGB到RGBW的轉換器架構的一個實施例的概要。第2圖：爲簡化的RGB到亮度轉換器的一個實施例。第3圖：爲簡化的RGB到色度轉換器的一個實施例。第4圖：爲色調角計算器的一個實施例。第5圖：爲色調計算器的一部分。第6圖：爲除運算單元實施例的一個階段。弟7囷爲把五個除運异單元連接起來執行$位元除運算 • 的一個實施例。第8圖·爲rg場合的3χ3矩陣乘法器的簡化實施例。第9圖·爲GB場合的3χ3矩陣乘法器的簡化實施例。第1 〇圖·爲BR場合的3χ3矩陣乘法器的簡化實施例。 φ 弟11圖·爲色域鉗位電路的一個實施例。第12圖：爲白色點選擇器的一個實施例。第13圖·爲顯不藉由延遲白色點的選擇來減小頻寬的圖的一個實施例。第14圖·爲顯不硬體中RGBW轉換和次像素着色的圖的_ 個實施例。 ,、卜 ν 爲顯示具有簡化的顯示器硬體的RGBW和次像素着色的軟體具體實施太安、只她万案的圖的一個實施例。 33 1278826 第16圖：爲RGBW和次像素着色的軟體具體實施方案的另一個實施例。【主要元件符號說明】 100 色域映射系統 103 輸入灰度表 106 色調角計算器 112 3x3矩陣乘法器 116 倒數對照表 120 次像素著色 124 顯示器 202 方塊 206 方塊 302 比較器 306 負運算 400 色調角計算器 404 方塊 408 除運算模組 412 反正切對照表 700 實施例 1104 取最大值方塊

102 RGB數據輸入 104 色度/亮度轉換器 108 色調角三角形對照表 114 最大O.O.G·方塊 118 多工器 122 輸出灰度 200 方塊圖 204 方塊 300 色度計算方塊 304 比較器 308 加法運算 402 方塊 406 方塊 410 操作對照表 600 模組 1102或運算 1106倒數對照表 34 1278826 1110 多工器

Claims

•1278826 · -----------------—:―—— • 丨於）月彳崎(更)正本十、申請專利範圍： \ ; 桌色彩空間内的輸入影像數據轉換爲一第二色 ☆工間内的輸出影像數據之系統，其中該第二色彩空間包 • 含- RGBW格式，該系統包含：轉換器，用以計算色度/亮度的一些值，並計算來自該第一色彩空間的該輸入影像數據的色調角；一色調三角形計算器，確定該輸入影像數據位於 % 度三角形内；及 a ‘ 一矩陣乘運算單元，將該輸入影像數據與一轉換矩陣相乘’該轉換矩陣的選擇係與該色度三角形的確定有關。 2、依申請專利範圍第1項之系統，其中該轉換器另包含一裝置’用以對來自該輸入影像數據的色度數據計算其絕對值。 3、依申請專利範圍第2項之系統，其中該轉換器另包含一裝置’用以確定該輸入影像數據的色調角所在的八分圓。 • 4、依申請專利範圍第3項之系統，其中該轉換器另包含一裝置’可根據某一檢驗條件的結果來對一些X與y色度數值進行交換。 5、依申請專利範圍第丨項之系統，其中該矩陣乘運算單元另包含一裝置，可爲對該輸入影像數據進行轉換來選擇至少一個3x3的矩陣。 ό、依申請專利範圍第1項之系統，其中該矩陣乘運算單元习包含：一裝置，用以計算複數個色度三角形的轉換；及 36 ir ] Ί( •1278826 一多工器’用以於該等色度三角形的轉換中選擇一轉換。 7、依申請專利範圍第1項之系統，其另包含：一超出色域外的檢測單元；及一色域甜位單元，用以對所檢測到的超出色域外的影像數據進行色域钳位。依申請專利範圍第7項之系統，其中該色域鉗位單元計算

該色彩空間的寬度相對於超出色域外的色彩的最大分量的比值。 9、：申請專利範圍第1項之系統，其中該輸入色彩數據的-些色形原色以及白色點與sRGB標準相同。 T申睛專利範圍第1項之系統，其中該輸入色彩數據的些色彩原色若是未知的，則該系統將該輸入色彩數據轉換爲cIEXYZ以及RGBW數據。 U、:種將一第一色彩空間内的輸入影像數據轉換爲一第二色心二間内的輸出影像數據之方法，其中該第二色彩空間 ^ 3 RGBW袼式，該方法包含步驟：汁算色度/壳度的一些值，並計算來自該第一色彩空間的該輸入影像數據的色調角；確定該輸入影像數據位於哪個色度三角形内；及，該輸入影像數據與一轉換矩陣相乘，該轉換矩陣的選系、與該色度三角形的碟定有關。申明專利範圍第11項之方法，其中該計算色度/亮度的一些值之步驟另包含·· · 37 1278826 對來自忒輸入影像數據的色度數據計算其絕對值。 13、依申請專利範圍第12項之方法，其中該計算色度/亮度的一些值之步驟另包含：確定該輸入影像數據的色調角所在的八分圓。 14、依申請專利範圍第13項之方法，其中該計算色度/亮度的一些值之步驟另包含：根據某-檢驗條件的結果來對—些y色度數值交換。 15依申清專利範圍第u項之方法，其中該將該輸入影像數據與一轉換矩陣相乘之步驟另包含：對該輸入影像數據進行轉換來選擇至少一個3x3的矩陣。 16、依申請專利範圍帛u帛之方法，其中該將該輸入影像數 •據與一轉換矩陣相乘之步驟另包含：计异複數個色度三角形的轉換；及於該等色度三角形的轉換中選擇一轉換。 17、依申請專利範圍第11項之方法，其另包含步驟：檢測超出色域外的條件；及對所檢測到的超出色域外的影像數據進行色域鉗位。 18、依申請專利範圍第17項之方法，其中對所檢測到的超出色域外的影像數據進行色域钳位之步驟另包含：計算該色彩空間的寬度相對於超出色域外的色彩的最大 38 1278826 分量的比值。 19、依申請專利範圍第1 1項之方法，其中該輸入色彩數據的一些色彩原色以及白色點與sRGB標準相同。 20、依申請專利範圍第11項之方法，其另包含步驟：將該輸入色彩數據轉換爲CIE XYZ以及RGBW數據。 1278826 七、指定代表圖： (一 )本案指定代表圖為：第（1)圖〇 (二 )本代表圖之元件符號簡單說明： 100 色域映射系統 102 RGB數據輸入 103 輸入灰度表 104 色度/亮度轉換器 106 色調角計算器 108 色調角三角形對照表 112 3x3矩陣乘法器 114 最大O.O.G.方塊 116 倒數對照表 118 多工器 120 次像素著色 122 輸出灰度 124 顯示器八、本案若有化學式時，請揭示最能顯示發明特徵的化學式：