TWI400942B - 畫面速率轉換之裝置及方法 - Google Patents

Description

畫面速率轉換之裝置及方法

本發明係有關於一種畫面速率轉換(FRUC)，特別是有關於一種具有亮度補償的畫面速率轉換之裝置及方法。

液晶螢幕(LCD)是由許多像素組成。每個像素可驅動到特定亮度的像素值。然而，因為液晶改變像素值時響應時間的延遲會導致LCD面板顯示的移動物體發生運動模糊。為了克服運動模糊現象會應用畫面速率轉換的技術。通常，FRUC是視訊解碼器中視訊內插的處理，可以用來增加重建視訊的感知畫面速率。此外，FRUC需要實行運動評估以發現兩個畫面之間所需要的運動向量，然後基於精確的運動向量內插一個新畫面差入於兩畫面之間。不幸的是，精確運動向量的評估是困難複雜且高成本。

為解決上述問題，有必要提供一種降低LCD運動模糊的方法及裝置。

本發明提供一種畫面速率轉換之方法，包括步驟：接收複數個連續輸入視訊畫面；偵測一目前畫面的亮度資訊；以及根據目前畫面以及在目前畫面之前的一先前畫面的亮度資訊產生一第一輸出畫面，以及根據目前畫面及在目前畫面之後的一後續畫面的亮度資訊產生一第二輸出畫面，其中於第一輸出畫面之後輸出第二輸出畫面。

本發明提供一種接收複數個連續輸入畫面的畫面速率轉換器，包括：一亮度偵測器，用以偵測一目前畫面的亮度資訊；一過驅動控制器，用以根據目前畫面以及在目前畫面之前的一先前畫面的亮度資訊產生一第一輸出畫面，以及根據目前畫面及在目前畫面之後的一後續畫面的亮度資訊產生一第二輸出畫面，其中於第一輸出畫面之後輸出第二輸出畫面。過驅動控制器包括一補償電路及一畫面產生器。補償電路根據目前畫面及一先前畫面的亮度資訊產生第一調整資訊，以及根據目前畫面及一後續畫面的亮度資訊產生第二調整資訊。畫面產生器根據第一調整資訊產生第一輸出畫面以及根據第二調整資訊產生第二輸出畫面。

以上所述的畫面速率轉換方法及裝置以一輸入畫面速率接收一連續輸入視訊畫面以得到快於輸入畫面速率的一新畫面速率的新連續視訊畫面，然後以亮度過驅動改善新視訊畫面的響應時間以有效地降低運動模糊。

為使本發明之上述目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：第1圖基於少驅動亮度響應以及過驅動亮度響應顯示像素的亮度在時間軸上的變化。在畫面2的起始像素的亮度是數值S，並且決定在畫面3的起始達到目標值T。通常，當像素沒有過驅動時(例如施加電壓V2)，在下一個畫面3的起始像素的亮度是T1而非目標值T。數值T1低於目標值T在後續的畫面中導致運動模糊。因此，當像素過驅動(例如施加電壓V1)，在下一畫面3的起始像素的亮度會達到目標值T而因此減少後續畫面中的模糊。

須注意到，過驅動方法需要即時以及精確的LCD面板光響應特性的資訊。過驅動單元根據LCD面板光響應的特性決定像素亮度的施加的電壓值以顯示LCD上視訊畫面的像素亮度。

第2圖係根據本發明的實施例顯示補償過的輸出畫面的像素亮度之示意圖。如第2圖所示，輸入畫面具有800*600的可視尺寸以及畫面速率1/60。位於輸出畫面F_n-1 ,F_n 與F_n+1 內的座標100*100的像素P_n-1 ,P_n 與P_n+1 分別具有對應的亮度值L_n-1 ,L_n 與L_n+1 。位於輸入畫面F’_n 與F”_n 內的座標100*100的像素P’_n 與P”_n 分別具有對應的亮度值L’_n 與L”_n 。像素P_n 的彩度資訊(色度與飽和度)等於像素P’_n 與P”_n 的彩度資訊。簡言之，輸入畫面(亦即F_n )的彩度資訊等於兩對應輸出畫面(亦即F’_n 與F”_n )的彩度資訊。介於亮度L_n 與L_n-1 之間的第一亮度差W_L1 是-50(L_n -L_n-1 )，並且介於亮度L_n 與L_n+1 之間的第一亮度差W_L2 是40(L_n -L_n+1 )。因此，亮度L’_n 與L”_n 基於亮度差W_L1 與W_L2 分別是50與120。根據上述，輸入畫面F_n 根據第一與第二亮度差W_L1 與W_L2 產生二對應輸出畫面F’_n 與F”_n 。於另一實施例，亮度偵測器偵測輸入畫面。偵測每一個像素的亮度以及計算二連續輸入畫面之間每一個對應的亮度差。此外，也考慮物體運動資訊以及邊緣對比。邊緣偵測識別是否像素位於輸入畫面內的物件的邊緣。此外，執行運動評估以評估二連續輸入畫面之間的移動物件的軌跡(亦即運動向 量)。根據亮度差、邊緣資訊以及運動資訊補償輸出畫面內的像素亮度。

第3圖根據本發明的實施例顯示像素的亮度在時間軸上變化的連續輸入畫面以及相對應的輸出畫面。輸入畫面F_n-1 -F_n+2 內位在座標(100,100)的像素亮度分別是150、100、60及120。在補償亮度之後，輸出畫面F”_n-1 ，F’_n’ F”_n ,F’_n+1 ,F”_n+1 與F’_n+2 的座標(100,100)的像素亮度分別是200、50、120、40、20及160。輸入畫面F_n 產生二對應輸出畫面F’_n 與F”_n ，其中二對應輸出畫面F’_n 與F”_n 的彩度資訊是等於輸入畫面F_n 的彩度資訊。同樣方式下，產生輸出畫面F’_n+2 、F”_n+2 、F’_n+3 與F”_n+3 。畫面數目增加兩倍，並且因此畫面速率增加兩倍。二連續輸出畫面之間的亮度差也會增強。

第4圖根據本發明的實施例顯示說明畫面速率轉換的方法的流程圖。在步驟402，接收畫面速率在1/60的連續輸入畫面。在步驟404，偵測輸入畫面的亮度資訊(光度、強度)。產生目前畫面與先前畫面的亮度資訊之間的第一亮度差資訊以及產生目前畫面與後續畫面的亮度資訊之間的第二亮度差資訊。在步驟406，產生目前畫面與先前畫面之間的第一運動資訊(運動相位)以及產生目前畫面與後續畫面之間的第二運動資訊(運動相位)。在步驟408，產生目前畫面的邊緣資訊。在步驟410，根據第一運動資訊、邊緣資訊以及第一亮度差資訊產生第一調整資訊，以及根據第二運動資訊、邊緣資訊以及第二亮度差資訊產生第二調整資訊。在步驟412，根據第一調整資訊產生第一輸出畫面，以及根據第二調整資訊產生第二輸出畫面。此外，藉由補償目前畫面的亮度資訊產生第一與第二輸出畫面的亮度資訊，並且第一與第二輸出畫面的彩度資訊等於目前畫面的彩度資訊。

舉例來說，在第2圖，輸入畫面F_n-1 與F_n 之間的亮度差是-50。目前畫面F_n 的邊緣資訊會被偵測到。先前畫面F_n-1 與目前畫面F_n 之間的第一運動資訊會被偵測到。根據第一亮度差、第一運動資訊以及邊緣資訊產生第一調整值。根據第一調整值補償第一輸出畫面F’_n 內的像素P’_n 亮度。像素P’_n 的彩度資訊等於像素P_n 的彩度資訊。基於像素接著像素的基礎產生第一輸出畫面F’_n 。在此方法之下，根據第二調整資訊以及目前畫面F_n 的彩度資訊亦產生第二輸出畫面F”_n 。像素P’_n 可經由以下函數求得：

W =a *(L _n -L _{n -1} )+b *M +c *E

P ' _n =P _n *(1+d *W )

其中符號M表示第一運動資訊，符號E表示邊緣資訊，符號W表示第一調整資訊，符號a到d表示對應的係數。

因為一輸入畫面根據二相鄰輸入畫面產生二對應的輸出畫面，輸出畫面數目是輸入畫面數目的兩倍。因此，輸出畫面速率也會增加。較佳地，當比較輸入畫面之間像素的亮度差，相鄰畫面之間像素的亮度差會增強。同時，像素元件的過驅動電壓也可決定並且用於較佳亮度。然後，根據視訊處理演算法施加過驅動電壓到驅動硬體(像素元件)以到達目標像素數值，根據新畫面速率由先前值到下一目標值的每一個像素的亮度轉態會顯示於顯示裝置。

第5圖顯示用於實行本發明的畫面速率轉換器。畫面速率轉換器500包含運動評估器510、邊緣偵測器520、亮度偵測器530以及過驅動控制器540。過驅動控制器540更包含畫面產生器542以及補償電路544。運動評估器510、邊緣偵測器520、亮度偵測器530以及過驅動控制器540接收輸入畫面。運動評估器510產生介於目前畫面與先前畫面之間的第一運動資訊(運動向量)，以及目前畫面與後續畫面之間的第二運動資訊(運動向量)。亮度偵測器530偵測目前畫面的亮度資訊(光度或強度)。過驅動控制器540根據目前畫面與先前畫面的第一運動資訊、邊緣資訊以及亮度資訊產生第一輸出畫面，以及根據目前畫面與後續畫面的第二運動資訊、邊緣資訊以及亮度資訊產生第二輸出畫面，其中第二輸出畫面在第一輸出畫面之後輸出。

過驅動控制器540包括補償電路542以及畫面產生器544。補償電路542根據目前畫面與先前畫面的第一運動資訊、邊緣資訊以及亮度資訊產生第一調整資訊，以及根據第二運動資訊、邊緣資訊以及亮度資訊產生第二調整資訊。詳言之，補償電路542藉由參考目前畫面與先前畫面的亮度之間的差異資訊產生第一調整資訊。補償電路542藉由參考目前畫面與後續畫面的亮度之間的差異資訊產生第二調整資訊。畫面產生器544根據第一調整資訊產生第一輸出畫面，以及根據第二調整資訊產生第二輸出畫面，其中藉由補償目前畫面的亮度資訊產生第一與第二輸出畫面的亮度資訊，並且第一與第二輸出畫面的彩度資訊(色度與飽和度)等於目前畫面的彩度資訊。

以第2圖舉例決定輸出像素。運動評估器510產生介於先前畫面F_n-1 與目前畫面F_n 之間的第一運動資訊。邊緣偵測器520產生目前畫面F_n 的邊緣資訊。亮度偵測器530分別偵測先前畫面F_n-1 與目前畫面F_n 之內的像素L_n-1 與L_n 的亮度。補償電路542根據第一移動資訊、邊緣資訊以及像素L_n-1 與L_n 的亮度產生第一調整值。此外，補償電路542參考像素L_n-1 與L_n 的亮度之間亮度差W_L1 。畫面產生器544根據第一調整值以及像素P_n 的彩度資訊產生輸出畫面F’n之內的像素P’_n ，然後基於像素接著像素操作產生第一輸出畫面F’_n 。詳言之，根據第一調整值產生像素P’_n 的亮度，並且像素P’_n 的彩度資訊等於像素P_n 的彩度資訊。因此，產生第一輸出畫面P’_n 之內的每一個像素。同樣方式之下，根據第二調整資訊以及目前畫面F_n 的彩度資訊產生第二輸出畫面F’’_n 。

因為輸入畫面(亦即畫面F_n )可能產生二對應的輸出畫面(亦即畫面F’_n 與F’’_n )，所以輸出畫面的數目可能增加並且畫面速率也會較快。此外，輸出畫面內的像素的亮度會被補償但是像素的彩度資訊(色度與飽和度)等於對應的輸入畫面。對於二連續的輸出畫面，相較二連續輸入畫面，像素的亮度差會增強。因此，輸出畫面具有不同於輸入視訊畫面的畫面速率以及亮度差資訊。

最後，熟此技藝者可體認到他們可以輕易地使用揭露的觀念以及特定實施例為基礎而變更及設計可以實施同樣目的之其他結構且不脫離本發明以及申請專利範圍。

402、404、406、408、410、412．．．流程步驟

500．．．畫面速率轉換器

510．．．運動評估器

520．．．邊緣偵測器

530．．．亮度偵測器

540．．．過驅動控制器

542．．．補償電路

544．．．畫面產生器

第1圖基於少驅動亮度響應以及過驅動亮度響應顯示像素的亮度在時間軸上的變化；

第2圖係根據本發明的實施例顯示補償過的輸出畫面的像素亮度之示意圖；

第3圖根據本發明的實施例顯示像素的亮度在時間軸上變化的連續輸入畫面以及相對應的輸出畫面；

第4圖根據本發明的實施例顯示說明畫面速率轉換的方法的流程圖；以及

第5圖顯示用於實行本發明的畫面速率轉換器。

500．．．畫面速率轉換器

510．．．運動評估器

520．．．邊緣偵測器

530．．．亮度偵測器

540．．．過驅動控制器

542．．．補償電路

544．．．畫面產生器

Claims (10)

1. 一種畫面速率轉換之方法，包括步驟：接收複數個連續輸入視訊畫面；偵測一目前畫面的亮度資訊；以及根據該目前畫面以及在該目前畫面之前的一先前畫面的亮度資訊產生一第一輸出畫面，以及根據該目前畫面及在該目前畫面之後的一後續畫面的亮度資訊產生一第二輸出畫面，其中於該第一輸出畫面之後輸出該第二輸出畫面，其中藉由補償該亮度資訊產生該第一與第二輸出畫面的亮度資訊，並且該第一與第二輸出畫面的彩度資訊等於該目前畫面的彩度資訊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之畫面速率轉換之方法，該產生步驟更包括：根據該目前畫面及該先前畫面的亮度資訊產生第一調整資訊，以及根據該目前畫面及該後續畫面的亮度資訊產生第二調整資訊；以及根據該第一調整資訊產生該第一輸出畫面以及根據該第二調整資訊產生該第二輸出畫面。
3. 如申請專利範圍第2項所述之畫面速率轉換之方法，其中藉由參考該目前畫面及該先前畫面的亮度資訊之間的差異資訊產生該第一調整資訊，以及藉由參考該目前畫面及該後續畫面的亮度資訊之間的差異資訊產生該第二調整資訊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之畫面速率轉換之方法，其中以像素接著像素(pixel-by-pixel)的基礎實施該方 法。
5. 如申請專利範圍第1項所述之畫面速率轉換之方法，該產生步驟更包括：產生該目前畫面與該先前畫面之間的第一運動資訊，以及該目前畫面與該後續畫面之間的第二運動資訊；產生該目前畫面的邊緣資訊；以及根據該第一運動資訊以及該邊緣資訊產生該第一輸出畫面，以及根據該第二運動資訊以及該邊緣資訊產生該第二輸出畫面。
6. 一種接收複數個連續輸入畫面的畫面速率轉換器，包括：一亮度偵測器，用以偵測一目前畫面的亮度資訊；一過驅動控制器，用以根據該目前畫面以及在該目前畫面之前的一先前畫面的亮度資訊產生一第一輸出畫面，以及根據該目前畫面及在該目前畫面之後的一後續畫面的亮度資訊產生一第二輸出畫面，其中於該第一輸出畫面之後輸出該第二輸出畫面，其中藉由補償該亮度資訊產生該第一與第二輸出畫面的亮度資訊，並且該第一與第二輸出畫面的彩度資訊等於該目前畫面的彩度資訊。
7. 如申請專利範圍第6項所述之畫面速率轉換器，其中該過驅動控制器包括：一補償電路，用以根據該目前畫面及該先前畫面的亮度資訊產生第一調整資訊，以及根據該目前畫面及該後續畫面的亮度資訊產生第二調整資訊； 一畫面產生器，用以根據該第一調整資訊產生該第一輸出畫面以及根據該第二調整資訊產生該第二輸出畫面。
8. 如申請專利範圍第7項所述之畫面速率轉換器，其中該補償電路參考該目前畫面及該先前畫面的亮度資訊之間的差異資訊產生該第一調整資訊，以及參考該目前畫面及該後續畫面的亮度資訊之間的差異資訊產生該第二調整資訊。
9. 如申請專利範圍第6項所述之畫面速率轉換器，其中該裝置以像素接著像素(pixel-by-pixel)的基礎實施。
10. 如申請專利範圍第6項所述之畫面速率轉換器，更包括：一運動評估器，用以產生該目前畫面與該先前畫面之間的第一運動資訊，以及該目前畫面與該後續畫面之間的第二運動資訊；一邊緣偵測器，用以產生該目前畫面的邊緣資訊；以及該過驅動控制器，用以根據該第一運動資訊以及該邊緣資訊產生該第一輸出畫面，以及根據該第二運動資訊以及該邊緣資訊產生該第二輸出畫面。