TWI413414B - 處理像素訊號以驅動顯示器的方法與裝置及使用該方法與裝置之顯示器 - Google Patents

處理像素訊號以驅動顯示器的方法與裝置及使用該方法與裝置之顯示器 Download PDF

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Description

處理像素訊號以驅動顯示器的方法與裝置及使用該方法與裝置之顯示器
本發明係關於用於驅動包含像素陣列的顯示器之方法、裝置及電腦程式。
像素化彩色顯示器之最常用的形式當前為彩色液晶顯示器(LCD)。彩色LCD通常包含顯示器元件之二維陣列，每一元件包括使用相關聯濾色器之紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)子像素。每一元件之濾色器吸收通過其之大致2/3的光。為增加光透射率，在此項技術中已知的實踐為以圖1中所描述之方式添加一白色子像素(W)至每一元件，圖1中三個子像素RGB元件由10來指示，且一包括一白色(W)子像素之四個子像素RGBW元件由12來指示。
在元件12中，紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)子像素各自具有一為包括於元件10中之對應彩色子像素面積的75%之面積。然而，元件12之白色(W)子像素不包括一濾色器且在操作中能夠透射大致對應於穿過元件12之紅色(R)、綠色(G)及藍色(B)子像素之光透射總和之一定量的光。因此，元件12能夠透射比元件10大體上多1.5倍之光。該經增強的透射在用以實施電視之LCD中、在需要增加顯示器明度之膝上型電腦中、在投影電視(背面及正面，LCD及DLP)中、在需要高能量有效背光顯示器來保存電力且藉此延長有用的電池壽命之行動電話/行動設備中且在LCD/DLP圖形投影儀(投影機)中具有益處。
隨著行動顯示器之解析度的不斷增加，像素之尺寸(像素間距)減小。因為每一子像素中之電子元件(諸如配線及薄膜電晶體(TFT))與像素之尺寸不成比例，所以子像素之孔徑比子像素之尺寸減小得更快。此意謂為獲得出自顯示器之足夠的光，需要增加背光之明度且因此增加電力消耗。因為明度及電力消耗對行動顯示器極為重要，所以需要其他解決方案。
白色子像素之引入意在解決此問題。然而，當孔徑較小時，將一白色子像素添加至每一像素之增益亦較小，此係因為額外(白色)子像素亦需要額外之電子元件。對於具有極小像素間距且因此具有極小孔徑之極高解析度之顯示器，將一白色子像素添加至每一像素更加減少了顯示器之光輸出。
另一由ClairVoyante(商標)實驗室所開發的方法使用較小數目之子像素且使用適當的子像素再現以產生與習知RGB條紋技術相同的知覺解析度。一方法僅使用行之2/3，以使得對於每一像素平均存在兩個子像素，且此產生一比習知RGB條紋技術更大之像素孔徑。
圖2展示一由申請人所提議的系統，其用於自一習知RGB輸入獲得用於此類型顯示器之子像素驅動訊號。
該系統開始於色域映射或剪輯20。雖然RGBW像素能夠透射更多的光，但其改變了輸出色域，因此存在不能以增加之明度獲得的RGB彩色空間區域。因此色域映射將RGB值轉換為適於以RGBW像素顯示之值。
多原色轉換22將該等值轉換為用於RGBW像素之適當驅動值。一可選再分配功能24可改變RGBW值以提供不同的顯示特徵，且此再分配係回應於一外部控制訊號"控制"。
此後為子像素取樣26，其用於具有減少的子像素計數之RGBW顯示器。此取樣可二等分每一輸入像素之子像素的數目，同時維持相同的知覺解析度。
一已提議之子像素取樣方法在不濾色之情況下廢除用於白色之驅動值(將RGBW像素映射於一RGB子像素三重態上)，或廢除用於紅色、綠色及藍色之驅動值(將RGBW像素映射於一白色子像素上)。
此不影響亮度解析度(主要確定知覺解析度)，此係因為RGB三重態及白色子像素皆用作亮度像素。
圖3展示已提議子像素取樣方法之此實例，且展示對四個鄰近輸入像素(2×2)之區塊的處理。RGB輸入訊號(I11、I12、I21、I22)表示作為RGB資料之每一像素。該方法將4個輸入RGB像素組轉換為對應於圖中所展示的顯示器上之子像素的8個子像素驅動值(2×RGBW)。
接著多原色轉換(MPC)將每一像素之表示法提供為RGBW資料，指示為(RI11、GI11、BI11、WI11、…、BI22、WI22)。
接著映射功能(MAP)選擇RGB值用於像素中之兩者(像素S11及S22)而選擇W資料用於其他兩個像素(像素S12及S21)，且此資料用於顯示器之驅動(DR)中。展示該驅動機制之一實例。儘管像素驅動資料減少，但此映射仍保持該知覺解析度。
如圖3中所展示，顯示器具有成列排列之像素，一列具有每像素之四個子像素。展示兩個實體顯示像素，子像素(RP11、GP11、BP11、WP11)用於像素(1,1)且子像素(RP21、GP21、BP21、WP21)用於像素(2,1)。如所展示，子像素之列經交錯且白色子像素亦排列為間隔開。將一實體顯示像素採用為8個子像素(2×RGBW)之一矩形區塊，特徵化該排列之另一方式為每一實體像素具有一以RGBW/BWRG方式之布局。接著每一顯示像素由藉由MAP演算法所獲得的8個值(亦即，兩個RGBW輸入像素)來驅動。圖3展示用於八個子像素中之每一者之子像素值。
使用上文轉換演算法之顯示器的色彩解析度為顯示器之亮度解析度的一半，此係因為只有RGB像素可顯示彩色資訊，而W像素不能。此將待顯示的影像之色彩解析度限制為顯示器之(知覺)解析度的一半。雖然此對於自然內容(其不含有如此高的色彩頻率)通常不為一問題，但其對於圖形為一問題。
當影像具有像素寬之細節(例如，飽和色之小本文或細線)時，該等細節可在子像素取樣中潛在的丟失。詳言之，當輸入像素藉由子像素取樣而映射於白色子像素上時，不可能在此像素中顯示任何彩色。
當輸入資料之色彩解析度至多僅為顯示器解析度的一半(通常用於自然內容)(YUV 4：2：2格式及諸如YUV 4：2：0之較低彩色次取樣格式之資料將係此情況)時，此不為問題，因為附近的像素(映射於RGB子像素三重態上)將有助於校正平均彩色。然而，對於具有較高色彩解析度之材料(諸如圖形)，附近的像素將具有一不同彩色且細節可丟失或彩色可係錯誤的。
對此問題之一可能的解決方案為對進入影像應用濾色。對RGB訊號之簡單的低通過濾降低了亮度及色彩分量之解析度，導致一降低的清晰度且因此導致一較低的知覺解析度。
一替代解決方案可將低通過濾僅應用於進入訊號(在YUV彩色空間中的U及V資料)之色彩分量。此降低了影像之色彩解析度而沒有損失知覺解析度。低通過濾實質上包含將一組鄰近像素上的值進行平均。對於具有一極低或極高明度之影像，此導致彩色誤差，因為在附近的像素中沒有空間用於額外之色彩資訊。舉例而言，當一像素為紅色且附近像素為白色時，不可能在兩個像素上分配色彩，因為白色像素已處於其最大值。
根據本發明，提供一處理影像資料之方法，其包含：(i)接收用於指定一顯示器之像素的彩色之輸入訊號；(ii)對該等輸入訊號執行一低通過濾(40)，低通過濾功能視每一像素之色彩差異而定；及(iii)提供經過濾的輸出訊號用於驅動一顯示器之該等像素。
此方法實質上量測進入訊號之色彩差異，且視此差異而適應性地對進入訊號進行低通過濾。此可以該方式使得發出訊號之色彩解析度低於預定顯示器之最大色彩解析度，而在一小群像素之平均彩色中沒有誤差。此外，適應性過濾演算法亦可配置為不對具有已低於預定顯示器之最大色彩解析度之色彩解析度的進入訊號進行低通過濾。
該輸入訊號不僅可在RGB空間中指定彩色，而且可在其他彩色空間(包括(YUV)及其他)中指定彩色。
色彩差異經局部(每一像素)量測及調適，使得僅過濾影像之具有太高色彩解析度之彼等部分，而同一影像之其他部分保持其原始清晰度。
為確定彩色改變頻率，該方法可進一步包含藉由對輸入訊號執行一低通過濾操作而獲得一表示鄰近像素之間的彩色改變頻率之量測；及自該等輸入訊號減去經低通過濾之訊號以基於高頻分量而獲得一高通訊號。
該高通訊號之一YUV表示法之U及V分量可用於獲得表示該彩色改變頻率之量測。
相同的低通過濾可用於獲得表示鄰近像素之間的彩色改變頻率之量測，且該低通過濾視該表示該彩色改變頻率之量測而定。以此方式，低通過濾僅執行一次，且此經低通過濾之訊號用於提供彩色改變頻率之量測及在需要時改變像素資料。
每像素低通過濾可包含以一第一衰減因數(1－k)乘該等輸入訊號並加上由一第二衰減因數(k)相乘之該輸入訊號之一經低通過濾之版本，第一及第二衰減因數之和為1且視彩色改變頻率而定。此提供一可變化的低通過濾功能，該變化實施為輸入信號之可變化部分，其由經低通過濾之版本替代。
每像素低通過濾可包含將一過濾處理應用於同一列內的鄰近像素，例如將每一側上之像素之像素RGB值與像素RGB值進行平均，其中該像素對每一側上之該等像素具有一兩倍之加權值。
或者，每像素低通過濾可包含將一過濾處理應用於在一包含像素之列及行之區塊內的鄰近像素，例如將每一側以及上方及下方之像素之像素RGB值與像素RGB值進行平均，其中該像素對每一側上以及上方及下方之該等像素具有一四倍之加權值。
或者，該過濾可包含更多鄰近的列及像素以及其他包括高度精確的有正負號值之加權因數。
該方法較佳進一步包含(多原色彩色)處理經低通過濾之訊號以獲得每一像素之RGBW像素值，及自RBGW像素值映射至一組對應於顯示器上之子像素的子像素驅動值(例如包含像素值數目之一半)。此映射可包含，對於處於方形組態的四個鄰近輸入像素之每一組，取RGB值用於該等像素中之兩者而取W值用於其他兩個像素以獲得8個子像素值。
本發明亦提供一驅動一顯示設備(例如一LCD)之方法，其包含：接收輸入訊號；應用本發明之處理方法；及藉由自輸出訊號獲得之子像素值來驅動該顯示器。
本發明亦提供一用於驅動一包括顯示像素之一陣列之顯示器之裝置，其包含處理構件，該處理構件可經操作以：接收用於指定一顯示器之像素的紅色、綠色及藍色的輸入訊號；對該等輸入訊號執行一每像素低通過濾，低通過濾功能視鄰近像素之間的色彩差異而定；及提供該經過濾的輸出訊號以用於驅動一顯示器之該等像素。
該處理構件較佳進一步可經操作以處理經過濾之輸出訊號以獲得RGBW像素值用於驅動一具有紅色、綠色、藍色及白色子像素之顯示器。
該處理構件較佳進一步可經操作以自該等RGBW像素值映射至一組包含像素值數目之一半的像素值。
本發明亦提供一包含顯示像素之一陣列及一包含本發明之一驅動裝置的顯示驅動器之顯示設備。
本發明亦提供一包含電腦碼構件之電腦程式，該電腦碼構件經調適以在該程式在一電腦上執行時執行本發明之方法之所有步驟。
圖4展示本發明之方法/系統，其中一額外之預先過濾步驟40已添加至圖2之系統/方法。
此預先過濾步驟適應性地對進入影像進行低通過濾以在局部色彩差異較高之情況下執行過濾。此可將發出訊號之色彩解析度降低至低於預定(RGBW)顯示器之最大色彩解析度，而在一小群像素之平均彩色中沒有誤差。對於不具有高色彩差異之影像部分(或整個影像)，不需要使用低通過濾。
圖5展示過濾處理之實施的一實例。
RGB資料在輸入50接收，且供應至一低通過濾器52。
在所展示之實例中，低通過濾器為一．[121]過濾器。因此，該過濾器執行對每一側上之像素之像素RGB值與像素RGB值之平均化，其中該像素對每一側上之像素具有一兩倍之加權值。該過濾執行為僅在水平(列)方向中之平均化。
在加法器54自RGB輸入訊號減去所得之經低通過濾之RGB訊號(LP)，以建立RGB訊號之一高通過濾版本(HP)。
高通過濾訊號之色彩分量(亦即，YUV格式中的U及V值)在區塊55中大致為U＝R－G及V＝B－G且其絕對值之最大值指示色彩差異。
因此，對於每一像素，過濾器52使得一色彩差異能夠基於像素及鄰近像素(在此實例中為每一側之鄰近像素)而獲得，且此色彩差異確定需要多少過濾(若需要)。
輸出訊號RGB為經低通過濾之RGB訊號LP與輸入RGB訊號之加權平均值，其中該加權值由色彩差異(或U與V之另一函數)來確定。
此加權平均值係自加法器56輸出。
當色彩差異較高時，輸出訊號含有更多經低通過濾之輸入訊號，且當色彩差異較低時，輸出訊號含有更多原始輸入訊號。
在圖5之實例中，加權值k自U及V之最大絕對值而獲得，且在區塊58中設定為此值之兩倍。乘數(在此實例中為2)當然考慮U及V訊號之大小，且獲得一將粗略地在0與1之間變化的k值。
較佳地，加權因數經選擇使得RGB輸出訊號具有一對應於顯示器之最大色彩解析度的最大色彩差異，且其如上文之解釋可低於最大亮度解析度。
在RGB至RGBW轉換及子像素取樣前將預先過濾方法應用於進入RGB訊號。以此方式，預先過濾方法可以一靈活方式與其他演算法一起使用，且可在不改變演算法的情況下添加至現有的處理鏈。
上文之實例基於三個成列(row－wise)像素之群而使用一簡單的過濾操作。
用於具有一如圖3中的像素組態的RGBW板之最有問題的圖案係一具有高色彩差異及低或高亮度之棋盤，例如一紅白相間棋盤。該等圖案可藉由二維過濾器更有效的過濾，例如：
此過濾器將每一側上以及上方及下方之像素之像素RGB值與像素RGB值進行平均，其中該像素對每一側上以及上方及下方之該等像素具有一四倍之加權值。
雖然具有較高之實施成本，但該二維過濾可產生一經改良之回應。實務上，使用一簡單的一維過濾器所獲得之回應經發現為適當的。
本發明之預先過濾方法使得能夠使用簡單的子像素取樣(在圖2及圖4中之區塊26)，且使得不具有高色彩解析度之內容能夠不經過濾而顯示，而具有高色彩解析度之內容經局部低通過濾以防止彩色誤差。
在圖5之實例中，U及V值用於確定高通訊號之色彩值。圖6展示一使用RGB值的替代配置。
在區塊55'中，確定飽和度S，其為最大與最小RGB值之間的差別。此實質上對應於值max(|U|,|V|)，其亦為一飽和度值。函數接著變為k＝f(S)(例如K＝2S)。當色彩差異較高時，此飽和度差異亦較高。
圖7展示本發明之顯示設備，其包含一由列驅動器62及行驅動器64驅動之像素陣列60。輸入RGB輸入資料訊號供應至一顯示控制器66，且該等輸入RGB輸入資料訊號藉由一映射單元68映射為所需要的子像素形式，該映射單元68包括本發明之預先過濾系統。該映射單元68包含圖4中所展示之系統且包括一用於實施訊號處理功能之處理器。
描述了RGBW顯示器之子像素取樣問題，但子像素取樣問題確實亦存在於其他顯示器之子像素取樣。一些實例為RGBx，其中x可為任何額外之子像素，例如具有一額外黃色子像素之RGBY。相同的問題亦可出現於具有子像素取樣之習知RGB顯示器上。藉由對RGB輸入訊號執行預先過濾，其可用於色彩解析度低於其亮度解析度之任何顯示器。
已展示子像素布局之一特定實例，其中四個像素由八個子像素表示。存在與標準數目(對於N個像素使用3N)相比使用較小數目之子像素之其他實施例。各種子像素化技術可用於獲得有效解析度之增加，且該等技術可包含或可不包含白色子像素之使用。
上文所描述的預先過濾可實施於軟體中，且圖5及圖6中的功能區塊因此不應認為係實體硬體組件。
本發明不限於液晶顯示器(LCD)，而係亦可應用於驅動用於投射影像之微鏡陣列；該等陣列稱為數位微鏡裝置(DMD)。
本發明亦可應用於由元件之陣列製造之顯示器，其中每一元件可經個別處理且包含紅色、藍色、綠色及白色之發光二極體。在另一相關實例中，本發明可應用於由垂直空腔表面發射雷射(VCSEL)實施之由元件陣列製造之顯示器，該等元件可視需要經個別處理。
此外，本發明亦能夠結合有機LED(OLED)顯示器來實施。
本發明之方法可應用於以任意格式指定像素彩色之彩色資料。彩色處理最初可應用於將彩色資料轉換為一所要格式(例如RGB)以用於進一步處理。
色彩差異可認為係彩色改變之頻率。
本發明特別有益於具有較低色彩解析度之顯示器，且RGBW顯示器通常係此情況，且尤其有益於由次取樣組之子像素值驅動的顯示器。
應注意，上文所提及之實施例僅作為實例來呈現，且熟習此項技術者在保持本發明之教示之情況下可實現多種修改及變化。
10．．．三個子像素RGB元件
12．．．四個子像素RGBW元件
40．．．預先過濾步驟
50．．．輸入
52．．．低通過濾器
54．．．加法器
55,55',58．．．區塊
56．．．加法器
60．．．像素陣列
62．．．列驅動器
64．．．行驅動器
66．．．顯示控制器
68．．．映射單元
圖1展示一已知RGB像素布局及RGBW像素布局；圖2展示一用於驅動具有減少的子像素計數的RGBW像素之已提議的像素驅動方法/系統；圖3更為詳細地展示圖2中所使用的子像素映射；圖4展示用於驅動具有減少的子像素計數的RGBW像素之本發明之像素驅動方法/系統；圖5更為詳細地展示一用於使用於圖4中之預先過濾方法；圖6展示一用於使用於圖4中之替代預先過濾方法；且圖7展示本發明之一顯示設備。
40．．．預先過濾步驟
50．．．輸入
52．．．低通過濾器
54．．．加法器
55,58．．．區塊
56．．．加法器

Claims (23)

  1. 一種處理影像資料之方法，適用於色彩解析度低於亮度解析度之一顯示器，其包含：接收輸入訊號用於指定該顯示器之像素之彩色的影像資料；判斷影像資料中相鄰畫素的色度差異；對該等輸入訊號執行一低通過濾；將乘以一第一比例之低通過濾後之該等輸入訊號加上乘以一第二比例之未經低通過濾之該等輸入訊號作為一輸出訊號，其中該第一比例與色彩差異成正比；提供該輸出訊號以用於驅動該顯示器之該等像素；以及藉由該輸出訊號所取得之子像素值驅動該顯示器。
  2. 如請求項1之方法，其包含藉由以下方式獲得一表示鄰近像素之間的該色彩差異之量測：對該等輸入訊號執行一低通過濾操作(52)；及自該等輸入訊號減去(54)該經低通過濾之訊號以基於高頻分量而獲得一高通訊號(HP)。
  3. 如請求項2之方法，其中該高通訊號之一YUV表示法之U及V分量用於獲得該表示該色彩差異之量測。
  4. 如請求項2之方法，其中該高通訊號之RGB值之最大值減去該等RGB值之最小值的一值用作該表示該色彩差異之量測。
  5. 3或4之方法，其中相同的低通過濾(52)用於獲得該表示鄰近像素之間的該色彩差異之量測且該低通 過濾視該表示該色彩差異之量測而定。
  6. 如請求項1至4中任一項之方法，其中每像素低通過濾包含以一第一衰減因數(1-k)乘該等輸入訊號並加上由一第二衰減因數(k)相乘之該輸入訊號之一經低通過濾之版本，該第一衰減因數與該第二衰減因數之和為1且視該色彩差異而定，其中該第一衰減因數與該第二衰減因數介於0與1之間。
  7. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該每像素低通過濾包含將一過濾處理應用於在同一列內的鄰近像素。
  8. 如請求項7之方法，其中該每像素低通過濾包含，對於每一像素，將該像素同一列上相鄰之二像素之像素RGB值與二倍該像素之像素RGB值之和除以四。
  9. 如請求項1至4中任一項之方法，其中該每像素低通過濾包含將一過濾處理應用於在一包含像素之列及行之區塊內的鄰近像素。
  10. 如請求項9之方法，其中該每像素低通過濾包含，對於每一像素，將該像素同一列上相鄰之二像素之像素RGB值，該像素同一行上相鄰之二像素之像素RGB值以及四倍該像素之像素RGB值之和除以八。
  11. 如請求項1至4中任一項之方法，其進一步包含：處理(22)該等經低通過濾之訊號以獲得該顯示器之每一像素之RGBW像素值。
  12. 如請求項11之方法，其進一步包含自RGBW輸出訊號映射至RGBW子像素值以用於驅動一顯示器。
  13. 如請求項11之方法，其中該方法進一步包含執行自該等RGBW像素值至一組對應於顯示器上之子像素的子像素驅動值之映射(26)。
  14. 如請求項13之方法，其中該映射包含，對於每組以二行二列所組成之四個像素，取該等RGB值用於該等像素中之兩者而取W值用於其他兩個像素以獲得8個子像素值。
  15. 一種驅動一顯示設備之方法，其包含：接收輸入訊號；應用如請求項1之處理影像資料之方法以取得輸出訊號；及藉由自輸出訊號獲得之子像素值驅動該顯示設備。
  16. 如請求項15之方法，其中驅動該顯示器包含藉由一個次取樣組之子像素值驅動該顯示器。
  17. 如請求項15或16之方法，其中該顯示設備為一液晶顯示器。
  18. 如請求項15或16之方法，其中該顯示設備為一具有一比亮度解析度低之色彩解析度之顯示設備。
  19. 一種用於驅動一包括顯示像素之一陣列之色彩解析度低於亮度解析度之顯示器之裝置，其包含處理構件(68)，該處理構件(68)可經操作以：接收輸入訊號用於指定一顯示器之該等像素的紅色、綠色及藍色之影像資料；判斷影像資料中相鄰畫素的色度差異； 對該等輸入訊號執行一低通過濾；將乘以一第一比例之低通過濾後之該等輸入訊號加上乘以一第二比例之未經低通過濾之該等輸入訊號作為一輸出訊號，其中該第一比例與色彩差異成正比；提供該輸出訊號以用於驅動一顯示器之該等像素；以及藉由該輸出訊號所取得之子像素值驅動該顯示器。
  20. 如請求項19之裝置，其中該處理構件(68)可進一步經操作以處理該等經過濾之輸出訊號，以獲得用於驅動一具有紅色、綠色、藍色及白色子像素之顯示器之RGBW像素值。
  21. 如請求項20之裝置，其中該處理構件(68)可進一步經操作以自該等RBGW像素值映射至一組包含像素值數目之一半的像素值。
  22. 如請求項21之裝置，其中該處理構件(68)可進一步經操作以對於處於每組以二行二列所組成之四個像素，取RGB值用於該等像素中之兩者而取W值用於其他兩個像素以獲得8個子像素值。
  23. 一種包含顯示像素之一陣列(60)及一包含如請求項19至22中任一項之裝置(68)的顯示驅動器之顯示設備。
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