TWI446327B - 用於顯示裝置之影像處理方法及其相關裝置 - Google Patents

Description

用於顯示裝置之影像處理方法及其相關裝置

本發明係指一種於用於顯示裝置之影像處理方法及其相關裝置，尤指一種不需對圖框資料進行倍頻處理，即可達到插黑技術效果的影像處理方法及其相關裝置。

液晶顯示器具有外型輕薄、耗電量少以及無輻射污染等特性，已被廣泛地應用在電腦系統、行動電話、個人數位助理(PDA)等資訊產品上。液晶顯示器的工作原理係利用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，及不同灰階強度的紅、綠、藍光。

請參考第1圖，第1圖為一習知薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)液晶顯示器10之示意圖。液晶顯示器10包含一液晶顯示面板(LCD Panel)100、一控制電路102、一資料線訊號輸出電路104、一掃描線訊號輸出電路106及一電壓產生器108。液晶顯示面板100係由兩基板(Substrate)構成，而於兩基板間填充有液晶材料(Liquid Crystal)。一基板上設置有複數條資料線(Data Line)110、複數條垂直於資料線110的掃描線(Scan Line，或稱閘線，Gate Line)112以及複數個薄膜電晶體114，而於另一基板上設置有一共用電極(Common Electrode)用來經由電壓產生器108提供一共用電壓(Vcom)。為便於說明，第1圖中僅顯示四個薄膜電晶體114，實際上，液晶顯示面板100中每一資料線110與掃描線112的交接處(Intersection)均連接有一薄膜電晶體114，亦即薄膜電晶體114係以矩陣的方式分佈於液晶顯示面板100上，每一資料線110對應於薄膜電晶體液晶顯示器10之一行(Column)，而掃描線112對應於薄膜電晶體液晶顯示器10之一列(Row)，且每一薄膜電晶體114係對應於一畫素(Pixel)。此外，液晶顯示面板100之兩基板所構成的電路特性可視為一等效電容116。

習知薄膜電晶體液晶顯示器10的驅動原理詳述如下，當控制電路102接收到水平同步訊號(Horizontal Synchronization)118及垂直同步訊號(Vertical Synchronization)120時，控制電路102會產生相對應的控制訊號分別輸入至資料線訊號輸出電路104及掃描線訊號輸出電路106，然後資料線訊號輸出電路104及掃描線訊號輸出電路106會依據該控制訊號而對不同的資料線110及掃描線112產生輸入訊號，因而控制薄膜電晶體114的導通及等效電容116兩端的電位差，並進一步地改變液晶分子的排列以及相對應的光線穿透量，以將顯示資料122顯示於面板上。舉例來說，掃描線訊號輸出電路106對掃描線112輸入一脈波使薄膜電晶體114導通，因此資料線訊號輸出電路104所輸入資料線110的訊號可經由薄膜電晶體114而輸入等效電容116，因此達到控制相對應畫素之灰階(Gray Level)狀態。另外，透過控制資料線訊號輸出電路104輸入至資料線110的訊號大小，可產生不同的灰階大小。

由於液晶的物理特性類似於電容，使得液晶會有反應速度太慢的問題；另一方面，相較於映像管顯示器脈衝式的驅動方式，液晶顯示器電壓連續保持(Hold Type)的驅動方式會導致移動物體(Moving Subject)的影像邊緣產生運動模糊(Motion Blur)的現象。為了降低運動模糊程度，習知技術提供了一種插黑技術，其係將圖框(Frame)資料縮短(亦即將圖框資料倍頻)，並在圖框與圖框間插入純黑或低灰階值之子圖框，以縮短影像資料脈衝，又稱之為類脈衝式液晶顯示技術。簡單來說，插黑技術係指在相鄰圖框間，固定插入灰階值為0或相對較低灰階值的子圖框。

請參考第2圖及第3圖，第2圖為習知於一畫素實現插黑技術之示意圖，第3圖為該畫素所產生之光線強度示意圖。其中，斜線部分表示該畫素於每一圖框時間(Frame Time)所接收之驅動資料P0、P1、P2...，驅動資料P0、P1、P2...分別對應於圖框F0、F1、F2...。因此，由第2圖可知，在下一驅動資料輸入之前，驅動資料的(灰階)值會回到0(或相對較低的值)。在此情形下，畫素所表現出的光線強度變化即類似於脈衝式輸出。

習知插黑技術雖可以降低運動模糊程度，但需將圖框率(Frame Rate)倍頻，除了耗費系統資源外，易造成電磁干擾等電磁輻射等問題。此外，習知插黑技術使得畫素僅在一半的圖框時間中正確顯示灰階資料，而另一半的圖框時間卻是灰階值為0之黑畫面。換句話說，插黑技術會使得整體畫面平均亮度減半，影響影像效果。

因此，本發明之主要目的即在於提供一種用於一顯示裝置之影像處理方法及其相關裝置。

本發明揭露一種用於一顯示裝置之影像處理方法，用以提升影像品質，包含有接收一視訊訊號；根據該視訊訊號，依序產生複數個影像資料，該複數個影像資料之每一影像資料包含一圖框資料及一低灰階畫面資料，分別對應於該視訊訊號之時序中一圖框輸出時間及一垂直遮沒時間；以及於該顯示裝置之一顯示面板，依序顯示該複數個影像資料。

本發明揭露一種可提升影像品質的顯示裝置，包含有一接收端，用來接收一視訊訊號；一顯示面板；一視訊處理單元，耦接於該接收端，用來根據該視訊訊號，依序產生複數個影像資料，該複數個影像資料之每一影像資料包含一圖框資料及一低灰階畫面資料，分別對應於該視訊訊號之時序中一圖框輸出時間及一垂直遮沒時間；以及一輸出單元，耦接於該視訊處理單元，用來依序將該複數個影像資料顯示於該顯示面板上。

請參考第4圖，第4圖為本發明實施例用於一顯示裝置之影像處理流程40之示意圖。影像處理流程40可提升影像品質，其包含以下步驟：步驟400：開始。

步驟402：接收一視訊訊號。

步驟404：根據該視訊訊號，依序產生複數個影像資料，該複數個影像資料之每一影像資料包含一圖框資料及一低灰階畫面資料，分別對應於該視訊訊號之時序中一圖框輸出時間及一垂直遮沒時間(Vertical Blanking Duration)。

步驟406：於該顯示裝置之一顯示面板，依序顯示該複數個影像資料。

步驟408：結束。

根據影像處理流程40，本發明係於圖框輸出時間及垂直遮沒時間，依序顯示圖框資料及低灰階畫面資料。其中，低灰階畫面資料之灰階值係為0或相對較低值。由於本發明僅在垂直遮沒時間顯示低灰階畫面資料，因此，圖框資料不需經過倍頻處理，除了可減少所需資源外，畫面平均亮度得以維持，以加強影像品質。

為清楚說明本發明，以下先簡述垂直遮沒時間的意義。最早的動態影像顯示裝置為陰極射線顯示器，其係藉由人眼影像暫留的特性，將影像信號分段，透過陰極射線管，逐列掃描於每條水平線上，使得整個畫面顯示於顯示面板上。陰極射線管逐列掃描係從一水平線的一端掃描到另一端後，移動至下一條水平線開始下一次掃描。移動的過程需要一段足夠的時間讓陰極射線管定位到下一條水平線的起始位置，以開始掃描下一條水平線。因此，在陰極射線顯示器的影像定時(Video Timing)機制中，影像信號被分為水平與垂直部分。水平部分除了包含每條水平線的影像資料之外，於每段的影像資料之間，各插入一遮沒信號(Blanking Signal)。每個遮沒信號中，依序可分為一前廊信號(Front Porch)、一水平同步信號(Hsync)及一後廊信號(Back Porch)。前廊及後廊信號不包含任何資料，其係用來讓陰極射線管有足夠時間移動到掃描的起始點，而水平同步信號則用來通知陰極射線管何時開始掃描。此外，於一整個畫面掃描完畢後，陰極射線管需回到顯示面板的左上方以重新掃描下一個新的畫面。因此，垂直部分也提供了一前廊信號、一垂直同步信號(Vsync)及一後廊信號，其功用與水平部分相同，用來讓陰極射線管有足夠時間移動到掃描的起始點，並適時啟動掃描動作，相關的定時規範可參考影像電子標準協會(Video Electronics Standards Association，VESA)的廣義定時公式(Generalized Timing Formula；GTF)。

當顯示器從傳統陰極射線管發展至液晶顯示器後，為了相容性等因素，液晶顯示器的影像定時技術仍沿用傳統陰極射線顯示器的規格，而水平及垂直遮沒時間則演變為用來控制水平及垂直方向畫素的啟動，且在水平及垂直遮沒時間中，視訊訊號不具有任何內容。

本發明利用垂直遮沒時間的特性，於垂直遮沒時間插入低灰階畫面資料(即黑畫面)。如此一來，不需對圖框資料進行倍頻處理，即可達到插黑技術的效果。同時，由於圖框資料未經倍頻處理，使得整體畫面平均亮度得以提升。相較之下，在習知插黑技術中，圖框資料需先進行倍頻處理，除了耗費系統資源外，整體畫面平均亮度因而減半，影響影像效果。

另一方面，為了避免插入黑畫面造成亮度不均的問題，本發明於顯示影像資料時(即步驟406)可依序以兩種不同的掃描方式(由上至下及由下至上)，顯示影像資料。在此情形下，影像資料的輸出情形即如第5圖所示。在第5圖中，上半部表示一序列影像資料，下半部表示顯示面板所顯示的畫面，FD1、FD2、FD3...表示圖框資料，BD1、BD2、BD3...表示低灰階畫面資料，T_{V O 1} 、T_{V O 2} 、T_{V O 3} ...表示圖框顯示時間，T_{B O 1} 、T_{B O 2} 、T_{B O 3} ...表示垂直遮沒時間，T_{G F 1} 、T_{G F 2} 、T_{G F 3} ...表示影像資料間的間隙(Gap)時間，以及T_{G B 1} 、T_{G B 2} 、T_{G B 3} ...表示圖框資料與低灰階畫面資料間的間隙時間。此外，垂直方向的箭號表示掃描的順序是由上至下或由下至上，例如，圖框資料FD1與低灰階畫面資料BD1係由上至下掃描輸出，而圖框資料FD2與低灰階畫面資料BD2係由下至上掃描輸出。在此情形下，由於相鄰影像資料係以不同順序掃描，可避免產生亮度不均的情形。

影像處理流程40係於垂直遮沒時間插入低灰階畫面資料，因而不需對圖框資料進行倍頻處理，使得整體畫面平均亮度得以提升，且相鄰圖框資料係以不同順序掃描，可避免亮度不均的情形發生。關於實際實現影像處理流程40方面，本領具通常知識者當可根據上述說明，以特定軟硬體實現。

舉例來說，請參考第6圖，第6圖為本發明一實施例顯示裝置60之示意圖。顯示裝置60可提升影像品質，其包含有一接收端600、一顯示面板602、一視訊處理單元604及一輸出單元606。視訊處理單元604可透過接收端600接收視訊訊號，據以產生複數個影像資料；每一影像資料包含一圖框資料及一低灰階畫面資料，分別對應於一圖框輸出時間及一垂直遮沒時間。而輸出單元606則可依序將影像資料顯示於顯示面板602上，且其較佳地係以不同掃描方式輸出相鄰影像資料。因此，顯示裝置60係於垂直遮沒時間插入低灰階畫面資料(黑畫面)，則視訊處理單元604不需對圖框資料進行倍頻處理，即可達到插黑技術的效果。同時，由於圖框資料未經倍頻處理，使得整體畫面平均亮度得以提升。此外，由於相鄰影像資料係以不同順序掃描，可避免產生亮度不均的情形，相關影像資料輸出情形如第5圖所示，在此不贅述。

綜上所述，本發明係利用垂直遮沒時間的特性，於垂直遮沒時間插入低灰階畫面資料，因而不需對圖框資料進行倍頻處理，使得影像品質及畫面平均亮度得以提升。同時，由於相鄰影像資料係以不同順序掃描，可避免產生亮度不均的情形，進一步加強影像品質。因此，本發明不需將圖框率倍頻，即可插入低灰階畫面資料，除可提升畫面品質外，更可節省系統資源及防止電磁干擾等電磁輻射。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

10．．．薄膜電晶體液晶顯示器

100．．．液晶顯示面板

102．．．控制電路

104．．．資料線訊號輸出電路

106．．．掃描線訊號輸出電路

108．．．電壓產生器

110．．．資料線

112．．．掃描線

114．．．薄膜電晶體

116．．．等效電容

118．．．水平同步訊號

120．．．垂直同步訊號

122．．．顯示資料

40．．．流程

400、402、404、406、408．．．步驟

FD1、FD2、FD3．．．圖框資料

BD1、BD2、BD3．．．低灰階畫面資料

T_{V O 1} 、T_{V O 2} 、T_{V O 3} ．．．圖框顯示時間

T_{B O 1} 、T_{B O 2} 、T_{B O 3} ．．．垂直遮沒時間

T_{G F 1} 、T_{G F 2} 、T_{G F 3} 、T_{G B 1} 、T_{G B 2} 、T_{G B 3} ．．．間隙時間

第1圖為習知薄膜電晶體液晶顯示器之示意圖。

第2圖為習知插黑技術之示意圖。

第3圖為對應於第2圖之光線強度示意圖。

第4圖為本發明一實施例用於一顯示裝置之影像處理流程之示意圖。

第5圖為對應於本發明一實施例之影像資料輸出之示意圖。

第6圖為本發明一實施例顯示裝置之示意圖。

40．．．流程

400、402、404、406、408．．．步驟

Claims (18)

1. 一種用於一顯示裝置之影像處理方法，用以提升影像品質，包含有：接收一視訊訊號；根據該視訊訊號，依序產生複數個影像資料，該複數個影像資料之每一影像資料包含一圖框資料及一低灰階畫面資料，分別對應於該視訊訊號之時序中一圖框輸出時間及一垂直遮沒時間(Verrtical Blanking Duration)；以及交替以一第一掃描順序及一第二掃描順序，於該顯示裝置之一顯示面板上，顯示該複數個影像資料。
2. 如請求項1所述之影像處理方法，其中該視訊訊號之時序的定時方式係符合影像電子標準協會(Video Electronics Standards Association，VESA)的廣義定時公式(Generalized Timing Formula；GTF)。
3. 如請求項1所述之影像處理方法，每一低灰階畫面資料之灰階值約略為0。
4. 如請求項1所述之影像處理方法，其中每一低灰階畫面資料之灰階值小於所有畫面資料之灰階值的平均結果。
5. 如請求項1所述之影像處理方法，其中該第一掃描順序係由 該顯示面板之上方至該顯示面板之下方，該第二掃描順序係由該顯示面板之下方至該顯示面板之上方。
6. 如請求項1所述之影像處理方法，其中該顯示裝置係一液晶顯示裝置。
7. 如請求項1所述之影像處理方法，其中該複數個影像資料之每一影像資料的圖框資料未經過倍頻處理。
8. 如請求項1所述之影像處理方法，其中該複數個影像資料之相鄰影像資料間包含一間隙時間(Gap)。
9. 如請求項1所述之影像處理方法，其中每一影像資料之圖框資料與低灰階畫面資料間包含一間隙時間。
10. 一種可提升影像品質的顯示裝置，包含有：一接收端，用來接收一視訊訊號；一顯示面板；一視訊處理單元，耦接於該接收端，用來根據該視訊訊號，依序產生複數個影像資料，該複數個影像資料之每一影像資料包含一圖框資料及一低灰階畫面資料，分別對應於該視訊訊號之時序中一圖框輸出時間及一垂直遮沒時間(Vertical Blanking Duration)；以及 一輸出單元，耦接於該視訊處理單元，用來交替以一第一掃描順序及一第二掃描順序，將該複數個影像資料顯示於該顯示面板上。
11. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該視訊訊號之時序的定時方式係符合影像電子標準協會(Video Electronics Standards Association，VESA)的廣義定時公式(Generalized Timing Formula；GTF)。
12. 如請求項10所述之顯示裝置，每一低灰階畫面資料之灰階值約略為0。
13. 如請求項10所述之顯示裝置，其中每一低灰階畫面資料之灰階值小於所有畫面資料之灰階值的平均結果。
14. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該第一掃描順序係由該顯示面板之上方至該顯示面板之下方，該第二掃描順序係由該顯示面板之下方至該顯示面板之上方。
15. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該顯示裝置係一液晶顯示裝置。
16. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該視訊處理單元未對該複數個影像資料之每一影像資料的圖框資料進行倍頻處理。
17. 如請求項10所述之顯示裝置，其中該複數個影像資料之相鄰影像資料間包含一間隙時間(Gap)。
18. 如請求項10所述之顯示裝置，其中每一影像資料之圖框資料與低灰階畫面資料間包含一間隙時間。