TWI574251B - 顯示器像素驅動系統及顯示器子像素驅動流程 - Google Patents

Description

顯示器像素驅動系統及顯示器子像素驅動流程

本發明係有關於一種顯示器像素驅動系統及顯示器子像素驅動流程，特別是有關於一種以獨立子像素做為顯示像素之顯示器像素驅動系統及顯示器子像素驅動流程。

隨著人類科技愈益發展蓬勃，不管是手機、電視、桌上電腦、筆記型電腦…等，都係屬於顯示裝置之範疇，而顯示裝置中所不可或缺重要部件即為顯示器，於是如何讓顯示器顯示出光更為柔和或是更適合人眼觀看，具更優良視覺效果的相關研討，已行之有年，但此一課題，始終都佔相關研發內容之大宗所在。

其中，醫療使用之單色顯示器著重點更在於顯示影像清晰度及解析度，而搭配乳房攝影的顯示器對解析度方面一直有著較高要求存在。目前五百萬像素的顯示器係勉強符合乳房攝影的需求，但是為了追求更佳的影像品質以及診斷品質，所以對於影像解析度方面希望可以有進一步的提升。

習知技術的實施方式，是將單色顯示器內每一像素LCR(其中：L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)三個子像素顯示相同之灰階值。其子像素驅動方式大抵可分為：將LCR三個子像素分別乘上不同的參數直接顯示，但此方法可能會造成亮度衰減；或另一常見做法係預先將LCR子像素以電腦軟體處理後，再輸出至顯示器，但此方法需搭配特定的軟體，於實際運用上較為不便。

且參酌先前技藝US20080079755A1內文，此篇先前技術提及：一個像素是由四個子像素構成，包含了R(紅)G(綠)B(藍)W(白)四個子像素(或是其他四種表示的子像素)，其中提出一種驅動子像素的方式，主要是根據子 像素鄰近的值，參考附近子像素依一定的比例將其做融合以產生新的子像素，也可以說是用影像的內插方式致使影像更於平整。

本發明基於先前相關處理技術，定義出一個門檻值的概念，利用將原始畫面的資料做後續判斷，根據所判斷出來的資料對映不同的內插方式，並針對個別子像素進一步做內插處理，並以每一子像素作為獨立像素，具獨立輸出灰階的功能，讓顯示器畫面更為平滑以及清晰，以達到超高解析度之效果。

為了解決上述所提及問題，本發明之一主要目的在於提供一種顯示器之像素驅動系統，其組成單元包括：一個影像輸入單元、一個影像灰階差值計算單元、一個選擇單元、一個判斷單元、一個影像內插單元，及一個影像輸出單元，處理方式為將原始畫面的資料經過判斷後，再根據所判斷的資料來進行所對應得不同的內插方式，經內插後得到每一子像素所應顯示之灰階值，並利用每一子像素來當作獨立像素，使解析度增加三倍，讓顯示器畫面更為平滑與清晰，以達到提升解析度之效果。

本發明之另一主要目的是在於提供一種顯示器子像素驅動方法，其步驟包括：以單色影像訊號源輸入來決定像素顯示之灰階值、判斷任二相鄰像素之任一相同子像素灰階值間差異值、將差異值與門檻值做比較，確定落入哪一門檻區間後、以每一子像素做為獨立顯示像素，選取適當內插方式，獨立輸出灰階值，可達提升解析度之功效。

根據上述之目的，本發明首先提供：一種顯示器之像素驅動系統，包括：一個影像輸入單元，用以輸入多個像素所形成之影像訊號，且每一像素中包含多個子像素、一個影像灰階差值計算單元，係選取多個像素中之任二個相鄰像素中之任一個相同子像素來執行灰階差值計算，以形成一個灰階差異值、一個選擇單元，用以提供一個變數K值，並依據K值將每一 個像素之灰階值分成K個門檻值所形成之門檻區間，其中，每一個門檻區間對應一個設定之內插方程式、一個判斷單元，係判斷灰階差異值位於那一個門檻區間中，並選擇門檻區間所對應之內插方程式、一個影像內插單元，係依據判斷單元所選擇之門檻區間所對應之內插方程式進行計算，以得出其餘子像素之一個新的灰階值，及一個影像輸出單元，用以將新的灰階值輸出。

本發明接著提供一種顯示器子像素驅動方法，步驟包括：提供一個影像輸入單元，用以輸入多個像素所形成之影像訊號，且每一個像素中包含多個子像素、提供一個影像灰階差值計算單元，係選取多個像素中之任二個相鄰像素中的任一個相同子像素來執行灰階差值計算，以求得一個灰階差異值、提供一個選擇單元，用以提供一個變數K值，並依據K值將每一個像素之灰階值分成K個門檻值所形成之門檻區間，其中，每一個門檻區間對應一個設定之內插方程式、提供一個判斷單元，係判斷灰階差異值位於那一個門檻區間中，並選擇門檻區間所對應之內插方程式、提供一個影像內插單元，係依據判斷單元所選擇之門檻區間所對應之內插方程式進行計算，以得出其餘子像素之一個新的灰階值，及提供一個影像輸出單元，用以將新的灰階值輸出。

經由本發明所提供顯示器之像素驅動系統及顯示器子像素驅動方法，將來自原始畫面的資料經過判斷後，根據所判斷的資料來作所對應不同的內插方程式，在內插之後利用每一子像素來當作獨立像素獨立輸出灰階，可達成使得顯示器畫面更為平滑以及清晰，以達到提高解析度，且不降低對比度之功效。

由於本發明主要係揭露一種關於顯示器之像素驅動系統與顯示器子像素驅動方法，其中顯示器之像素驅動系統及顯示器子像素驅動方法的基本 構造及功能，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，僅針對與本發明之顯示器之像素驅動系統及顯示器子像素驅動方法之特徵處進行詳細說明。同時，以下文中所對照之圖式，係表達與本發明特徵有關之結構示意，故未依據實際尺寸繪製，合先敘明。

首先，請參閱圖1，係為本發明顯示器之像素驅動系統示意圖，包括：一個影像輸入單元10，用以輸入多個像素所形成之影像訊號，此處之影像訊號係指一個單色影像訊號，且每一個像素中包含多個子像素，可為L、C、R其中任一個子像素(其中：L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)、一個影像灰階差值計算單元20，係選取多個像素中之任二個相鄰像素中之任一個相同子像素來執行灰階差值計算，以形成一個灰階差異值、一個選擇單元30，用以提供一個變數K值，所提供之K值係用於將每一個像素灰階值內分成K個門檻值，可形成(K+1)個門檻區間，K個門檻值之決定方程式為[(1^＊2^N/K)-M₁]、[(2^＊2^N/K)-M₂]、[(3^＊2^N/K)-M₃]、……、[(K-1)^＊2^N/K)-M_K-1]，其中，K為任一自然數，N則為影像訊號灰階值之N個位元(bits)，而M₁、M₂、……、M_K-1為一調整參數、一個判斷單元40，係判斷灰階差異值位於那一個門檻區間中，並選擇門檻區間所對應之內插方程式、一個影像內插單元50，係依據判斷單元40所選擇之門檻區間所對應之內插方程式進行計算，以得出其餘子像素之一個新的灰階值、及一個影像輸出單元60，係用以將新的灰階值輸出。

在此分別針對本發明技術特徵門檻值計算式中重要參數K、N、M值說明如下，N值說明部分：舉實例說明之，若面板(panel)最大顯示灰階值為255階，根據其計算式(2^Nbit)即可回推得N值為8bit，此處K個門檻值之計算式中之N值即帶入為8；若面板最大顯示灰階值為1023階，則同樣根據其計算式(2^Nbit)即可回推得N值為10bit，此處K個門檻值之計算式中之N值即帶入為10，亦即N值大小是隨著面板最大顯示灰階值回推而定，此處並不限定其N值大小。

接著說明K值部分，選擇單元30所提供之K值，可將每一個像素之灰階值分成K個門檻值，並形成(K+1)個門檻區間，其中，每一門檻區間對應一個已設定之內插方程式、其中內插方程式為S(x _i )=a ₁ x _i +a ₂ x _j ，而a ₁ 、a ₂ 為內插係數，0≦a ₁+a ₂≦1，x _i 、x _j 為相鄰像素中之任一個相同子像素之灰階值，經計算可求得S(x _i )值即為新的灰階值；最後，說明調整參數M值部分，其中調整參數M範圍級距為-(1*2^N)/K≦M₁、M₂、……、M_K-1≦(1*2^N)/K，且M₁、M₂、……、M_K-1可以是不同數值，K則可為任一自然數。

針對本發明門檻值部分可再以實例詳述之：假設面板為8bit系統，亦即顯示灰階區間為0~255，若將之分成四個門檻區間，則需要三個門檻值，於本例中調整參數M值可為-64~64中任一自然數皆可，此處若選擇M₁=M₂=M₃=1，則可算得門檻值為63、127、195，且由於原始顯示灰階區間即決定灰階左右邊界值為0~255，也就是在N=8、K=4、M₁=M₂=M₃=1的條件下，可將灰階值區別為0、63、127、195、255四區段，此時若影像灰階差值計算單元20，針對多個像素中之任二個相鄰像素中之任一個相同子像素來執行灰階差異值計算結果為57，則其落入0~63之區段中，則將此區段所對應之內插係數a ₁ 、a ₂ ，帶入內插方程式中，其中內插方程式為S(x _i )=a ₁ x _i +a ₂ x _j ，內插係數a ₁ 、a ₂ 需符合0≦a ₁ +a ₂ ≦1條件，而x _i 、x _j 為相鄰像素中之任一個相同子像素的灰階值，經計算可求得S(x _i )值即為新的灰階值；另舉一例子如下：若影像灰階差值計算單元20，針對多個像素中之任二個相鄰像素任一個相同子像素來執行灰階差值計算結果為70，則其落入63~127之區段中，則將此區段所對應之不同內插係數a ₁ 、a ₂ ，帶入內插方程式中，同樣經計算可求得S(x _i )值即得新的灰階值。故可知：當初始決定K值時，即連帶決定門檻值個數，同時亦決定門檻區間個數，而調整參數M決定後，即可得到確切之門檻值數值，此時即可將影像灰階差值計算單元20所求得之灰階差異值計算結果帶入，即可得落入哪一個門檻區間，再使用於此門檻區間中所相對應之內插係數a ₁ 、a ₂ 及內插方程式，此 處之內插方程式可為線性或非線性方程式，經內插方程式運算後可得一新灰階值S(x _i )，並透過一個影像輸出單元60輸出。

接著，請參閱圖2，係為本發明顯示器之像素驅動系統之一較佳實施例處理結果示意圖。此圖可以表示本發明之另一技術特徵，在於本發明每一個像素101中包含多個子像素103，係以L、C、R(其中：L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)三個子像素103做為最小顯示單位，所以能有效將解析度增加三倍，亦可達到不降低對比度之功效；當初始影像訊號輸入時，即可選擇針對L、C、R(其中：L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)中任一個子像素103保留初始影像訊號之顯示值，其餘二個子像素103再做進一步處理，舉例說明如下：圖2之上圖左邊框的部分由L₃、C₃、R₃三個子像素103組成，中間框的部分由L₁、C₁、R₁三個子像素103組成，右邊框的部分由L₂、C₂、R₂三個子像素103組成；圖2之下圖左邊框的部分由L₃ ^'、C₃ ^'、R₃ ^'三個子像素103組成，中間框的部分由L₁ ^'、C₁ ^'、R₁ ^'三個子像素103組成，右邊框的部分由三個L₂ ^'、C₂ ^'、R₂ ^'子像素103組成；圖2之上圖是將原始畫面之影像訊號輸入後像素101所顯示之數值，於上圖中可看出其顯示之灰階值為L₁=C₁=R₁=250、L₂=C₂=R₂=190，而圖2之下圖為經本發明所提出方式運算後所得到的結果，解釋如下：假定初始影像訊號係控制C子像素103之顯示值，即C₁=C₁ ^'、C₂=C₂ ^'，若初始C₁=250、C₂=190，判定其相差值可知C₁-C₂=60，落入N=8，K=4，M=1條件下之0~63區段，選取第一區段之內插係數a ₁=0.55、a ₂=0.45，依據內插公式可求得R₁ ^'=a ₁×C₁+a ₂×C₂=0.55×250+0.45×190=223，亦可求得L₂ ^'=a ₂×C₁+a ₁×C₂=0.45×250+0.55×190=217，此時經本發明運算後之C₁ ^'、R₁ ^'、L₂ ^'、C₂ ^'結果可看出呈現平滑趨勢，能有效增加解析度；再舉一例子說明如下：假定初始影像訊號係控制L子像素103之顯示值，即L₁=L₁ ^'、L₂=L₂ ^'，若初始L₁=250、L₂=190，判定其相差值可知L₁-L₂=60，落入N=8，K=4，M=1條件下之0~63區段，選取第一區段之內插係數a ₁=0.55，a ₂=0.45，依 據內插公式可求得C₁ ^'=a ₁×L₁+a ₂×L₂=0.55×250+0.45×190=223；亦可求得R₁ ^'=a ₂×L₁+a₁×L₂=0.45×250+0.55×190=217，此時經本發明運算後之L₁ ^'、C₁ ^'、R₁ ^'、L₂ ^'結果同樣呈現平滑趨勢，能有效增加解析度。亦即本發明係在相鄰像素101中，選擇LCR(即L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)中任一個子像素103控制其灰階值，再計算其灰階差異值後，以上述方式得出其餘二個子像素103之灰階值。而針對不降低影像對比度的說明，亦可以圖2予以佐證說明如下：當圖2之上圖左邊框中L₃=C₃=R₃=50時，假定初始影像訊號係控制C子像素103之顯示值，即C₁=C₁ ^'、C₃=C₃ ^'，若初始C₁=250、C₃=50，判定其相差值可知C₁-C₃=200，落入N=8，K=4，M=1條件下之191~255區段，由於黑白影像對比度差異極巨，若再做平均處理可能會降低對比度，故此時即不做處理，亦即將內插係數a ₁=1、a ₂=0帶入L₁ ^'=a ₁×C₁+a ₂×C₃，可求得L₁ ^'=250，於圖2之下圖可看出經本發明運算處理後之L₁ ^'灰階值仍保持250，因此不做平均處理，以免影響其對比度，經此說明亦可看出本發明所提供顯示器之像素驅動系統可有效提升解析度，且不會降低對比度的功效。

接著，請繼續參閱圖3，係為本發明顯示器之像素驅動系統之另一較佳實施例系統示意圖，其係進一步於顯示器之像素驅動系統中，包含一個訊號轉換單元70，用以將影像輸入單元10所輸入之彩色影像訊號轉換為單色影像訊號，而其餘顯示器之像素驅動系統結構或相關功能主體運算方式皆與前述實施例相同，在此不再贅述。

接著，請再參閱圖4及配合圖1與圖2，其中圖4係為本發明之顯示器子像素驅動方法流程圖，其步驟流程如下：

步驟5001：提供一個影像輸入單元10，係用以輸入多個像素101所形成之影像訊號，此處之影像訊號為單色影像訊號，且每一個像素101中包含多個子像素103，其中組成子像素103可為L、C、R(其中：L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)中任一個子像素103，接著 進入步驟5002。

步驟5002：提供一個影像灰階差值計算單元20，係選取多個像素101中之任二個相鄰像素101中之任一個相同子像素103，其中子像素103可為L、C、R(其中：L是表示左-left；C是表示中-center；而R是表示右-right)中任一個子像素103來執行灰階差值計算，以求得一個灰階差異值，接著進入步驟5003。

步驟5003：提供一個選擇單元30，用以提供一個變數K值，並依據K值將每一個像素101之灰階值分成K個門檻值所形成之門檻區間，其中，每一個門檻區間對應一個已設定之內插方程式及內插係數，接著進入步驟5004。

步驟5004：提供一個判斷單元40，係判斷灰階差異值位於哪一個門檻區間中，即選擇此門檻區間所對應之內插方程式及內插係數，接著進入步驟5005。

步驟5005：提供一個影像內插單元50，係依據判斷單元40所選擇之門檻區間所對應之內插方程式及內插係數進行計算，以得出其餘子像素103之一個新的灰階值，最後進入步驟5006。

步驟5006：提供一個影像輸出單元60，用以將新的灰階值輸出。

雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧影像輸入單元

20‧‧‧影像灰階差值計算單元

30‧‧‧選擇單元

40‧‧‧判斷單元

50‧‧‧影像內插單元

60‧‧‧影像輸出單元

70‧‧‧訊號轉換單元

101‧‧‧像素

103‧‧‧子像素

5001、5002、5003、5004、5005、5006‧‧‧步驟

圖1係為本發明之顯示器像素驅動系統之一較佳實施例之系統示意圖；圖2係為本發明之顯示器像素驅動系統之一較佳實施例之處理結果示意圖；圖3係為本發明之顯示器像素驅動系統之另一較佳實施例之系統示意圖；圖4係為本發明之顯示器子像素驅動方法流程圖。

10‧‧‧影像輸入單元

20‧‧‧影像灰階差值計算單元

30‧‧‧選擇單元

40‧‧‧判斷單元

50‧‧‧影像內插單元

60‧‧‧影像輸出單元

Claims (9)

1. 一種顯示器之像素驅動系統，包括：一影像輸入單元，用以輸入多個像素所形成之一單色影像訊號，且每一該像素中包含多個顯示單位為最小之子像素，且每一該子像素具有一灰階值；一影像灰階差值計算單元，係選取該多個像素中之任二相鄰像素中之任一相同子像素來執行灰階差值計算，以形成一灰階差異值；一選擇單元，用以提供一變數K值，該K值用以將每一該像素之灰階值分成K個門檻值，並形成(K+1)個門檻區間，K為一自然數，其中，每一該門檻區間對應一設定之內插方程式；一判斷單元，係判斷該灰階差異值位於那一該門檻區間中，並選擇該門檻區間所對應之該內插方程式；一影像內插單元，係依據該判斷單元所選擇之該門檻區間所對應之該內插方程式進行計算，以得出其餘子像素之一新的灰階值，用以減少任二相鄰像素之該灰階值差異；及一影像輸出單元，用以將該新的灰階值輸出。
2. 根據申請專利範圍第1項所述之顯示器之像素驅動系統，其中每一該子像素位於每一該像素之左側(left)、中間(center)及右側(right)其中之一。
3. 根據申請專利範圍第1項所述之顯示器之像素驅動系統，其中該影像輸入單元中進一步包含一訊號轉換單元，用以將該影像輸入單元所輸入之彩色影像訊號轉換為單色影像訊號。
4. 根據申請專利範圍第1項所述之顯示器之像素驅動系統，其中該K值將每一該像素之灰階值分成K個門檻值所形成之門檻區間之方式為[(1*2^N/K)-M₁]、[(2*2^N/K)-M₂]、[(3*2^N/K)-M₃]、……、[(K-1)*2^N/K)-M_K-1]，其中，K為任一自然數，N為影像訊號之灰階值之N個位元(bits)，而M為一調整參數。
5. 根據申請專利範圍第4項所述之顯示器之像素驅動系統，其中該調整參數M範圍級距為-(1*2^N)/K≦M₁、M₂、M₃、……、M_K-1≦(1*2^N)/K。
6. 根據申請專利範圍第1項所述之顯示器之像素驅動系統，其中該內插方程式為S(x _i )=a ₁ x _i +a ₂ x _j ，而a ₁ 、a ₂ 為內插係數，0≦a ₁ +a ₂ ≦1，x _i 、x _j 為相鄰像素中之任一相同子像素之灰階值，而S(x _i )為新的灰階值。
7. 一種顯示器子像素驅動方法，包括：提供一影像輸入單元，用以輸入多個像素所形成之一單色影像訊號，且每一該像素中包含多個顯示單位為最小之子像素，且每一該子像素具有一灰階值；提供一影像灰階差值計算單元，係選取該多個像素中之任二相鄰像素中之任一相同子像素來執行灰階差值計算，以求得一灰階差異值；提供一選擇單元，用以提供一變數K值，該K值用以將每一該像素之灰階值分成K個門檻值，並形成(K+1)個門檻區間，K為一自然數，其中，每一該門檻區間對應一設定之內插方程式；提供一判斷單元，係判斷該灰階差異值位於那一該門檻區間中，並選擇該門檻區間所對應之該內插方程式；提供一影像內插單元，係依據該判斷單元所選擇之該門檻區間所對應之該內插方程式進行計算，以得出其餘子像素之一新的灰階值，用以減少任二相鄰像素之該灰階值差異；及提供一影像輸出單元，用以將該新的灰階值輸出。
8. 根據申請專利範圍第7項所述之顯示器子像素驅動方法，其中每一該子像素位於每一該像素之左側(left)、中間(center)及右側(right)其中之一。
9. 根據申請專利範圍第7項所述之顯示器子像素驅動方法，其中該K個門檻值所形成之門檻區間之方式為[(1*2^N/K)-M₁]、[(2*2^N/K)-M₂]、 [(3*2^N/K)-M₃]、……、[(K-1)*2^N/K)-M_K-1]，其中，K為任一自然數，N為影像訊號之灰階值之N個位元(bits)，而M為一調整參數。