TWI824881B

TWI824881B - 基於多伽馬曲線的圖像增強電路、顯示驅動晶片、平面顯示裝置及資訊處理裝置

Info

Publication number: TWI824881B
Application number: TW111148040A
Authority: TW
Inventors: 史興萍
Original assignee: 大陸商北京歐錸德微電子技術有限公司
Priority date: 2022-12-14
Filing date: 2022-12-14
Publication date: 2023-12-01

Abstract

本發明主要揭示一種基於多伽馬曲線的圖像增強電路，其係應用於一顯示驅動電路之中，且包括：一儲存單元、一第一運算單元以及一第二運算單元，其中儲存單元儲存有複數個伽馬曲線，且各所述伽馬曲線皆具有一最大亮度值。依據本發明之設計，在對基於該複數個伽馬曲線計算得到的複數個閥值和一目標數據(如：最大灰階數據)進行一比較操作之後，該第一運算單元依據比較結果選擇一個所述伽馬曲線傳送至該顯示驅動電路的一源極驅動電路，且同時產生一數據映射信號傳送至該第二運算單元，控制該第二運算單元將輸入顯示數據映射為輸出顯示數據，並將該輸出顯示數據傳送至該源極驅動電路。簡單地說，本發明之圖像增強電路係充分利用預設的多個伽馬曲線，並隨著圖像整體亮度(或DBV值)的變化從而適應性地顯示數據進行圖像增強處理。

Description

基於多伽馬曲線的圖像增強電路、顯示驅動晶片、平面顯示裝置及資訊處理裝置

本發明為自發光顯示器的相關技術領域之技術領域，尤指應用於平面顯示裝置之中的一種基於多伽馬曲線的圖像增強電路。

圖1顯示習知的一種平面顯示器的方塊圖。如圖1所示，習知的平面顯示器1a的架構係主要包括：一顯示面板11a(如OLED面板或LED面板)以及至少一顯示驅動晶片12a。熟悉平面顯示器之設計與製造的電子工程師都知道，該顯示驅動晶片12a通常具有一伽馬校正單元121a用以依據一伽馬曲線將輸入顯示數據(即，輸入R/G/B灰階數據)映射為一輸出顯示數據，使該顯示驅動晶片12a最終依據該輸出顯示數據對該顯示面板11a進行顯示驅動。

由於人眼對於實際明暗變化的感受度是非線性的，但是平面顯示器1a的亮度調控卻是線性的，因此，需要利用伽馬曲線將原輸入顯示數據映射成符合人眼感受的輸出顯示數據。伽馬曲線可以利用下式(a)表示： ……………………(a)

於上式(a)中，x為歸一化(normalized)的輸入顯示數據，且y為x的函數，可記為y=f(x)。另外，k為顯示器的最大亮度，且為伽馬設定值，其標準值為2.2。因此，標準伽馬曲線係一冪指數為2.2的非線性冪函數。

然而，現有的平面顯示器1a皆具有可調控顯示特性的功能，如調控刷新率、DBV等顯示特性，以符合用戶的不同顯示需求。其中，DBV可直譯為顯示亮度值(Display brightness value)，亦可另譯為數位亮度值(Digital brightness value)。因此，如圖1所示，該顯示驅動晶片12a還具有一伽馬變換單元122a，用以依據不同的DBV閥值而執行伽馬設定值的變換處理。

具體地，圖2為DBV相對於Gamma值的曲線圖。如圖2所示，目前採用的作法是設計多個伽馬設定值(業界俗稱Gamma綁點)，如Gamma 1.8、Gamma 2.0、Gamma 2.2、Gamma 2.4、與Gamma 2.6。依此設計，在用戶將平面顯示器1a的顯示亮度值自DBV1調整至DBV2時，該伽馬變換單元122a對應地將伽馬設定值自G1調整為G2，使圖像的顯示品質獲得增強。實務經驗指出，為了提高圖像的顯示品質，係需要設置更多的Gamma綁點。可惜的是，一條伽馬曲線所允許設置的Gamma綁點的最大數量是有限的，這導致在人眼比較敏感的低灰階範圍仍舊無法做到高顯示品質的增強。

由上述說明可知，本領域亟需一種基於多伽馬曲線的圖像增強電路。

本發明之主要目的在於提供一種圖像增強電路，其係充分利用預設的多個伽馬曲線，在圖像整體亮度或DBV較小之時切換到其最大亮度值相對較低的伽馬曲線上，且在圖像整體亮度或DBV較大之時切換到其最大亮度值相對較大的伽馬曲線上。本發明之圖像增強電路不僅可以在不同的DBV下增強圖像的顯示品質，同時也能保證圖像的低灰階範圍也獲得高線性度的顯示品質增強效果。

為達成上述目的，本發明提出所述圖像增強電路的一實施例，係應用於包含一源極驅動電路與一閘極驅動電路的一顯示驅動電路之中，且包括：一儲存單元，儲存有複數個伽馬曲線以及基於該複數個伽馬曲線計算獲得的複數個閥值；以及一第一運算單元，耦接該儲存單元以及一目標數據，其中該目標數據係選自於由最大灰階數據和數位亮度比值所組成群組之中的一者；以及一第二運算單元，耦接一第一顯示數據與該第一運算單元；其中，該第一運算單元對該目標數據和該複數個閥值執行一比較操作以獲得一比較結果，且依據所述比較結果自該儲存單元選擇一個所述伽馬曲線傳送至該源極驅動電路；其中，該第一運算單元依據所述比較結果產生一數據映射信號，並將該數據映射信號傳送至該第二運算單元，使得該第二運算單元依據該數據映射信號和該第一顯示數據而生成一第二顯示數據，且該第二顯示數據傳送至該源極驅動電路。

在一實施例中，該顯示驅動電路進一步具有一亮度控制單元，用以對一輸入顯示數據執行一亮度控制處理，從而產生所述第一顯示數據。

在一可行的實施例中，本發明之圖像增強電路，更包括：一數據篩選器，耦接該亮度控制單元，用以自該第一顯示數據之中篩選出所述最大灰階數據；以及一數據選擇器，耦接該第一運算單元、該數據篩選器、所述數位亮度數據以及一控制信號，且依據該控制信號自所述最大灰階數據或所述數位亮度比值選擇一者以作為所述目標數據，並輸出所述目標數據至該第一運算單元。

在一實施例中，該儲存單元進一步儲存有複數個占空比設定值，且該第一運算單元依據所述比較結果自該儲存單元選擇一個所述占空比設定值傳送至該閘極驅動電路。

在一實施例中，各所述伽馬曲線皆為一非線性冪函數，且所述非線性冪函數係具有以下數學式(1)： ……………………(1) 其中，i為正整數，x為歸一化(normalized)的所述輸入顯示數據，為一非線性冪函數，為最大亮度值，且為伽馬設定值。

在一實施例中，所述閥值係利用以下數學式(2)計算得到： ……………………(2) 其中，j為正整數，為所述閥值，為第j個所述非線性冪函數所使用的所述最大亮度值，為第j+1個所述非線性冪函數所使用的所述最大亮度值，且＞。

在一實施例中，該第二運算單元對該第一顯示數據進行一數據映射處理以生成所述第二顯示數據，所述數據映射處理係利用以下數學式(3)實現，且所述數位亮度比值利用以下數學式(4)計算得到： ……………………(3) …………………………(4) 其中，Data1為所述第一顯示數據，Data2為所述第二顯示數據，R_DBV為所述數位亮度比值，DBV_in為當前數位亮度數據，且DBV_max為最大數位亮度數據。

並且，本發明同時提出一種驅動顯示晶片的一實施例，其特徵在於，具有如前所述本發明之圖像增強電路。

進一步地，本發明還提出一種平面顯示裝置的一實施例，其包括一顯示面板以及至少一顯示驅動晶片；其特徵在於，所述顯示驅動晶片具有如前所述本發明之圖像增強電路。

本發明同時提出一種資訊處理裝置，其特徵在於，具有如前所述本發明之平面顯示裝置。

在一實施例中，該資訊處理裝置為選自於由平面顯示裝置、頭戴式顯示裝置、投影裝置、數位相機、車載娛樂系統、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、桌上型電腦、筆記型電腦、一體式電腦、和門禁裝置所組成群組之中的一種電子裝置。

為使貴審查委員能進一步瞭解本發明之結構、特徵、目的、與其優點，茲附以圖式及較佳具體實施例之詳細說明如後。

圖3為包含本發明之一種圖像增強電路的一平面顯示裝置的方塊圖。如圖3所示，該平面顯示裝置1包括一顯示面板11與用以驅動該顯示面板11進行圖像顯示的一顯示驅動電路12，其中該顯示驅動電路12主要包括一源極驅動電路121與一閘極驅動電路122，且本發明之圖像增強電路2係應用於該顯示驅動電路12之中。具體地，對於其閘極驅動電路122採用GOA(Gate on Array)設計的該平面顯示裝置1而言，該源極驅動電路121包括至少一源極驅動晶片(或稱顯示驅動晶片)，且本發明之圖像增強電路2整合在所述顯示驅動晶片之中。

圖4為本發明之一種圖像增強電路的第一方塊圖。如圖4所示，在第一實施例中，本發明之圖像增強電路2包括：一儲存單元21、一第一運算單元22、一數據篩選器23、以及一第二運算單元25，其中，該第一運算單元22耦接該儲存單元21與該數據篩選器23，且該第二運算單元25耦接該第一運算單元22。依據本發明之設計，該儲存單元21儲存有複數個伽馬曲線以及基於該複數個伽馬曲線計算獲得的複數個閥值，且該數據篩選器23用以自一第一顯示數據之中篩選出所述最大灰階數據。

值得說明的是，在由上位機(如：智慧型手機的應用處理器)所傳送的一輸入顯示數據不需要依據該平面顯示裝置1的當前DBV值進行自動電流限制(Auto current limit, ACL)的情況下，該數據篩選器23所接收的第一顯示數據即為所述輸入顯示數據。其中，DBV可直譯為顯示亮度數據(Display brightness value)，亦可另譯為數位亮度數據(Digital brightness value)。另一方面，若有必要執行自動電流限制，如圖3所示，該顯示驅動電路12進一步具有一亮度控制單元123用以對一輸入顯示數據Data_in執行一亮度控制處理，從而產生所述第一顯示數據。具體地，所述亮度控制處理可利用如下數學式(i)完成： ……………………(i)

在上式(i)中，Data_in為所述輸入顯示數據，Data1為所述第一顯示數據，DBV_in為當前數位亮度數據(即，前述之當前DBV值)，且DBV_max為最大數位亮度數據。

在第一實施例中，該第一運算單元22耦接該儲存單元21與該數據篩選器23。正常工作時，該數據篩選器23自該第一顯示數據之中篩選出一最大灰階數據以作為一目標數據，並將該目標數據傳送給該第一運算單元22。接著，該第一運算單元22對該目標數據和該複數個閥值執行一比較操作以獲得一比較結果，且依據所述比較結果自該儲存單元21選擇一個所述伽馬曲線傳送至該源極驅動電路121。同時，該第一運算單元22依據所述比較結果產生一數據映射信號，並將該數據映射信號傳送至該第二運算單元25，使得該第二運算單元25依據該數據映射信號和該第一顯示數據而生成一第二顯示數據，且該第二顯示數據傳送至該源極驅動電路121。

具體地，對於儲存在該儲存單元21之中的複數個伽馬曲線而言，各所述伽馬曲線皆為一非線性冪函數，且所述非線性冪函數係具有以下數學式(1)： ……………………(1)

在上式(1)中，i為正整數，x為歸一化(normalized)的所述輸入顯示數據，為一非線性冪函數，為最大亮度值，且為伽馬設定值。舉例而言，常用的伽馬設定值包括1.8、2.0、2.2、2.4、與2.6，其中2.2為一標準伽馬設定值。換句話說，標準伽馬曲線係一冪指數為2.2的非線性冪函數。重複說明的是，儲存在該儲存單元內21的複數個閥值係利用該複數個伽馬曲線計算得到。具體地，所述閥值係利用以下數學式(2)計算得到： ……………………(2)

在上式(2)中，j為正整數，為所述閥值，為第j個所述非線性冪函數所使用的所述最大亮度值，為第j+1個所述非線性冪函數所使用的所述最大亮度值，且。

舉例而言，在該儲存單元21內預先儲存兩個伽馬曲線，分別為利用數學式所繪出的第一伽馬曲線以及利用數學式所繪出的第二伽馬曲線，其中。並且，基於兩個伽馬曲線可以進一步地利用下式(ii)計算出一個閥值： ……………………(ii)

依據本發明之設計，當比較結果顯示最大灰階數據大於閥值之時，該第一運算單元22選擇其最大亮度值(即， )相對較低的第一伽馬曲線，並將所述第一伽馬曲線傳送至該源極驅動電路121。同時，該第一運算單元22產生一數據映射信號，並將該數據映射信號傳送至該第二運算單元25，使該第二運算單元25依據該數據映射信號和該第一顯示數據而生成一第二顯示數據。值得說明的是，由於大於，因此，在該數據映射信號的控制下，該第二運算單元25會將所述第一顯示數據(即，R/G/B灰階數據)自區間(0, )映射至區間(0, )。亦即，經過數據映射處理之後，依舊是原來的第一顯示數據。換句話說，就另一角度而言，在大於的情況下，該第二運算單元25不對所述第一顯示數據進行數據映射處理。在此情況下，該第二運算單元25直接以該第一顯示數據作為所述第二顯示數據，並將該第二顯示數據傳送至該源極驅動電路121。最終，該源極驅動電路121利用其所含有的一伽馬校正單元依據所述第一伽馬曲線將第二顯示數據映射為一輸出顯示數據，使該源極驅動電路121依據該輸出顯示數據對該顯示面板11進行顯示驅動。

另一方面，當比較結果顯示最大灰階數據不大於閥值之時，該第一運算單元22選擇其最大亮度值(即， )相對較高的第二伽馬曲線，並將所述第二伽馬曲線傳送至該源極驅動電路121。同時，該第一運算單元22產生一數據映射信號，並將該數據映射信號傳送至該第二運算單元25，使得該第二運算單元25對該第一顯示數據進行一數據映射處理以生成所述第二顯示數據。此時，由於小於，因此，在該數據映射信號的控制下，該第二運算單元25會將所述第一顯示數據(即，R/G/B灰階數據)自區間(0, )映射至區間(0,1)。亦即，經過數據映射處理之後，所述第一顯示數據被映射為一第二顯示數據。具體地，所述數據映射處理係利用以下數學式(3)實現： ……………………(3)

在上式(3)中，Data1為所述第一顯示數據，且Data2為所述第二顯示數據。接著，該第二運算單元25將所述第二顯示數據傳送至該源極驅動電路121。最終，該源極驅動電路121利用其所含有的一伽馬校正單元依據所述第二伽馬曲線將該第二顯示數據映射為一輸出顯示數據，使該源極驅動電路121依據該輸出顯示數據對該顯示面板11進行顯示驅動。

在可行的實施例中，該儲存單元21進一步儲存有複數個占空比設定值，且該第一運算單元22依據所述比較結果自該儲存單元21選擇一個所述占空比設定值傳送至該閘極驅動電路122。

繼續地參閱圖3，並請同時參閱如圖5所示之本發明的圖像增強電路的第二方塊圖。在第二實施例中，本發明之圖像增強電路2包括：一儲存單元21、一第一運算單元22、一數據篩選器23、一數據選擇器24、以及一第二運算單元25，其中該數據篩選器23耦接該亮度控制單元123，該數據選擇器24耦接該數據篩選器23，第一運算單元22耦接該儲存單元21與該數據選擇器24，且該第二運算單元25耦接該第一運算單元22與該亮度控制單元123。依據本發明之設計，該儲存單元21儲存有複數個伽馬曲線、基於該複數個伽馬曲線計算獲得的複數個閥值以及複數個占空比設定值。

值得說明的是，在由上位機(如：智慧型手機的應用處理器)所傳送的一輸入顯示數據不需要依據該平面顯示裝置1的當前DBV值進行自動電流限制(ACL)的情況下，該數據篩選器23所接收的第一顯示數據即為所述輸入顯示數據。另一方面，若有必要執行自動電流限制，該亮度控制單元123用以對一輸入顯示數據Data_in執行一亮度控制處理，從而產生所述第一顯示數據。接著，該數據篩選器23自該第一顯示數據之中篩選出一最大灰階數據，且該數據選擇器24接著依據一控制信號自所述最大灰階數據或一數位亮度比值選擇一者以作為所述目標數據，並輸出所述目標數據至該第一運算單元22。具體地，所述所述數位亮度比值利用以下數學式(4)計算得到： …………………………(4)

於上式(4)中，R_DBV為所述數位亮度比值。更詳細地說明，該第一運算單元22係依據該控制信號而選擇執行第一圖像增強模式或第二圖像增強模式，其中，該第一圖像增強模式係如前述第一實施例所述。另一方面，執行所述第二圖像增強模式之時，該數據選擇器24輸出所述數位亮度比值R_DBV作為所述目標數據，使該第一運算單元22對R_DBV和該複數個閥值執行一比較操作以獲得一比較結果，且依據所述比較結果自該儲存單元21選擇一個所述伽馬曲線傳送至該源極驅動電路121。

舉例而言，在該儲存單元21內預先儲存兩個伽馬曲線，分別為由所表示的第一伽馬曲線以及由所表示的第一伽馬曲線，其中。並且，基於兩個伽馬曲線可以利用上式(ii)計算出一個閥值。依據本發明之設計，當比較結果顯示R_DBV大於閥值之時，該第一運算單元22選擇其最大亮度值(即， )相對較低的第一伽馬曲線，並將所述第一伽馬曲線傳送至該源極驅動電路121。同時，該第一運算單元22產生一數據映射信號，並將該數據映射信號傳送至該第二運算單元25，使得該第二運算單元25依據該數據映射信號和該第一顯示數據而生成一第二顯示數據。此時，由於R_DBV大於，因此，在該數據映射信號的控制下，該第二運算單元25會將所述第一顯示數據(即，R/G/B灰階數據)自區間(0, )映射至區間(0, )。亦即，經過數據映射處理之後，依舊是原來的第一顯示數據。換句話說，就另一角度而言，在R_DBV大於的情況下，該第二運算單元25不對所述第一顯示數據進行數據映射處理。在此情況下，該第二運算單元25直接以該第一顯示數據作為所述第二顯示數據，並將該第二顯示數據傳送至該源極驅動電路121。最終，該源極驅動電路121利用其所含有的一伽馬校正單元依據所述第一伽馬曲線將第二顯示數據映射為一輸出顯示數據，使該源極驅動電路121依據該輸出顯示數據對該顯示面板11進行顯示驅動。

另一方面，當比較結果顯示所述數位亮度比值R_DBV不大於閥值之時，該第一運算單元22選擇其最大亮度值(即， )相對較高的第二伽馬曲線，並將所述第二伽馬曲線傳送至該源極驅動電路121。同時，該第一運算單元22產生一數據映射信號，並將該數據映射信號傳送至該第二運算單元25，使得該第二運算單元25對該第一顯示數據進行一數據映射處理以生成所述第二顯示數據。此時，由於R_DBV小於，因此，在該數據映射信號的控制下，該第二運算單元25會將所述第一顯示數據(即，R/G/B灰階數據)自區間(0, )映射至區間(0,1)。亦即，經過數據映射處理之後，所述第一顯示數據被映射為一第二顯示數據。具體地，該第二運算單元25利用如上數學式(3)將該第一顯示數據Data1映射為該第二顯示數據Data2。

接著，該第二運算單元25將所述第二顯示數據傳送至該源極驅動電路121。最終，該源極驅動電路121利用其所含有的一伽馬校正單元依據所述第二伽馬曲線將該第二顯示數據映射為一輸出顯示數據，使該源極驅動電路121依據該輸出顯示數據對該顯示面板11進行顯示驅動。在可行的實施例中，該儲存單元21進一步儲存有複數個占空比設定值，且該第一運算單元22依據所述比較結果自該儲存單元21選擇一個所述占空比設定值傳送至該閘極驅動電路122。

如此，上述已完整且清楚地說明本發明之一種基於多伽馬曲線的圖像增強電路；並且，經由上述可得知本發明具有下列優點：

(1)本發明揭示一種圖像增強電路，其係充分利用預設的多個伽馬曲線，在圖像整體亮度或DBV較小之時切換到其最大亮度值相對較低的伽馬曲線上，且在圖像整體亮度或DBV較大之時切換到其最大亮度值相對較大的伽馬曲線上。本發明之圖像增強電路不僅可以在不同的DBV下增強圖像的顯示品質，同時也能保證圖像的低灰階範圍也獲得高線性度的顯示品質增強效果。

(2)並且，本發明同時揭示一種驅動顯示晶片，其特徵在於，具有如前所述本發明之圖像增強電路。

(3)並且，本發明同時揭示一種資訊處理裝置，其具有包括一顯示面板以及至少一顯示驅動晶片的一平面顯示裝置；其特徵在於，所述顯示驅動晶片具有如前所述本發明之圖像增強電路。在一實施例中，該資訊處理裝置為選自於由平面顯示裝置、頭戴式顯示裝置、投影裝置、數位相機、車載娛樂系統、智慧型電視、智慧型手機、智慧型手錶、平板電腦、桌上型電腦、筆記型電腦、一體式電腦、和門禁裝置所組成群組之中的一種電子裝置。

必須加以強調的是，前述本案所揭示者乃為較佳實施例，舉凡局部之變更或修飾而源於本案之技術思想而為熟習該項技藝之人所易於推知者，俱不脫本案之專利權範疇。

綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。

1a:平面顯示器

11a:顯示面板

12a:顯示驅動晶片

121a:伽馬校正單元

122a:圖像增強單元

1:平面顯示裝置

11:顯示面板

12:顯示驅動電路

121:源極驅動電路

122:閘極驅動電路

123:亮度控制單元

2:圖像增強電路

21:儲存單元

22:第一運算單元

23:數據篩選器

24:數據選擇器

25:第二運算單元

圖1為習知的一種平面顯示器的方塊圖；圖2為DBV相對於Gamma值的曲線圖；圖3為包含本發明之一種圖像增強電路的一平面顯示裝置的方塊圖；圖4為本發明之一種圖像增強電路的第一方塊圖；以及圖5為本發明之一種圖像增強電路的第二方塊圖。