CN102006489A - 用于立体显示的帧频转换装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于立体(3D)显示的帧频转换装置及方法，可在显示装置执行3D显示时，同时避免帧撕裂又维持左帧与右帧交替显示的顺序。该帧频转换装置包含储存单元、输入控制单元及输出控制单元。输入控制单元依据输入帧频，将一输入帧序列输入储存单元，其中该输入帧序列包含多个帧对，每一帧对包含一左帧与一对应的右帧。输出控制单元依据输出帧频，从储存单元输出一输出帧序列，其中该输出帧序列交替输出该些左帧之一与该些右帧之一。

Description

用于立体显示的帧频转换装置及方法

技术领域

本发明有关于帧频转换(frame rate conversion)，尤指一种适用于立体(3D)显示的帧频转换装置及方法。

背景技术

显示装置在显示影像时，若影像来源的帧频不同于显示装置的帧频，显示装置内的帧频转换装置需要进行帧频转换(frame rate conversion)，以确保影像能正常显示。一般而言，显示装置内的帧频转换装置在从影像来源接收到帧时，会先输入至内部的数个帧缓冲器(frame buffer)，每一帧缓冲器暂存一帧，接着再从帧缓冲器将帧输出至显示面板。这些帧缓冲器是作为循环缓冲器(circular buffer)来使用，亦即，若显示装置有n个帧缓冲器buf₀~buf_n-1，显示装置会将影像来源所提供的帧依序输入buf₀、buf₁…及buf_n-1，接着再返回buf₀来输入下一个帧(因而也覆盖buf₀先前所暂存的帧)，以循环方式来进行输入。当影像来源的帧频(后文称为输入帧频)不同于显示装置的帧频(后文称为输出帧频)时，若帧输出的顺序完全依照帧输入的顺序，可能会导致帧撕裂(frame tearing)的问题。举例而言，当输出帧频大于输入帧频时，若持续依照帧输入缓冲器的顺序来从缓冲器输出帧，则帧的输出终会“追上”帧的输入，造成同一个缓冲器同时在进行输出与输入，而导致帧撕裂；当输出帧频小于输入帧频时，虽不会有帧的输出追上帧的输入的问题，但由于帧缓冲器是以循环方式来进行输入，所以若持续依照帧输入的顺序来输出帧，则帧的输出会反被帧的输入追上，一样会造成同一个帧缓冲器同时在进行输出与输入。

为了避免前述帧撕裂的问题，先前技术所采取的方式是，在输出帧时，若下一个预定要选取的帧缓冲器正在进行输入动作，则改选其他帧缓冲器来进行输出，以避免对同一帧缓冲器同时进行输入与输出。然而，当影像来源所提供的是立体(3D)影像时，帧频转换装置若仅采取前述做法，只能避免帧撕裂，但却会产生其他问题。

在3D影像中，每个画面皆以一个帧对(frame pair)的形式呈现，每一帧对包含一左帧(left frame)与一对应的右帧(right frame)，因此影像来源在提供3D影像时，是依序提供一系列的帧对，且左帧与右帧交替出现(典型的作法是，在同一帧对中，左帧位于右帧之前)。前述帧频转换装置用来避免帧撕裂的作法，在显示3D影像时，会造成左帧与右帧无法交替显示的问题，如图1所示。图1中，假设输出帧频大于输入帧频，且显示装置有四个帧缓冲器buf₀~buf₃，而所输入的帧依序为L1、R1、L2、R2、L3、R3、L4…，其中L1、L2…代表左帧，R1、R2…代表右帧，而(L1，R1)、(L2，R2)…即为帧对。帧频转换装置将L1、R1、L2、R2、L3、R3、L4…依序输入buf₀、buf₁、buf₂、buf₃、buf₀、buf₁、buf₂…；另一方面，帧频转换装置在进行输出时，则于开始输出帧前，判断目前正在进行输入的是哪一帧缓冲器(如图中箭头所示的时间点)，而予以避开，并选取先前已完成输入的帧缓冲器来进行输出。由图1可看出，当帧R1输出完成后，由于下一个帧L2此时仍在输入buf₂中(如箭头11的时间点所示)，所以选取先前已完成输入的缓冲器buf₁来重复输出R1，导致最后所输出的帧依序为L1、R1、R1、L2、R2、L3、R3…，并没有保持左帧与右帧交替显示。如此，将会影响3D影像的显示效果。

附图说明

图1显示了先前技术无法维持左帧与右帧交替显示的示意图。

图2是本发明的帧频转换装置的实施例的方块图。

图3是显示在输出帧频大于输入帧频时，图2的帧频转换装置如何维持左帧与右帧交替显示的示意图。

图4显示了在输出帧频小于输入帧频时，图2的帧频转换装置如何维持左帧与右帧交替显示的示意图。

图5是本发明的帧频转换方法的实施例的流程图。

附图主要标号说明：

11、31-37、41-45：箭头    20：帧频转换装置

21：储存单元              22：输入控制单元

221：输入时序控制单元

222：输入帧缓冲器控制单元

23：输出控制单元          231：输出时序产生单元

232：输出帧缓冲器控制单元

51-52：帧频转换方法的实施例的流程

发明内容

有鉴于此，本发明的一个目的在于提供一种用于立体(3D)显示的帧频转换装置及方法，可在显示装置执行3D显示时，同时避免帧撕裂又维持左帧与右帧交替显示的顺序。

本发明揭示一种用于3D显示的帧频转换装置，包含：储存单元；输入控制单元，依据输入帧频，将一输入帧序列输入储存单元，其中该输入帧序列包含多个帧对，每一帧对包含一左帧与一对应的右帧；以及输出控制单元，依据输出帧频及相关于该储存单元中的该些帧对的左/右帧信息，从储存单元输出一输出帧序列，其中该输出帧序列交替输出该些左帧之一与该些右帧之一。

本发明另揭示一种用于3D显示的帧频转换方法，包含下列步骤：依据输入帧频，将一输入帧序列依序输入储存单元，其中该输入帧序列包含多个帧对，每一帧对包含一左帧与一对应的右帧；以及依据输出帧频及相关于该储存单元中的该些帧对的左/右帧信息，从储存单元输出一输出帧序列，其中该输出帧序列交替输出该些左帧之一与该些右帧之一。

具体实施方式

图2是本发明的帧频转换装置的实施例的方块图，其中，帧频转换装置20包含储存单元21、输入控制单元22及输出控制单元23。帧频转换装置20可用于具有立体(3D)显示功能的显示装置。当3D影像来源的帧频不同于显示装置的帧频时，帧频转换装置20可将3D影像来源的帧频转换为显示装置的帧频，以使显示装置能正常显示3D影像。在运作上，输入控制单元22可依据3D影像来源的帧频(即输入帧频)，将3D影像来源所提供的一输入帧序列(input frame sequence)，依序输入储存单元21。由于该输入帧序列为3D影像，所以依序包含多个帧对，每一帧对包含一左帧与一对应的右帧，并且在该输入帧序列中，左帧与右帧交替出现。另一方面，输出控制单元23则依据显示装置本身的帧频(即输出帧频)，从储存单元21输出一输出帧序列(output frame sequence)。为了维持3D影像的显示品质，该输出帧序列的交替输出左帧与右帧，以避免先前技术会连续输出左帧或右帧的问题。不过，为了配合近来兴起的3D眼镜的运作方式，该输出帧序列虽是交替输出左帧与右帧，但每输出一左帧(或右帧)时，可连续输出该左帧(或右帧)两次，例如，若输入帧序列依序为{L1，R1，L2，R2…}，L1，L2…代表左帧，R1，R2…代表右帧，则输出帧序列为{L1，L1，R1，R1，L2，L2，R2，R2…}，如此既可维持交替输出左帧与右帧，同时又符合3D眼镜的运作。常见的应用情形为，输入帧频与输出帧频分别为120Hz与240Hz。由前述说明可知，在配合3D眼镜的运作方式及考量输入帧频及输出帧频相差的倍率下，该输出帧序列虽是交替输出左帧与右帧，但每输出一左帧(或右帧)时，可连续输出该左帧至一特定次数，其中，该特定次数取决于3D眼镜的运作方式及输入帧频与输出帧频相差的倍率。

储存单元21可包含多个帧缓冲器，每一帧缓冲器用以储存一个左帧或右帧。输入控制单元22将该些帧缓冲器作为一循环缓冲器(circular buffer)，以将该输入帧序列中的帧依序输入。另一方面，由于输出帧频不同于输入帧频，为了避免帧撕裂的问题，输出控制单元23并不完全依据输入帧序列的顺序来进行输出，而采取了更有弹性的做法，如下所述：当输出帧频大于输入帧频时，输出控制单元23为避免与输入控制单元22对同一帧缓冲器同时进行输出与输入，会重复输出先前已输出过的帧，以等到输入控制单元22将后续的帧输入完成时，再将该后续的帧输出。当输出帧频小于输入帧频时，输出控制单元23会以跳过某个或某些帧不输出的方式，来避免被输入控制单元22追上。需特别注意的是，在此实施例中，不论是重复输出帧或是跳过帧不输出，输出控制单元23须依据储存单元21中各帧缓冲器所对应的左/右帧信息，以保持输出帧序列为左帧与右帧交替输出，进而确保3D影像的显示品质。

在图2中，输入控制单元22包含输入时序控制单元221与输入帧缓冲器控制单元222。输入时序控制单元221从3D影像来源接收输入时序信号，其可包含输入水平同步(input H-sync)信号、输入垂直同步(input V-sync)信号、输入数据致能(input data enable)信号等，并依据此输入时序信号产生一输入参考信号，送至输入帧缓冲器控制单元222。输入帧缓冲器控制单元222依据此输入参考信号，决定一输入索引值(其代表正要进行输入的帧缓冲器)，并将该输入帧序列的帧输入至该输入索引值所对应的帧缓冲器。举例而言，输入时序控制单元221可依据输入垂直同步信号，判断输入帧频的大小以及各帧输入的时间点，并产生输入参考信号来指示此时间点；输入帧缓冲器控制单元222则可依据此输入参考信号所指示的时间点，动态调整该输入索引值，例如当输入参考信号显示该输入帧序列的下一帧正要输入时，输入帧缓冲器控制单元222将该输入索引值调整为下一帧缓冲器。

另一方面，输出控制单元23包含输出时序产生单元231与输出帧缓冲器控制单元232。输出时序控制单元231产生符合显示装置规格的输出时序信号，其可包含输出水平同步(output H-sync)信号、输出垂直同步(output V-sync)信号、输出数据致能(output data enable)信号等，并依据此输出时序信号产生一输出参考信号，送至输出帧缓冲器控制单元232。输出帧缓冲器控制单元232依据此输出参考信号、输入帧缓冲器控制单元222所产生的输入索引值以及储存单元21中各帧缓冲器目前所对应的左/右帧信息，决定一输出索引值(其代表正要进行输出的帧缓冲器)，并从该输出索引值所对应的帧缓冲器输出该输出帧序列的帧。举例而言，输出时序控制单元231可依据输出垂直同步信号，判断输出帧频的大小以及各帧输出的时间点，并产生输出参考信号来指示此时间点；输出帧缓冲器控制单元232则可依据此输出参考信号所指示的时间点及输入帧缓冲器控制单元222所送来的输入索引值，动态调整该输出索引值，以避免与输入帧缓冲器控制单元222对同一帧缓冲器同时进行输出与输入。

接着，将详述输出控制单元23在产生输出帧序列时，如何在从某一帧缓冲器输出一左帧(或右帧)之后，适当地选取下一个帧缓冲器来输出一右帧(或左帧)，以避免与输入控制单元22对同一帧缓冲器同时进行输出与输入。在一较佳实施例中，输出控制单元23在输出一左帧之后，选取输入控制单元22先前完成输入一右帧的帧缓冲器(例如，可选取输入控制单元22最近完成输入一右帧的缓冲器)，来输出该右帧；另一方面，输出控制单元23在输出一右帧之后，选取输入控制单元22先前完成输入一左帧的帧缓冲器(例如，可选取输入控制单元22最近完成输入一左帧的缓冲器)，来输出该左帧。举例而言，假设储存单元21有四个帧缓冲器buf₀~buf₃，且输入帧序列为{L1，R1，L2，R2，L3，R3，L4…}，其中L1，L2…代表左帧，R1，R2…代表右帧，而(L1，R1)，(L2，R2)…即为帧对，亦即在此输入帧序列中，同一帧对的左帧位于右帧之前，由于输入帧序列的左/右帧按照一定顺序输入至储存单元21的帧缓冲器buf₀~buf₃中，因此输出控制单元23可自输入帧序列的输入顺序判断出目前帧缓冲器buf₀~buf₃各时间点所对应的左/右帧信息。以下依输出帧频是否大于输入帧频，分成两种情形讨论：

(1)输出帧频大于输入帧频时：输入控制单元22将输入帧序列的帧L1、R1、L2、R2、L3、R3、L4…依序输入buf₀…buf₃，当输入buf₃完成后，则轮回到buf₀继续输入，如图3所示。在输出方面，输出控制单元23则在左帧L1输入buf₀完成之后(亦即，藉由判断目前正在进行输入的是buf₁，得知buf₀已输入完成，如箭头31的时间点所示)，从buf₀开始输出L1。之后，则在每个左帧(或右帧)输出完成时，判断目前正在进行输入的缓冲器为何(如箭头32~37的时间点所示)，予以避开，而选取输入控制单元22最近完成输入一右帧(或左帧)的缓冲器来进行输出，以确保左帧与右帧交替输出。从箭头33的时间点可看出，当输出控制单元23从buf₁输出右帧R1后，原本应继续进行左帧L2的输出，但由于此时buf₂仍在进行L2的输入，因此输出控制单元23即选取最近完成输入左帧的缓冲器，即已完成输入L1的buf₀，重复输出L1。接着，当L1重复输出完成，此时虽L2已输入buf₂完成(如箭头34的时间点所示)，但为了维持左帧与右帧交替输出，所以再次选取buf₁(即最近完成输入右帧的缓冲器)，以重复输出R1。因此，最后所得的输出帧序列为L1、R1、L1、R1、L2、R2、L3…。将图3与图1相比，可知本发明能在避免帧撕裂的同时，又维持左帧与右帧的交替显示。

(2)输出帧频小于输入帧频时：如同前述(1)，输入控制单元22将输入帧序列的帧循环输入至buf₀…buf₃，如图4所示。在输出方面，输出控制单元23则在左帧L1输入buf₀完成之后(如箭头41的时间点所示)，从buf₀开始输出L1。之后，亦如同(1)的作法，在每个左帧(或右帧)输出完成时，判断目前正在进行输入的缓冲器为何(如箭头42~45的时间点所示)，予以避开，而选取输入控制单元22最近完成输入一右帧(或左帧)的缓冲器来进行输出。从箭头44的时间点可看出，当输出控制单元23从buf₂输出左帧L2后，虽然此时左帧L3已输入buf₀完成(亦即，不论左右时，buf₀为最近完成帧输入的缓冲器)，但为了维持左帧与右帧交替输出，因此输出控制单元23选取最近完成输入右帧的缓冲器，亦即已完成输入右帧R2的buf₃，以输出R2。然而，在前述状况下，先前技术可能即选取buf₀来输出左帧L3，而破坏了左帧与右帧交替输出的顺序。

在前述的实施例中，输入帧频与输出帧频之间并不限制非要为整数倍数，本发明的帧频转换装置亦可应用于当输入帧频与输出帧频之间并非为整数倍数的情况。

若在输入帧序列中，同一帧对的右帧位于左帧之前，则只需将前述做法中的左帧与右帧对调即可，此处不再赘述。

另外，当输出帧频大于输入帧频且输入帧序列为3D动态影片时，若想在产生输出帧序列时执行动态内插(motion interpolation)，以提升影片播放的流畅度，仍可依据前述实施例的作法，将执行动态内插所产生的左帧与右帧交替显示，以维持3D影像的效果。

图5是本发明的帧频转换方法的实施例的流程图。此帧频转换方法适用于执行3D显示的显示装置。步骤51依据一输入帧频，将一输入帧序列依序输入一储存单元，其中该输入帧序列包含多个帧对，每一帧对包含一左帧与一对应的右帧。步骤52依据一输出帧频，从该储存单元输出一输出帧序列，其中该输出帧序列交替输出该些左帧之一与该些右帧之一。

在一较佳实施例中，该储存单元包含多个帧缓冲器，每一帧缓冲器用以储存该些左帧之一或该些右帧之一。在步骤51中，将该些帧缓冲器作为一循环缓冲器，以依序输入该输入帧序列的帧。在步骤52中，在输出该些左帧之一后，选取步骤51先前完成输入该些右帧之一的帧缓冲器(例如，可选取步骤51最近完成输入右帧的缓冲器)，来进行输出；另一方面，于输出该些右帧之一后，选取步骤51先前完成输入该些左帧之一的帧缓冲器(例如，可选取步骤51最近完成输入左帧的缓冲器)，来进行输出。如此，就可避免步骤51与步骤52对任一帧缓冲器同时进行输入与输出，而又能维持左帧与右帧的交替输出。

以上所述是利用较佳实施例详细说明本发明，而非限制本发明的范围。凡熟悉本技术领域者皆能明了，可根据以上实施例的揭示而做出诸多可能变化，仍不脱离本发明的精神和范围。

Claims (20)

1.一种用于立体显示的帧频转换装置，包含：

一储存单元；

一输入控制单元，依据一输入帧频，将一输入帧序列输入该储存单元，其中该输入帧序列包含多个帧对，每一帧对包含一左帧与一对应的右帧；以及

一输出控制单元，依据一输出帧频及相关于该储存单元中的该些帧对的左/右帧信息，从该储存单元输出一输出帧序列，其中该输出帧序列交替输出该些左帧之一与该些右帧之一。

2.如权利要求1所述的拭帧频转换装置，其特征在于，该输出控制单元在输出该些左帧之一时，连续输出该些左帧之一至一特定次数；该输出控制单元在输出该些右帧之一时，连续输出该些右帧之一至该特定次数。

3.如权利要求1所述的帧频转换装置，其特征在于，该储存单元包含多个帧缓冲器，每一帧缓冲器用以储存该些左帧之一或该些右帧之一。

4.如权利要求3所述的帧频转换装置，其特征在于，该输入控制单元将该些帧缓冲器作为一循环缓冲器，以依序输入该输入帧序列。

5.如权利要求3所述的帧频转换装置，其特征在于，该输入控制单元与该输出控制单元不同时对任一该帧缓冲器进行输入与输出。

6.如权利要求4所述的帧频转换装置，其特征在于，该输出控制单元在输出该些左帧之一后，选取该输入控制单元先前完成输入该些右帧之一的帧缓冲器，来进行输出。

7.如权利要求4所述的帧频转换装置，其特征在于，该输出控制单元在输出该些右帧之一后，选取该输入控制单元先前完成输入该些左帧之一的帧缓冲器，来进行输出。

8.如权利要求4所述的帧频转换装置，其特征在于，该输出控制单元在输出该些左帧之一后，选取该输入控制单元最近完成输入该些右帧之一的帧缓冲器，来进行输出。

9.如权利要求4所述的帧频转换装置，其特征在于，该输出控制单元在输出该些右帧之一后，选取该输入控制单元最近完成输入该些左帧之一的帧缓冲器，来进行输出。

10.如权利要求1所述的帧频转换装置，其特征在于，该输入帧频与该输出帧频之间并非为整数倍数。

11.一种用于立体显示的帧频转换方法，包含：

依据一输入帧频，将一输入帧序列依序输入一储存单元，其中该输入帧序列包含多个帧对，每一帧对包含一左帧与一对应的右帧；以及

依据一输出帧频及相关于该储存单元中的该些帧对的左/右帧信息，从该储存单元输出一输出帧序列，其中该输出帧序列交替输出该些左帧之一与该些右帧之一。

12.如权利要求11所述的帧频转换方法，其特征在于，该输出步骤在输出该些左帧之一时，连续输出该些左帧之一至一特定次数；该输出步骤在输出该些右帧之一时，连续输出该些右帧之一至该特定次数。

13.如权利要求11所述的帧频转换方法，其特征在于，该储存单元包含多个帧缓冲器，每一帧缓冲器用以储存该些左帧之一或该些右帧之一。

14.如权利要求13所述的帧频转换方法，其特征在于，该输入步骤将该些帧缓冲器作为一循环缓冲器，以依序输入该输入帧序列。

15.如权利要求13所述的帧频转换方法，其特征在于，该输入步骤与该输出步骤不同时对任一该帧缓冲器进行输入与输出。

16.如权利要求14所述的帧频转换方法，其特征在于，该输出步骤在输出该些左帧之一后，选取该输入步骤先前完成输入该些右帧之一的帧缓冲器，来进行输出。

17.如权利要求14所述的帧频转换方法，其特征在于，该输出步骤在输出该些右帧之一后，选取该输入步骤先前完成输入该些左帧之一的帧缓冲器，来进行输出。

18.如权利要求14所述的帧频转换方法，其特征在于，该输出步骤在输出该些左帧之一后，选取该输入步骤最近完成输入该些右帧之一的帧缓冲器，来进行输出。

19.如权利要求14所述的帧频转换方法，其特征在于，该输出步骤在输出该些右帧之一后，选取该输入步骤最近完成输入该些左帧之一的帧缓冲器，来进行输出。

20.如权利要求11所述的帧频转换方法，其特征在于，该输入帧频与该输出帧频之间并非为整数倍数。

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