TW201545156A - 顯示影像的訊號轉換方法 - Google Patents

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Abstract

顯示影像的訊號轉換方法適用於多原色顯示器。訊號轉換方法包括：接收第N-1個畫框的影像資料；轉換第N-1個畫框的影像資料為亮度資料；依據第N-1個畫框的影像資料及亮度資料透過背光工作時間調整表，決定第N個畫框的調整訊號增益值；依據第N個畫框的調整訊號增益值調整第N個畫框之一影像資料，以產生第N個畫框之輸出影像資料；並且，依據畫素的輸出影像資料顯示畫素。

Description

顯示影像的訊號轉換方法
本發明是有關於顯示影像的訊號轉換方法，且特別是有關於應用於多原色廣色域顯示器之顯示影像的訊號轉換方法。
隨著電子技術的進步，顯示裝置在戶外使用的時間越來越多，而在戶外強光下，顯示器需要提供較高亮度來能讓使用者能看清顯示器的畫面。有鑒於此，為提高顯示面板的穿透率，三原色(R、G、B)的液晶顯示器加上亮度(W)子畫素的作法為近來頗受矚目的解決方案。RGBW液晶顯示器所加入的亮度子畫素之穿透率極高，因此可大幅提升液晶面板之穿透率。當顯示畫面為全亮時，光亮度則提升近一倍，耗電量也相對降低。而產品在室外使用時，因其高亮度的特性，也讓使用者可看到較清晰的影像。但RGBW液晶顯示器在同時顯示純色與白色畫面時，因R、G、B子像素面積較同解析度RGB液晶顯示器為小，會導致純色亮度變暗而造成人眼感覺品質不佳。
導入廣色域面板技術也是另一可行的技術方案。廣色域 面板可將現行的國家電視系統委員會NTSC色域值從72%提高到約略為90%以上，並利用NTSC其高色域值特點改善RGBW顯示器純色畫面問題。然而習知的廣色域液晶面板所使用的彩色濾光片的色阻會造成穿透率的降低，並且，廣色域液晶面板所使用的多波長背光模組發光效率低，這兩項因素都會造成耗電量增加。
上述兩項技術各有其優缺點可互補，因此開發整合RGBW轉換與廣色域色彩整合演算法為一迫切需求，舊有RGB轉RGBW演算法計算過程複雜，使得在高解析度畫面下計算速度過慢。
本發明提供一種顯示影像的訊號轉換方法，用以改善顯示影像的品質。
本發明的顯示影像的訊號轉換方法，適用於包含複數個畫素的多原色顯示器，訊號轉換方法包括：透過多原色顯示器接收第N-1個畫框的影像資料，其中，影像資料包含對應各畫素之紅色畫素資料、藍色畫素資料、綠色畫素資料；根據第N-1個畫框的影像資料以得到亮度資料；依據第N-1個畫框的影像資料及亮度資料透過背光工作時間調整表，決定第N個畫框的調整訊號增益值，其中背光工作時間調整表包含複數個亮度分布範圍所分別對應的複數個背光亮度以及複數個增益值；依據第N個畫框的調整訊號增益值調整第N個畫框之一影像資料，以產生第N個畫框之輸出影像資 料，其中，輸出影像資料包含紅色輸出畫素資料、綠色輸出畫素資料、藍色輸出畫素資料及亮度輸出畫素資料；並且，多原色顯示器依據畫素的輸出影像資料顯示畫素。
基於上述，本發明藉由轉換第N個畫框的畫素的紅色畫素資料、藍色畫素資料、綠色畫素資料以獲得對應的亮度資料，並利用其中的亮度資料來進行背光工作週期的選擇以及調整後影像資料的計算，可降低硬體計算所需要的時間，並達到更省電的效果。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
S110~S140、S410~S420‧‧‧顯示影像的訊號轉換方法的步驟
211‧‧‧前次畫框的影像資料
X*Y‧‧‧解析度
212‧‧‧亮度色差格式轉換
213‧‧‧背光工作時間調整表
Y1‧‧‧亮度資料
214‧‧‧影像分析器
GAIN‧‧‧調整訊號增益值
215‧‧‧選中背光工作週期
224‧‧‧乘法器
221‧‧‧N個畫框的影像資料
222、512‧‧‧相關色溫調整
223、513‧‧‧伽瑪調整
226、516‧‧‧反伽瑪調整
225、515‧‧‧RGBW訊號轉換動作
227、517‧‧‧輸出影像資料
TH‧‧‧臨界數
511‧‧‧目前畫框影像資料
FGAIN‧‧‧固定增益
520‧‧‧背光工作週期
600‧‧‧多原色顯示器
610‧‧‧模式偵測器
620‧‧‧控制器
621‧‧‧影像分析器
ADJIMG‧‧‧調整後影像資料
CIMG‧‧‧影像資料
圖1繪示本發明一實施例的顯示影像的訊號轉換方法的流程圖。
圖2繪示本發明實施例的顯示影像的訊號轉換方法的示意圖。
圖3繪示的候選背光工作週期及畫素數量的關係圖。
圖4繪示本發明另一實施例的顯示影像的訊號轉換方法的流程圖。
圖5繪示本發明圖4實施例的實施方式的示意圖。
圖6繪示本發明一實施例的顯示器的示意圖。
請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的顯示影像的訊號轉換方法的流程圖。顯示影像的訊號轉換方法適用於多原色顯示器，本發明實施例的顯示器可以是多原色廣色域的顯示器，且多原色顯示器包含複數個畫素，各畫素具有紅色、藍色、綠色及亮度子畫素。在步驟S110中，透過多原色顯示器接收第N-1個畫框的影像資料，其中的影像資料包含對應各畫素之紅色畫素資料、藍色畫素資料、綠色畫素資料。並且，在步驟S120中，轉換第N-1個畫框的影像資料為亮度資料。其中，步驟S120可將第N-1個畫框的影像資料由R、G、B、W(紅色、綠色、藍色、白色)格式轉或為YCbCr的格式，並從而獲得對應的亮度資料(Y)。
在步驟S130中，則依據第N-1個畫框的影像資料及亮度資料以透過背光工作時間調整表來決定第N個畫框的調整訊號增益值。其中，背光工作時間調整表可以依據對應的亮度資料(Y)來建立。
在背光工作時間調整表中，影像資料的亮度分布範圍被分隔為多個區間，並在背光工作時間調整表中記錄了亮度分布範圍的各個區間所對應的背光工作週期以及增益值，舉例來說，背光工作時間調整表可設置為如表1所示：
其中，背光工作週期可記錄一畫框週期中，背光被開啟的工作時間(例如責任週期Duty Cycle)，而增益值則記錄影像資料的灰階值被放大的比例。背光工作時間調整表中的數值可以依據使用者的喜好以及顯示面板的特性加以設值。
接著，將所獲得的亮度資料透過背光工作時間調整表來進行查找的動作，並藉以獲得對應畫素資料的複數個候選背光工作週期以及候選增益值，並透過選擇上述對應的背光工作週期的其中之一以作為選中背光工作週期，並且選擇上述對應的候選增益值的其中之一以作為調整訊號增益值。
在此，基於第N-1個畫框的影像資料中有多個畫素的亮度資料，因此，依據每一個亮度資料針對背光工作時間調整表所進行的查找動作可以獲得複數個相對應的背光工作週期，且每一個背光工作週期都對應有不同或相同數量的畫素。在本發明實施例中，可選擇上述的背光工作週期所對應的畫素數量大於一個畫框的總畫素數量一定比例(例如一臨界數)以上者，其中最大的背光工作週期來做為選中背光工作週期，上述的臨界數可以是一 個小於1的數值，例如可以為4%。舉例來說，假設最大的背光工作週期等於100%所對應的畫素數量小於一個畫框的總畫素數量的4%以下時，等於100%的背光工作週期會被捨棄而不會被選中為選中背光工作週期。而次大的背光工作週期等於94%對應的畫素數量大於一個畫框的總畫素數量的4%時，則選擇等於94%的背光工作週期為選中背光工作週期。
在步驟S140中，則依據第N個畫框的調整訊號增益值調整第N個畫框之影像資料，以產生第N個畫框之輸出影像資料，其中，第N個畫框之輸出影像資料包含紅色輸出畫素資料、綠色輸出畫素資料、藍色輸出畫素資料及亮度輸出畫素資料。
在本發明之一實施例中，背光工作時間可藉由電流調變或脈寬調變方式進行控制。
以下請參照圖2，圖2繪示本發明實施例的顯示影像的調整方法的示意圖。其中，前一次畫框的影像資料211(亦即第N-1個畫框的影像資料)的解析度為X*Y，並以紅、綠、藍(R、G、B)格式的方式被接收，並透過亮度格式轉換212來獲得複數個亮度資料Y1。亮度資料Y1被傳送至背光工作時間調整表213，並透過查找的動作來獲得複數個對應影像資料的背光工作週期以及對應背光資料的複數個候選增益值。影像分析器214則接收上述的背光工作週期、複數個候選增益值以及解析度X*Y，並依據對應的背光工作週期對應的畫素數量來選出選中背光工作週期215以及調整訊號增益值GAIN。選中背光工作週期215被提供以作為 驅動背光板的依據，而調整訊號增益值GAIN則被提供至乘法器224。
在另一方面，第N個畫框的影像資料(也就是目前畫框的影像資料)221被接收，並進行相關色溫調整222以及伽瑪調整223等動作，其中伽瑪調整223用以進行訊號域與轉亮度域的動作。調整後的第N個畫框的影像資料被傳送至乘法器224以與調整訊號增益值GAIN進行運算，並藉以獲得第N個畫框的調整後影像資料。第N個畫框的調整後影像資料透過RGB至RGBW(紅、綠、藍、白)的訊號轉換動作225後，在透過反伽瑪調整226的處理，便可產生最終的輸出影像資料227，其中反伽瑪調整226用以進行將亮度域訊號轉換成訊號域訊號。
附帶一提的，在關於影像分析器214選取對應畫素資料的背光工作週期215以及調整訊號增益值GAIN的動作，請參照圖3繪示的候選背光工作週期及畫素數量的關係圖。在圖3中，累計畫素數量並依據背光工作時間開啟大小次序依序排列。其中，對應較大的背光工作週期的累計畫素數量排序在前，對應較小的背光工作週期的累計畫素數量排序在後。背光工作週期100%對應的畫素數量低於臨界數TH，而背光工作時間94%、88%、84%、80%以及76%對應的畫素數量大於臨界數TH，因此，影像分析器214對應選取當排序在前的背光工作週期94%、88%、84%、80%以及76%中具有最大的背光工作週期的候選背光工作週期94%以作為選中背光工作週期215。而在選中背光工作週期215產 生後，影像分析器214可透過背光工作時間調整表213來查找出對應選中背光工作週期215的增益值來做為調整訊號增益值GAIN。
值得一提的是，上述關於圖1及圖2實施例的動作，可以是當顯示器工作在室內模式下所進行的動作。因此，其中的顯示器可以先進行顯示器的工作環境為室內或戶外的偵測動作，並當顯示器工作在室內模式下時，進行如圖1及圖2實施例所指出的調整動作。
以下請參照圖4，圖4繪示本發明另一實施例的顯示影像的調整方法的流程圖。其中，在步驟S410中，進行顯示器是工作於室內模式或戶外模式的偵測動作。這個偵測動作可以透過偵測顯示器所在環境的環境光亮度來獲得。例如，當所偵測出來的環境光亮度大於一臨界數值，可表示顯示器在戶外模式下進行工作，相對的，當所偵測出來的環境光亮度小於上述的臨界數值，則可表示顯示器在室內模式下進行工作。
在步驟S420中，當顯示器在戶外模式下進行工作時，則依據一個固定增益來與目前畫框(例如第N個畫框)的影像資料進行乘法運算，就可產生目前畫框(第N個畫框)的調整後影像資料。顯示器則可以依據目前畫框的調整後影像資料來顯示面板上的每一個畫素。
附帶一提的，在戶外模式下顯示器的背光工作週期可以設定為100%或者是固定值。
上述的固定增益可以依據顯示器的狀態來加以設定，工程師可以依據實際使用的狀態來預先設定一個最佳值，以作為固定增益。
以下請參照圖5，圖5繪示本發明圖4實施例的實施方式的示意圖。其中，目前畫框影像資料511被接收，並透過相關色溫調整512以及伽瑪調整513的調整動作，並將調整後的影像資料傳送至乘法器514以與固定增益FGAIN進行運算，並產生調整後的影像資料，其中，固定增益FGAIN例如等於2。接著，透過RGB至RGBW的色座標轉換動作515以及反伽瑪調整516的處理後，便可產生最終的輸出影像資料517。另外，在本實施例中，背光工作週期520可設定為定值，例如100%。
以下請參照圖6，圖6繪示本發明一實施例的多原色顯示器的示意圖。顯示器600包括模式偵測器610以及控制器620。控制器620內包括影像分析器621。工作模式偵測器610偵測顯示器600工作於室內模式或戶外模式。控制器620耦接工作模式偵測器610。控制器轉換第N-1個畫框的影像資料為亮度格式並獲得複數個亮度資料，並可針對亮度資料依據背光工作時間調整表進行查找以分別獲得複數個候選背光工作週期以及複數個候選增益值。控制器620且選取對應影像資料的背光工作週期的其中之一為選中背光工作週期，並選取出對應的增益值以作為調整訊號增益值，並在顯示器600工作於室內模式時，控制器依據調整訊號增益值對一第N個畫框之影像資料CIMG進行乘法運算以產生第N 個畫框之調整後影像資料ADJIMG。其中，背光工作時間調整表依據多個亮度分布範圍所分別對應的多個背光工作週期以及複數個增益值來建立。
基於控制器接收的影像資料的依照時序連續進行的，因此，前一畫框週期所接收的影像資料可以作為第N-1個畫框的影像資料，現在接收的影像資料可以作為第N個畫框的影像資料。而現在的第N個畫框的影像資料可做為下一個畫框週期時的第N-1個畫框(前次畫框)的影像資料。
關於控制器620以及影像分析器621的動作細節在本發明前述的多個實施例及實施方式中都有詳細的介紹，在此恕不重複說明。
在本發明實施例中，當多原色顯示器600工作於室內模式時，第N個畫框之該背光工作時間滿足下列的關係式：
其中，R255為影像資料為純紅色畫面影像資料的背光工作時間，亦即紅色畫素資料位於最高灰階值時背光開啟的時間；W255 為影像資料為純白色畫面影像資料的背光工作時間，亦即紅色畫素資料、綠色畫素資料、藍色畫素資料均位於最高灰階值時背光開啟的時間；G255為影像資料為純綠色畫面影像資料的背光工作時間，亦即綠色畫素資料位於最高灰階值時背光開啟的時間；B255為影像資料為純藍色畫面影像資料的背光工作時間，亦即位於最高灰階值時背光開啟的時間；M255為影像資料為純洋紅色畫面影像資料的背光工作時間，其中多原色顯示器600的NTSC色域值可大於90%。
另外，在多原色顯示器600工作於室內模式時，第N個畫框之背光工作時間另可滿足：
其中，Y255為影像資料為黃色畫面影像資料的背光工作時間，W255為該影像資料為純白色畫面影像資料的背光工作時間，C255為影像資料為青色畫面影像資料的背光工作時間，W255為影像資料為純白色畫面影像資料的背光工作時間，且多原色顯示器600的NTSC色域值大於90%。
在另一方面，本發明實施例中的多原色顯示器600工作於戶外模式時，第N個畫框的該影像資料為白色影像，紅色輸出畫素資料、綠色輸出畫素資料、藍色輸出畫素資料及亮度輸出畫素資料經伽 瑪轉換正規化(normalized)後分別產生正規化紅色輸出畫素資料R、正規化綠色輸出畫素資料G、正規化藍色輸出畫素資料B及正規化亮度輸出畫素資料W，其中，0.45<=R=G=B=W<=0.5，且第N個畫框的該背光工作時間等於100%，並且，多原色顯示器600的NTSC色域值大於90%。
綜上所述，本發明透過將影像資料轉換到亮度格式，並依據環境光線亮度及畫素之亮度資料調整適當的背光工作時間，並進行相應之色域調整處理。如此一來，影像處理的硬體運算可以大幅的降低，在不增加耗電及產品成本的前提下，可兼顧顯示影像的品質，提升顯示器的競爭力。
S110~S140‧‧‧顯示影像的訊號轉換方法的步驟

Claims (13)

  1. 一種顯示影像的訊號轉換方法，適用於包含複數個畫素的一多原色顯示器，各該畫素具有紅色、藍色、綠色及亮度子畫素，該方法包含：透過該多原色顯示器接收一第N-1個畫框的一影像資料，其中該影像資料包含對應各該畫素之一紅色畫素資料、一藍色畫素資料、一綠色畫素資料；根據該第N-1個畫框的該影像資料得到一亮度資料；依據該第N-1個畫框的該影像資料及該亮度資料透過一背光工作時間調整表，決定一第N個畫框的一調整訊號增益值，其中該背光工作時間調整表包含複數個亮度分布範圍所分別對應的複數個背光亮度以及複數個增益值；依據該第N個畫框的該調整訊號增益值調整該第N個畫框之一影像資料，以產生該第N個畫框之一輸出影像資料，其中該輸出影像資料包含一紅色輸出畫素資料、一綠色輸出畫素資料、一藍色輸出畫素資料及一亮度輸出畫素資料；及該多原色顯示器依據該畫素的該輸出影像資料顯示該畫素。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的顯示影像的訊號轉換方法，其中該第N-1個畫框的影像資料及亮度資料依據該背光工作時間調整表，決定該第N個畫框的該調整訊號增益值，包括：依據該第N-1個畫框的該亮度資料產生該多原色顯示器之多個背光工作時間(BL DUTY)； 依照該些背光工作時間計算該第N-1個畫框之該些背光工作時間對應之複數個累計畫素數量並依據該些背光工作時間開啟大小次序依序排列；當排序在前的該些累計畫素數量大於一臨界數，決定排序在前的該些累計畫素對應的背光工作時間中最多者；及根據該背光工作時間調整表及對應的背光工作時間中最多者決定該第N個畫框的該調整訊號增益值。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的顯示影像的訊號轉換方法，其中依據該第N個畫框的該訊號增益值調整該第N個畫框之該影像資料，以產生該第N個畫框之該輸出影像資料，包含：該第N個畫框之該影像資料經由伽傌轉換為該第N個畫框之一亮度資料；該第N個畫框之該亮度資料與該調整訊號增益值進行乘法運算後，進行訊號轉換而產生該第N個畫框之一輸出亮度資料；及該第N個畫框之該輸出亮度資料進行逆伽傌轉換為該第N個畫框之該輸出影像資料。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的顯示影像的訊號轉換方法，還包含：該第N個畫框依據該第N個畫框的調整訊號增益值決定該第N個畫框的一背光工作時間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的顯示影像的訊號轉換方法，還包括： 決定該多原色顯示器工作於一室內模式或一戶外模式。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的顯示影像的訊號轉換方法，還包含：當該多原色顯示器工作於該戶外模式時，依據一固定增益值對該影像資料進行運算以產生該第N個畫框之調整後影像資料。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的顯示影像的訊號轉換方法，其中該固定增益值等於2。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的顯示影像的訊號轉換方法，其中該背光工作時間為該增益值的倒數。
  9. 如申請專利範圍第5項所述的顯示影像的訊號轉換方法，其中當該多原色顯示器工作於該室內模式時，該第N個畫框之該背光工作時間滿足： 其中，R255為該影像資料為純紅色畫面影像資料的背光工作時間，W255為該影像資料為純白色畫面影像資料的背光工作時間，G255為該影像資料為純綠色畫面影像資料的背光工作時間，B255為該影像資料為純藍色畫面影像資料的背光工作時間，M255為該影像資料為純洋紅色畫面影像資料的背光工作時間，且該多原色顯示器之NTSC色域值大於90%。
  10. 如申請專利範圍第5項所述的顯示影像的訊號轉換方 法，其中當該多原色顯示器工作於該室內模式時，該第N個畫框之該背光工作時間滿足：其中，Y255為該影像資料為黃色畫面影像資料的背光工作時間，W255為該影像資料為純白色畫面影像資料的背光工作時間，且該多原色顯示器的NTSC色域值大於90%。
  11. 如申請專利範圍第5項所述的顯示影像的訊號轉換方法，其中當該多原色顯示器工作於該室內模式時，該第N個畫框之該背光工作時間滿足： 其中，C255為該影像資料為青色畫面影像資料的背光工作時間，W255為該影像資料為純白色畫面影像資料的背光工作時間，且該多原色顯示器的NTSC色域值大於90%。
  12. 如申請專利範圍第5項所述的顯示影像的訊號轉換方法，其中該些背光工作時間滿足：當該多原色顯示器工作於該戶外模式時，該第N個畫框的該影像資料為白色影像，該紅色輸出畫素資料、該綠色輸出畫素資料、該藍色輸出畫素資料及該亮度輸出畫素資料經伽瑪轉換正規化後分別產生正規化紅色輸出畫素資料R、正規化綠色輸出畫素資料G、正規化藍色輸出畫素資料B及正規化亮度輸出畫素資料W，其中，0.45<=R=G=B=W<=0.5，且該第N個畫框的該背光工作時間等於100%，並且，該多原色顯示器的NTSC色域值大於90%。
  13. 如申請專利範圍第12項所述的顯示影像的訊號轉換方法，其中該背光工作時間可藉由電流調變或脈寬調變方式進行控制。
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