TWI441151B

TWI441151B - 避免串擾現象之立體影像處理裝置、立體影像顯示系統以及控制電路

Info

Publication number: TWI441151B
Application number: TW100104885A
Authority: TW
Inventors: Chung Wen Wu; Wen Hsuan Lin; Chia Chun Liu; Sih Ting Wang
Original assignee: Novatek Microelectronics Corp
Priority date: 2011-02-15
Filing date: 2011-02-15
Publication date: 2014-06-11
Also published as: TW201234346A; US20120206579A1

Description

避免串擾現象之立體影像處理裝置、立體影像顯示系統以及控制電路

本發明係有關於立體影像處理技術，尤其有關於一種可有效避免相鄰畫面間之串擾現象之立體影像處理裝置，以及應用該立體影像裝置之一立體影像顯示系統。

隨著科技的進步，人們所追求的不再只是高畫質影像，而是具立體感且更真實感的影像顯示。目前立體影像顯示的技術主要可分為兩種，一種需要視訊輸出裝置一併搭配眼鏡(例如紅藍眼鏡、偏光眼鏡或快門眼鏡)使用，而另一種則僅需要視訊輸出裝置而無需搭配任何眼鏡。無論是採用另一種技術，立體影像顯示的主要原理就是讓左眼與右眼分別看到不同的影像畫面，進而使大腦將兩眼所分別看到的不同的影像畫面結合為立體影像。

以快門眼鏡(Shutter Glasses)為例，其係配合影像內容，透過兩片快門鏡片的開啟或關閉，使使用者單獨透過左眼或右眼觀看到對應的影像。在此情形下，若快門鏡片的開啟時段沒有適當地控制，則有可能使得使用者的左眼看到一部份的對應於右眼的影像畫面及/或使用者的右眼看到一部份的左眼影像畫面，此即為串擾(Crosstalk)現象，會影響使用者所觀看之立體影像的品質。

造成串擾的原因除了快門眼鏡的不精確控制外，另一原因在於液晶顯示技術的先天缺點。現今立體影像顯示系統常使用液晶顯示器作為視訊輸出裝置，如業界所知，液晶顯示器係利用扭轉液晶分子來控制透光程度，進而透過紅、藍、綠濾光片顯示不同色彩。液晶分子的電路特性等效於電容，當對液晶分子充電以顯示一灰階時，液晶分子會保持充電電位，待下一次更新(顯示另一灰階)或一段時間後，才會重置至另一充電電位。此外，典型的液晶顯示器包含數以百萬計以矩陣方式排列的液晶分子，當進行更新時，係以列為單位，逐列或交錯地更新所有液晶分子。在此情形下，若液晶顯示器的更新頻率不夠精確或是液晶分子較趨向電容性，則觀察者常常會看到殘影的現象。具體來說，此種殘影現象係指當快門眼鏡開啟左眼快門鏡片而關閉右眼快門鏡片時，液晶顯示器上的對應於右眼的影像畫面還未完全消失，因此觀察者會透過左眼看到右眼影像畫面的狀況。此種因殘影現象而造成左眼看到右眼影像畫面，或右眼看到左眼影像畫面的情形，亦為串擾現象。

為了避免殘影現象，可以插黑(Black Frame Insertion)技術來改善。插黑技術是一種常見的影像處理技術，其基本概念係於兩畫面間***一黑畫面，換言之，液晶分子在兩次更新期間會經歷一次重置，因而可改善殘影及模糊(Blur)現象。

請參照第1圖，第1圖係將插黑技術應用於採快門眼鏡之立體顯示技術之示意圖。如第1圖所示，一液晶顯示器依序顯示畫面102 至116，其中畫面102及110係對應於左眼，畫面106及114對應於右眼，而畫面104、108、112、116為黑畫面。在第1圖中，t_v 表示液晶顯示器顯示每個畫面所需之時間。快門眼鏡120則依畫面的不同切換左眼快門和右眼快門；如第1圖所示，在顯示左眼畫面102、110時，快門眼鏡120打開左眼快門，並關閉右眼快門，則觀察者僅有左眼可以看到左眼畫面102、110。在顯示右眼畫面106、114時，快門眼鏡120打開右眼快門，並關閉左眼快門，則觀察者僅有右眼可以看到右眼畫面106、114。

然而，在每一畫面後皆***一黑畫面代表著原有的影像訊號之畫面數變成原有的兩倍，換言之，觀察者所看到的畫面變為原來的一半。在此情形下，使用者所到看到灰階僅為原本的一半。為了補償畫質的損失，使用插黑技術的立體顯示技術都必須要使用原本兩倍以上的更新頻率，同時所使用的快門眼鏡也必須能配合隨之高速作動。如此一來，對硬體規格的需求大大地提高，相對的拉高了硬體建置的成本。

此外，人眼不能接受太長的黑畫面時間，否則會看到閃爍畫面。以人眼可以接受的範圍來說，黑畫面的持續時間僅能為一完整畫面時間的3~5%。在此情形下，因為黑畫面時間太短，無法有效地在下一張畫面進入前完成液晶分子的重置，換言之，透過插黑技術使用者仍會看到少部分殘影的現象。

因此，使用插黑技術之立體顯示技術不但需要特殊的設備，增加了建置的成本，同時仍然無法有效地解決殘影的問題。

因此，本發明之主要目的之一即在於提供一種立體影像處理裝置，用於避免相鄰畫面間之串擾現象。

本發明揭露一種立體影像處理裝置，包括一種立體影像處理裝置，包括一影像處理電路，用於產生具有第一畫面時序之一立體影像訊號，該立體影像訊耗用於控制一面板進行更新而以第二畫面時序顯示立體影像畫面，其中該第二畫面時序相較該第一畫面時序係延遲；以及一控制電路，用於產生一背光源控制訊號，其中該背光源控制訊號之一切換時序係取決於該第二畫面時序。

本發明另揭露一種立體影像處理裝置，包括一影像處理電路，用於產生一立體影像訊號以及一同步訊號，其中該同步訊號係與該立體影像訊號之第一畫面時序相關聯；以及一控制電路，用於依據該同步訊號來產生一背光源控制訊號。

本發明另揭露一種立體影像顯示系統，包括一影像處理電路，用於產生具有第一畫面時序之一立體影像訊號；一面板，用於接收該立體影像訊號以進行更新，而以第二畫面時序顯示立體影像畫面，其中該第二畫面時序相較該第一畫面時序係延遲；一控制電路，用於產生一背光源控制訊號，其中該背光源控制訊號之一切換時序係取決於該第二畫面時序；以及一背光源，用於接收該背光源控制訊號之控制來開啟或關閉。

本發明另揭露一種立體影像顯示系統，包括一影像處理電路，用於產生一立體影像訊號以及一同步訊號，其中該同步訊號係與該立體影像訊號之第一畫面時序相關聯；一面板，用於依據該立體影像訊號以顯示立體影像畫面；一控制電路，用於依據該同步訊號來產生一背光源控制訊號；以及一背光源，用於接收該背光源控制訊號之控制來開啟或關閉。

本發明另揭露一種用於立體影像系統之控制電路，包括一同步區塊，用於接收一同步訊號，該同步訊號定義一立體影像之一第一畫面時序；一延遲區塊，用於依據該第一畫面時序以及一延遲時間以產生一控制訊號，該控制訊號定義一切換時序；以及一背光源控制區塊，用於依據該控制訊號以產生一背光源控制訊號，該背光源控制訊號用於控制一背光源以該切換時序來開啟或關閉。

請參照第2A圖，第2A圖為依據一實施例之一立體影像顯示系統20之方塊架構圖。立體影像顯示系統20包含有一影像處理電路201、一面板(譬如是液晶顯示面板)200、一背光源204及一控制電路210。影像處理電路201包含有一時序控制器202以及一面板驅動電路203。當要播放一影像源的影像資料IMG_DATA時，時序控制器202會對影像資料IMG_DATA進行處理，並輸出對應的立體影像訊號IMG_SIG至面板驅動電路203，使得面板驅動電路203可據以驅動面板200顯示對應的畫面。此外，時序控制器202亦可更輸出垂直同步訊號V_sync及水平同步訊號H_sync至面板驅動電路203，使得面板驅動電路203可據以驅動面板200顯示對應的立體影像畫面，其中水平同步訊號H_sync相關於液晶顯示面板200每一列像素的影像更新頻率，而垂直同步訊號V_sync則相關於每一畫面的影像更新頻率。換言之，在此實施例中，垂直同步訊號V_sync係用於定義立體影像訊號IMG_SIG之畫面時序。值得注意的是，面板200在接收立體影像訊號IMG_SIG後，面板上的液晶分子進行更新到顯示立體影像畫面需要花費時間，因此在此定義立體影像訊號IMG_SIG具有第一畫面時序，而面板200更新完成後所顯示的立體影像畫面則具有第二畫面時序，其中該第二畫面時序相較該第一畫面時序係延遲，而延遲的時間包括面板200進行更新時所需之一液晶反應時間。

此外，背光源204包含有一背光驅動模組2042及一發光模組2044。發光模組2044可以是發光二極體(Light Emitting Diode，LED)、冷陰極管(Cold Cathode Fluorescent Lamp，CCFL)等光源產生裝置。背光驅動模組2042係經配置以產生一背光驅動訊號LT，以控制發光模組2044之啟閉。

為控制背光源204之開啟或關閉，時序控制器202所產生之垂直同步訊號V_sync可另輸出至控制電路210，使得控制電路210據以產生一背光源控制訊號CTRL_BL給背光驅動模組2042。背光驅動模組2042繼而可根據背光源控制訊號CTRL_BL來產生背光驅動訊號LT。無論是背光源控制訊號CTRL_BL或是背光驅動訊號LT，皆可週期性切換為開啟狀態與關閉狀態，以控制開關模組2044之開啟與關閉。

值得注意的是，承上所述，由於面板200更新完成後所顯示之立體影像畫面之第二畫面時序係落後於立體影像訊號IMG_SIG之第一畫面時序，因此於配置背光源控制訊號CTRL_BL之切換時序時，較佳是依據第二畫面時序而定。為實現此目的，於一較佳實施例中，在產生背光源控制訊號CTRL_BL之過程中，控制電路210除依據垂直同步訊號V_sync所定義之第一畫面時序外，更依據面板200更新所需時間(譬如是液晶反應時間)，以產生背光源控制訊號CTRL_BL。如此一來，背光源控制訊號CTRL_BL之切換時序即可取決於該第二畫面時序。

請轉向參考第2B圖，第2B圖為立體影像顯示系統20之相關訊號波形之一實施例之示意圖，以更瞭解第2A圖中的立體影像訊號IMG_SIG、面板200經更新所顯示之立體影像畫面、以及背光驅動訊號LT之間的時序關係。值得注意的是，由於背光驅動訊號LT之時序對應至背光源控制訊號CTRL_BL之時序，因此可由第2B圖之說明輕易類推背光源控制訊號CTRL_BL之時序關係，在此不多作贅述。

如第2B圖所示，面板200更新完成後所顯示的立體影像畫面由交替的右眼畫面Field_R’與左眼畫面Field_L’所組成，而類似地，立體影像訊號IMG_SIG是由交替的右眼畫面Field_R與左眼畫面Field_L所組成。然而，立體影像畫面之第二畫面時序相較於立體影像訊號IMG_SIG之第一畫面時序有延遲之情形。此外，為了避免背光源恆為開啟所造成的串擾現象，可配置背光源204隨畫面變換而作週期性之開啟與關閉。較佳地，可於該第二畫面時序所定義之每一畫面之期間內，將背光驅動訊號LT(或是背光源控制訊號CTRL_BL)開啟，亦即由一關閉狀態(譬如為低位準狀態)轉換至一開啟狀態(譬如為高位準狀態)，而每一畫面中轉換為開啟狀態的次數較佳為一次。如此一來，當背光源204打開時，面板200已經完成更新畫面，結果使用者不會看到上一個畫面(為另一眼畫面)尚未更新的部分，而無上一個畫面的串擾現象發生。

更具體地說明，如第2B圖，立體影像訊號IMG_SIG之兩相鄰畫面之顯示期間T_dis係相隔一垂直空白期間T_blk。類似地，面板200所顯示的立體影像畫面之兩相鄰畫面之顯示期間T_dis’係相隔一垂直空白期間T_blk’。為了有效防範串擾現象，於較佳的情況下，可安排背光驅動訊號LT於立體影像畫面之顯示期間T_dis’一開始時或期間內開啟，並在顯示期間T_dis’之至少一部分時間內維持開啟狀態。或是，於其他替代實施例中，可將背光源204之開啟時間點提前，亦即可安排背光驅動訊號LT額外於之垂直空白期間T_blk’之一末期時間處於開啟狀態。替代實施例能夠提升畫面之亮度，但對於串擾效應之防範能力可能較差。總之，背光源204之開啟時間點可依照設計決定，並且越早開啟會有越高的畫面亮度，但可能犧牲串擾現象之防範能力。

類似地，背光源204之關閉時間點亦可依照設計決定，並且越晚開啟會有越高的畫面亮度，但可能犧牲串擾現象之防範能力。較佳地，可安排背光驅動訊號LT於同一個畫面之顯示期間T_dis’內關閉。換言之，背光驅動訊號LT之每一次開啟狀態之維持時間落於單一個畫面之期間內，亦即使背光驅動訊號LT不同時落於兩相鄰畫面Field_R’與Field_L’之期間內。因此，背光源204會在下一個畫面(為另一眼畫面)開始前就關閉，結果使用者也不會看到下一個畫面，而無下一個畫面的串擾現象發生。

然而，值得注意的是，背光源204之開啟狀態的維持時間不限定於落於單一個畫面之期間內。舉例而言，於其他部分實施例中，可將背光源204之關閉時間點稍挪後，亦即可安排背光驅動訊號LT額外於下一畫面之垂直空白期間T_blk’之一初期時間處於開啟狀態。這類實施例能夠提升畫面之亮度，但對於串擾效應之防範能力可能較差。

綜上所述，背光源204之開啟狀態的維持時間可落於單一個畫面之顯示期間內而得到最佳的畫面品質，或是頂多稍微往前及/或往後延伸至同一個及/或畫面下一個畫面之空白期間內而稍微犧牲一些串擾防範能力。然而，無論何者，背光源204每一次開啟狀態的維持時間皆不會橫跨到兩個以上的畫面之顯示期間內。因此，使用者不會看到上一個畫面的顯示期間的畫面，也不會看到下一個畫面之顯示期間的畫面，因此能有效地減少上一個畫面與下一個畫面串擾的現象。

以下再對背光源204之開啟時間點提供更詳細之說明以及更具體之實施例。首先，關於第二畫面時序與背光驅動訊號LT之間的時序關係，可安排背光驅動訊號LT之開啟時間點等於或落後於第二畫面時序之顯示期間T_dis’之開始時間點。更仔細而言，於第二畫面時序所定義之每一畫面週期內，若立體影像畫面係於第一轉換時間點由垂直空白期間T_blk轉換至顯示期間T_dis，以及背光驅動訊號LT則由第二轉換時間點由關閉狀態轉換至開啟狀態，則較佳地可安排第二轉換時間點實質上等於或落後該第一轉換時間點。須注意，第2B圖顯示第一時間點等於第二時間點之範例情況。

另外，關於第一畫面時序與背光驅動訊號LT之間的時序關係，可安排背光驅動訊號LT之開啟時間點落後於第一畫面時序之顯示期間T_dis之開始時間點。如此一來，背光驅動訊號LT在經過垂直空白期間T_blk後，還要再經過一延遲時間T_d才轉換為開啟狀態。一般而言，只要延遲時間T_d之長度大於面板200完成畫面更新所需的時間，即可確保使用者不會看到串擾現象。

綜上所述，由於面板200的液晶特性而需要一段反應時間來更新立體影像畫面，故可設計面板200已經完成更新畫面後，才將背光源204打開，譬如是在立體影像畫面之顯示期間T_dis’或頂多提早至同一個畫面的空白期間T_blk’之期間內開啟。如此一來，不會讓使用者看到上一個畫面之顯示期間之部分畫面未更新的情況，而有效地減少上一個畫面串擾的現象。此外，可更設計當背光源204在立體影像畫面之下一個畫面之空白期間T_blk’之前或頂多延後至顯示期間T_dis’開始之前就關閉。如此一來，使用者不會看到下一眼畫面之顯示期間的畫面，而能有效地減少下一個畫面串擾的現象。

請參考回第2A圖。如圖所示，於某些實施例中，立體影像顯示系統20可更包含有一快門眼鏡208。快門眼鏡208用來交替遮蓋對應於左眼及右眼之視界，以產生立體影像之效果。舉例而言，快門眼鏡208可包含一第一快門裝置2084、一第二快門裝置2086及一快門控制器2082。第一快門裝置2084可對應於使用者左眼之視界，第二快門裝置2086可對應於使用者右眼之視界。而快門控制器2082則用於產生快門驅動訊號ST_1、ST_2，以控制第一快門裝置2084及第二快門裝置2086的遮閉情形。

為控制快門眼鏡208之運作，控制電路210可更產生一快門眼鏡控制訊號CTRL_SG並提供至快門控制器2082，使得快門控制器2082可據以產生快門驅動訊號ST_1、ST_2。值得注意的是，於較佳的情況是快門眼鏡控制訊號CTRL_SG以及快門驅動訊號ST_1、ST_2之切換可與背光源204之啟閉互相搭配。為達到此目的，譬如可配置控制電路210根據背光源控制訊號CTRL_BL之切換時序來產生快門眼鏡控制訊號CTRL_SG。

請再次轉向參考第2B圖，第2B圖亦顯示快門驅動訊號ST_1、ST_2，以更瞭解快門驅動訊號ST_1、ST_2與第2A圖中的其他訊號之間的時序關係。值得注意的是，由於快門驅動訊號ST_1、ST_2之時序係對應至快門眼鏡控制訊號CTRL_SG之時序，因此可由第2B圖之說明輕易類推快門眼鏡控制訊號CTRL_SG之時序關係，在此不多作贅述。

如第2B圖所示，快門眼鏡208係於背光驅動訊號LT轉換至開啟狀態之前，從某一眼之視界切換至另一眼之視界，並於背光驅動訊號LT轉換至關閉狀態之後，才從另一眼之視界切換回某一眼之視界。更具體言之，無論是快門驅動訊號ST_1、ST_2，或是快門眼鏡控制訊號CTRL_SG，可具有複數個開啟時間點，分別位於背光驅動訊號LT(或背光源控制訊號CTRL_BL)之一對應開啟時間點之前，以及具有複數個關閉時間點，分別位於背光驅動訊號LT(或背光源控制訊號CTRL_BL)之一對應關閉時間點之後。在經上述配置下，快門眼鏡208之操作可配合背光源204之啟閉，進而避免串擾現象發生。

請參考第3圖，第3圖為一控制電路310之較佳實施例之架構示意圖，此控制電路310用於實施為第2A圖所示之控制電路210。控制電路310可包含有一同步區塊3102、一延遲區塊3104、一背光源控制區塊3106。同步區塊3102係用來接收一同步訊號(譬如是時序控制器202所產生之垂直同步訊號V_sync)，藉以定義第一畫面時序。延遲區塊3104係接收垂直同步訊號V_sync，並根據第一畫面時序以及面板200更新所需之時間(包括液晶反應時間)，產生一控制訊號CTRL，藉以定義背光源控制訊號CTRL_BL之切換時序。背光源控制區塊3106則用於根據控制訊號CTRL，產生背光源控制訊號CTRL_BL，藉以控制背光源204以該切換時序來開啟或關閉。此外，控制電路310可更包括一快門眼鏡控制區塊3108，其用於依照背光源控制訊號CTRL_BL之切換時序來產生一快門眼鏡控制訊號CTRL_SG。關於各訊號之時序關係可參考第2A圖與第2B圖之說明，在此不多作贅述。

須注意的是，於控制電路310之不同實施例中，快門眼鏡控制區塊3108可使用垂直同步訊號V_sync、控制訊號CTRL以及背光源控制訊號CTRL_BL當中之一者來產生該快門眼鏡控制訊號CTRL_SG即可，並不侷限於接收背光源控制訊號CTRL_BL才能產生快門眼鏡控制訊號CTRL_SG。此外，第3圖所示之背光源控制區塊3106與快門眼鏡控制區塊3108，兩區塊可相整合或可分開或獨立設置，甚至可各自設置或整合於不同之裝置或電路區塊中。

此外，亦須注意的是，第2A圖所示之實施例僅用於一說明用途，凡依此所做之各種變化皆屬本發明之範疇。舉例而言，於第2A圖所示之實施例中，係顯示時序控制器202需要提供垂直同步訊號V_sync及水平同步訊號H_sync至面板驅動電路203。然而，於其他部分實施例中，立體影像訊號IMG_SIG本身即含有畫面時序之相關資訊，因此面板驅動電路203可單純接受立體影像訊號IMG_SIG而不接收垂直同步訊號V_sync與水平同步訊號H_sync即可運作。

此外，亦須注意的是，以上係以控制電路210接收時序控制器202所產生之垂直同步訊號V_sync來產生。然而，本發明並不限定於此，只要提供給控制電路210任何一種同步訊號，而該同步訊號具有立體影像訊號IMG_SIG之第一畫面時序之資訊，或是立體影像畫面之第二畫面時序之資訊，皆可實施。

此外，亦須注意的是，上述實施例可有種種不同之實施態樣。舉例而言，影像處理電路201可不需要時序控制器202以及面板驅動電路203兩者兼具，而可以將時序控制器202或面板驅動電路203分開設置為不同的影像處理電路。換言之，影像處理電路只要包括時序控制器202以及面板驅動電路203當中至少之一者並能提供同步訊號即可。另外，控制電路210亦可整合或設置於不同裝置中，譬如是整合於時序控制器202或面板驅動電路203中。而於不同實施例中，背光源204與控制電路210之間，或是控制電路210與提供同步訊號的不同種影像處理電路之間的訊號溝通，皆可透過實體線路、紅外線訊號、射頻訊號等有線或無線通訊方式來實現。

此外，第3圖所示之背光源控制區塊3106與快門眼鏡控制區塊3108，兩區塊可相整合或可分開或獨立設置，甚至可各自設置或整合於不同之裝置或電路區塊中。舉例而言，不論是背光源控制區塊3106與快門眼鏡控制區塊3108，皆可整合於時序控制器202或面板驅動電路203中，甚至分別可而設置於背光源204與快門眼鏡208中。而於不同實施例中，背光源204/快門眼鏡208與控制電路210之間，或是背光源控制區塊3106/快門眼鏡控制區塊3108與提供同步訊號的不同種影像處理電路之間，或是快門眼鏡控制區塊與背光源控制區塊之間…等等的訊號溝通，皆可透過實體線路、紅外線訊號、射頻訊號等有線或無線通訊方式來實現。

另一方面，在立體影像系統20中，時序控制器202亦可採用插黑技術加強立體顯示效果，其不與控制電路210衝突，也不影響控制電路210之運作。而背光驅動模組2042除了依據背光源控制訊號CTRL_BL控制發光模組2044的啟閉外，另外亦可根據時序控制器202所輸出之訊號，控制發光模組2044的發光強度(即亮度)或啟動時間等。上述實施例皆可依照設計需求，而任意組合搭配或變化。

綜上所述，在習知技術中，背光源並沒有週期性地開啟與關閉，而是於連續畫面中維持開啟，亦即開啟的時間橫跨兩個畫面以上的顯示期間，而造成使用者常常會看到雙眼畫面互相干擾的現象。相較之下，上述實施例根據影像顯示頻率，控制背光系統運作，使得背光系統於液晶顯示面板完成每一畫面的更新後才分別開啟，且每次開啟的時間橫跨少於兩個畫面的顯示期間，如此一來，使用者不會看到尚有畫面未更新的情況，有效地減少串擾現象，進而提升立體成像效果。

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。

20‧‧‧立體影像顯示系統

200‧‧‧液晶顯示面板

201‧‧‧影像處理電路

202‧‧‧時序控制器

203‧‧‧面板驅動電路

204‧‧‧背光源

206‧‧‧液晶驅動模組

208‧‧‧快門眼鏡

210‧‧‧控制電路

3102‧‧‧同步區塊

3104‧‧‧延遲區塊

3106‧‧‧背光源控制區塊

2042‧‧‧背光驅動模組

2044‧‧‧發光模組

2082‧‧‧快門控制器

2084‧‧‧第一液晶快門裝置

2086‧‧‧第二液晶快門裝置

第1圖為將插黑技術應用於採快門眼鏡之立體顯示技術之示意圖。

第2A圖為本發明實施例一立體顯示系統之方塊架構圖。

第2B圖為本發明實施例一同步裝置之運作方式之流程示意圖。

第3圖為立體顯示系統之相關訊號波形之一實施例之架構示意圖。