TWI455572B - 用於立體顯示之圖框率轉換裝置及方法 - Google Patents

Description

用於立體顯示之圖框率轉換裝置及方法

本發明係有關於圖框率轉換(frame rate conversion)，尤指一種適用於立體(3D)顯示之圖框率轉換裝置及方法。

顯示裝置在顯示影像時，若影像來源的圖框率不同於顯示裝置的圖框率，顯示裝置內之圖框率轉換裝置需要進行圖框率轉換(frame rate conversion)，以確保影像能正常顯示。一般而言，顯示裝置內之圖框率轉換裝置在從影像來源接收到圖框時，會先輸入至內部的數個圖框緩衝器(frame buffer)，每一圖框緩衝器暫存一圖框，接著再從圖框緩衝器將圖框輸出至顯示面板。這些圖框緩衝器是作為循環緩衝器(circular buffer)來使用，亦即，若顯示裝置有n個圖框緩衝器buf₀ ~buf_n-1 ，顯示裝置會將影像來源所提供的圖框依序輸入buf₀ 、buf₁ ...及buf_n-1 ，接著再返回buf₀ 來輸入下一個圖框(因而也覆蓋buf₀ 先前所暫存的圖框)，以循環方式來進行輸入。當影像來源的圖框率(後文稱為輸入圖框率)不同於顯示裝置的圖框率(後文稱為輸出圖框率)時，若圖框輸出的順序完全依照圖框輸入的順序，可能會導致圖框撕裂(frame tearing)的問題。舉例而言，當輸出圖框率大於輸入圖框率時，若持續依照圖框輸入緩衝器的順序來從緩衝器輸出圖框，則圖框的輸出終會“追上”圖框的輸入，造成同一個緩衝器同時在進行輸出與輸入，而導致圖框撕裂；當輸出圖框率小於輸入圖框率時，雖不會有圖框的輸出追上圖框的輸入的問題，但由於圖框緩衝器是以循環方式來進行輸入，所以若持續依照圖框輸入的順序來輸出圖框，則圖框的輸出會反被圖框的輸入追上，一樣會造成同一個圖框緩衝器同時在進行輸出與輸入。

為了避免前述圖框撕裂的問題，先前技術所採取的方式是，在輸出圖框時，若下一個預定要選取之圖框緩衝器正在進行輸入動作，則改選其他圖框緩衝器來進行輸出，以避免對同一圖框緩衝器同時進行輸入與輸出。然而，當影像來源所提供的是立體(3D)影像時，圖框率轉換裝置若僅採取前述做法，只能避免圖框撕裂，但卻會產生其他問題。

在3D影像中，每個畫面皆以一個圖框對(frame pair)的形式呈現，每一圖框對包含一左圖框(left frame)與一對應之右圖框(right frame)，因此影像來源在提供3D影像時，是依序提供一系列的圖框對，且左圖框與右圖框係交替出現(典型的作法是，在同一圖框對中，左圖框位於右圖框之前)。前述圖框率轉換裝置用來避免圖框撕裂的作法，在顯示3D影像時，會造成左圖框與右圖框無法交替顯示的問題，如第1圖所示。第1圖中，係假設輸出圖框率大於輸入圖框率，且顯示裝置有四個圖框緩衝器buf₀ ~buf₃ ，而所輸入之圖框依序為L1、R1、L2、R2、L3、R3、L4...，其中L1、L2...代表左圖框，R1、R2...代表右圖框，而(L1,R1)、(L2,R2)...即為圖框對。圖框率轉換裝置將L1、R1、L2、R2、L3、R3、L4...依序輸入buf₀ 、buf₁ 、buf₂ 、buf₃ 、buf₀ 、buf₁ 、buf₂ ...；另一方面，圖框率轉換裝置在進行輸出時，則於開始輸出圖框前，判斷目前正在進行輸入的是哪一圖框緩衝器(如圖中箭頭所示的時間點)，而予以避開，並選取先前已完成輸入之圖框緩衝器來進行輸出。由第1圖可看出，當圖框R1輸出完成後，由於下一個圖框L2此時仍在輸入buf₂ 中(如箭頭11的時間點所示)，所以選取先前已完成輸入之緩衝器buf₁ 來重複輸出R1，導致最後所輸出的圖框依序為L1、R1、R1、L2、R2、L3、R3...，並沒有保持左圖框與右圖框交替顯示。如此，將會影響3D影像的顯示效果。

有鑑於此，本發明之一目的，在於提供一種用於立體(3D)顯示之圖框率轉換裝置及方法，可在顯示裝置執行3D顯示時，同時避免圖框撕裂又維持左圖框與右圖框交替顯示的順序。

本發明揭露一種用於3D顯示之圖框率轉換裝置，包含：儲存單元；輸入控制單元，依據輸入圖框率，將一輸入圖框序列輸入儲存單元，其中該輸入圖框序列包含複數個圖框對，每一圖框對包含一左圖框與一對應之右圖框；以及輸出控制單元，依據輸出圖框率及相關於該儲存單元中之該些圖框對之左/右圖框資訊，從儲存單元輸出一輸出圖框序列，其中該輸出圖框序列係交替輸出該些左圖框之一與該些右圖框之一。

本發明另揭露一種用於3D顯示之圖框率轉換方法，包含下列步驟：依據輸入圖框率，將一輸入圖框序列依序輸入儲存單元，其中該輸入圖框序列包含複數個圖框對，每一圖框對包含一左圖框與一對應之右圖框；以及依據輸出圖框率及相關於該儲存單元中之該些圖框對之左/右圖框資訊，從儲存單元輸出一輸出圖框序列，其中該輸出圖框序列係交替輸出該些左圖框之一與該些右圖框之一。

第2圖係本發明之圖框率轉換裝置之一實施例的方塊圖，其中，圖框率轉換裝置20包含儲存單元21、輸入控制單元22及輸出控制單元23。圖框率轉換裝置20可用於具有立體(3D)顯示功能的顯示裝置。當3D影像來源的圖框率不同於顯示裝置的圖框率時，圖框率轉換裝置20可將3D影像來源的圖框率轉換為顯示裝置的圖框率，以使顯示裝置能正常顯示3D影像。在運作上，輸入控制單元22可依據3D影像來源的圖框率(即輸入圖框率)，將3D影像來源所提供之一輸入圖框序列(input frame sequence)，依序輸入儲存單元21。由於該輸入圖框序列為3D影像，所以依序包含複數個圖框對，每一圖框對包含一左圖框與一對應之右圖框，並且在該輸入圖框序列中，左圖框與右圖框係交替出現。另一方面，輸出控制單元23則依據顯示裝置本身的圖框率(即輸出圖框率)，從儲存單元21輸出一輸出圖框序列(output frame sequence)。為了維持3D影像的顯示品質，該輸出圖框序列係交替輸出左圖框與右圖框，以避免先前技術會連續輸出左圖框或右圖框的問題。不過，為了配合近來興起之3D眼鏡的運作方式，該輸出圖框序列雖是交替輸出左圖框與右圖框，但每輸出一左圖框(或右圖框)時，可連續輸出該左圖框(或右圖框)兩次，例如，若輸入圖框序列依序為{L1,R1,L2,R2...}，L1,L2...代表左圖框，R1,R2...代表右圖框，則輸出圖框序列為{L1,L1,R1,R1,L2,L2,R2,R2...}，如此既可維持交替輸出左圖框與右圖框，同時又符合3D眼鏡的運作。常見的應用情形為，輸入圖框率與輸出圖框率分別為120Hz與240Hz。由前述說明可知，在配合3D眼鏡的運作方式及考量輸入圖框率及輸出圖框率相差的倍率下，該輸出圖框序列雖是交替輸出左圖框與右圖框，但每輸出一左圖框(或右圖框)時，可連續輸出該左圖框(或右圖框)至一特定次數，其中，該特定次數係取決於3D眼鏡的運作方式及輸入圖框率與輸出圖框率相差的倍率。

儲存單元21可包含複數個圖框緩衝器，每一圖框緩衝器用以儲存一個左圖框或右圖框。輸入控制單元22將該些圖框緩衝器作為一循環緩衝器(circular buffer)，以將該輸入圖框序列中之圖框依序輸入。另一方面，由於輸出圖框率不同於輸入圖框率，為了避免圖框撕裂的問題，輸出控制單元23並不完全依據輸入圖框序列的順序來進行輸出，而採取了更有彈性的做法，如下所述：當輸出圖框率大於輸入圖框率時，輸出控制單元23為避免與輸入控制單元22對同一圖框緩衝器同時進行輸出與輸入，會重複輸出先前已輸出過的圖框，以等到輸入控制單元22將後續的圖框輸入完成時，再將該後續的圖框輸出。當輸出圖框率小於輸入圖框率時，輸出控制單元23會以跳過某個或某些圖框不輸出的方式，來避免被輸入控制單元22追上。需特別注意的是，在此實施例中，不論是重覆輸出圖框或是跳過圖框不輸出，輸出控制單元23須依據儲存單元21中各圖框緩衝器所對應之左/右圖框資訊，以保持輸出圖框序列為左圖框與右圖框交替輸出，進而確保3D影像的顯示品質。

在第2圖中，輸入控制單元22包含輸入時序控制單元221與輸入圖框緩衝器控制單元222。輸入時序控制單元221從3D影像來源接收輸入時序訊號，其可包含輸入水平同步(input H-sync)訊號、輸入垂直同步(input V-sync)訊號、輸入資料致能(input data enable)訊號等，並依據此輸入時序訊號產生一輸入參考訊號，送至輸入圖框緩衝器控制單元222。輸入圖框緩衝器控制單元222依據此輸入參考訊號，決定一輸入索引值(其代表正要進行輸入之圖框緩衝器)，並將該輸入圖框序列之圖框輸入至該輸入索引值所對應之圖框緩衝器。舉例而言，輸入時序控制單元221可依據輸入垂直同步訊號，判斷輸入圖框率的大小以及各圖框輸入的時間點，並產生輸入參考訊號來指示此時間點；輸入圖框緩衝器控制單元222則可依據此輸入參考訊號所指示之時間點，動態調整該輸入索引值，例如當輸入參考訊號顯示該輸入圖框序列之下一圖框正要輸入時，輸入圖框緩衝器控制單元222將該輸入索引值調整為下一圖框緩衝器。

另一方面，輸出控制單元23包含輸出時序產生單元231與輸出圖框緩衝器控制單元232。輸出時序控制單元231產生符合顯示裝置規格的輸出時序訊號，其可包含輸出水平同步(output H-sync)訊號、輸出垂直同步(output V-sync)訊號、輸出資料致能(output data enable)訊號等，並依據此輸出時序訊號產生一輸出參考訊號，送至輸出圖框緩衝器控制單元232。輸出圖框緩衝器控制單元232依據此輸出參考訊號、輸入圖框緩衝器控制單元222所產生之輸入索引值以及儲存單元21中各圖框緩衝器目前所對應之左/右圖框資訊，決定一輸出索引值(其代表正要進行輸出之圖框緩衝器)，並從該輸出索引值所對應之圖框緩衝器輸出該輸出圖框序列之圖框。舉例而言，輸出時序控制單元231可依據輸出垂直同步訊號，判斷輸出圖框率的大小以及各圖框輸出的時間點，並產生輸出參考訊號來指示此時間點；輸出圖框緩衝器控制單元232則可依據此輸出參考訊號所指示之時間點及輸入圖框緩衝器控制單元222所送來之輸入索引值，動態調整該輸出索引值，以避免與輸入圖框緩衝器控制單元222對同一圖框緩衝器同時進行輸出與輸入。

接著，將詳述輸出控制單元23在產生輸出圖框序列時，如何在從某一圖框緩衝器輸出一左圖框(或右圖框)之後，適當地選取下一個圖框緩衝器來輸出一右圖框(或左圖框)，以避免與輸入控制單元22對同一圖框緩衝器同時進行輸出與輸入。在一較佳實施例中，輸出控制單元23在輸出一左圖框之後，選取輸入控制單元22先前完成輸入一右圖框的圖框緩衝器(例如，可選取輸入控制單元22最近完成輸入一右圖框的緩衝器)，來輸出該右圖框；另一方面，輸出控制單元23在輸出一右圖框之後，選取輸入控制單元22先前完成輸入一左圖框的圖框緩衝器(例如，可選取輸入控制單元22最近完成輸入一左圖框的緩衝器)，來輸出該左圖框。舉例而言，假設儲存單元21有四個圖框緩衝器buf₀ ~buf₃ ，且輸入圖框序列為{L1,R1,L2,R2,L3,R3,L4...}，其中L1,L2...代表左圖框，R1,R2...代表右圖框，而(L1,R1),(L2,R2)...即為圖框對，亦即在此輸入圖框序列中，同一圖框對的左圖框位於右圖框之前，由於輸入圖框序列之左/右圖框係按照一定順序輸入至儲存單元21之圖框緩衝器buf₀ ~buf₃ 中，因此輸出控制單元23可自輸入圖框序列之輸入順序判斷出目前圖框緩衝器buf₀ ~buf₃ 各時間點所對應的左/右圖框資訊。以下依輸出圖框率是否大於輸入圖框率，分成兩種情形討論：

(1)輸出圖框率大於輸入圖框率時：輸入控制單元22將輸入圖框序列的圖框L1、R1、L2、R2、L3、R3、L4...依序輸入buf₀ ...buf₃ ，當輸入buf₃ 完成後，則輪回到buf₀ 繼續輸入，如第3圖所示。在輸出方面，輸出控制單元23則在左圖框L1輸入buf₀ 完成之後(亦即，藉由判斷目前正在進行輸入的是buf₁ ，得知buf₀ 已輸入完成，如箭頭31的時間點所示)，從buf₀ 開始輸出L1。之後，則在每個左圖框(或右圖框)輸出完成時，判斷目前正在進行輸入的緩衝器為何(如箭頭32~37的時間點所示)，予以避開，而選取輸入控制單元22最近完成輸入一右圖框(或左圖框)的緩衝器來進行輸出，以確保左圖框與右圖框係交替輸出。從箭頭33的時間點可看出，當輸出控制單元23從buf₁ 輸出右圖框R1後，原本應繼續進行左圖框L2的輸出，但由於此時buf₂ 仍在進行L2的輸入，因此輸出控制單元23即選取最近完成輸入左圖框的緩衝器，即已完成輸入L1的buf₀ ，重覆輸出L1。接著，當L1重複輸出完成，此時雖L2已輸入buf₂ 完成(如箭頭34的時間點所示)，但為了維持左圖框與右圖框係交替輸出，所以再次選取buf₁ (即最近完成輸入右圖框的緩衝器)，以重複輸出R1。因此，最後所得之輸出圖框序列為L1、R1、L1、R1、L2、R2、L3...。將第3圖與第1圖相較，可知本發明能在避免圖框撕裂的同時，又維持左圖框與右圖框的交替顯示。

(2)輸出圖框率小於輸入圖框率時：如同前述(1)，輸入控制單元22將輸入圖框序列的圖框循環輸入至buf₀ ...buf₃ ，如第4圖所示。在輸出方面，輸出控制單元23則在左圖框L1輸入buf₀ 完成之後(如箭頭41的時間點所示)，從buf₀ 開始輸出L1。之後，亦如同(1)的作法，在每個左圖框(或右圖框)輸出完成時，判斷目前正在進行輸入的緩衝器為何(如箭頭42~45的時間點所示)，予以避開，而選取輸入控制單元22最近完成輸入一右圖框(或左圖框)的緩衝器來進行輸出。從箭頭44的時間點可看出，當輸出控制單元23從buf₂ 輸出左圖框L2後，雖然此時左圖框L3已輸入buf₀ 完成(亦即，不論左右時，buf₀ 為最近完成圖框輸入的緩衝器)，但為了維持左圖框與右圖框交替輸出，因此輸出控制單元23選取最近完成輸入右圖框的緩衝器，亦即已完成輸入右圖框R2的buf₃ ，以輸出R2。然而，在前述狀況下，先前技術可能即選取buf₀ 來輸出左圖框L3，而破壞了左圖框與右圖框交替輸出的順序。

在前述之實施例中，輸入圖框率與輸出圖框率之間並不限制非要為整數倍數，本發明之圖框率轉換裝置亦可應用於當輸入圖框率與輸出圖框率之間並非為整數倍數之情況。

若在輸入圖框序列中，同一圖框對的右圖框係位於左圖框之前，則只需將前述做法中之左圖框與右圖框對調即可，此處不再贅述。

另外，當輸出圖框率大於輸入圖框率且輸入圖框序列為3D動態影片時，若想在產生輸出圖框序列時執行動態內插(motion interpolation)，以提升影片播放的流暢度，仍可依據前述實施例之作法，將執行動態內插所產生之左圖框與右圖框交替顯示，以維持3D影像的效果。

第5圖係本發明之圖框率轉換方法之一實施例的流程圖。此圖框率轉換方法適用於執行3D顯示的顯示裝置。步驟51係依據一輸入圖框率，將一輸入圖框序列依序輸入一儲存單元，其中該輸入圖框序列包含複數個圖框對，每一圖框對包含一左圖框與一對應之右圖框。步驟52係依據一輸出圖框率，從該儲存單元輸出一輸出圖框序列，其中該輸出圖框序列係交替輸出該些左圖框之一與該些右圖框之一。

在一較佳實施例中，該儲存單元包含複數個圖框緩衝器，每一圖框緩衝器用以儲存該些左圖框之一或該些右圖框之一。在步驟51中，係將該些圖框緩衝器作為一循環緩衝器，以依序輸入該輸入圖框序列的圖框。在步驟52中，於輸出該些左圖框之一後，選取步驟51先前完成輸入該些右圖框之一的圖框緩衝器(例如，可選取步驟51最近完成輸入右圖框的緩衝器)，來進行輸出；另一方面，於輸出該些右圖框之一後，選取步驟51先前完成輸入該些左圖框之一的圖框緩衝器(例如，可選取步驟51最近完成輸入左圖框的緩衝器)，來進行輸出。如此，就可避免步驟51與步驟52對任一圖框緩衝器同時進行輸入與輸出，而又能維持左圖框與右圖框的交替輸出。

以上所述係利用較佳實施例詳細說明本發明，而非限制本發明之範圍。凡熟知此類技藝人士皆能明瞭，可根據以上實施例之揭示而做出諸多可能變化，仍不脫離本發明之精神和範圍。

11、31~37、41~45．．．箭頭

20．．．圖框率轉換裝置

21．．．儲存單元

22．．．輸入控制單元

221．．．輸入時序控制單元

222．．．輸入圖框緩衝器控制單元

23．．．輸出控制單元

231．．．輸出時序產生單元

232．．．輸出圖框緩衝器控制單元

51~52．．．圖框率轉換方法之一實施例的流程

第1圖係顯示先前技術無法維持左圖框與右圖框交替顯示的示意圖。

第2圖係本發明之圖框率轉換裝置之一實施例的方塊圖。

第3圖係顯示在輸出圖框率大於輸入圖框率時，第2圖之圖框率轉換裝置如何維持左圖框與右圖框交替顯示的示意圖。

第4圖係顯示在輸出圖框率小於輸入圖框率時，第2圖之圖框率轉換裝置如何維持左圖框與右圖框交替顯示的示意圖。

第5圖係本發明之圖框率轉換方法之一實施例的流程圖。

20．．．圖框率轉換裝置

21．．．儲存單元

22．．．輸入控制單元

221．．．輸入時序控制單元

222．．．輸入圖框緩衝器控制單元

23．．．輸出控制單元

231．．．輸出時序產生單元

232．．．輸出圖框緩衝器控制單元

Claims (18)

1. 一種用於立體顯示之圖框率轉換裝置，包含：一儲存單元；一輸入控制單元，依據一輸入圖框率，將一輸入圖框序列輸入該儲存單元，其中該輸入圖框序列包含複數個圖框對，每一圖框對包含一左圖框與一對應之右圖框；以及一輸出控制單元，依據一輸出圖框率及相關於該儲存單元中之該些圖框對之左/右圖框資訊，從該儲存單元輸出一輸出圖框序列，其中該輸出圖框序列係交替輸出該些左圖框之一與該些右圖框之一；其中該輸出控制單元在輸出該些左圖框之一時，係連續輸出該些左圖框之一至一特定次數；該輸出控制單元在輸出該些右圖框之一時，係連續輸出該些右圖框之一至該特定次數。
2. 如申請專利範圍第1項所述之圖框率轉換裝置，其中該儲存單元包含複數個圖框緩衝器，每一圖框緩衝器用以儲存該些左圖框之一或該些右圖框之一。
3. 如申請專利範圍第2項所述之圖框率轉換裝置，其中該輸入控制單元係將該些圖框緩衝器作為一循環緩衝器(circular buffer)，以依序輸入該輸入圖框序列。
4. 如申請專利範圍第2項所述之圖框率轉換裝置，其中該輸入控制單元與該輸出控制單元不同時對任一該圖框緩衝器進行輸入與輸出。
5. 如申請專利範圍第3項所述之圖框率轉換裝置，其中該輸出控制單元在輸出該些左圖框之一後，選取該輸入控制單元先前完成輸入該些右圖框之一的圖框緩衝器，來進行輸出。
6. 如申請專利範圍第3項所述之圖框率轉換裝置，其中該輸出控制單元在輸出該些右圖框之一後，選取該輸入控制單元先前完成輸入該些左圖框之一的圖框緩衝器，來進行輸出。
7. 如申請專利範圍第3項所述之圖框率轉換裝置，其中該輸出控制單元在輸出該些左圖框之一後，選取該輸入控制單元最近完成輸入該些右圖框之一的圖框緩衝器，來進行輸出。
8. 如申請專利範圍第3項所述之圖框率轉換裝置，其中該輸出控制單元在輸出該些右圖框之一後，選取該輸入控制單元最近完成輸入該些左圖框之一的圖框緩衝器，來進行輸出。
9. 如申請專利範圍第1項所述之圖框率轉換裝置，其中該輸入圖框率與該輸出圖框率之間並非為整數倍數。
10. 一種用於立體顯示之圖框率轉換方法，包含：依據一輸入圖框率，將一輸入圖框序列依序輸入一儲存單元，其中該輸入圖框序列包含複 數個圖框對，每一圖框對包含一左圖框與一對應之右圖框；以及依據一輸出圖框率及相關於該儲存單元中之該些圖框對之左/右圖框資訊，從該儲存單元輸出一輸出圖框序列，其中該輸出圖框序列係交替輸出該些左圖框之一與該些右圖框之一；其中該輸出步驟在輸出該些左圖框之一時，係連續輸出該些左圖框之一至一特定次數；該輸出步驟在輸出該些右圖框之一時，係連續輸出該些右圖框之一至該特定次數。
11. 如申請專利範圍第10項所述之圖框率轉換方法，其中該儲存單元包含複數個圖框緩衝器，每一圖框緩衝器用以儲存該些左圖框之一或該些右圖框之一。
12. 如申請專利範圍第11項所述之圖框率轉換方法，其中該輸入步驟係將該些圖框緩衝器作為一循環緩衝器，以依序輸入該輸入圖框序列。
13. 如申請專利範圍第11項所述之圖框率轉換方法，其中該輸入步驟與該輸出步驟不同時對任一該圖框緩衝器進行輸入與輸出。
14. 如申請專利範圍第12項所述之圖框率轉換方法，其中該輸出步驟在輸出該些左圖框之一後，選取該輸入步驟先前完成輸入該些右圖框之一的圖框緩衝器，來進行輸出。
15. 如申請專利範圍第12項所述之圖框率轉換方法，其中該輸出步驟在輸出該些右圖框之一後，選取該輸入步驟先前完成輸入該些左圖框之一的圖框緩衝器，來進行輸出。
16. 如申請專利範圍第12項所述之圖框率轉換方法，其中該輸出步驟在輸出該些左圖框之一後，選取該輸入步驟最近完成輸入該些右圖框之一的圖框緩衝器，來進行輸出。
17. 如申請專利範圍第12項所述之圖框率轉換方法，其中該輸出步驟在輸出該些右圖框之一後，選取該輸入步驟最近完成輸入該些左圖框之一的圖框緩衝器，來進行輸出。
18. 如申請專利範圍第10項所述之圖框率轉換方法，其中該輸入圖框率與該輸出圖框率之間並非為整數倍數。