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CN115914519A - 基于定向调制和抖动的帧速率转换装置及方法 - Google Patents

基于定向调制和抖动的帧速率转换装置及方法 Download PDF

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CN115914519A
CN115914519A CN202111168594.3A CN202111168594A CN115914519A CN 115914519 A CN115914519 A CN 115914519A CN 202111168594 A CN202111168594 A CN 202111168594A CN 115914519 A CN115914519 A CN 115914519A
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陈永志
李志伟
吴伟汉
庄振荣
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Solomon Systech Shenzhen Ltd
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Solomon Systech Shenzhen Ltd
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Abstract

本发明提供一种基于定向调制和抖动的帧速率转换装置，所述帧速率转换装置包括定向微分调制生成器，其被配置为接收表示输入像素颜色的颜色分量的多个输入颜色数据、多个同步信号和控制信号并针对所述多个输入颜色数据分别生成多个调制数据；以及多个抖动模块，其被配置为针对每个输入颜色数据执行K位抖动以将相应输入颜色转换为每个分量具有K位色深的相应输出颜色，其中K为等于或大于1的整数。本发明使得显示设备可以支持高于其标准配置的帧速率，而不会出现可观察到的颜色深度下降。

Description

基于定向调制和抖动的帧速率转换装置及方法
技术领域
本发明一般涉及有源矩阵显示装置。更具体地，本发明涉及基于数字驱动信号的帧速率可转换的有源矩阵显示装置。
背景技术
显示设备经常需要处理各种类型的视频内容和图像源以显示流畅和真实色彩的视频。一般来说，有源矩阵显示设备包含像素，且每一像素包含驱动器电路，所述驱动器电路包括例如晶体管等开关元件和例如电容器等存储元件，用于主动地寻址像素并维持像素状态。通常，由栅极驱动器经由多条扫描线逐行选择像素，且接着由源极驱动器经由相应的数据线控制选定行处的每一像素发光来显示图像。
有源矩阵显示装置可利用模拟或数字驱动信号来驱动。在模拟方法中，利用例如驱动信号的电压或电流电平等模拟信号控制像素的亮度，而在数字方法中，利用驱动信号的脉冲宽度控制像素的亮度。数字方法比模拟方法更为普及，因为数字方法可直接将数字视频信号用于像素驱动，因此需要相对简单的驱动器电路且功率消耗较小。数字方法还具有较好的亮度均匀度，因为显示质量对像素驱动器电路中的晶体管的电流-电压特性的变化不太敏感。
在数字调制方法中，每一像素的图像帧划分成若干子帧，每一子帧对应于要显示的数字图像数据中的一个位元。子帧可具有不同持续时间，根据要分别表示的位元的位置且基于如下规则对所述不同持续时间进行加权：子帧表示的有效位元越高，则子帧持续时间越长。
对于每一子帧，每一行像素会被扫描某一扫描时间。接着控制被扫描行的像素以固定亮度(接通)或零亮度(关断)发光以分别表示逻辑值“1”或“0”且在子帧持续时间内保持该状态。如此，可借助于在每一帧内像素被接通的保持时间的合计来实现2K个层级的灰度级。
常规上，在每一子帧中循序地扫描扫描线，且子帧以升序/降序循序地布置并周期性地重复。然而，为了实现高分辨率或动态范围，扫描速度可能不够高而使得在下一帧开始之前无法完成扫描。如果当前帧的扫描时间比最后一个子帧的周期长且溢出到下一帧的第一子帧中，则在下一帧的第一子帧期间有两条扫描线同时在操作中。
因此在有限的显示能力下，显示设备需要在色深和帧速率之间取得良好的平衡，才能达到最佳的显示质量。例如，在60Hz帧速率下具有24位色深的标准配置足以满足大多数一般应用的显示设备，亦可以更高的帧速率(例如120Hz)显示快速移动的物体以避免运动模糊，但会导致较低的色深(例如，12位)。色深的减少可能会导致不准确的颜色呈现。例如，当最初以24位色深显示的图像(如图1A所示)以9位色深显示时，在某些区域会产生明显的色带(如图1B所示)。因此，会希望显示设备能够支持高于其标准配置的帧速率的同时不会出现可观察到的颜色深度下降。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供了基于定向调制和抖动的帧速率转换装置，所述帧速率转换装置包括定向微分调制生成器，其被配置为接收表示输入像素颜色的颜色分量的多个输入颜色数据、多个同步信号和控制信号并针对所述多个输入颜色数据分别生成多个调制数据；以及多个抖动模块，其被配置为针对每个输入颜色数据执行K位抖动以将相应输入颜色转换为每个分量具有K位色深的相应输出颜色，其中K为等于或大于1的整数。
根据本发明的一个方面，本发明提供一种用于显示的动态运动检测方法，包括检测视频的运动内容并产生运动检测信号，并基于所述运动检测信号产生用于控制所述视频的显示颜色深度的控制信号。如果所述运动检测信号表示所述视频包含明显的运动内容，则所述显示设备以比标准配置较高的帧速率和较低的色深显示所述视频；以及如果所述运动检测信号表示表示所述视频是相对静态的，则所述显示设备以比标准配置较低的帧速率和较高的色深显示该视频。
通过在对每个输入颜色数据执行K位抖动转换之前应用定向调制以生成具有每个分量K位颜色深度的输出颜色数据，显示设备可以支持高于其标准配置的帧速率，而不会出现可观察到的颜色深度下降。如图1C所示，通过实施本发明提供的帧速率转换方法，即使将图像的色深从24位降低到9位，也不会出现因色深降低而导致的色带。此外，通过促进显示设备根据视频的运动内容动态转换其显示输出格式，可以进一步优化显示质量。
附图说明
下文参看图式更详细地描述本发明的实施例，图式中：
图1A显示了最初以24位色深显示的图像；图1B显示了9位色深的减色图像；以及图1C示出了通过本发明提供的驱动方法改进的9位色深的减色图像；
图2示出了根据本发明一个实施例的帧速率可转换有源矩阵显示设备的简化系统框图；
图3描绘了根据本发明的一个实施例的基于定向调制和抖动的帧速率转换装置的框图：
图4A示出了如何将具有每分量8位色深的输入颜色转换为具有每分量1位色深的输出颜色；图4B显示了如何将具有每分量8位色深的输入颜色转换为具有每分量3位色深的输出颜色；
图5A-5C描绘了如何基于不同的颜色深度来划分颜色空间；
图6A-6G图示了通过将调制阈值设置为像素颜色最大值的一半而确定的一些示例性微分调制方向；
图7A-7C图示了如何应用调制以及如何为调制周期内像素的颜色数据确定色阶；
图8A-8D示出了具有不同显示格式的输入图像源如何被转换为具有不同显示格式的混合的输出图像源；
图9示出了根据本发明一个实施例的动态运动检测装置的简化框图；
图10示出了示范性视频剪辑如何被划分为不同的视频片段以执行运动检测；以及
图11A-11C示出了如何基于示例视频剪辑中不同视频段的运动检测来确定不同的显示输出格式。
具体实施方式
在以下描述中，作为优选示例阐述了用于驱动有源矩阵显示器进行帧速率转换的方法及其实现的系统。所属领域的技术人员将显而易见，可在不脱离本发明的范围和精神的情况下作出包含添加和/或替换在内的修改。可省略特定细节以免使本发明模糊不清；然而，撰写本公开是为了使所属领域的技术人员能够在无需进行过度实验的情况下实践本文中的教示。
图2示出了根据本发明一实施例的帧速率可转换有源矩阵显示设备1的简化系统框图。在本实施例中，每个像素颜色可以包括红色、绿色和蓝色(RGB)像素颜色分量。相应地，每个像素颜色数据可以包括分别代表红色、绿色和蓝色(RGB)像素颜色分量的颜色分量数据。
如图2所示，显示设备1可以包括主处理器11；时序控制器12连接至主机处理器11；栅极驱动器13连接在时序控制器12和有源矩阵显示面板(未示出)之间；源极驱动器14连接在时序控制器12和有源矩阵显示面板之间。主机处理器11可以被配置为产生表示输入像素颜色的RGB颜色分量的多个输入颜色数据(R_In、G_In和B_In)和同步信号(V_Sync)。时序控制器12可被配置为接收所述多个输入显示数据和同步数据并产生多个输出显示数据(R_Out/G_Out/B_Out)至源极驱动器14和多个行选择信号(V_row)到栅极驱动器13。
时序控制器12可以包括动态运动检测装置121，用于检测视频的运动内容并产生运动检测信号(V_MD)；帧速率控制器122被配置为接收运动检测信号和输入显示数据，并产生用于控制视频的显示颜色深度的控制信号(V_Ctrl)，帧速率转换装置123被配置为接收控制信号并基于定向调制和抖动将输入显示数据转换为输出显示数据，从而使得显示设备可以在显示帧速率高于其标准配置的情况下显示没有可观察到的色深下降的视频片段。时序控制器12还可以包括帧缓冲器124，其连接到帧速率控制器122并被配置为存储颜色数据。
尤其是，如果视频的运动检测结果表示该视频包含明显的运动内容，则显示设备将以比标准配置较高的帧速率(例如120Hz)和较低色深(例如每个颜色分量具有4位色深)显示该视频。如果运动检测结果表示该视频是相对静态的，则显示设备将以比标准配置较低的帧速率(例如60Hz)和较高色深(例如每个颜色具有分量8位色深)显示该视频。
图3描绘了根据本发明的一个实施例的基于定向调制和抖动的帧速率转换装置123的框图。参照图3，基于定向调制和抖动的帧速率转换装置123可以包括定向微分调制生成器310和多个抖动模块320。
定向微分调制生成器310可以被配置为接收多个输入颜色数据(R_In、G_In和B_In)、多个同步信号(V_Sync)和控制信号(V_Ctrl)；并针对所述多个输入颜色数据分别生成多个调制数据(R_Mod、G_Mod和B_Mod)。
每个抖动模块320可以包括余差线缓冲器322，被配置为追踪抖动转换中的余差并生成余差数据(R_Res/G_Res/B_Res)；以及适配器(或加法器)321，其被配置为接收相应的输入颜色数据(R_In/G_In/B_In)、来自定向微分调制生成器310的相应的调制数据(R_Mod/G_Mod/B_Mod)，以及来自相应余差线缓冲器322的相应的余差数据(R_Res/G_Res/B_Res)，以通过将相应的调制数据和相应的余差数据相加来调整相应的输入颜色数据以产生相应的适配颜色数据(R_AD/G_AD/B_AD)。
每个抖动模块320还可以包括抖动引擎323，其被配置为从相应的适配器321接收相应的适配颜色数据(R_AD/G_AD/B_AD)并生成相应的输出颜色数据(R_Out/G_Out/B_Out)。
取决于帧速率转换目标，每个抖动引擎323可以被配置为执行K位抖动以将输入颜色转换为每个分量具有K位色深的输出颜色，其中K是等于或大于1的整数，其可以由来自帧速率控制器122的控制信号(V_ctrl)选择；以及把相应的输入颜色数据与(2K-1)个抖动阈值进行比较以生成相应的输出颜色数据的2K个可能的输出色阶。
如图4A所示，为了将每个分量8位色深的输入颜色数据(Data_in)转换为每个分量1位色深的输出颜色数据(Data_Out)，抖动引擎323可以被配置为执行1位抖动以输出两种可能的输出色阶，L0和L1，其可以分别设置为具有0和255的颜色值。将可能具有256个可能的色阶(0、1、……到255)的输入颜色数据与一个抖动阈值(例如，128)进行比较，以确定输出颜色数据的输出色阶。例如，当输入颜色数据的值为87(小于抖动阈值128)时，抖动引擎323为输出颜色数据输出L0(即“0”的颜色值)，并将等于87-0＝87的余差数据(Data_Res)输入余差线缓冲器322中，用于抖动相邻像素的输入颜色。
如图4B所示，为了将每个分量8位色深的输入颜色数据(Data_in)转换为每个分量3位色深的输出颜色数据(Data_Out)，抖动引擎323可以被配置为执行3位抖动以输出八种可能的输出色阶，L0到L7，其可以分别设置为0、36、73、……255的颜色值。将可能具有256个可能的色阶(0、1、……到255)的输入颜色数据与七个抖动阈值(例如，18、55、91、……、236)进行比较，以确定输出颜色数据的输出色阶。例如，当输入颜色数据的值为173(在164至199之间)时，抖动引擎323为输出颜色数据输出L5(即“182”的颜色值)，并将等于173-182＝-9的余差数据(Data_Res)输入余差线缓冲器322中，用于抖动相邻像素的输入颜色。
用于表示像素颜色的颜色空间立方体可以根据要显示的颜色深度被划分为多个子颜色空间立方体。例如，在每个RGB方向具有K位色深的RGB颜色空间中，一个颜色空间立方体可以分成8K个子颜色空间立方体，每个RGB方向有K个量化色阶。相应地，每个子颜色空间立方体对应一组RGB色阶。
图5A-5C描绘了如何基于不同的颜色深度来划分颜色空间。参考图5A，对于每个分量1位的颜色深度，颜色空间立方体被划分为8个子颜色空间立方体，并且有两个色阶(L0和L1)来表示每个RGB分量中的像素颜色。参考图5B，对于每个分量2位的颜色深度，颜色空间立方体被划分为64个子颜色空间立方体，并且有四个色阶(L0到L3)用于表示每个RGB分量中的像素颜色。参考图5C，对于每个分量3位的颜色深度，颜色空间立方体被划分为512个子颜色空间立方体，并且有八个色阶(L0到L7)用于表示每个RGB分量中的像素颜色。可以看出，颜色深度的位数越少，每个RGB分量中可用于表示像素颜色的色阶数越少，并且由于高量化误差而损失越多的分辨率。
定向微分调制生成器310还可以被配置为通过将输入像素的每个颜色分量与调制阈值进行比较并获得每个颜色分量的调制标志值来确定调制方向。例如，如果输入像素的颜色分量的值等于或大于调制阈值，则将颜色分量的调制标志值设置为“1”，否则，颜色分量的调制标志值设置为“0”。
相应地，每个颜色分量的调制标志值可以用来构建RGB颜色空间中的调制方向单位向量U_m(x_m，y_m，z_m)来表示调制方向，其中x_m、y_m和z_m分别为单位向量U_m的RGB分量。调制方向单位向量U_m的RGB分量x_m、y_m和zm中的每一个可以具有二进制值(“1”或“0”)，其可通过将每个输入颜色数据分别与调制阈值进行比较而确定。例如，如果输入像素颜色的R分量值等于或大于调制阈值，则将x_m设置为“1”，否则将x_m设置为“0”。换言之，是否在颜色空间中的颜色分量(方向)中应用微分调制取决于该颜色分量(方向)上的分量值是否等于或大于调制阈值。
图6A-6G示出了通过将调制阈值设置为输入像素内RGB分量最大值(M)的一半而确定的一些示例性微分调制方向。
参照图6A，当像素的所有R、G和B分量值等于或大于M/2时，调制方向单位向量U_m的RGB分量x_m、y_m和z_m都等于“1”。因此，微分调制方向在白色(ΔW)方向。
参照图6B，当像素的R分量值等于或大于M/2且像素的G和B分量值均小于M/2时，调制方向单位向量Um的RGB分量x_m、y_m和z_m分别等于“1”、“0”和“0”。因此，微分调制方向为红色(ΔR)方向。
参照图6C，当像素的G分量值等于或大于M/2且像素的R和B分量值均小于M/2时，调制方向单位向量U_m的RGB分量x_m、y_m和z_m调制方向单位向量分别等于“0”、“1”和“0”。因此，微分调制方向为绿色(ΔG)方向。
参照图6D，当像素的B分量值等于或大于M/2且像素的R和G分量值均小于M/2时，调制方向单位向量U_m的RGB分量x_m、y_m和z_m分别等于“0”、“0”和“1”。因此，微分调制方向在蓝色(ΔB)方向。
参照图6E，当R和G分量值均大于或等于M/2且B分量值小于M/2时，调制方向单位向量U_m的RGB分量x_m、y_m和z_m分别等于“1”、“1”和“0”。因此，微分调制方向为黄色(ΔY)方向。
参照图6F，当G和B分量值均大于等于M/2且R分量值小于M/2时，调制方向单位向量U_m的RGB分量x_m、y_m和z_m分别等于“0”、“1”和“1”。因此，微分调制方向在青色(ΔC)方向。
参考图6G，当B和R分量值均大于等于M/2且G分量值小于M/2时，调制方向单位向量U_m的RGB分量x_m、y_m和z_m分别等于“1”、“0”和“1”。因此，微分调制方向在洋红色(ΔM)方向。
定向微分调制生成器310还可以被配置为将基于所确定的调制方向施加定向微分调制于像素的每个颜色分量以获得针对该颜色分量的调制数据。
微分调制可以在调制周期上跨越图像帧序列使用微分调制数据序列执行。在调制周期内，第i帧得到的颜色分量的调制数据可由下式给出：
Xmi＝Xoi+di，for i＝1，2，...，N，
其中Xmi是第i帧中得到的颜色分量的调制数据，Xoi是第i帧中颜色分量的原始输入数据，di是第i帧中使用的微分调制值，其可能有正值或负值，N为一个调制周期内的总帧数。
优选地，可以选择具有等于0的和的微分调制值序列di，即
Figure BDA0003290689450000071
以便以平衡的方式跨图像帧施加微分调制。
在调制周期内，抖动引擎323还可以被配置为分别基于跨越N个帧所获得的调制数据{Xmi，i＝1，2，...，N}确定输出像素颜色分量的N个色阶。
基于在第i帧中获得的调制数据Xmi的输出像素颜色分量的色阶可以用下式给出的算法确定：
Figure BDA0003290689450000072
其中，Ci是在第i个图像帧中获得的输入颜色数据的色阶，Lk是在要显示的具有每个分量K位色深的颜色空间中所定义的第k个色阶。
抖动引擎323还可以被配置为对在调制周期内跨帧序列确定的输出像素颜色分量的色阶取平均值以获得显示颜色平均值Cavg，其由下式给出：
Figure BDA0003290689450000073
并将显示颜色平均值设置为输出颜色值。
图7A-7C图示了在三种不同情况下如何施加调制以及如何在6帧(F1至F6)的调制周期内为输出像素颜色分量确定色阶。为简单起见，将三维(3D)子颜色空间立方体简化为沿颜色分量方向排列的二维(2D)子颜色空间方块，每个子颜色空间方块对应于某一分量方向的色阶。此外，每帧仅显示三个子颜色空间方块，即Lk-1、Lk和Lk+1，因为调制将只会导致输出像素的颜色分量在相邻色阶之间转换，另外亦假设输出像素的颜色分量值X0介于
Figure BDA0003290689450000074
和
Figure BDA0003290689450000075
之间，表示为Lk对应的子颜色空间方块中的一点。例如，设置调制周期中使用的微分调制值(di)为：d1＝0，d2＝-δ，d3＝δ，d4＝0，d5＝-2δ和d6＝2δ其中δ是预定义的微分值。
参考图7A。在这种情况下，输出像素的颜色分量具有大于
Figure BDA0003290689450000081
且小于Lk的值。即是，
Figure BDA0003290689450000082
在所述6帧中像素颜色分量的色阶确定为：C1＝Lk，C2＝Lk-1，C3＝Lk，C4＝Lk，C5＝Lk-1，和C6＝Lk。显示颜色平均值Cavg等于(2Lk-1+4Lk)/6，即是具有介于Lk-1和Lk之间的颜色值。
参考图7B。在这种情况下，输出像素的颜色分量具有等于Lk的值。即是，X0＝Lk。在所述6帧中像素颜色分量的色阶确定为：C1＝Lk，C2＝Lk，C3＝Lk，C4＝Lk，C5＝Lk-1和C6＝Lk+1。显示颜色平均值Cavg等于(Lk-1+4Lk+Lk+1)/6，即是具有等于Lk.的颜色值。
参考图7C。在这种情况下，输出像素的颜色分量具有大于Lk且小于
Figure BDA0003290689450000083
的值。即是，
Figure BDA0003290689450000084
在所述6帧中像素颜色分量的色阶确定为：C1＝Lk，C2＝Lk，C3＝Lk+1，C4＝Lk，C5＝Lk，和C6＝Lk+1。显示颜色平均值Cavg等于(4Lk+2Lk+1)/6，即是具有介于Lk和Lk+1.之间的颜色值。
从图7A-7C可以看出，如果在不施加调制的情况下执行抖动，则对于每一帧，输出像素的颜色分量的色阶将被确定为Lk。通过施加调制，在图7A中具有大于
Figure BDA0003290689450000085
且小于Lk的颜色分量值的像素在调制周期内可具有介于Lk-1和Lk之间的平均显示颜色值；在图7B中具有等于Lk的颜色分量值的像素在调制周期内具有等于Lk的平均显示颜色值；在图7C中具有大于Lk且小于的
Figure BDA0003290689450000086
的颜色分量值的像素在调制周期内具有介于Lk和Lk+1之间的平均显示颜色值。换句话说，通过施加定向调制使，可以消除由于帧速率转换引起的可观察到的色深下降。
返回参考图3，60Hz帧速率和每个分量8位色深显示装置的输入图像源可以通过基于抖动和定向调制的帧速率转换装置转换为在240Hz帧速率下以每分量2位色深、在180Hz帧速率下以每分量3位色深、或在120Hz帧速率下以每分量4位色深显示的输出图像。
基于抖动和定向调制的帧速率转换装置还可以被配置为支持在其它帧速率下(包括但不限于，240Hz、200Hz、180Hz、150Hz、120Hz、100Hz和80Hz)显示的输入图像源(例如，来自计算机图形卡)的转换，以容许显示装置使用较低的帧速率(例如，60Hz)来显示该图像源。
在一些实施例中，输出图像源可以具有不同显示格式的混合。图8A-8D显示了不同的输入图像源如何被转换为具有不同显示格式混合的不同输出图像源。
参考图8A。在200Hz帧速率之下具有每分量8位色深的输入图像源可以转换为在180Hz帧速率之下具有每分量3位色深和在240Hz帧速率之下具有每分量2位色深的混合输出图像源。
参考图8B。在150Hz帧速率之下具有每分量8位色深的输入图像源可以转换为在120Hz帧速率之下具有每分量4位色深和在180Hz帧速率之下具有每分量3位色深的混合输出图像源。
参考图8C。在100Hz帧速率之下具有每分量8位色深的输入图像源可以转换为在120Hz帧速率之下具有每分量4位色深和在60Hz帧速率之下具有每分量8位色深的混合输出图像源。
参考图8D。在80Hz帧速率之下具有每分量8位色深的输入图像源可以转换为在120Hz帧速率之下具有每分量4位色深和在60Hz帧速率之下具有每分量8位色深的混合输出图像源。
图9示出了根据本发明一实施例的动态运动检测装置121的简化框图。参考图9，动态运动检测过程可以包括：a)通过亮度累加器910将显示设备的显示屏划分为多个区域；b)由亮度累加器910计算第一帧的多个区域亮度值；c)存储单元920将所述第一帧多个区域亮度值存储到第一亮度数据阵列A1中；d)亮度累加器910计算第二帧的多个区域亮度值，所述第二帧在所述第一帧的ΔF帧之后，其中ΔF为大于1的整数，优选为15；e)存储单元920将第二区域亮度值存储到第二亮度数据阵列A2中；f)通过亮度变化检测器930比较第一和第二亮度数据阵列A1、A2以获得亮度差阵列；g)由亮度变化检测器930通过将亮度差阵列的每个元素与一个或多个投票阈值进行比较来检测每个区域的亮度变化；h)由亮度变化检测器930根据亮度差阵列的每个元素的比较结果生成投票。
在一些实施例中，如果比较结果是元素等于或低于第一投票阈值，则对该元素的投票可以具有第一投票值；如果比较结果为该元素高于第一投票阈值且低于第二投票阈值，则对该元素的投票可以具有高于该第一投票值的第二投票值；如果比较结果是该元素等于或高于第二投票阈值，则对该元素的投票可以具有高于第二投票值的第三投票值。
动态运动检测过程还可以包括i)由多数表决逻辑单元940计算为亮度差阵列的所有元素生成的投票之和；j)由多数表决逻辑单元940将计算出的投票之和与一个或多个运动检测阈值进行比较来确定运动检测结果；k)由多数表决逻辑单元940产生运动检测信号(V_MD)至帧速率控制器122。
在一些实施例中，如果所计算的投票的总和等于或大于一运动检测阈值，可以确定运动检测结果为表示该视频包含明显的运动内容。基于所确定的运动检测结果，帧速率控制器122则可以确定以比标准配置较高的帧速率和较低的色深显示所述视频(例如，120Hz的帧速率和每颜色分量4位色深)。如果所计算的投票的总和小于该运动检测阈值，可以确定运动检测结果为表示该视频是相对静态的。基于所确定的运动检测结果，帧速率控制器122则可以确定以比标准配置较低的帧速率和较高的色深显示该视频(例如，60Hz的帧速率和每颜色分量8位色深)。
新一轮动态运动检测可以通过以下方式进行：将上一轮运动检测的第二帧作为新一轮运动检测的第一帧；计算新的第二帧的区域亮度值，所述第二帧在所述第一帧的ΔF帧之后；用计算出的下一帧的区域亮度值覆盖存储上一轮运动检测的第一帧区域亮度值的亮度数据阵列(例如亮度数据阵列A1)；并重复上述步骤f)至k)。由于无需计算第一帧的区域亮度值，可以大大减少新一轮运动检测的计算时间。
图10图出了示例性视频剪辑(显示“一个人从左到右跳跃”)如何被划分为不同的视频片段以执行运动检测。图11A-11C示出了如何基于示例视频剪辑中不同视频段的运动检测来确定不同的显示输出格式。
参照图10，用于显示该示例性视频剪辑的显示屏被划分为14x8＝112个区域。该示例视频剪辑原本具有120Hz的帧速率和每颜色分量8位色深，被分成三个视频片段VS1、VS2和VS3用于运动检测。在每个视频片段中，第二帧在第一帧的15帧之后。
参考图11A，视频片段VS1的第一帧和第二帧分别表示为F1和F16。计算帧F1的112个区域亮度值并将其存储到第一个14x8亮度数据阵列A1中。计算帧F16的112个区域亮度值，然后将其存储到第二个14x8亮度数据阵列A2中。比较第一和第二亮度数据阵列A1、A2以获得14×8的亮度差阵列，每个亮度差对应于一个区域。根据每个区域的对应亮度差产生对应的投票，如果亮度差等于或低于第一投票阈值(例如5％)则所对应的投票具有第一投票值“0”，如果亮度差高于第一投票阈值5％且低于第二投票阈值(例如20％)则所对应的投票具有第二投票值“1”，如果亮度差等于或高于第二投票阈值20％则所对应的投票具有第三投票值“2”。计算所有产生的投票的总和以确定第一运动检测结果，基于第一运动检测结果产生对应运动检测信号并将其传送至帧速率控制器122。例如，如果所计算的投票的总和小于运动检测阈值(例如100)，基于该运动检测信号，帧速率控制器122可以确定在60Hz的帧速率下具有每颜色分量8位色深的显示输出格式。
参考图11B，将前一视频片段VS1的第二帧作为视频片段VS2的第一帧，因此视频片段VS2的第一帧和第二帧分别被表示为F16和F31(即是在F16的15帧之后)。在保持存储在第二个14x8亮度数据阵列A2中的帧F16的112个区域亮度值的同时，计算帧F31的112个区域亮度值，然后存储到第一个14x8亮度数据阵列A1中。然后比较第一和第二亮度数据阵列A1、A2以获得14×8的亮度差阵列，每个亮度差对应于一个区域。根据每个区域的对应亮度差产生对应的投票，如果亮度差等于或低于第一投票阈值(例如5％)则所对应的投票具有第一投票值“0”，如果亮度差高于第一投票阈值5％且低于第二投票阈值(例如20％)则所对应的投票具有第二投票值“1”，如果亮度差等于或高于第二投票阈值20％则所对应的投票具有第三投票值“2”。计算所有产生的投票的总和以确定第二运动检测结果，基于第二运动检测结果产生对应运动检测信号并将其传送至帧速率控制器122。例如，如果所计算的投票的总和等于或大于运动检测阈值(例如100)，基于该运动检测信号，帧速率控制器122可以确定在120Hz的帧速率下具有每颜色分量4位色深的显示输出格式。
参考图11C，将前一视频片段VS2的第二帧作为视频片段VS3的第一帧，因此视频片段VS3的第一帧和第二帧分别被表示为F31和F46(即是在F31的15帧之后)。在保持存储在第一个14x8亮度数据阵列A1中的帧F31的112个区域亮度值的同时，计算帧F46的112个区域亮度值，然后存储到第二个14x8亮度数据阵列A2中。然后比较第一和第二亮度数据阵列A1、A2以获得14×8的亮度差阵列，每个亮度差对应于一个区域。根据每个区域的对应亮度差产生对应的投票，如果亮度差等于或低于第一投票阈值(例如5％)则所对应的投票具有第一投票值“0”，如果亮度差高于第一投票阈值5％且低于第二投票阈值(例如20％)则所对应的投票具有第二投票值“1”，如果亮度差等于或高于第二投票阈值20％则所对应的投票具有第三投票值“2”。计算所有产生的投票的总和以确定第三运动检测结果，基于第三运动检测结果产生对应运动检测信号并将其传送至帧速率控制器122。例如，如果所计算的投票的总和等于或大于运动检测阈值(例如100)，基于该运动检测信号，帧速率控制器122可以确定在120Hz的帧速率下具有每颜色分量4位色深的显示输出格式
本文中所公开的实施例可使用通用或专用计算装置、计算机处理器或电子电路系统实施，包含但不限于数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)，和根据本公开的教示配置或编程的其它可编程逻辑装置。在通用或专用计算装置、计算机处理器或可编程逻辑装置中运行的计算机指令或软件代码可由软件或电子技术领域的从业人员基于本公开的教示而制作。本发明亦包括其中存储有计算机指令或软件代码的计算机存储介质，其可用于对计算机或微处理器进行编程以执行本发明的任何过程。存储介质可以包括但不限于ROM、RAM、闪存设备或任何类型的适于存储指令、代码和/或数据的介质或设备。
本领域技术人员应当清楚，上述实施例仅用于说明本发明的工作原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本发明的各种实施例和适合于预期的特定用途的各种修改，并不意在穷举或将本发明限制于所公开的精确形式。许多修改和变化对于本领域技术人员来说将是显而易见的。

Claims (19)

1.一种基于定向调制和抖动的帧速率转换装置，包括：
定向微分调制生成器，被配置为接收表示输入像素颜色的颜色分量的多个输入颜色数据、多个同步信号和控制信号并针对所述多个输入颜色数据分别生成多个调制数据；以及
多个抖动模块，被配置为针对每个输入颜色数据执行K位抖动以将相应输入颜色转换为每个分量具有K位色深的相应输出颜色，其中K为等于或大于1的整数，每个抖动模块包括：
余差线缓冲器，被配置为追踪相应抖动转换中的余差并生成相应余差数据；
适配器，被配置为接收相应的输入颜色数据、来自所述定向微分调制生成器的相应调制数据，以及来自相应余差线缓冲器的相应余差数据，以通过将相应调制数据和相应余差数据相加来调整相应输入颜色数据以产生相应适配颜色数据；以及
抖动引擎，被配置为从相应的适配器接收相应适配颜色数据以及将相应适配颜色数据与(2K-1)个抖动阈值进行比较以生成相应输出颜色数据的2K个可能的输出色阶并生成相应输出颜色数据。
2.根据权利要求1的帧速率转换装置，其中所述定向微分调制生成器还可以被配置为：
通过将每个输入颜色数据与调制阈值进行比较；
针对每个颜色分量的获得调制标志值来确定微分调制的调制方向；以及
基于所确定的调制方向施加定向微分调制于所述输入像素颜色的每个颜色分量以获得针对所述颜色分量的调制数据。
3.根据权利要求2的帧速率转换装置，其中所述调制阈值设置为输入像素颜色分量最大值的一半。
4.根据权利要求3的帧速率转换装置，其中所述微分调制在调制周期上跨越图像帧序列使用微分调制数据序列执行。
5.根据权利要求4的帧速率转换装置，其中在所述调制周期内第i帧中得到的颜色分量的调制数据可由下式给出：
Hmi＝Xoi+di，for i＝1，2，…，N，
其中Xmi是在第i帧中得到的输入像素颜色分量的调制数据，Xoi是第i帧中输入像素颜色分量的原始输入数据，di是第i帧中使用的微分调制值，其可能有正值或负值，N为所述调制周期内的总帧数。
6.根据权利要求5的帧速率转换装置，其中所述微分调制值序列di的和等于0。
7.根据权利要求6的帧速率转换装置，其中所述抖动引擎还被配置为分别基于跨越N个帧所获得的调制数据确定输出像素颜色分量的N个色阶。
8.根据权利要求7的帧速率转换装置，其中所述基于在第i帧中获得的调制数据Xmi的输出像素颜色分量的色阶可以用下式给出的算法确定：
Figure FDA0003290689440000021
其中，Ci是在第i个图像帧中获得的输出颜色数据的色阶，Lk是在要显示的具有每个分量K位色深的颜色空间中所定义的第k个色阶。
9.根据权利要求6的帧速率转换装置，其中抖动引擎还被配置为
对在调制周期内跨帧序列确定的输出像素颜色分量的色阶取平均值以获得显示颜色平均值；并且
将显示颜色平均值设置为输出颜色值。
10.一种帧速率可转换的有源矩阵显示装置，包括根据权利要求1所述的基于抖动和定向调制的帧速率转换装置。
11.一种基于定向调制和抖动的帧速率转换方法，包括：
由定向微分调制生成器接收表示输入像素颜色的颜色分量的多个输入颜色数据、多个同步信号和控制信号；
由定向微分调制生成器针对所述多个输入颜色数据分别生成多个调制数据；
由多个抖动模块针对每个输入颜色数据执行K位抖动以将相应输入颜色转换为每个分量具有K位色深的相应输出颜色，其中K为等于或大于1的整数；
其中所述K位抖动包括：
由相应的余差线缓冲器追踪相应抖动转换中的相应余差并生成相应余差数据；
由相应的适配器接收相应的输入颜色数据、来自所述定向微分调制生成器的相应调制数据，以及来自相应余差线缓冲器的相应余差数据，以通过将相应调制数据和相应余差数据相加来调整相应输入颜色数据以产生相应适配颜色数据；
由相应的抖动引擎从相应的适配器接收相应适配颜色数据；
由相应的抖动引擎将相应适配颜色数据与(2K-1)个抖动阈值进行比较以生成相应输出颜色数据的2K个可能的输出色阶并生成相应输出颜色数据。
12.根据权利要11的帧速率转换方法，还包括：
由所述定向微分调制生成器通过将每个输入颜色数据与调制阈值进行比较；
由所述定向微分调制生成器针对每个颜色分量的获得调制标志值来确定微分调制的调制方向；以及
由所述定向微分调制生成器基于所确定的调制方向施加定向微分调制于所述输入像素颜色的每个颜色分量以获得针对所述颜色分量的调制数据。
13.根据权利要求12的帧速率转换方法，其中所述调制阈值设置为输入像素颜色分量最大值的一半。
14.根据权利要求13的帧速率转换方法，其中所述微分调制在调制周期上跨越图像帧序列使用微分调制数据序列执行。
15.根据权利要求14的帧速率转换方法，其中在所述调制周期内第i帧中得到的颜色分量的调制数据可由下式给出：
Xmi＝Xoi+di，for i＝1，2，…，N，
其中Xmi是在第i帧中得到的输入像素颜色分量的调制数据，Xoi是第i帧中输入像素颜色分量的原始输入数据，di是第i帧中使用的微分调制值，其可能有正值或负值，N为所述调制周期内的总帧数。
16.根据权利要求15的帧速率转换方法，其中所述微分调制值序列di的和等于0。
17.根据权利要求16的帧速率转换方法，还包括由所述抖动引擎分别基于跨越N个帧所获得的调制数据确定输出像素颜色分量的N个色阶。
18.根据权利要求17的帧速率转换方法，其中所述基于在第i帧中获得的调制数据Xmi的输出像素颜色分量的色阶可以用下式给出的算法确定：
Figure FDA0003290689440000041
其中，Ci是在第i个图像帧中获得的输出颜色数据的色阶，Lk是在要显示的具有每个分量K位色深的颜色空间中所定义的第k个色阶。
19.根据权利要求18的帧速率转换方法，还包括：
由所述抖动引擎对在调制周期内跨帧序列确定的输出像素颜色分量的色阶取平均值以获得显示颜色平均值；并且
由所述抖动引擎将显示颜色平均值设置为输出颜色值。
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