TWI404046B - 伽碼曲線補償方法、伽碼曲線補償電路以及顯示系統 - Google Patents

Description

伽碼曲線補償方法、伽碼曲線補償電路以及顯示系統

本發明是有關於一種影像顯示技術，且特別是有關於一種脈衝式驅動顯示系統以及其伽瑪曲線補償方法及電路。

目前，解決液晶顯示系統動態影像之運動模糊(Motion Blur)現象的主要方式之一為脈衝式驅動(Impulse－type Driving)，也就是固定黑插入(B1ack Insertion)技術。然而，在脈衝式驅動方式中，固定黑插入(Black Insertion)技術會致使屏幕亮度衰減(Luminance Decay)且會造成閃爍(Flicker)明顯之問題。除此之外，液晶的反應時間在由零灰階上拉時並非線性，當起始灰階為較低灰階時，其拉起時間比其它較高灰階多出許多，也不利於改善拖影(ghost)現象。

為改善前述之亮度衰減、閃爍等問題以及液晶的轉態速度以減少拖影現象產生，一種動態插入灰階(Dynamic Gray Insertion)技術被提出，其係根據不同的畫面來決定所要插入的灰階值。

惟，在動態插入灰階過程中，會出現隨著插入不同灰階值得到不同的伽瑪(Gamma)輸出之情況，導致畫面會有亮暗不均的部分，甚至同一個顏色在不同區域會得到不同的顏色輸出。

本發明的目的就是在提供一種伽瑪曲線補償方法，以使顯示系統在顯示過程中的伽瑪曲線不變。

本發明的再一目的是提供一種伽瑪曲線補償電路，以使顯示系統在顯示過程中的伽瑪曲線不變。

本發明的又一目的是提供一種顯示系統，其在顯示過程中 的伽瑪曲線不變。

本發明的其他目的和優點可以從本發明所揭露的技術特徵中得到進一步的了解。

為達上述之一或部份或全部目的或是其他目的，本發明一實施例提出一種伽瑪曲線補償方法，其適用於一顯示系統中以在顯示過程裡插入多個灰階影像來調整顯示系統的顯示表現。每一灰階影像的灰階亮度是由多個灰階值中擇其一而成，且這些灰階影像的灰階亮度彼此不完全相同。此伽瑪曲線補償方法包含：針對不同的這些灰階值提供相對應的多個查找表；在選擇這些灰階值中之一特定灰階值而成這些灰階影像之一時，從查找表中選擇與特定灰階值相對應的一特定查找表；以及使用此特定查找表做為伽瑪曲線補償的依據，以在顯示過程中使顯示系統的伽瑪曲線不變。

本發明再一實施例提出一種伽瑪曲線補償電路，適用於一顯示系統中。此伽瑪曲線補償電路包括：影像產生電路、插入灰階決定電路、多工器及查找及補償電路。影像產生電路根據顯示系統所接收的輸入影像訊號而產生相對應的原始輸出影像訊號。插入灰階決定電路根據輸入影像訊號以決定所要插入的灰階影像的灰階亮度，並輸出此灰階影像。多工器電性耦接至影像產生電路及插入灰階決定電路，用以從原始輸出影像與此灰階影像之中擇其一為多工器所輸出的原始顯示訊號。查找及補償電路電性耦接至多工器以接收此原始顯示訊號，且查找及補償電路提供不同的多個查找表，並在這些查找表中選擇對應於所接收之原始顯示訊號中的灰階影像的灰階亮度的特定查找表，並根據此特定查找表對原始顯示訊號進行伽瑪曲線補償。

本發明又一實施例提出一種顯示系統，包括：電源、影像接收端、前述伽瑪曲線補償電路及顯示屏幕。電源提供電力以供顯示系統進行運作；影像接收端用以接收輸入影像訊號；顯示螢幕用以顯示原始顯示訊號經前述伽瑪曲線補償電路之查找及補償電路進行伽瑪曲線補償後所得的結果。

本發明之實施例因針對不同的灰階值提供相對應的多個查找表，在選擇這些灰階值中的某一個特定灰階值而成顯示過程中所要插入的多個灰階影像之一的灰階亮度時，從查找表中選擇與特定灰階值相對應的特定查找表，並使用此特定查找表做為伽瑪曲線補償的依據，以調整成一致的標準化伽瑪(Normalized Gamma)值(如Gamma2.4)。因此，在顯示過程中可使顯示系統的伽瑪曲線不變，進而可提升顯示系統的顯示表現。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照圖1，其為根據本發明一實施例之顯示系統10之電路方塊圖。在本實施例中，顯示系統10包括電源11、影像接收端13、伽瑪曲線補償電路15以及顯示屏幕17。其中，電源11係提供電力以供顯示系統10進行運作，影像接收端13係用以接收輸入影像訊號，而顯示屏幕17係用以顯示影像。

伽瑪曲線補償電路15包括插入灰階決定電路150、影像產生電路152、多工器154與查找及補償電路156。其中，插入灰階決定電路150根據輸入影像訊號以決定所要插入的灰階影像的灰階亮度，並在決定灰階亮度之後輸出此灰階影像。影像產生電路152根據影像接收端13所接收的輸入影像訊號 而產生相對應的原始輸出影像訊號。多工器154電性耦接至插入灰階決定電路150及影像產生電路152，藉此從插入灰階決定電路150輸出的灰階影像與影像產生電路152產生的原始輸出影像訊號之中擇其一，做為多工器154所輸出的原始顯示訊號。查找及補償電路156電性藉接至多工器154以接收此原始顯示訊號。值得注意的是，查找及補償電路156提供不同的多個查找表，並在這些查找表中選擇對應於所接收之原始顯示訊號中的灰階影像的灰階亮度的一個特定查找表，並根據此特定查找表來對原始顯示訊號進行伽瑪曲線補償，以在顯示過程中使顯示系統10的伽瑪曲線不變。原始顯示訊號經查找及補償電路156進行伽瑪曲線補償後所得的結果將送至顯示屏幕17進行顯示。

請一併參照圖2，其為根據本發明一實施例之插入灰階決定電路150之電路方塊圖。插入灰階決定電路150包括色彩空間轉換模組1502、分析模組1504、插入灰階限制模組1506及灰階產生模組1508。色彩空間轉換模組1502將影像接收端13所接收的輸入影像訊號轉換為色彩空間分佈資料。分析模組1504電性耦接至色彩空間轉換模組1502以接收色彩空間分佈資料。此分析模組1504分析色彩空間分佈資料於色彩空間中的分佈狀況，並輸出相對應的分析信號。插入灰階限制模組1506儲存灰階限制參數，而灰階產生模組1508則電性耦接至分析模組1504與插入灰階限制模組1506，藉此以根據分析模組1504所輸出的分析信號並配合插入灰階限制模組1506所儲存的灰階限制參數，決定所要插入的灰階影像的灰階亮度並輸出此灰階影像。

具體的，前述所要插入的灰階影像是以分割(Division)為單 位，同一分割插入相同之灰階值；每一個分割可為一條線、一個區段(Segment)、一個幀(Frame)或數個幀。分析模組1504可採用直方圖(Histogram)分析法或其他悉知之分析法例如最小灰階插入(Minimum Gray Insertion)法及閾值(Threshold)法等來決定各分割的預插入灰階值，而其輸出的分析信號則可表示此預插入灰階值。由於影像之灰階值通常可分為256個等級，亦即灰階L0~L255；本實施例之插入灰階限制模組1506可將插入灰階值的範圍限制為一特定範圍(例如L0~L30)，並對每個鄰近的分割會限制插入灰階的改變範圍(亦即相鄰兩個分割所要插入的灰階之等級差不大於一預設值，例如5或10)或對鄰近分割做平滑化之處理。灰階產生模組1508根據分析模組1504決定的預插入灰階值並配合插入灰階限制模組1506中儲存的灰階限制參數，則可獲得所要插入的灰階影像的最終灰階值(亦即，灰階亮度)，並輸出此灰階影像。

請參照圖3，本實施例中的顯示系統10還可包括背光模組19以提供光源(圖中未顯示)照射顯示屏幕17。在此情形下，顯示系統10可為液晶顯示裝置。進一步地，顯示系統10可包括背光模組控制電路158，其電性耦接至多工器154並根據多工器154所輸出的原始顯示訊號中的灰階影像的灰階亮度，控制用以驅動背光模組19的背光模組驅動訊號來調整顯示系統10中之光源的亮度，以使顯示系統10在顯示過程中的畫面亮度在不同的插入灰階搭配對應的查找表後會得到一致的結果，亦即顯示系統10的畫面亮度不變。其中，背光模組控制電路158可整合至伽瑪曲線補償電路150(如圖3所示)，亦可為獨立於伽瑪曲線補償電路150之外的一電路結構。

下面將描述前述顯示系統10的一種伽瑪曲線補償方法， 顯示系統10在顯示過程中插入多個灰階影像以調整顯示系統10的顯示表現，每一灰階影像的灰階亮度是由多個灰階值擇其一而成，且這些灰階影像的灰階亮度彼此不完全相同。此伽瑪曲線補償方法可包括以下步驟：(1)針對不同的這些灰階值提供相對應的多個查找表；其中，這些查找表可由伽瑪曲線補償電路150之查找及補償電路156提供。

(2)在選擇這些灰階值中之一特定灰階值而成這些灰階影像之一的灰階亮度時，藉由查找及補償電路156從這些查找表中選擇與特定灰階值相對應的一特定查找表；以及(3)使用此特定查找表做為伽瑪曲線補償的依據，以在此顯示過程中使顯示系統10的伽瑪曲線不變，例如調整成一致的標準化伽瑪值(如Gamma 2.4)。

請參照圖4，插入不同灰階後的伽瑪曲線雖然均符合一標準化伽瑪值(如Gamma 2.4)，但插入的多個灰階影像的實際亮度仍有可能存在差異；因此，本實施例之伽瑪曲線補償方法還可包括一亮度修正步驟(4)：調整顯示系統10中之光源的亮度，以在此顯示過程中使顯示系統10的畫面亮度不變。具體的，對於亮度之修正，可藉由背光模組控制電路158調整驅動顯示系統10之光源時所使用之背光模組驅動訊號，例如脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號而達成；較高的插入灰階值對應較小的脈衝寬度(Pulse Width)，利用適當的脈衝寬度調變訊號將較高插入灰階(例如，灰階L15)的灰階影像之亮度曲線維持住(亦即，不犧牲最大亮度且不增加輸入電源功率)，再將較低插入灰階(例如，灰階L10及L5)的灰階影像之亮度曲線利用較大的脈衝寬度往上映射(如圖4中虛線箭頭 所指)，使亮度曲線與伽瑪曲線在不同的插入灰階搭配對應的查找表後均會得到一致的結果。

另外，在前述插入多個灰階影像的顯示過程中，隨著最高灰階亮度的增加，最低灰階亮度也跟著增加，從而會使得顯示過程中顯示系統10的畫面對比度不佳。因此，如圖5所示，本實施例之伽瑪曲線補償方法還可進一步包括一對比度提升步驟(5)：於顯示過程的部分時段內關閉光源，以抑制低灰階畫面的亮度增加。具體的，在畫面屬於低灰階時，於一個幀內進入灰階插入時段，可藉由背光模組控制電路158提供之背光模組驅動訊號將光源關掉(B/L OFF)，如此一來可以濾除低灰階畫面不必要的亮度以來增加對比度。圖5中的B/L ON係指光源處於點亮狀態，而第一訊號時間Td與第二訊號時間Tb則為顯示訊號之充電時間，且Td+Tb最大可以等於一個幀水平掃描線時間(1 Line Time)。其中，第一訊號時間Td係通知寫入資料之訊號的時間，而第二訊號時間Tb則是寫入黑資料之訊號的時間。

綜上所述，本發明之實施例因針對不同的灰階值提供相對應的多個查找表，在選擇這些灰階值中之一特定灰階值而成顯示過程中所要插入的多個灰階影像之一的灰階亮度時，從查找表中選擇與特定灰階值相對應的特定查找表並使用此特定查找表做為伽瑪曲線補償的依據，以調整成一致的標準化伽瑪值。因此，在顯示過程中可使顯示系統的伽瑪曲線不變，進而可提升顯示系統的顯示表現。進一步的，藉由對光源之控制以對畫面亮度進行修正以及抑制低灰階畫面的亮度增加以拉高整體對比度，可使得顯示系統的顯示表現更佳。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定 本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。另外本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

10‧‧‧顯示系統

11‧‧‧電源

13‧‧‧影像接收端

15‧‧‧伽瑪曲線補償電路

150‧‧‧插入灰階決定電路

1502‧‧‧色彩空間轉換模組

1504‧‧‧分析模組

1506‧‧‧插入灰階限制模組

1508‧‧‧灰階產生模組

152‧‧‧影像產生電路

154‧‧‧多工器

156‧‧‧查找及補償電路

158‧‧‧背光模組控制電路

17‧‧‧顯示屏幕

19‧‧‧背光模組

L15、L10、L5‧‧‧灰階值

Td、Tb‧‧‧顯示訊號之充電時間

圖1為根據本發明一實施例之顯示系統之電路方塊圖。

圖2為根據本發明一實施例之插入灰階決定電路之電路方塊圖。

圖3為根據本發明另一實施例之顯示系統之電路方塊圖。

圖4為根據本發明一實施例之針對不同插入灰階值的亮度曲線圖。

圖5示出根據本發明一實施例在畫面屬於低灰階時，於一個幀內進入灰階插入時段，將光源關掉。

10‧‧‧顯示系統

11‧‧‧電源

13‧‧‧影像接收端

15‧‧‧伽瑪曲線補償電路

150‧‧‧插入灰階決定電路

152‧‧‧影像產生電路

154‧‧‧多工器

156‧‧‧查找及補償電路

17‧‧‧顯示屏幕

Claims (13)

1. 一種伽瑪曲線補償方法，適用於一顯示系統中，該顯示系統在一顯示過程插入多個灰階影像以調整該顯示系統的顯示表現，而各該灰階影像係分別對應插入在多個分割之前，且每一該些灰階影像的灰階亮度是由多個灰階值中擇其一而成，其中各該分割為該顯示系統之輸入影像上的一條線、一個區段(Segment)、一個幀(Frame)或N個幀，而N為大於1的整數，而該伽瑪曲線補償方法包含：針對不同的該些灰階值提供相對應的多個查找表；在選擇該些灰階值中之一特定灰階值而成該些灰階影像之一時，從該些查找表中選擇與該特定灰階值相對應的一特定查找表；以及使用該特定查找表做為伽瑪曲線補償的依據，而決定每一該些灰階影像的灰階亮度，以在該顯示過程中使該顯示系統的伽瑪曲線不變。
2. 如申請專利範圍第1項所述之伽瑪曲線補償方法，更包括：調整該顯示系統中之一光源的亮度，以在該顯示過程中使該顯示系統的畫面亮度不變。
3. 如申請專利範圍第2項所述之伽瑪曲線補償方法，其中調整該顯示系統中之該光源的亮度係藉由調整驅動該光源時所使用之脈衝寬度調變訊號而達成。
4. 如申請專利範圍第2項所述之伽瑪曲線補償方法，更包括：於該顯示過程的部分時段內關閉該光源。
5. 如申請專利範圍第1項所述之伽瑪曲線補償方法，更包括：於該顯示過程的部分時段內關閉該顯示系統中之一光源。
6. 一種伽瑪曲線補償電路，適用於一顯示系統中，其特徵在於包括：一影像產生電路，根據該顯示系統所接收的一輸入影像訊號而產生相對應的一原始輸出影像訊號；一插入灰階決定電路，根據該輸入影像訊號以決定所要插入的一灰階影像的灰階亮度，並以一分割作為單位，而在每一分割之前輸出該灰階影像，其中該分割為該輸入影像上的一條線、一個區段(Segment)、一個幀(Frame)或N個幀，而N為大於1的整數；一多工器，電性耦接至該影像產生電路及該插入灰階決定電路，用以從該原始輸出影像與該灰階影像之中擇其一為該多工器所輸出的一原始顯示訊號；以及一查找及補償電路，電性耦接至該多工器以接收該原始顯示訊號，該查找及補償電路提供不同的多個查找表，並在該些查找表中選擇對應於所接收之該原始顯示訊號中的該灰階影像的灰階亮度的一特定查找表，以決定每一該些灰階影像的灰階亮度，並根據該特定查找表對該原始顯示訊號進行伽瑪曲線補償。
7. 如申請專利範圍第6項所述之伽瑪曲線補償電路，更包括：一背光模組控制電路，電性耦接至該多工器，並根據該多工器所輸出的該原始顯示訊號中的該灰階影像的灰階亮度，控制用以驅動該顯示系統中之一背光模組的一背光模組驅動訊號。
8. 如申請專利範圍第6項所述之伽瑪曲線補償電路，其中該插入灰階決定電路包括： 一色彩空間轉換模組，將該顯示系統所接收的該輸入影像訊號轉換為一色彩空間分佈資料；一分析模組，電性耦接至該色彩空間轉換模組以接收該色彩空間分佈資料，該分析模組分析該色彩空間分佈資料於色彩空間中的分佈狀況以輸出相對應的一分析信號；一插入灰階限制模組，儲存一灰階限制參數；以及一灰階產生模組，電性耦接至該分析模組與該插入灰階限制模組，該灰階產生模組根據該分析模組所輸出的該分析信號，配合該插入灰階限制模組所儲存的該灰階限制參數而決定所要插入的該灰階影像的灰階亮度，並輸出該灰階影像。
9. 如申請專利範圍第6項所述之伽瑪曲線補償電路，其中該顯示系統包括液晶顯示裝置。
10. 一種顯示系統，包括：一電源，提供電力以供該顯示系統進行運作；一影像接收端，用以接收一輸入影像訊號；一伽瑪曲線補償電路，包括：一影像產生電路，根據該顯示系統所接收的一輸入影像訊號而產生相對應的一原始輸出影像訊號；一插入灰階決定電路，根據該輸入影像訊號以決定所要插入的一灰階影像的灰階亮度，並輸出該灰階影像，其中該灰階影像是以一分割為單位而在各分割之前被插入，而該分割為為該輸入影像上的一條線、一個區段(Segment)、一個幀(Frame)或N個幀，而N為大於1的整數；一多工器，電性耦接至該影像產生電路及該插入灰階決定電路，用以從該原始輸出影像與該灰階影像之中擇其一為該多工器所輸出的一原始顯示訊號；以及 一查找及補償電路，電性耦接至該多工器以接收該原始顯示訊號，該查找及補償電路提供不同的多個查找表，並在該些查找表中選擇對應於所接收之該原始顯示訊號中的該灰階影像的灰階亮度的一特定查找表，以決定每一該些灰階影像的灰階亮度，並根據該特定查找表對該原始顯示訊號進行伽瑪曲線補償；以及一顯示螢幕，用以顯示該原始顯示訊號經該查找及補償電路進行伽瑪曲線補償後所得的結果。
11. 如申請專利範圍第10項所述之顯示系統，更包括：一背光模組，提供光源以照射至該顯示螢幕。
12. 如申請專利範圍第11項所述之顯示系統，更包括：一背光模組控制電路，電性耦接至該多工器，並根據該多工器所輸出的該原始顯示訊號中的該灰階影像的灰階亮度，控制用以驅動該背光模組的一背光模組驅動訊號。
13. 如申請專利範圍第10項所述之顯示系統，其中該插入灰階決定電路包括：一色彩空間轉換模組，將該顯示系統所接收的該輸入影像訊號轉換為一色彩空間分佈資料；一分析模組，電性耦接至該色彩空間轉換模組以接收該色彩空間分佈資料，該分析模組分析該色彩空間分佈資料於色彩空間中的分佈狀況以輸出相對應的一分析信號；一插入灰階限制模組，儲存一灰階限制參數；以及一灰階產生模組，電性耦接至該分析模組與該插入灰階限制模組，該灰階產生模組根據該分析模組所輸出的該分析信號，配合該出入灰階限制模組所儲存的該灰階限制參數而決定所要插入的該灰階影像的灰階亮度，並輸出該灰階影像。