专利名称：一种画面显示装置及其显示方法
技术领域：
本发明是有关于一种画面显示的系统，特别是有关于一种防止输出画面中未使用区域产生所产生老化问题的显示系统。
背景技术：
请参阅图1，其绘示高画质电视(high definition television，HDTV)屏幕显示一16∶9画面比例(宽度比高度)的映画图像。而图2绘示旧型电视屏幕显示4∶3画面比例(宽度比高度)的映画图像。因为大多数的映画仍持续使用传统4∶3画面比例，因此如何处理4∶3比例映画的补偿并于16∶9比例的HDTV屏幕上显示为一急待解决之事。
请参阅图3，其绘示一种解决方法，将4∶3比例的映画影画水平延伸以填满16∶9比例的显示区域，但会造成图像失真。另一解决方法是将4∶3比例的映画影画的顶端及/或底端切除以填满16∶9比例的显示区域，如图4所示，但会造成部分图像损失。另一种常用的解决方法，如图5所示，是将正确4∶3比例图像显示于16∶9比例屏幕的“主动”区域12，而保留主动区域12的左边区域10及右边区域11不使用。不使用的区域10及11通常显示为白色，如图5所示，或显示为黑色，如图6所示，或显示为灰色。另外，当HDTV屏幕以CRT技术实现时，若让区域10及11长时间无变化显示，则致使电子束持续撞击屏幕上相同位置的磷光剂像素，最后使得这些像素与主动区域的像素相比明显地亮度降低许多。“磷光剂burn-in”在未使用区域10及11产生永久性“鬼影”现象，且在观看16∶9比例的映画内容可明显察觉到。
相似的问题亦发生在CRT个人计算机屏幕。当屏幕长时间显示无变化的图像，致使CRT屏幕产生“磷光剂烙印(burn-in)”现象。为解决此问题，当于一段时间内侦测到屏幕显示的图像无变化时，屏幕保护器便会在屏幕上显示一移动图样。当屏幕显示移动图像时，电子束将零星地及随机地撞击每一个屏幕上的像素，藉此缓和屏幕老化(aging)及避免鬼影现象(ghosting)。
因此，一种不会造成画面失真、不会破坏非主动区域画面美感且不需额外侦测器，用以缓和非主动区域磷光剂老化的系统，是目前迫切需要的。
发明内容
当一输入图像与屏幕比例不同时，此映画显示系统需将输入图像显示到输出图像的“主动(active)”区域以及产生输出图像中的“非主动(inactive)”区域时，本映画显示系统系处理此主动区域的明度及/或色度的像素数据，以决定主动区域的所选像素的平均明度及/或平均色度，并根据此平均明度及/或平均色度的函数设定显示画面的非主动区域的像素的明度及/或色度，让非主动区域的像素的明度及/或色度与主动区域的平均明度及/或平均色度相似，藉此防止主动区域及非主动区域中的像素的磷光剂或其它材料的老化速率相同，以防止鬼影现象。
根据本发明的一个方面，提供了一种画面显示方法，包含接收输入画面，其中该输入画面包含多个像素；依据计算函数，计算该多个像素的明度及色度中的至少一个，以产生估算值；依据该估算值，产生计算画面；以及合并该输入画面及该计算画面并输出一输出画面；其中，该输入画面是位于该输出画面的主动区域，该计算画面是位于该输出画面的非主动区域。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种画面显示装置，包含滤波单元，用来接收输入画面以产生滤波画面；其中该滤波画面为明度画面及色度画面之一；计算单元，用来计算该滤波画面中的多个像素，并产生计算画面；以及合并单元，用来合并该滤波画面及该计算画面，并输出一输出画面；其中，该滤波画面是位于该输出画面的主动区域，该计算画面是位于该输出画面的非主动区域。
根据本发明的另一个方面，还提供了一种映画显示的连续框页的产生方法，该些框页是对应图像的第一像素数据，且每一该些框页包含该图像的多个第一像素所形成的主动区域及位于该主动区域之外的多个第二像素，其中该第一像素数据系指示该些连续框页的每一该些第一像素的明度及/或色度，对于该些连续框页的每一特定框页，该产生方法包含处理该第一像素数据以决定该些第一像素中所选第一群像素的明度及色度之其一的第一估算强度；产生第二像素数据，该第二像素数据用以指示该特定框页的该些第二像素的明度及/或色度，其中该特定框页的每一该些第二像素的明度及色度之其一为该第一估算强度的函数；设定该特定框页的该些第一像素的明度及/或色度至该第一像素数据所指示的强度；以及设定该特定框页的该些第二像素的明度及/或色度至该第二像素数据所指示的强度。
图1～图6是绘示多种习知映画显示系统的显示画面；图7是绘示本发明的实施例的映画系统的显示画面；图8是绘示图7所示的同一列的像素明度的示意图；图9是绘示本发明的另一实施例的映画系统的显示画面；图10是图9所示的同一列的像素明度的示意图；图11是本发明的实施例的映画系统的方块图；图12是映画显示画面像素的简化示意图；图13及图14为图11的滤波器的实施范例的方块图；图15是图9的显示画面的同一列的像素的示意图；图16及图17为图11的滤波器的实施范例的方块图；图18是绘示本发明的映画显示系统的另一范例的方块图。
10、11非主动画面区域；12主动区域；13、14区域边界；20映画系统；22屏幕；24模拟数字转换器；25主动区域；27、29非主动区域；具体实施方式
一般来说，映画信号可分为一明度成分(luminance component)及一色度成份(chrominance component)，此映画信号可转换成两个像素数据序列(pixel data sequence)，分别为明度成分像素数据序列及色度成份像素数据序列。不同于先前技术中系将非主动区域的像素设定为固定颜色及亮度，本发明的显示系统依据主动区域的像素数据序列，以产生额外像素数据，利用此额外像素数据来调整非主动区域的像素的明度及色度，使得非主动区域10及11的每一像素的明度可接近主动区域的所选像素的明度平均值，藉此可防止主动区域及非主动区域的磷光剂或其它像素材料老化不均。
本发明的一实施例，系利用主动区域中的像素数据，计算出额外的像素数据来设定非主动区域中的像素明度/色度值，使其接近主动区域中所的选像素明度/色度平均值。如图7所示，非主动区域10及11的像素系周期性地调整其明度及色度以接近主动区域12中所选像素的平均明度及平均色度。另外，依据本发明的一变化实施例，第二像素数据(主动区域计算出额外的像素数据)亦可只设定非主动区域10及11的明度，而色度部分则设定为一常数，与主动区域的像素色度无关，或者只设定色度，明度则设定为一常数，与主动区域的像素明度无关。请参阅图8，其绘示图7的显示画面的同一水平列上的像素明度L，且像素明度L为画面X轴的函数。非主动区域10及11(0与XL之间以及XR与XMAX之间)的像素明度为主动区域12的所选像素的平均明度LM。主动区域12(XL与XR之间)的像素明度系由映画信号所控制。同样地，非主动区域10及11的像素色度在任何时间皆一致，且皆设定为主动区域的所选像素的平均色度。在本发明的实施例中，主动区域12的平均明度及平均色度系根据最接近此画面的N个框页的主动区域12中，具代表性取样像素的明度或色度平均数(mean)所计算出来，而N等于1或大于1。具代表性取样像素系由主动区域中的第j列的第i个像素所组成，i及j为大于0的整数。在本发明的另一实施例中，主动区域12中用以计算平均明度或平均色度的像素可以其它方法来选出。例如选择所有主动区域12的像素，或仅选择主动区域中接近非主动区域10及11的像素。此外，可以所选像素的明度或色度的中间数(median)或众数(mode)作为所选像素的平均明度或平均色度。
在本发明的另一实施例中，如图9所示，画面的主动区域及非主动区域的边界的锐利现象(sharpness)可通过逐渐改变非主动区域10及11中的像素的明度来降低，如图10所示。图10中，在区域10及11(X1与XL的间以及XR与X2之间)中接近主动区域12的位置XL及XR的像素明度系设定与主动区域边界13及14的明度LK相似，而远离主动区域(0与X1之间以及X2与XMAX之间)的像素的明度被设定与区域12的所有像素的平均明度相似。在X1与XL之间以及XR与X2之间，像素明度随着LM及LK的距离变化而线性改变。通过非主动区域10及11的明度逐渐改变，可减少画面的主动区域及非主动区域之间亮度突兀地改变。X1与XL之间及XR与X2之间的宽度可视需要调整。在图10中，X1与XL之间及XR与X2之间的明度转变系符合一距离的线性函数，亦可用距离的其它函数，如二次方函数。
请参阅图11，此图为本发明的映画系统20的范例方块图。当输入映画信号的图像比例与屏幕22的比例不同时，例如当屏幕22为16∶9比例，而映画信号传递一4∶3比例的图像，在此情况下，屏幕22提供一画面，此画面具有K列，每一列有N+2M个像素，如图12所示，而(N+2M)∶K＝16∶9。而VIDEO信号所传递的4∶3比例的图像系显示于画面的主动区域N×K，而N∶K＝4∶3。当映画系统20产升图像于主动区域25时，亦周期性地调整两个M×K非主动区域27及29的像素的明度及色度，以缓和这些区域产生老化以及防止鬼影现象。
映画系统20包含一模拟数字转换器(A/D)24，其将输入VIDEO信号数字化以产生一数字数据序列D1。一梳形滤波器26(comb filter)、一色度滤波器28(chroma filter)及一辉度滤波器23(1uma filter)将数据序列D1转换成两个像素数据序列CA及YA。CA及YA数据序列的连续每一对要素皆定义主动区域25中的像素的明度及色度。若图像系显示于4∶3比例的画面，则滤波器28及23只需以一速率周期性地产生数据序列CA及YA，若图像系显示于16∶9比例的画面，则数据序列CA及YA需要段落性地产生(burst)。例如，当显示器22为CRT显示器，电子束扫过一具有N+2M像素的列时，这N个像素仅于电子束扫描到主动区域的N个像素时才需要，在电子束扫描到非主动区域27及29的2M个像素时并不需要数据序列CA及YA。比例修正器(aspectratio corrector)电路32包含先进先出缓冲器(FIFO buffer)，其根据色度辉度滤波器的产生速率将数据序列CA及YA的要素储存，而当电子束扫描到主动区域时将数据序列CA及YA输出，此外，映画系统20包含一对数字滤波器30及31，其处理序列CA及YA以产生额外明度及色度像素数据序列CB及YB，当电子束扫瞄到非主动区域27及29时，序列CB及YB将被输出至屏幕上。多任务器34系用来依据一时序电路38的控制信号，选择性地输出CB、CM、YM及YB的像素至一RGB转换器36，当电子束扫描到非主动区域27及29时，多任务器34传送序列CB及YB的要素至RGB转换器36作为明度输入数据Y及色度输入数据C，同理，当电子束扫描到主动区域25时，多任务器34传送序列CM及YM的要素至RGB转换器36作为明度输入数据Y及色度输入数据C，也就是说，此多任务器的目的，在于将输入画面(CM、CY)与所计算出的计算画面(CB、YB)做结合。另外，RGB转换器36系用来将序列C及Y转换成RGB信号，以调整电子束扫描CRT22画面的红色、绿色及蓝色像素的亮度。一时序电路38提供时序信号以控制装置23、24、26、28、30-32、36及偏转电路(deflection circuit)39的操作时钟，偏转电路39系控制电子束的位置，传统同步电路40系处里VIDEO信号以同步时序电路38所产生的时序信号。
显示于显示器22的“框页”(frame)为一单一(2M+N)×K像素的静止图像，而映画系统20将一张张框页周期性地更新主动区域25的显示图像的N×K部分，藉此产生一移动图像。同时，映画系统20亦更新非主动区域27及29的显示以缓和老化。依据本发明的实施例，滤波器30计算先前F张框页中，所选像素序列CA的要素平均值(average of values of elements)作为序列CB的每一要素值，使得非主动区域27及29中的像素与先前F张框页中的像素有相同的色度平均值。在本发明的多种实施例中，滤波器30可用不同的像素选择方法，例如所选像素可为F张框页的主动区域中所有像素、F张框页的主动区域中具代表性取样像素或F张框页的主动区域中接近非主动区域的部分像素，来计算其均数、中间数或众数。
请参阅图13，该图为滤波器30的一实施例，可使用一累加器(ACCUM)50以累加所选序列CA的要素，一除法电路52对所选序列CA要素累加值进行增益控制，以产生依CB数据，而当下一个CB数据被计算时，缓存器(REG)54系暂存上一个CB数据。依据图11所示的时序信号产生器38系产生时序信号告知累加器50需累加的CA序列的要素以及对除法电路进行时序控制，另一时序信号，标示每一框页的启始位置，并重新设定累加器50及对缓存器54进行时序控制。在F张框页期间，CB像素数据序列的每一像素具有相同强度，为所选CA像素数据序列的像素平均值。因此，在F张框页期间，非主动区域27及29的像素色度皆一致，且等于先前F张框页的主动区域25中所选像素的速度平均值。请参阅图14的实施例，包含累加器56、除法电路58以及缓存器60，用来处理所选的YA像素数据以产生YB数据，其操作原理等同于图13，故在此不另赘述。
请参阅图15，该图为图12所示的画面中，一像素数组66，依据本发明的实施例20，滤波器30系用来计算主动区域25的右边像素64到区域29中，第A个像素位置之间，像素62的明度值CB(A)，以及计算主动区域25的左边像素72到区域27中，第B个像素位置之间，像素70的明度值CB(B)，滤波器30根据下列函数进行计算CB(A)＝(CB’-CBR(0)’)(A/Amax)T1+CBR(0)，for A＜AmaxCB(A)＝CB’for A＞＝AmaxCB(B)＝(CB’-CBL(0)(B/Bmax)T1+CBL(0)，for B＜BmaxCB(B)＝CB’for B＞＝Bmax其中Amax为主动区域的右边缘至色度逐渐改变的距离，CBR(0)为主动区域25的右边缘的像素64的最新决定色度，CB’为最新计算的主动区域中的所选像素的平均色度。Bmax为主动区域的左边缘至色度逐渐改变的距离，CBL(0)为主动区域25的左边缘的像素72的最新决定色度，T1为任何大于0的数。
例如，将T1设定为2，造成随着A由0增加到Amax，且B由0增加到Bmax，区域29及27的色度CB(L)及CB(R)由CBR(0)及CBL(0)二次方地(quadradically)逐渐改变至CB’。将T1设定为1，造成随着A由0增加到Amax，且B由0增加到Bmax，区域29及27的色度CB(L)及CB(R)由CBR(0)及CBL(0)线性地逐渐改变至CB’。CB’可为主动区域中的所选像素的均数、中间数或众数。
请参阅图16，此图提供一递远递减的色度的滤波器30包含累加器(ACCUM)50、除法电路52及缓存器(REG)54。滤波器30系计算连续F张框页的主动区域25中的像素的色度均值CB’。在此范例中滤波器30包含一对缓存器(REG)74及76以储存CBR(0)及CBL(0)的最近值，递减滤波器(taperingfilter)78接收CB’、CBR(0)及CBL(0)并根据上述递远递减函数(taperingfunction)计算CB(L)。图11所示的时序电路38所产生的时序信号(TIMINGSIGNALS)对缓存器74及76进行时序控制，使得当CBR(0)及CBL(0)出现于序列CA时此些缓存器可将其储存。时序信号亦对递减滤波器电路84进行时序控制以产生每一CB值，并对递减滤波器78进行同步致使递减滤波器78可得知目前计算CB值的像素位置。
如图11所示，本发明的滤波器31计算区域29的任一列66中，离主动区域25的右边缘，第A位置像素62的明度YB(A)，以及计算区域27的任一列66中，离主动区域25的左边缘，第B位置像素62的明度YB(B)。滤波器31根据下列函数进行计算YB(A)＝(YB’-YBR(0)’)(A/Amax)T2+YBR(0)，for A＜AmaxYB(A)＝YB’for A＞＝AmaxYB(B)＝(YB’-YBL(0)(B/Bmax)T2+YBL(0)，for B＜BmaxYB(B)＝YB’for B＞＝Bmax其中，Amax为主动区域的右边缘至色度逐渐改变的距离，YBR(0)为主动区域25的右边缘的像素64的最新决定明度，YB’为最新计算的主动区域中的所选像素的平均色度。Bmax为主动区域的左边缘至色度逐渐改变的距离，YBL(0)为主动区域25的左边缘的像素72的最新决定明度，T2为任何大于0的数。
例如，将T2设定为2，造成随着A由0递增到Amax，且B由0递增到Bmax，区域29及27的明度YB(L)及YB(R)由YBR(0)及YBL(0)二次方地(quadradically)逐渐改变至YB’。将T2设定为1，造成随着A由0递增到Amax，且B由0递增到Bmax，区域29及27的明度YB(L)及YB(R)由YBR(0)及YBL(0)线性地逐渐改变至YB’。YB’可为主动区域中的所选像素的均数、中间数或众数，且可视需要使用多种不同的像素选择方式。
请参阅图17，图中提供一递远递减的明度的滤波器31包含累加器56、除法电路58及缓存器60。滤波器31系计算连续F张框页的主动区域25中的像素的明度均值YB’。在此范例中滤波器31包含一对缓存器80及83以储存YBR(0)及YBL(0)的最近值，递减滤波器(tapering filter)78接收YB’、YBR(0)及YBL(0)并根据上述递远递减函数(tapering function)计算YB(L)。图11所示的时序电路38所产生的时序信号对缓存器80及82进行时序控制，使得缓存器可于适当时间储存YBR(0)及YBL(0)。时序信号亦对递减滤波器电路84进行时序控制以产生每一YB值，并对递减滤波器电路84进行同步致使递减滤波器78可得知目前计算YB值的像素位置。
请参阅图18，其绘示本发明的另一实施例的示意图。图中，映画显示系统90和图11所示的映画显示系统20相似，除了映画显示系统90将滤波器30移除而色度CB系以硬件连接(或自缓存器取得)且为一常数。映化显示画面的非主动区域的像素的色度系设定为常数，而其明度随着主动区域中的像素明度而改变。例如，非主动区域的像素可为灰色而其亮度随着主动区域的所选像素的估算平均亮度而改变。
已上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于后附的权利要求范围中。
权利要求
1.一种画面显示方法，包含接收输入画面，其中该输入画面包含多个像素；依据计算函数，计算该多个像素的明度及色度中的至少一个，以产生估算值；依据该估算值，产生计算画面；以及合并该输入画面及该计算画面并输出一输出画面；其中，该输入画面是位于该输出画面的主动区域，该计算画面是位于该输出画面的非主动区域。
2.根据权利要求1所述的画面显示方法，还包含合并第二输入画面与该计算画面并输出第二输出画面。
3.根据权利要求1所述的画面显示方法，其中该多个像素为该输入画面的所有像素。
4.根据权利要求1所述的画面显示方法，其中该多个像素为该输入画面的边缘像素。
5.根据权利要求1所述的画面显示方法，其中该多个像素为该输入画面的代表性取样像素。
6.根据权利要求1所述的画面显示方法，其中该估算值为该多个像素的平均数。
7.根据权利要求1所述的画面显示方法，其中该估算值为该多个像素的中间数。
8.根据权利要求1所述的画面显示方法，其中该估算值为该多个像素的众数。
9.根据权利要求1所述的画面显示方法，其中该输出画面为实质上等于16∶9的画面比例。
10.一种画面显示装置，包含滤波单元，用来接收输入画面以产生滤波画面；其中该滤波画面为明度画面及色度画面之一；计算单元，用来计算该滤波画面中的多个像素，并产生计算画面；以及合并单元，用来合并该滤波画面及该计算画面，并输出一输出画面；其中，该滤波画面是位于该输出画面的主动区域，该计算画面是位于该输出画面的非主动区域。
11.根据权利要求10所述的画面显示装置，其中该计算单元，包含滤波器，用来依据计算函数，计算该滤波画面中的多个像素，并产生该计算画面；以及比例缩放单元，用来缩放该滤波画面，并产生缩放画面。
12.根据权利要求10所述的画面显示装置，其中该多个像素为该滤波画面的边缘像素。
13.根据权利要求10所述的画面显示装置，其中该多个像素为该滤波画面的代表性取样像素。
14.根据权利要求10所述的画面显示装置，其中该计算单元计算该滤波画面中的多个像素的平均数。
15.根据权利要求10所述的画面显示装置，其中该计算单元计算该滤波画面中的多个像素的中间数。
16.根据权利要求10所述的画面显示装置，其中该计算单元计算该滤波画面中的多个像素的众数。
17.一种映画显示的连续框页的产生方法，该些框页是对应图像的第一像素数据，且每一该些框页包含该图像的多个第一像素所形成的主动区域及位于该主动区域之外的多个第二像素，其中该第一像素数据指示该些连续框页的每一该些第一像素的明度及/或色度，对于该些连续框页的每一特定框页，该产生方法包含处理该第一像素数据以决定该些第一像素中所选第一群像素的明度及色度之其一的第一估算强度；产生第二像素数据，该第二像素数据用以指示该特定框页的该些第二像素的明度及/或色度，其中该特定框页的每一该些第二像素的明度及色度之其一为该第一估算强度的函数；设定该特定框页的该些第一像素的明度及/或色度至该第一像素数据所指示的强度；以及设定该特定框页的该些第二像素的明度及/或色度至该第二像素数据所指示的强度。
全文摘要
本发明是揭露一种映画显示系统，用来缓和输出画面中非主动区域所产生的老化问题。当映画显示系统显示与屏幕画面比例不同的图像时，图像仅延伸于显示画面的主动区域。显示系统设定非主动区域中的像素的明度及/或色度以符合主动区域中的所选像素的平均明度及/或平均色度。藉此使主动区域及非主动区域的磷光剂或其它材料老化速率相同以防止鬼影现象。
文档编号G09G5/00GK101064769SQ20061007769
公开日2007年10月31日 申请日期2006年4月28日 优先权日2006年4月28日
发明者林嘉亮, 周智贤 申请人:瑞昱半导体股份有限公司