提高显示元件灰度数的装置与方法

专利名称：：提高显示元件灰度数的装置与方法
技术领域：
：本发明是涉及一种显示元件的装置及方法，特别是涉及提高显示元件灰度数(graylevels)的装置及方法。
背景技术：
：已知的平面显示元件如PDP(plasmadisplaypanel)模块，在呈现影像时是以8位(bit)的灰度信息来表现0～255的灰度，也就是以256个灰度来显示影像。请参阅图1，图1为已知PDP模块亮度表现与灰度之间的关系示意图。已知PDP模块的亮度表现与灰度之间的关系接近线性相关。例如亮度为512cd/m2的模块，其相邻的每一灰度亮度梯度为2cd/m2，即灰度1的亮度有2cd/m2。当模块亮度提升一倍到1024cd/m2时，则灰度1的亮度高达4cd/m2。当最小灰度的亮度过高，会影响影像的对比。目前PDP模块的亮度愈来愈高，上述最小灰度亮度过高而对影像的影响则愈来愈严重。因此，已知PDP模块只将亮度等分成256级是不足的。由于PDP模块灰度与亮度关系接近线性相关，因此利用PDP模块来观赏影片时必需将影像讯号进行Gamma2.2的转换，才能表现出正确的对比及色彩。一般影像的影像讯号为89位(bit)，输入PDP模块的讯号也为8位。倘若将影像讯号进行Gamma2.2转换后再以8位的讯号输入PDP模块，则低灰度的许多细节将因Gamma2.2转换而消失。例如原本为分布在0～42灰度范围的影像，经Gamma2.2转换后以8位表现时，只剩下0～4的灰度范围，损失了相当多的灰度细节。为了不让低灰度的细节损失太多，一般会以空间的误差扩散法来改善Gamma2.2转换的问题，但空间的误差扩散法并无解决最小灰度亮度过高的问题。最小灰度的亮度过高有以下缺点。第一，在低亮度画面时，由于最小灰度亮度过高，人眼视觉上会觉得像素太大、解析度不佳。第二，以空间的误差扩散法改善低灰度细节时，倘若最小灰度亮度过高，近距离观看时在视觉上会觉得画面有不安定的杂讯感。因此本发明的主要目的在于解决已知技术中所发生的最小灰度亮度过高的问题，并且达到让显示元件灰度数提高的目的。
发明内容本发明的目的在于提供一种提高显示元件灰度数的装置，可以解决显示元件最小灰度亮度过高的问题，并且提高显示元件的灰度数。本发明的提高显示元件灰度数的装置包含一讯号转换电路、一误差扩散电路以及一运算电路。讯号转换电路根据一第一预定方式将一组影像讯号转换为一组转换讯号。误差扩散电路是用以接收该组转换讯号，并依据一判别法则产生一组扩散讯号。运算电路是接收该组扩散讯号，并根据一第二预定方式以及一预定运算法则，产生一组输出影像讯号。本发明的提高显示元件灰度数的装置中，利用误差扩散电路以及运算电路内的讯号转换及运算，可以消除显示元件最小灰度亮度过高以及空间误差扩散法所产生杂讯感的问题，并且达到让显示元件灰度数提高的目的，因此让显示画面更为清晰。关于本发明的优点与精神可以藉由以下的发明详述及附图得到进一步的了解。图1为PDP模块亮度表现与灰度之间的关系示意图。图2为本发明提高显示元件灰度数装置的系统方块图。图3为本发明提高显示元件灰度数装置的Gamma对照表示意图。图4为本发明提高显示元件灰度数装置的第一对照表示意图。图5为本发明提高显示元件灰度数装置的运算法则的示意图。图6A为本发明提高显示元件灰度数装置的一组掩码的实施例的示意图。图6B为一要进行本发明掩码运算的4*4矩阵大小的影像及其相对应矩阵的示意图。图6C为图6影像经过图6A的掩码运算后的矩阵的示意图。图6D为图6C中四个帧每一点的平均亮度的示意图。图7A为本发明提高显示元件灰度数装置的修正后产生0.25亮度的掩码的示意图。图7B为本发明提高显示元件灰度数装置的修正后产生0.5亮度的掩码的示意图。图7C为本发明提高显示元件灰度数装置的修正后产生0.75亮度的掩码的示意图。图8为本发明提高显示元件灰度数方法的步骤流程图。图9A为本发明提高显示元件灰度数方法灰度值亮度的测量数据。图9B为未使用本发明提高显示元件灰度数方法灰度值亮度的测量数据。图10为本发明提高显示元件灰度数方法的灰度值与亮度的示意图。附图标号说明10提高显示元件灰度数的装置12讯号转换电路14误差扩散电路16运算电路20影像讯号22转换讯号24扩散讯号26影像输出讯号41Gamma对照表51第一对照表具体实施方式请参阅图2，图2为本发明的提高显示元件灰度数的装置10的系统方块图。本发明的提高显示元件灰度数的装置10包含一讯号转换电路12、一误差扩散电路14以及一运算电路16。讯号转换电路12是根据一第一预定方式将一组影像讯号20转换为一组转换讯号22。误差扩散电路14是用以接收该组转换讯号22，并依据一判别法则产生一组扩散讯号24。运算电路16是接收该组扩散讯号24，并根据一第二预定方式以及一预定运算法则，产生一组输出影像讯号26。请参阅图3，图3为图1的提高显示元件灰度数的装置10的Gamma对照表41的示意图。以下说明讯号转换电路12将该组影像讯号20转换为该组转换讯号22所依据的第一预定方式。第一预定方式是利用一Gamma对照表(lookuptable)，将该组影像讯号20转换为该组转换讯号22，其中该组影像讯号20中每一讯号是L位，该组转换讯号22中每一讯号是M位，且M＞L。一组8bit影像讯号20，利用Gamma对照表进行Gamma2.2转换后，输出一组12bit转换讯号22，其中高位的8bit用来呈现整数部分，而低位的4bit用来呈现小数部分。在一实施例中，一Gamma对照表41如图3所示。一组8bit影像讯号20，利用Gamma对照表41进行Gamma2.2转换后，输出一组12bit转换讯号22，其中高位的8bit用来呈现Gamma转换后的整数部分，而低位的4bit用来呈现小数部分。如图3所示，42栏为输入的8bit影像讯号的灰度，44栏为经过Gamma2.2转换后影像的灰度，46栏为8bit影像讯号转换后所能显示影像的灰度，其中经过Gamma2.2转换后输出影像应该为12bit的影像，在此利用46栏显示8bit影像的灰度的整数部分，而其他4bit则是用来呈现gamma2.2转换后的小数部分(未显示)。利用此Gamma对照表41，可以将一组8bit影像讯号转换为一组12bit的转换讯号。以下说明误差扩散电路14产生该组扩散讯号24所依据的判别法则。该判别法则是是利用该组转换讯号22中每一讯号的N个高位与剩下的(M-N)个低位，将该组转换讯号22进行一空间误差扩散运算，用以产生该组扩散讯号24，该组扩散讯号24中每一讯号是N位。在一实施例中，该组转换讯号22为一组12bit的讯号。误差扩散电路14利用判别法则，将每一讯号的10bit高位与2bit低位进行空间误差扩散运算，产生一个10bit的扩散讯号。因此误差扩散电路14会产生一组10bit的扩散讯号24。以下说明运算电路16产生该组输出影像讯号26所根据的第二预定方式以及预定运算法则。运算电路16是利用第二预定方式将该组扩散讯号24转换为一组暂时讯号25，再依据预定运算法则与该组暂时讯号25，产生该组输出影像讯号26。第二预定方式是一第一对照表(lookuptable)，用以将该组扩散讯号24转换为该组暂时讯号，其中该组暂时讯号中每一讯号是K位，且N＞K。预定运算法则是将该组暂时讯号与一组掩码(Mask)进行运算，以产生该组输出影像讯号26，其中该组输出影像讯号26中每一讯号为K位。该组掩码中，每一掩码包含P个Q*Q矩阵，其中Q大于等于2。于一实施例中，该组掩码包含一第一、一第二、以及一第三掩码，并且该组掩码中P、Q皆为4，即每一掩码包含4个4*4矩阵。第一掩码包含4个4*4矩阵。第一掩码的四个矩阵中，有3个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余1个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0，其中1≤i≤4；1≤j≤4。第二掩码包含4个4*4矩阵。第二掩码的四个矩阵中，有2个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余2个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0，其中，1≤i≤4；1≤j≤4。第三掩码包含4个4*4矩阵。第三掩码的四个矩阵中，有1个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余3个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0，其中1≤i≤4；1≤j≤4。请参阅图4，图4为图1的提高显示元件灰度数的装置10的第一对照表51示意图。在一实施例中，第一对照表51内包含三个栏位，其中52栏为输入的扩散讯号的灰度，54栏为输出的暂时讯号的灰度，56栏为相对应的预定运算法则。在此实施例中，扩散讯号为10bit，暂时讯号为8bit，另外每一个输入的影像灰度有一相对应的预定运算法则。如图4所示，灰度影像1、5、9、、、1016、1020相对应的预定运算法则为掩码A，灰度影像值2、6、10、、、1017、1021相对应的运算法则为掩码B，灰度影像值3、7、11...1018、1022相对应的运算法则为掩码C。掩码A为产生0.25亮度的运算掩码，掩码B为产生0.5亮度的运算掩码，掩码C为产生0.75的运算掩码。因此，藉由第一对照表51，输入10bit扩散讯号灰度影像值，可得到输出8bit暂时讯号灰度影像值，以及相对应的预定运算法则。本发明的提高显示元件灰度数的装置中，设计一组随时间变化的掩码，影像经掩码运算后再输出，如此同一点像素利用不同的掩码运算，其亮度经时间积分后即可产生不同的亮度感觉。在国家电视规格委员会(NTSC)视讯系统规格的系统中每秒有60张影像，将每秒60张影像的第1、5、9、13...57张归于帧I，第2、6、10、14...58张影像归于帧II，第3、7、11、15...59张影像归于帧III，第4、8、12、16...60张影像归于帧IV；I、II、III、IV四个帧分别对应四个掩码，不同帧的影像分别与相对应的掩码进行运算。藉由不同的掩码设计，单位像素的亮度经时间积分后可产生不同的亮度感觉。将影像归于4个帧只是一种实施例，在其他实施例中也有可能将影像分成其他多个帧，来具体实行本发明。请参阅图5，图5是本发明预定运算法则一实施例的示意图。在本实施例中，—4*4矩阵大小的影像60与—2*2矩阵大小的掩码62进行掩码运算，产生一影像64，在本实施例的掩码运算为减法运算。在其他实施例中，掩码运算可为减法运算、加法运算、乘法运算...或其他熟习的数学运算。请参阅图6A至图6D。图6A为本发明一组掩码的实施例的示意图。图6B为一要进行本发明掩码运算的4*4矩阵大小的影像78及其对应的矩阵80的示意图。图6C为图6D的影像经过图6A的掩码运算后的矩阵。图6D为图6C中四个帧每一点的平均亮度。如图6A所示的4个4*4矩阵为四个帧的掩码设计。矩阵70、72、74、76分别为相对应帧I、II、III、IV的运算矩阵。此实施例是将最小灰度的亮度降低50％。如图6B所示，一个4*4矩阵大小的影像78(点A1～点A16)，其中每一个相对应位置可相对应至矩阵80的每一灰度影像值。图6B的影像78与图6A矩阵70、72、74、76经由掩码运算后，结果如图6C所示分别为矩阵82、84、86、88。如图6D所示，影像78经4个帧的掩码运算后所观察到的亮度值显示于矩阵90。影像78经由掩码运算后，A1点经4个帧后观察到的亮度为(0+1+0+1)/4＝0.5，A2点经4个帧后观察到的亮度为(1+2+1+2)/4＝1.5...。灰度8bit影像利用图6A的掩码运算，经4个或4的整数倍帧的时间后，可产生灰度0.5、1.5、2.5、3.5...254.5的亮度，如此可使最小灰度的亮度减少50％，并可产生介于两整数灰度中间的亮度。在设计掩码运算时需注意一个问题。在面积大、亮度高、大面积同色的图像，或图像对比明显时，若注意观察会发现画面轻微闪烁的现象。这种轻微闪烁的现象在解析度低或像素大的模块上更容易观察到。以下说明画面闪烁的原因，如图6A的掩码，以奇、偶水平交错运算，对奇数水平线而言其运算频率为30Hz频率太低，也就是说每秒钟的更换的影像太少，因此容易被使用者察觉到。为了避免相同灰度的连续画面出现闪烁的问题，类似于图6A此种奇、偶规律性的掩码可作修正。请参阅图4及图7A至图7C，图7A至图7C为分别为本发明掩码的实施例。如图7A的掩码设计可产生0.25亮度，如图7B的掩码设计可产生0.5亮度，如图7C的掩码设计可产生0.75亮度。图4中，掩码A、B及C即可分别采用如图7A、图7B及图7C的设计。此外，为了减轻相同颜色出现低频闪烁的问题，可将红、绿、蓝三种原色所对应的掩码，在同一帧设计成不同的掩码，以避免发生低频闪烁的问题。掩码设计有一法则。举例说明，若想要设计一个4*4大小，产生0.75亮度的掩码，在4个4*4矩阵中有1个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余3个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0。若欲产生0.5亮度的掩码，在4个4*4矩阵中有2个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余2个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0。若欲产生0.25亮度的掩码，在4个4*4矩阵中有3个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，其余1个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素为0，其中1≤i≤4；1≤j≤4。该掩码可为一2*2以上大小的矩阵。然而2*2的矩阵变化较小，较容易会产生上述低频闪烁的问题。因此4*4大小的掩码为较佳实施例，但也有可能是更大的矩阵形式的掩码。请参阅图8，图8为本发明提高显示元件灰度数方法的步骤流程图。本发明提高显示元件灰度数的方法包含下列步骤S80利用一第一预定方式，将一组影像讯号转换为一组转换讯号；S82利用该组转换讯号并依据一判别法则，产生一组扩散讯号；S84利用该第二预定方式将该组扩散讯号转换为一组暂时讯号；以及S86依据该预定运算法则与该组暂时讯号，产生该组输出影像讯号。至于本发明提高显示元件灰度数方法中的第一预定方式、第二预定方式、判别法则、以及预定运算法则等，则如同上述说明及相关图示，在此不再赘述。请参阅图9A及图9B，图9A为使用本发明提高显示元件灰度数方法的测量数据。图9B为未使用本发明提高显示元件灰度数方法的测量数据。图9A及图9B可用来说明使用本发明提高显示元件灰度数方法较未使用本发明的提高显示元件灰度数方法的灰度解析度高。如图9A所示，gray栏表示灰度值，Y-with代表色度计测量出来应用本发明提高显示元件灰度数方法在该灰度值所产生的亮度。请参阅图9B，Y-without代表未使用本发明提高显示元件灰度数方法在该灰度值所测得的亮度。由图9A及图9B所列的数据可以很明确的看到本发明提高显示元件灰度数方法确实可以提高显示元件的灰度数。请参阅图10，图10为本发明提高显示元件灰度数方法的示意图。如图10所示，在灰度值为0至64的情形下，曲线90代表使用本发明的提高显示元件灰度数方法后灰度值与亮度的关系，而曲线92代表未使用本发明提高显示元件灰度数方法的灰度值与亮度的关系，由此可见，使用本发明提高显示元件灰度数方法所测得的灰度值与亮度的图形呈现出来是较为线性的，即可表示应用本发明提高显示元件灰度数方法能有效的提高显示元件的灰度数，让显示元件所显示出来的画质更清晰。本发明的提高显示元件灰度数的装置或方法利用一个对照表及一掩码运算，自动去调整显示元件中最小灰度亮度过高的问题，消除显示画面产生杂讯感的问题。因此应用本发明提高显示元件灰度数的装置及方法，可以解决已知的问题，使显示元件画面更清晰。本发明提高显示元件灰度数的装置或方法可适用于等离子体显示器(plasmadisplaypanel，PDP)、液晶显示器(liquidcrystaldisplay，LCD)...等数字显示产品。藉由以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所披露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的权利要求的范畴内。因此，本发明所申请的权利要求的范畴应根据上述的说明作最宽广的解释，以致使其涵盖所有可能的改变以及具相等性的安排。权利要求1.一种提高显示元件灰度数的装置，该装置包含一讯号转换电路，根据一第一预定方式将一组影像讯号转换为一组转换讯号；一误差扩散电路，用以接收该组转换讯号，并依据一判别法则产生一组扩散讯号；以及一运算电路，接收该组扩散讯号，并根据一第二预定方式以及一预定运算法则，产生一组输出影像讯号。2.如权利要求1所述的装置，该讯号转换电路所依据的该第一预定方式为一Gamma对照表，用以将该组影像讯号转换为该组转换讯号，其中该组影像讯号中每一讯号是L位，该组转换讯号中每一讯号是M位，且M＞L。3.如权利要求2所述的装置，其中该判别法则是利用该组转换讯号中每一讯号的N个高位与剩下的(M-N)个低位，将该组转换讯号进行一空间误差扩散运算，用以产生该组扩散讯号，该组扩散讯号中每一讯号是N位。4.如权利要求3所述的装置，其中该运算电路是利用该第二预定方式将该组扩散讯号转换为一组暂时讯号，再依据该预定运算法则与该组暂时讯号，产生该组输出影像讯号。5.如权利要求4所述的装置，该第二预定方式是一第一对照表，用以将该组扩散讯号转换为该组暂时讯号，其中该组暂时讯号中每一讯号是K位，且N＞K。6.如权利要求5所述的装置，其中该预定运算法则是将该组暂时讯号与一组掩码进行运算，以产生该组输出影像讯号，该组输出影像讯号中每一讯号为K位。7.如权利要求6所述的装置，该组掩码中每一掩码包含P个Q*Q矩阵，其中Q大于等于2。8.如权利要求7所述的装置，其中该组掩码中一第一掩码包含4个4*4矩阵，该4个4*4矩阵中有3个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余1个矩阵于第i列与第j行的值矩阵元素为0，其中1≤i≤4；1≤j≤4。9.如权利要求7所述的装置，其中该组掩码中一第二掩码包含4个4*4矩阵，该4个4*4矩阵中有2个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余2个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0，其中1≤i≤4；1≤j≤4。10.如权利要求7所述的装置，其中该组掩码中一第三掩码包含4个4*4矩阵，该4个4*4矩阵中有1个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余3个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0，其中1≤i≤4；1≤j≤4。11.一种提高显示元件灰度数的方法，该方法包含下列步骤(a)利用一第一预定方式，将一组影像讯号转换为一组转换讯号；(b)利用该组转换讯号并依据一判别法则，产生一组扩散讯号；以及(c)利用该组扩散讯号，依据一第二预定方式以及一预定运算法则，产生一组输出影像讯号。12.如权利要求11所述的方法，该第一预定方式是一Gamma对照表，用以将该组影像讯号转换为该组转换讯号，其中该组影像转换讯号中每一讯号是L位，该组转换讯号中每一讯号是M位，且M＞L。13.如权利要求12所述的方法，其中该判别法则是利用该组转换讯号中每一讯号的N个高位与剩下的(M-N)个低位，将该组转换讯号进行一空间误差扩散运算，用以产生该组扩散讯号，该组扩散讯号中每一讯号是N位。14.如权利要求13所述的方法，其中(c)步骤包含(c1)利用该第二预定方式将该组扩散讯号转换为一组暂时讯号；以及(c2)依据该预定运算法则与该组暂时讯号，产生该组输出影像讯号。15.如权利要求14所述的方法，其中该第二预定方式是一第一对照表，用以将该组扩散讯号转换为该组暂时讯号，其中该组暂时讯号中每一讯号是K位，且N＞K。16.如权利要求15所述的方法，其中该预定运算法则是将该组暂时讯号与一组掩码进行运算，以产生该组输出影像讯号，该组输出影像讯号中每一讯号为K位。17.如权利要求16所述的方法，该组掩码中每一掩码包含P个Q*Q矩阵，其中Q大于等于2。18.如权利要求17所述的方法，其中该组掩码中一第一掩码包含4个4*4矩阵，该4个4*4矩阵中有3个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余1个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0，其中1≤i≤4；1≤j≤4。19.如权利要求17所述的方法，其中该组掩码中一第二掩码包含4个4*4矩阵，该4个4*4矩阵中有2个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余2个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0，其中1≤i≤4；1≤j≤4。20.如权利要求17所述的方法，其中该组掩码中一第三掩码包含4个4*4矩阵，该4个4*4矩阵中有1个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为1，且其余3个矩阵于第i列与第j行的矩阵元素值为0，其中1≤i≤4；1≤j≤4。全文摘要本发明提供一种提高显示元件灰度数的装置。该装置包含一讯号转换电路、一误差扩散电路以及一运算电路。讯号转换电路根据一第一预定方式将一组影像讯号转换为一组转换讯号。误差扩散电路接收该组转换讯号，并依据一判别法则产生一组扩散讯号。运算电路接收该组扩散讯号，并根据一第二预定方式以及一预定运算法则，产生一组输出影像讯号。文档编号G09G5/10GK1705014SQ20041004738公开日2005年12月7日申请日期2004年6月3日优先权日2004年6月3日发明者高旭彬,高旭佳,单益嘉,余义盛申请人:广达电脑股份有限公司