圖框率升頻裝置及方法
2023-10-08 18:26:04 1
專利名稱：圖框率升頻裝置及方法
技術領域：
本發明是有關於顯示器，特別是有關於利用移動估計/移動補償(MotionEstimation/Motion Compensation,ME/MC)技術於以進行區域調光(local dimming)的裝
置及方法。
背景技術：
一般使用者在觀賞影片時，對比度(contrast)為一畫面呈現的要素，對比度愈高，愈能呈現出畫面中黑與白的反差，讓影片中的物件成像更為鮮明。然而，傳統上都是使用全域調光(global dimming)的作法,使用整張畫面(frame)來提升對比度,意即使用讓整張畫面較亮或整張畫面較暗的方式來控制對比度。目前更進階的作法是採用局部性的對比提升控制，將畫面上顯示的主要物件的亮度提高，並降低其他區域的亮度，藉以增強畫面的對比度。現今應用於顯示器上的區域對比增強(local contrast enhancement)技術大多採用區域調光的方式，區域調光為LCD顯示器背光源的亮度可控制不同區域及不同程度的明暗變化，因此又可稱為區域控制技術。區域調光廣義而言，可區分為3大類，分別為0次元(0D)、1次元(ID)及2次元(2D)調光，其所對應的背光源分別為平面光源(FFL及0LED)、CCFL (或與CCFL相似的EEFL)及LED，而2D區域調光技術的對比增強效果最佳。0次元調光是為調整整張畫面的亮度變亮或變暗，I次元調光是為調整背光模塊的CCFL燈管的開啟或關閉，進而控制一維畫面的明暗變化，2次元調光可同時依水平方向及垂直方向劃分區域來控制畫面的明暗變化。而LED背光源為目前背光技術中將區域調光發揮至最佳的光源，原因是0次元的平面光源發光方式是將整個畫面變亮或變暗，其背光無法作到依小區塊且不同亮度的變化。再者，I次元的CCFL或EEFL背光為直線光源，例如在32寸TV用的LCD面板中，大部分需使用12根CCFL燈管，區域調光也只能劃分為12個區塊。圖IA顯示IXD屏幕100及其顯示的物件101，圖IB所示為IXD屏幕的LED背光模塊110，2次元的直下式排列的LED背光模塊，呈現矩陣式排列，理論上每個LED均可視為一區域調光控制的最小單位，因此可達到區域調光的最佳效果，LED背光模塊110依據物件101不同區域的亮度，控制LED以不同亮度顯示，以達到區域調光的效果，其中LED 111為較亮的LED、LED 112為次亮的LED、LED113為全暗的LED。對於文件/電影/動畫源，圖框率(frame rate)約為24-30畫面/秒。然而，正常的播放裝置通常設計為以大約50-60畫面/秒的畫面率來播放視頻。因此，需要進行畫面率轉換，將源視頻(source video)的畫面率作升頻轉換(up-conversion)以在播放裝置中播放。畫面率升頻轉換的一種傳統方法是畫面重複(r印etition)，具體是指重複源視頻的畫面以增加圖框率。然而，當視頻中的目標或背景移動時，畫面重複會導致抖動偽影(judder artifact),並且會有動作不連續的情況產生。
發明內容
有鑑於此，本發明提供一種圖框率升頻方法，使用移動估計/移動補償技術，以解決圖框率升頻時畫面抖動或不連續的情況，並達到區域調光的效果，該圖框率升頻方法用於至少具有一第一畫面以及一第二畫面的一視頻序列，第一畫面排列於第二畫面之前，該圖框率升頻方法的步驟包括根據第一畫面與第二畫 面，對第一畫面進行移動估計，以獲得多個巨集區塊以及所對應的多個移動向量；判斷移動向量是否小於一預定值；於移動向量中小於預定值的每一者所對應的巨集區塊插補一高對比次畫面，並於移動向量大於預定值的每一者所對應的巨集區塊插補一移動補償次畫面，以便產生一插補畫面，其中插補畫面排列於第一畫面與第二畫面之間。本發明更提供一種圖框率升頻裝置，用於至少具有一第一畫面以及一第二畫面的一視頻序列，第一畫面排列於第二畫面之前，該圖框率升頻裝置包括一移動估計單元，依據第一畫面與第二畫面，對第一畫面進行移動估計，以獲得多個巨集區塊以及所對應的多個移動向量；以及一移動補償單元，用以判斷所述移動向量是否小於一預定值，若是，移動補償單元於所述移動向量小於預定值的每一者所對應的巨集區塊插補一高對比次畫面；若否，移動補償單元於所述移動向量大於預定值的每一者所對應的巨集區塊插補一移動補償次畫面，以產生一插補畫面,其中插補畫面排列於第一畫面與第二畫面之間。
圖IA顯示一 IXD顯示器所呈現的畫面；圖IB顯示LED背光模塊的排列方式；圖2為依據本發明一實施例的圖框率升頻系統的方塊圖；圖3A 圖3C為依據本發明一實施例的圖框率升頻方法的畫面示意圖；圖4為依據本發明一實施例的圖框率升頻方法的流程圖。附圖標號100 LCD屏幕；110 LED背光模塊；101 物件；111、112、113 LED ;200 圖框率升頻系統；223 解碼器；210 輸入視頻；230 輸出視頻；220 計算單元；221 移動估計單元；222 移動補償單元；301、303 畫面；302 插補畫面；310 物件。
具體實施例方式有關本發明的前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式圖2 圖4的較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。
本發明提供一種使用移動估計(motion estimation) /移動補償(motioncompensation)技術的圖框率升頻系統，用以達到區域調光效果。圖2所示為依據本發明的一實施例的圖框率升頻系統200的方塊圖。輸入視頻210可為視頻序列(video sequence)或視頻位元流，例如MPEG 1/2/4、ITU-T H. 264，但不限於此。計算單元220包括一移動估計單元221、一移動補償單元222，在本發明的一實施例中，計算單元220更包括一解碼器223，當輸入視頻210為視頻位元流時，解碼器223對為視頻壓縮格式的輸入視頻210進行解碼，並產生視頻序列傳送至移動估計單元221。在本發明的一實施例中，移動估計單元221使用區塊式(block-based)的移動估計演算法，例如文獻「A new technique for block-basedmotion compensation」 IEEE International Conference 1994,但本發明不限於此。移動估計單元221先將所接收的輸入視頻210中的連續畫面分割為多個巨集區塊，再利用移動估計技術，計算出各巨集區塊所對應的移動向量，以檢測連續畫面中的移動物件。移動補償單元222接收移動估計單元所產生的移動向量,並依據移動向量產生所對應的動態補償畫面(motion compensated frame),並且產生一輸出視頻230,舉例來說,若輸入視頻210的圖框率為60畫面/秒，且圖框率升頻的倍數為2倍，則輸出視頻230的圖框率需為120畫面/秒，移動補償單元會於輸入視頻資料的每兩張連續畫面中插補一張畫面，以產生輸出視頻230。在本發明的一實施例中，移動補償單元222會判斷由移動估計單元所產生的移動向量是否會小於一預定值，若是，則表示該移動向量所對應的巨集區塊為無移動或移動較少的，移動補償單元222在插補畫面中該移動向量所對應的巨集區塊(macroblock)使用一高對比次畫面(sub-frame)來填補；若否,則表示該移動向量所對應的物件在移動中,移動補償單元222則使用所計算出的動態補償畫面來填補在插補畫面中該移動向量所對應的巨集區塊。以高畫質(high definition)解析度1920x1080為例，本發明的移動向量預定值約為15像素，若移動向量小於此預定值，則移動向量所對應的巨集區塊視為無移動，反之，移動向量所對應的巨集區塊則視為有移動。在本發明的另一實施例中，移動補償單元222在獲得由移動估計單元所產生的移動向量後，可得知在此張畫面中哪些巨集區塊是有移動的或沒有移動，在插補畫面時，對於沒有移動(靜態)的巨集區塊，可重複前一張畫面的資料，對於有移動的巨集區塊，在插補畫面時則使用移動補償次畫面。在本發明的另一實施例中，移動補償單元222更可計算輸入視頻資料的背景亮度，並依據計算所得的背景亮度，動態調整所填入的的灰階次畫面，意即本發明可依據實際情況來調整插補畫面的灰階值或使用先前畫面，以增強對比度，並達到區域調光的效果。在本發明的一實施例中，高對比次畫面可為在連續畫面中的先前畫面的一次畫面，或是依據背景亮度填入所對應的灰階次畫面。本發明通過在移動物件填補移動補償畫面，以及在背景部分填補灰階畫面，以降低背景部分的亮度及強調移動物件，因此，可在不調整顯示器背光模塊的情況下達到區域調光的效果，並增強在每一張圖像中不同區域之間的對比(約提升I. 5倍)，且達到移動估計/移動補償的功能。在本發明的另一實施例中，圖框率升頻系統200可應用在使用不同背光源的顯示器上，例如使用CCFL、EEFL或LED作為背光源的IXD顯示器。圖3A 圖3C所示為依據本發明一實施例的圖框率升頻方法的畫面示意圖。畫面301及畫面303為輸入視頻210的連續畫面，其中畫面301為連續畫面的先前畫面，圖3B顯示插補畫面302。在畫面301及畫面303中，僅有物件310在移動，畫面中的其餘部分均可視為背景，移動估計單元221對畫面301及畫面303進行移動估計以產生多個移動向量，移動補償單元222接收由移動估計單元221所產生的移動向量，可得知物件310為一移動物體及其所對應的巨集區塊，在插補畫面302中，物件310所對應的巨集區塊填入由圖3A及圖3C相對應的移動補償次畫面，其餘背景部分則填入黑色次畫面，以得到完整的插補畫面302。由於移動補償單元222在插補畫面302在背景部分填入黑色次畫面，所產生的輸出視頻230在背景部分的亮度相對降低，而物件310則保持在原本畫面301的亮度，因此可增強物件310與背景的對比度，以達到區域調光的效果。 圖4是顯示依據本發明一實施例的圖框率升頻方法的流程圖。在步驟S410，判斷輸入視頻210是否為視頻壓縮格式，若是，則執行步驟S420，若否，則執行步驟S430。在步驟S420，解碼器223將輸入視頻210解碼為視頻序列，再輸入至移動估計單元221。在步驟S430，輸入視頻210即為視頻序列，則直接輸入移動估計單元221。在步驟S440，移動估計單元221依據輸入視頻中的連續畫面，並使用移動估計以計算連續畫面中各巨集區塊的移動向量。在步驟S450,移動補償單元222依據移動估計單元221所計算而得的移動向量,計算每兩張連續畫面中間的移動補償畫面。在步驟S460，移動補償單元222更判斷移動向量是否小於一預定值。若是，則執行步驟S470，若否，則執行步驟S480。在步驟S470，在插補畫面中相應於該移動向量的巨集區塊填入一高對比次畫面。在步驟S480，在插補畫面中相應於該移動向量的巨集區塊填入一移動補償次畫面。在步驟S490，產生輸出視頻230。在本發明的一實施例中，移動向量小於預定值的巨集區塊所對應的高對比次畫面可為在連續畫面中的先前畫面的次畫面，或是依據背景亮度填入所對應的灰階次畫面，意即本發明可依據實際情況來調整插補畫面的灰階值，以增強對比度，並達到區域調光的效果。以上所述，僅為本發明的較佳實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，SP大凡依本發明權利要求及發明說明內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。另外本發明的任一實施例或權利要求不須達成本發明所揭露的全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用以輔助專利文件搜尋之用，並非用以限制本發明的權利範圍。
權利要求
1.一種圖框率升頻方法，用於至少具有一第一畫面以及一第二畫面的一視頻序列，所述第一畫面排列於所述第二畫面之前，其特徵在於，所述的圖框率升頻方法包括 根據所述第一畫面與所述第二畫面，對所述第一畫面進行移動估計，以獲得多個巨集區塊以及所對應的多個移動向量； 判斷所述移動向量是否小於一預定值；以及 於所述移動向量中小於所述預定值的每一者所對應的所述巨集區塊插補一高對比次畫面，並於所述移動向量大於所述預定值的每一者所對應的所述巨集區塊插補一移動補償次畫面，以便產生一插補畫面，其中所述插補畫面排列於所述第一畫面與所述第二畫面之間。
2.如權利要求I所述的圖框率升頻方法，其特徵在於，所述移動補償次畫面是根據所述移動向量、所述第一畫面及所述第二畫面經由移動補償計算而得。
3.如權利要求I所述的圖框率升頻方法，其特徵在於，所述的圖框率升頻方法更包括 檢測所述第一畫面與所述第二畫面的背景亮度；以及 依據所檢測到的背景亮度，動態地決定在所述移動向量所對應的所述巨集區塊插補所述高對比次畫面。
4.如權利要求3所述的圖框率升頻方法，其特徵在於，所述高對比次畫面為所述第一畫面的一部分。
5.如權利要求3所述的圖框率升頻方法，其特徵在於，所述高對比次畫面為所述第一畫面及所述第二畫面對應於背景亮度的一灰階次畫面。
6.一種圖框率升頻裝置，用於至少具有一第一畫面以及一第二畫面的一視頻序列，所述第一畫面排列於所述第二畫面之前，其特徵在於，所述的圖框率升頻裝置包括 一移動估計單元，依據所述第一畫面與所述第二畫面，對所述第一畫面進行移動估計，以獲得多個巨集區塊以及所對應的多個移動向量；以及 一移動補償單元，用以判斷所述移動向量是否小於一預定值，於所述移動向量中小於所述預定值的每一者所對應的所述巨集區塊插補一高對比次畫面，並於所述移動向量大於所述預定值的每一者所對應的所述巨集區塊插補一移動補償次畫面，以便產生一插補畫面，其中所述插補畫面排列於所述第一畫面與所述第二畫面之間。
7.如權利要求6所述的圖框率升頻裝置，其特徵在於，所述移動補償單元計算所述移動補償次畫面，是根據所述移動向量、所述第一畫面及所述第二畫面經由移動補償計算而得。
8.如權利要求6所述的圖框率升頻裝置，其特徵在於，所述移動補償單元更檢測所述第一畫面及所述第二畫面的背景亮度，並依據所檢測到的背景亮度，動態地決定在所述移動向量所對應的所述巨集區塊插補所述高對比次畫面。
9.如權利要求8所述的圖框率升頻裝置，其特徵在於，所述高對比次畫面為所述移動向量所對應所述第一畫面的次畫面。
10.如權利要求8所述的圖框率升頻裝置，其特徵在於，所述高對比次畫面為所述第一畫面及所述第二畫面對應於背景亮度的灰階畫面。
全文摘要
本發明提供一種圖框率升頻裝置及方法，用於至少具有一第一畫面以及一第二畫面的一視頻序列，第一畫面排列於第二畫面之前，該圖框率升頻方法的步驟包括根據第一畫面與第二畫面，對第一畫面進行移動估計，以獲得多個巨集區塊以及所對應的多個移動向量；判斷移動向量是否小於一預定值；於移動向量中小於預定值的每一者所對應的巨集區塊插補一高對比次畫面，並於移動向量大於預定值的每一者所對應的巨集區塊插補一移動補償次畫面，以便產生一插補畫面，其中插補畫面排列於第一畫面與第二畫面之間。本發明可依據實際情況來調整插補畫面的灰階值，以增強對比度，並達到區域調光的效果。
文檔編號H04N5/14GK102622975SQ201110052240
公開日2012年8月1日 申請日期2011年3月4日 優先權日2011年2月1日
發明者盧俊良, 陳信宇 申請人:宏碁股份有限公司