УСТРОЙСТВО ВИДЕООТОБРАЖЕНИЯ Российский патент 2012 года по МПК H04N7/32 G09G3/36 G06T7/20 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к устройству видеоотображения и, конкретнее, относится к устройству отображения для отображения изображений на жидкокристаллической панели, способному уменьшать размытость изображения, вызванную движением, которая представляет специфичную проблему для жидкокристаллических устройств отображения, путем вставки интерполированных изображений между кадрами и реализуя таким образом удвоение частоты отображения.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Размытость изображения в жидкокристаллических панелях является следствием характеристик жидких кристаллов, использующих систему удержания, в которой жидкий кристалл удерживает заряд и сохраняет излучение (см., например, патентный документ 1).

В обычных электронно-лучевых трубках (ЭЛТ) и им подобных устройствах, в которых пучки электронов излучаются на флуоресцентные тела, используется система импульсного излучения пикселями, в которой время излучения мало.

Человеческое зрение способно плавно отслеживать движение перемещающегося объекта, и, таким образом, при использовании системы удержания, где уровень яркости сохраняется до следующего кадра из-за эффекта интегрирования по времени, появляется остаточное изображение. Этот феномен называют размытостью, вызванной движением.

Одним из способов уменьшения такой размытости является удвоение частоты кадров, чтобы таким образом аппрексимировать жидкокристаллическое устройство отображения к устройству отображения импульсного типа. Этот метод называют FRC (преобразование частоты кадров), который уже применяется в жидкокристаллических устройствах отображения. Примеры этого метода удвоения частоты включают в себя простое повторение тех же изображений или интерполяцию кадров между кадрами при помощи линейной интерполяции, однако в этих случаях возникает неестественность движения (рывки, дрожание) либо не удается существенно улучшить размытость, вызванную движением, при излучении в системе состояний, и качество изображения не может быть достаточно улучшено.

Таким образом, с целью устранения эффекта дергания и улучшения качества движущегося изображения был изобретен и применен на практике способ FRC с процессом интерполяции кадров с компенсацией движения.

Один пример такой схемы показан на фиг.3, и ниже будет описан указанный процесс.

В фильтре предварительной обработки 30 сигнал B входного изображения подразделяется на блоки, имеющие предопределенное количество пикселей и предопределенное число строк, и внутри блока производится фильтрация для устранения нежелательного шума и т.п. Такой блок называют блоком обнаружения.

Далее, в узле 32 обнаружения вектора движения вычисляют вектор движения (обнаруженный вектор) каждого блока обнаружения между предыдущим кадром и текущим кадром, задержанным при помощи кадровой памяти 31, путем выбора векторов-кандидатов из векторной памяти 33 и с использованием способа итерационного градиента. Детали содержания процесса определения вектора движения (часть, окруженная пунктирной линией кадра 3A) будут приведены позже.

Узел 34 оценки интерполированного вектора оценивает обнаруженный вектор, полученный в узле 32 обнаружения вектора движения, и на основании результатов оценки назначает между кадрами для каждого интерполированного блока интерполированный вектор. Интерполированный блок обладает меньшим размером по сравнению с блоком обнаружения. Собственно интерполированное изображение, предназначенное для генерации, разделено на интерполированные блоки, и обнаруженный вектор, назначенный блоку обнаружения, назначают интерполированному блоку внутри интерполированного изображения, сквозь который вектор проходит будучи продлен из предыдущего кадра в текущий кадр. Если уже был назначен другой определенный вектор, тогда с целью определения наиболее подходящего из векторов проводят оценку и применяют наиболее подходящий вектор.

Далее, интерполированное изображение генерируется в узле 36 генерации интерполированного изображения с использованием интерполированного вектора, назначенного узлом 34 оценки интерполированного вектора. Пример этой процедуры будет описан со ссылкой на фиг.4.

Пунктирная линия кадра W обозначает блок обнаружения, подлежащий обработке. С целью получения данных одного пикселя P в блоке обнаружения интерполированного изображения, извлекаются точки P1 и P2 путем продления интерполированного вектора, назначенного для местоположения пикселя P, к предыдущему и следующему исходному изображениям. Далее, интерполируя четыре пикселя вокруг точек P1 и P2, можно получить данные интерполированного пикселя P.

Интерполированное изображение, полученное указанным способом, и преобразование удвоения частоты реализуют, выводя данные, соответствующие исходному изображению, интерполированному изображению и исходному изображению при помощи узла 37 конвертации временной развертки, синхронизирующего такты с исходным изображением.

На фиг.5 показана детальная конфигурация блока, относящегося к определению вектора движения, окруженного пунктирной линией кадра 3A (фиг.3), содержание процесса будет описано ниже.

Сначала узле 52 выбора вектора определяют при помощи сравнения значений DFD с использованием нескольких векторов-кандидатов, считанных из векторной памяти 51, начальный вектор из данных предварительно обработанного входного сигнала А и блок, соответствующий той же позиции, что и в сигнале А предваряющего кадра, задержанного в кадровой памяти 50. Векторная память 51 хранит кандидаты начальных векторов, такие как вычисленные векторы, близкие к целевым блокам, векторы, обнаруженные в предыдущем кадре и кадре, предваряющем предыдущий кадр, и среднее значение векторов всего кадра. DFD (разность вытесненной области) относится к вероятности вектора, которая является суммой абсолютных значений разности между кадрами соответствующих пикселей внутри блока, где вероятность растет по мере уменьшения значения. На основании начального вектора, выбранного таким образом, часть 53 вычисления вектора движения вычисляет обнаруженный вектор Va' соответствующего блока, используя способ итеративного градиента.

Способ итеративного градиента детально описан в патентном документе 2, и простая принципиальная схема способа показана на фиг.6. Блок B1 текущего кадра, полученный перемещением блока B0 текущего кадра, который расположен на той же позиции, что и блок B предыдущего кадра для начального вектора V0. Способ градиента применяют к блоку B1 и блоку B предыдущего кадра для получения основного вектора V1. Затем способ градиента применяют к блоку B2 текущего кадра, указанному вектором V1, и блоку B предыдущего кадра для получения вторичного вектора V2, и процесс продолжается дальше аналогичным образом, в соответствии с которым способ градиента применяют к блоку B3 текущего кадра, указанного вектором V2, и блоку B предыдущего кадра. Обычно значение размера вектора, полученного с использованием градиентного способа, уменьшается следующим образом: |V0|>|V1|>|V2|>|V3|, таким образом, с ростом количества применений способа точность вычисляемого обнаруженного вектора увеличивается. Однако в реальном применении количество повторений процесса ограничено, поскольку он выполняется в реальном времени.

Вышеприведенное описание резюмирует уровень техники преобразования частоты кадров (FRC), использующейся на практике.

Патентный документ 1: Публикация патента Японии № 3295437.

Патентный документ 2: Публикация патента Японии № 2930675.

Рассмотрим случай, в котором материал изображения с частотой 24 кадра в секунду, такой как фильм, или материал изображения с частотой 30 кадров в секунду, такой как изображение компьютерной игры, подвергается преобразованию частоты телепроекционным устройством или ему подобным и преобразуется в 60 кадров в секунду, которые затем подают на вход устройства, применив вышеописанный способ FRC. Эти изображения представляют собой движущиеся изображения, так называемая протяжка три к двум или протяжка два к двум, в которых идентичные изображения продолжаются на протяжении двух или трех кадров, где движение (разница) между изображениями существует каждую пару кадров или каждый второй кадр.

Поскольку частота в исходном материале изображения является 24 кадра в секунду или 30 кадров в секунду, в случае 120 Hz устройства отображения изображение, предназначенное для интерполяции, составляет четыре кадра или три кадра. Другими словами, векторы движения обнаруживаются между различными изображениями каждую пару кадров или каждый второй кадр и на основании обнаруженных векторов генерируется четыре или три интерполированных изображения. Отношение между входным исходным изображением и выводимым изображением показано на фиг.2. Интервал движения более чем вдвое превышает движение между соседними пикселями по сравнению со случаем, когда то же движение получают на обычной частоте в 60. Таким образом, точность обнаружения векторов движения при помощи вышеописанного способа итеративного градиента достаточно груба и число интерполированных пикселей, генерируемых при помощи векторов недостаточной точности, соответственно, растет, из-за этого качество интерполированных изображений ухудшается.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является создание устройства видеоотображения, способного эффективно использовать время обработки для улучшения точности обнаруживаемых векторов и генерации интерполированных изображений более высокого качества, даже в том случае, если устройство обрабатывает такие данные, как протяжка три к двум или протяжка два к двум, имеющие высокую вероятность ухудшения точности обнаруживаемых векторов из-за широкого интервала движения в исходном материале.

Для улучшения качества изображения необходимо улучшить точность векторов. В соответствии со способом итеративного градиента в действительности точность может быть улучшена путем увеличения числа применений, однако процесс прерывается в связи с ограничением времени обработки.

Теперь, если мы рассмотрим протяжку три к двум или протяжку два к двум в роли входных сигналов, то увидим части, в которых такое же изображение продолжается, и для них нет необходимости выполнять процесс обнаружения движения. Эти части соответствуют области между исходными изображениями 3B и 4B, между 4B и 5B или между 3b и 4b (фиг.2). Посредством использования определенного вектора, определенного прямо перед этим как исходный вектор, дополнительно применяя в это время способ итеративного градиента, может быть дополнительно улучшена точность векторов, которые будут использованы для генерации последующих интерполированных изображений.

В соответствии с этим процессом вектор V2 в пояснительном виде способа итеративного градиента (фиг.6) используется в качестве начального вектора для получения основного вектора V3 и вторичного вектора V4, в соответствии с которыми можно ожидать улучшения точности вектора. Далее, вычисляя разницу между основным вектором и вторичным вектором, вычисляемую этим процессом, и определяя, что точность определенного вектора определяемого блока возможно достаточна, когда разница становится равна или меньше определенного порога, блок может быть удален из целей для вторичной обработки определяемого вектора, соответственно, лишнее время может быть использовано для исполнения способа итеративного градиента для других блоков, имеющих меньшую точность вектора, и таким образом можно рассчитывать на применение способа более чем три раза. Таким образом, точность определенного вектора в кадре может быть улучшена, а качество интерполированных изображений может быть увеличено.

Согласно настоящему изобретению предложено устройство видеоотображения, состоящее из жидкокристаллического устройства отображения, имеющего средство для преобразования частоты кадров путем интерполяции изображения, которое скорректировано на основании межкадрового вектора движения, между кадрами входных видеосигналов, при этом устройство видеоотображения содержит узел определения повторяющегося изображения, и при интерполировании сигналов, представляющих два или три последовательных идентичных изображения, сгенерированных в телепроекционном оборудовании, определяет вектор движения между кадрами, которые не являются следующими друг за другом идентичными изображениями, и пересчитывает векторы движения для использования в следующей генерации интерполированного изображения путем использования интервала, в течение которого не требуется определения вектора движения и который представляет следующие друг за другом идентичные изображения на основании векторов движения, используемых при генерации первого интерполированного изображения.

Кроме того, согласно настоящему изобретению предложено устройство видеоотображения, дополнительно содержащее блок для определения точности векторов движения, рассчитанных при обнаружении векторов движения, с использованием заранее определенного порогового значения.

Дополнительно, согласно настоящему изобретению предложено устройство видеоотображения, где векторы движения, определенные как имеющие высокую точность при использовании определяющей схемы, не подвергаются дальнейшим процессам пересчета, и лишнее вычислительное время применяют для пересчета вектора низкой точности, не имеющего достаточно вероятного значения.

В соответствии с настоящим устройством даже при обработке таких данных, как протяжка три к двум и протяжка два к двум, в которых вероятность уменьшения точности обнаруженных векторов в соответствии с предыдущим уровнем техники высока, в связи с широким интервалом движения исходного материала, становится возможным эффективное использование времени для обработки для повышения точности обнаруживаемых векторов и генерации интерполированных изображений с улучшенным качеством.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг.1 изображает блок-схему, показывающую секцию схемы для выполнения процесса обнаружения вектора движения в устройстве видеоотображения в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 - пояснительный вид процесса интерполяции при FRC в случае материала фильма;

Фиг.3 - блок-схема, показывающая пример конфигурации схемы FRC;

Фиг.4 - пояснительный вид генерирования интерполированных изображений в соответствии с FRC предшествующего уровня техники;

Фиг.5 - блок-схема, иллюстрирующая компоновку узла обнаружения вектора движения предшествующего уровня техники; и

Фиг.6 - схема способа итеративного градиента.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Ниже подробно описан предпочтительный вариант осуществления настоящего изобретения со ссылкой на примеры конфигурации схем.

На фиг.1 проиллюстрирован простой пример конфигурации в соответствии с настоящим изобретением. Фиг.1 соответствует части, окруженной пунктирной рамкой 3A (фиг.5) предыдущего уровня техники, проиллюстрированного на фиг.3.

Входной сигнал А представляет собой сигнал изображения протяжки три к двум или протяжки два к двум. Узел 10 определения повторяющегося изображения определяет, относится ли изображение к повторяющейся части изображения или нет, и выбирает данные изображения для сохранения в кадровую память 11.

В первом процессе обнаружения вектора, основанном на данных предыдущего кадра из кадровой памяти 11 и данных текущего кадра, определяют начальный вектор путем расчета значения DFD из набора векторов-кандидатов в узле 13 выбора вектора и в узле 14 расчета вектора движения, обнаруженный вектор Va получают, используя способ итеративного градиента. Обнаруженный вектор Va сохраняют в векторной памяти 12 в качестве вектора-кандидата в начальный вектор.

В этом процессе во время исполнения способа итеративного градиента оценка вектора выполняется в узле 15 оценки вектора. Высока или низка точность, определяют на основании того, меньше ли заранее определенного порога разность между абсолютными значениями первичного вектора и вторичного вектора, и определяется необходимость следующего процесса обнаружения вектора для этого блока.

В соответствии со вторым процессом, в который входит такое же изображение, узел 13 выбора вектора просто считывает обнаруженный в предыдущем процессе обнаружения вектор из векторной памяти 12 и отсылает его в качестве начального вектора в узел 14 расчета вектора движения. Узел 14 расчета вектора движения не предпримет обработку вектора способом итеративного градиента, определив в узле 15 оценки вектора, что в этом отсутствует необходимость, и применяя способ итеративного градиента третий или четвертый раз для других блоков, и отсылает обнаруженные вектора в узле 15 оценки векторов и векторную память 12. В этот момент экономится время, требуемое на непроизводящийся обсчет блока обнаружения, и цикл выполняется еще раз для вектора, который еще не достиг порогового значения.

Как описано, путем выбора векторов, имеющих низкую точность, и циклически применяя к ним способ итеративного градиента, общая точность обнаруженных векторов улучшается, и, таким образом, качество генерируемых интерполированных изображений увеличивается.

Вышеприведенное описание иллюстрирует пример по схеме в соответствии с предпочитаемым вариантом осуществления настоящего изобретения.

Далее, устройство видеоотображения в соответствии с настоящим изобретением выполняет интерполяционную оценку векторов, генерацию интерполированных кадров, преобразование временной развертки и выводит сигналы изображения аналогично предыдущему уровню техники.

ОПИСАНИЕ ССЫЛОК

10 узел определения повторяемого изображения

11 кадровая память

12 векторная память

13 узел выбора вектора

14 узел расчета вектора движения

15 узел оценки вектора

30 фильтр предварительной обработки

31 кадровая память (для обнаружения движения)

32 узел обнаружения движения

33 векторная память

34 узел оценки интерполированного вектора

35 кадровая память (для процесса интерполяции)

36 узел генерации интерполированного кадра

37 узел конвертации временной развертки

50 кадровая память

51 векторная память

52 узел выбора вектора

53 узел расчета вектора движения

Изобретение относится к устройству отображения для отображения изображений на жидкокристаллической (ЖК) панели, способному уменьшать размытость изображения, вызванную движением. Техническим результатом является улучшение точности обнаруживаемых векторов и генерации интерполированных изображений более высокого качества даже в том случае, если устройство обрабатывает такие данные, как протяжка три к двум или протяжка два к двум, имеющие высокую вероятность ухудшения точности обнаруживаемых векторов из-за широкого интервала движения. Предложено устройство ЖК дисплея, содержащее: средство (14) для преобразования частоты кадров путем интерполяции изображения, которое скорректировано на основании межкадрового вектора движения, между кадрами входных видеосигналов. Во время интерполяции сигналы, представленные двумя или тремя последовательными идентичными изображениями, сгенерированы в телепроекционном оборудовании, для использования в следующем интерполированном изображении векторы движения пересчитываются на основании векторов (Va) движения, использованных при генерации первого интерполированного изображения, таким образом обнаруживая векторы движения, имеющие большую точность и меньше ошибок; узел (10) определения повторяемого изображения использует интервал, во время которого последовательно возникают идентичные изображения, которые не требуют обнаружения векторов, для дополнительного повышения точности векторов движения, обнаруживаемых между изображением и непосредственно предваряющим другим изображением. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство видеоотображения, состоящее из жидкокристаллического устройства отображения, имеющего средство для преобразования частоты кадров путем интерполяции изображения, которое скорректировано на основании межкадрового вектора движения, между кадрами входных видеосигналов, при этом устройство видеоотображения содержит узел определения повторяющегося изображения, и при интерполировании сигналов, представляющих два или три последовательных идентичных изображения, сгенерированных в телепроекционном оборудовании, определяет вектор движения между кадрами, которые не являются следующими друг за другом идентичными изображениями, и пересчитывает векторы движения для использования в следующей генерации интерполированного изображения путем использования интервала, в течение которого не требуется определения вектора движения и который представляет следующие друг за другом идентичные изображения, на основании векторов движения, используемых при генерации первого интерполированного изображения.

2. Устройство видеоотображения по п.1, дополнительно содержащее блок определения точности векторов движения, рассчитанных посредством обнаружения вектора движения, используя заранее определенное пороговое значение.

3. Устройство видеоотображения по п.2, в котором векторы движения, определенные при помощи определяющей схемы как имеющие высокую точность, не подвергаются дальнейшему процессу пересчета, и сэкономленное таким образом вычислительное время используется для пересчета векторов движения низкой точности, не имеющих вероятного значения.