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TWI842311B - 影像亮度調整方法及其裝置 - Google Patents

影像亮度調整方法及其裝置 Download PDF

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TWI842311B
TWI842311B TW111150788A TW111150788A TWI842311B TW I842311 B TWI842311 B TW I842311B TW 111150788 A TW111150788 A TW 111150788A TW 111150788 A TW111150788 A TW 111150788A TW I842311 B TWI842311 B TW I842311B
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frame rate
curve
image
compensation
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TW111150788A
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李意筑
謝俊興
蔡依霖
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瑞昱半導體股份有限公司
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Publication date
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Abstract

一種影像亮度調整方法，包含：(a)根據至少一第一輸入影像計算或預測出一第一輸入圖框率；(b)根據一第一亮度曲線以及該第一輸入圖框率產生一第一亮度，該第一亮度曲線對應一第一圖框率；(c)根據一第二亮度曲線以及該第一輸入圖框率產生一第二亮度，該第二亮度曲線對應一第二圖框率；(d)根據該第一輸入圖框率，以及該第一亮度與該第二亮度間的一亮度差異，來產生一第一亮度補償曲線；以及(e)根據該第一亮度補償曲線設定至少一第二輸入影像的一第一補償亮度。

Description

影像亮度調整方法及其裝置
本發明有關於影像亮度調整方法，特別有關於可根據圖框率動態調整影像亮度的影像亮度調整方法。
隨著科技的發達，遊戲在各種電子裝置上的普及度也越來越高。某些電子裝置會包含GPU(Graphics Processing Unit，圖形處理器)來繪製遊戲畫面，然後將遊戲畫面傳送到顯示器來播放。然而，顯示器的圖框刷新率(顯示器圖框率)以及GPU的圖框率若不同步時，會有畫面撕裂的問題。為了解決這個問題，通常會變動顯示器圖框率來跟GPU的圖框率同步。然而，顯示器在高圖框率時通常會有較高的亮度(luminance)，而在低頻率時會有較低的亮度。因此，若顯示器的圖框率一直變動，則顯示畫面會有閃爍(flicker)的問題。
本發明一目的為提供一種可動態調整影像亮度的影像亮度調整方法。
本發明一實施例揭露了一種影像亮度調整方法，包含：(a)根據至少一第一輸入影像計算或預測出一第一輸入圖框率；(b)根據一第一亮度曲線以及 該第一輸入圖框率產生一第一亮度，該第一亮度曲線對應一第一圖框率；(c)根據一第二亮度曲線以及該第一輸入圖框率產生一第二亮度，該第二亮度曲線對應一第二圖框率；(d)根據該第一輸入圖框率，以及該第一亮度與該第二亮度間的一亮度差異，來產生一第一亮度補償曲線；以及(e)根據該第一亮度補償曲線設定具有該第一輸入圖框率的至少一第二輸入影像的一第一補償亮度。
如前所述，本發明提供的影像亮度調整方法以及影像亮度調整裝置可動態的調整影像亮度，以降低影像在不同圖框率時的亮度差異，來改善習知技術中的閃爍問題。
701、703、705、707、709、801、803、805、807、809:步驟
900:影像亮度調整裝置
901:圖框率預測/計算裝置
903:亮度補償裝置
F_L1、F_L2、F_H1、F_H2、F_H3:圖框
V_SL1、V_SL2、V_SH1、V_SH2:Vsync訊號
C_H:高圖框率亮度曲線
C_L:低圖框率亮度曲線
C_H’:補償亮度曲線
C_L’:補償亮度曲線
L_CH、L_CL:補償亮度
L_LH、L_HH、L_LL、L_HL:輸出亮度
LI(L):輸入亮度
LI(H):輸入亮度
L_P:預定亮度
T_V1、T_V2、T_FP1、T_FP2:時間間隔
第1圖繪示了根據本發明一實施例的影像亮度調整方法的示意圖。
第2圖以及第3圖繪示了根據本發明實施例的如何計算圖框率的示意圖。
第4圖、第5圖以及第6圖繪示了根據本發明實施例的產生亮度補償曲線的示意圖。
第7圖以及第8圖繪示了根據本發明不同實施例的影像亮度調整方法的流程圖。
第9圖繪示了根據本發明一實施例的，可施行本發明提供的影像亮度調整方法的影像亮度調整裝置的方塊圖。
以下將以多個實施例來描述本發明的內容，還請留意，各實施例中的元件可透過硬體(例如裝置或電路)或是韌體(例如微處理器中寫入至少一程式)來實施。此外，以下描述中的”第一”、”第二”以及類似描述僅用來定義不同的元件、參數、資料、訊號或步驟。並非用以限定其次序。舉例來說，第 一裝置和第二裝置可為具有相同結構但為不同的裝置。此外，在以下實施例中，影像是指由GPU繪製並傳給顯示器準備顯示的影像。然而，以下所揭露的概念可以套用在任何可處理影像的電子裝置上。
第1圖繪示了根據本發明一實施例的影像亮度調整方法的示意圖。如第1圖所示，在調整前，當影像具有高圖框率時，會有較高的亮度，而當影像具有低圖框率時，會有較低的亮度。因此，本發明會透過一些調整機制，來減少高圖框率時與低圖框率時的亮度差異。在一實施例中，是讓高圖框率時與低圖框率時的亮度相等。可利用多種方式來達到這樣的功效，例如，可以將高圖框率時的亮度降低但低圖框率時的亮度不變，或是高圖框率時的亮度不變但增加低圖框率時的亮度，或是將高圖框率時的亮度降低至一預定亮度而低圖框率時的亮度也增加至預定亮度。以下將詳細說明相關步驟。
第2圖以及第3圖繪示了根據本發明實施例的如何計算圖框率的示意圖。在第2圖以及第3圖中，橫軸是指GPU傳送圖框或顯示器顯示圖框的時間軸。在第2圖的實施例中，是根據連續兩個Vsync間的時間區間來計算該第一輸入圖框率。詳細言之，在第2圖中，圖框F_L1、F_L2表示對應低圖框率的圖框，而圖框F_H1、F_H2、F_H3表示對應高圖框率的圖框。無論圖框是對應那一種圖框率，在圖框開始傳輸前都會有Vsync訊號，圖框對應低圖框率時，其連續的兩個Vsync訊號的時間間隔較長。相反的，圖框對應高圖框率時，其連續的兩個Vsync訊號的時間間隔較短。以第2圖為例，圖框F_L1前後兩個Vsync訊號V_SL1和V_SL2間的時間間隔T_V1要比圖框F_H1前後兩個Vsync訊號V_SH1和V_SH2間的時間間隔T_V2要長。因此，藉由計算連續的兩個Vsync訊號的時間間隔，可以計算出現今影像的圖框率。
在第3圖的實施例中，是根據Vsync訊號的前廊(front porch)來計算圖框率。前廊是指圖框資料的尾端跟最靠近的Vsync訊號的時間間隔。例如，在第3 圖中，時間間隔T_FP1即為Vsync訊號V_SL2的前廊。圖框對應低圖框率時，其對應的前廊時間間隔較長。相反的，圖框對應高圖框率時，其對應的前廊時間間隔較短。以第3圖為例，時間間隔T_FP1要比時間間隔T_FP2來得長。因此，可藉由測量前廊的時間間隔長度來計算圖框率。
在一實施例中，是根據前廊的一完整時間區間來計算圖框率。以第3圖為例，是計算完整的時間間隔T_FP1後(例如從圖框F_L1結束後計算直到偵測到Vsync訊號V_SL2)，再據以計算圖框率。在另一實施例中，是根據前廊的僅一部份的時間區間來計算圖框率。以第3圖為例，在計算Vsync訊號V_SL2之前廊的時間間隔時，會在計算到T_FPa時便以時間間隔T_FPa計算出圖框率。此動作在單一個前廊之時間間隔內可重複執行並更新圖框率。以第3圖為例，在以時間間隔T_FPa計算出圖框率後並據以產生補償亮度曲線後，可再以時間間隔T_FPb計算出新的圖框率並產生補償亮度曲線。在以僅一部份的時間區間來計算圖框率的實施例中，可以較頻繁的更新圖框率並更新補償亮度曲線，來改善習知技術中的閃爍問題。關於補償亮度曲線的詳細內容將描述於底下說明中。
在計算出圖框率後，可根據此圖框率來產生亮度補償曲線。第4圖、第5圖以及第6圖繪示了根據本發明實施例的產生亮度補償曲線的示意圖。第4圖、第5圖以及第6圖的實施例均包含了一高圖框率亮度曲線C_H以及一低圖框率亮度曲線C_L，高圖框率亮度曲線C_H對應用以顯示影像的高圖框率而低圖框率亮度曲線C_L對應用以顯示影像的低圖框率。在一實施例中，高圖框率亮度曲線C_H對應顯示器可能的最大圖框率(例如120hz)，而低圖框率亮度曲線C_L對應顯示器可能的最小圖框率(例如48hz)。高圖框率亮度曲線C_H以及低圖框率亮度曲線C_L均代表輸入亮度轉換至輸出亮度的轉換曲線。在以下描述中將以根據前述實施例計算而得的圖框率以及高圖框率亮度曲線C_H和低圖框率亮度曲線C_L來計算出亮度補償曲線並據以調整影像的亮度。還請留意，為了方便理解，高 圖框率亮度曲線C_H以及低圖框率亮度曲線C_L均以線性直線來說明，但其也可以是其他的曲線。例如，在一實施例中，高圖框率亮度曲線C_H為gamma 1曲線而圖框率亮度曲線C_L為gamma 2曲線。
在第4圖的實施例中，是假設計算出的圖框率較偏高圖框率，在未調整的情況下適用於高圖框率亮度曲線C_H，並假設對應計算出的圖框率的輸入亮度為LI(H)。而在第4圖的實施例中，會將輸入亮度LI(H)填入高圖框率亮度曲線C_H以及低圖框率亮度曲線C_L來計算出兩輸出亮度值L_LH以及L_HH。然後會根據兩輸出亮度L_LH以及L_HH的亮度差異來計算出補償亮度曲線C_H’。輸入亮度LI(H)填入補償亮度曲線C_H’會得到補償亮度L_CH。補償亮度L_CH可以是界於輸出亮度L_LH以及L_HH之間的任何值，也可以低於L_LH的值。在一實施例中，補償亮度L_CH與亮度L_LH的亮度差異要比補償亮度L_CH與亮度L_HH的亮度來得小。但也可以是一預定亮度。此外，補償亮度曲線C_H’可藉由改變或平移高圖框率亮度曲線C_H以及低圖框率亮度曲線C_L其中之一來產生，或者是重新產生一個新的亮度曲線。在第4圖的實施例中，是藉由改變或平移高圖框率亮度曲線C_H來產生補償亮度曲線C_H’。
在第5圖的實施例中，是假設計算出的圖框率較偏低圖框率，在未調整前適用於低圖框率亮度曲線C_L，並假設對應計算出的圖框率的輸入亮度為LI(L)。而在第5圖的實施例中，會將輸入亮度LI(L)填入高圖框率亮度曲線C_H以及低圖框率亮度曲線C_L來計算出兩輸出亮度值L_LL以及L_HL。然後會根據兩輸出亮度L_LL以及L_HL的亮度差異來計算出補償亮度曲線C_L’。輸入亮度LI(L)填入補償亮度曲線C_L’會得到補償亮度L_CL。補償亮度L_CL可以如第5圖所示般大於輸出亮度L_HL，但也可以是界於輸出亮度L_LL以及L_HL之間的任何值。在一實施例中，補償亮度L_CL與亮度L_HL的亮度差異要比補償亮度L_CL與亮度L_LL的亮度來得小。補償亮度L_CL也可以是一預定亮度，此預定亮 度可具有跟第4圖所述的預定亮度一樣的值。此外，補償亮度曲線C_L’可藉由改變或平移高圖框率亮度曲線C_H以及低圖框率亮度曲線C_L其中之一來產生。在第5圖實施例中，是藉由改變或平移高圖框率亮度曲線C_L來產生。
第6圖繪示了以第4圖以及第5圖的實施例產生補償亮度曲線C_H’以及補償亮度曲線C_L’的實施例，且在第6圖中，第4圖以及第5圖中的補償亮度L_CL和L_CH均為預定亮度L_P。因此，無論圖框率是適用於補償亮度曲線C_H’還是用補償亮度曲線C_L’，影像都會具有相同的預定亮度L_P。還請留意，前述的圖框率是指顯示器顯示影像的圖框率，而前述的亮度是指影像顯示在顯示器時的補償亮度。因此，可運用多種方式來調整亮度。舉例來說，可以調整影像本身的亮度、調整顯示器的背光強度，或是調整顯示器驅動電路中用以控制補償亮度的電壓。然而，本發明的範圍不限於這些例子。
在前述實施例中，均是以計算出的圖框率來產生亮度補償曲線。然而，也可利用預測的圖框率來產生亮度補償曲線。在一實施例中，可運用IIR(Infinite Impulse Response，無限脈衝響應)跟FIR(Finite Impulse Response，有限脈衝響應)等概念，預測未來圖框率，舉例來說，可運用下列算式來預測未來圖框率F next =IIR(F pre ,F cur )or F next =FIR(F pre ,F cur )
其中，Fpre是指先前影像的圖框率，Fcur是指現今影像的圖框率，而Fnext是指預測的未來圖框率。以第2圖的實施例為例，可以圖框F_H3對應的圖框率(Fpre)以及圖框F_L1(Fcur)對應的圖框率來預測圖框F_L2對應的圖框率(Fnext)，並以預測的圖框率來處理圖框F_L2。本發明不限於以預測的未來圖框率處理緊接現今圖框的圖框，例如可以圖框F_H3對應的圖框率(Fpre)以及圖框 F_L1(Fcur)對應的圖框率來預測圖框F_L2對應的圖框率(Fnext)，並以預測的圖框率來處理圖框F_L2以及F_H1。而在另一實施例中，可以先前已預測的圖框率處理現今的圖框F_L1。
根據前述實施例，可得到如第7圖所示的影像亮度調整方法，其包含以下步驟：
步驟701
根據至少一第一輸入影像計算或預測出一第一輸入圖框率。
以第2圖為例，是利用圖框F_L1來計算圖框率或預測圖框率。
步驟703
根據一第一亮度曲線以及第一輸入圖框率產生一第一亮度，第一亮度曲線對應一第一圖框率。
步驟705
根據一第二亮度曲線以及該第一輸入圖框率產生一第二亮度，該第二亮度曲線對應一第二圖框率。
步驟707
根據該第一輸入圖框率，以及該第一亮度與該第二亮度間的一亮度差異，來產生一第一亮度補償曲線。
步驟709
根據第一亮度補償曲線設定至少一第二輸入影像的一第一補償亮度。
對於步驟703至709，以第2圖為例，當圖框率為根據第一輸入影像(圖框F_L1)計算出的圖框率時，第二輸入影像可指第一輸入影像之後的影像，例如圖框F_L2，但也可指第一輸入影像本身。當圖框率為預測出的圖框率時，第二輸入影像可指第一輸入影像之後的影像，例如圖框F_L2。簡而言之，在第7圖的實施例中，可以根據現今影像計算出的圖框率來處理現今影像或未來影像也可以根據現今影像預測出的圖框率來處理未來影像。
第7圖所述的實施例若僅對應第4圖。則第一圖框率為高圖框率，第二圖框率為低圖框率。第一亮度曲線為亮度曲線C_H，第二亮度曲線為亮度曲線C_L，而第一亮度補償曲線為亮度補償曲線C_H’。此狀況下，第一亮度(L_HH)高於第二亮度(L_LH)，且第一補償亮度L_CH低於第一亮度並高於第二亮度。如前所述，在第4圖實施例中，可根據第一亮度曲線(亮度曲線C_H)來產生第一亮度補償曲線(亮度補償曲線C_H’。
而若要對應第4圖加上第5圖的實施例，則第7圖所示的影像亮度調整方法可更包含：根據至少一第三輸入影像計算或預測出一第二輸入圖框率；根據該第一亮度曲線以及該第二輸入圖框率產生一第三亮度(例如第5圖中的亮度L_LL)；根據該第二亮度曲線以及該第二輸入圖框率產生一第四亮度(例如第5圖中的亮度L_HL)；根據該第二輸入圖框率，以及該第三亮度與該第四亮度間的一亮度差異，來產生一第二亮度補償曲線(例如第5圖中的亮度補償曲線C_L’)；以及根據該第二亮度補償曲線設定具有該第二圖框率的至少一第四輸入影像的一第二補償亮度(例如補償亮度L_CL)。而若要對應第6圖的實施例，則該第一補償亮度與該第二補償亮度相同(均為第6圖所示的預定補償亮度L_P)。
第7圖所述的實施例若僅對應第5圖。則第一圖框率為低圖框率，第 二圖框率為高圖框率。第一亮度曲線為亮度曲線C_L，第二亮度曲線為亮度曲線C_H，而第一亮度補償曲線為亮度補償曲線C_L’。此狀況下，第一亮度(亮度L_LL)低於第二亮度(亮度L_HL)，且第一補償亮度L_CL高於第一亮度、第二亮度。如前所述，在第5圖實施例中，可根據第一亮度曲線(亮度曲線C_L)來產生第一亮度補償曲線(亮度補償曲線C_L’)。
第8圖繪示了根據本發明另一實施例之影像亮度調整方法的流程圖。
步驟801
取得至少一第一輸入影像的一預測圖框率。
以第2圖為例，是利用圖框F_L1先前的影像來預測圖框率。
步驟803
根據一第一亮度曲線以及預測圖框率產生一第一亮度，第一亮度曲線對應一第一圖框率。
步驟805
根據一第二亮度曲線以及預測圖框率產生一第二亮度，該第二亮度曲線對應一第二圖框率。
步驟807
根據該第一輸入圖框率，以及該第一亮度與該第二亮度間的一亮度差異，來產生一第一亮度補償曲線。
步驟809
根據第一亮度補償曲線設定第一輸入影像的一第一補償亮度。
以第2圖為例，是根據圖框F_L1之前的影像來產生圖框F_L1的預測圖框率並據以處理圖框F_L1。簡而言之，在第8圖的實施例中，可以根據先前影像產生的預測圖框率來處理現今影像。
前述的實施例可以軟體方式來實施，但也可利用硬體方式來實施。第9圖繪示了根據本發明一實施例的，可施行本發明提供的影像亮度調整方法的影像亮度調整裝置900的方塊圖。此影像亮度調整裝置900可設置於顯示器裡或是提供輸入影像給顯示器的影像源(例如GPU)，但也可獨立於顯示器和影像源。如第9圖所示，影像亮度調整裝置900包含了一圖框率預測/計算裝置901以及一亮度補償裝置903。
圖框率預測/計算裝置901用以如前述實施例所述般根據輸入影像Imi計算或預測圖框率。亮度補償裝置903用以根據計算而得或預測而得的圖框率來產生補償亮度，並產生設定補償亮度的控制訊號CS。控制訊號CS可如前所述般調整影像本身的亮度、調整顯示器的背光強度，或是調整顯示器驅動電路中用以控制補償亮度的電壓。圖框率預測/計算裝置901以及亮度補償裝置903可以電路的方式來實施。例如，圖框率預測/計算裝置901以及亮度補償裝置903可包含多個邏輯單元或數位電路來達到前述實施例中的步驟。
如前所述，本發明提供的影像亮度調整方法以及影像亮度調整裝置可動態的調整影像亮度，以降低影像在不同圖框率時的亮度差異，來改善習知技術中的閃爍問題。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
C_H’:補償亮度曲線
C_L’:補償亮度曲線
LI(L):輸入亮度
LI(H):輸入亮度
L_P:預定亮度

Claims (10)

  1. 一種影像亮度調整方法，包含以下步驟：(a)根據至少一第一輸入影像計算或預測出一第一輸入圖框率；(b)根據一第一亮度曲線以及該第一輸入圖框率產生一第一亮度，該第一亮度曲線對應一第一圖框率；(c)根據一第二亮度曲線以及該第一輸入圖框率產生一第二亮度，該第二亮度曲線對應一第二圖框率；(d)根據該第一輸入圖框率，以及該第一亮度與該第二亮度間的一亮度差異，來產生一第一亮度補償曲線；以及(e)根據該第一亮度補償曲線設定至少一第二輸入影像的一第一補償亮度。
  2. 如請求項1所述的影像亮度調整方法，其中該第一圖框率高於該第二圖框率，該第一亮度高於該第二亮度，其中該第一補償亮度低於該第一亮度且高於該第二亮度。
  3. 如請求項1所述的影像亮度調整方法，其中該第一圖框率低於該第二圖框率，該第一亮度低於該第二亮度，其中該第一補償亮度低於該第二亮度且高於該第一亮度。
  4. 如請求項1所述的影像亮度調整方法，其中該步驟(a)是根據連續兩個Vsync間的時間區間來計算該第一輸入圖框率。
  5. 如請求項1所述的影像亮度調整方法，其中該步驟(a)是根據該第一輸入影像的一前廊(front porch)來計算該第一輸入圖框率。
  6. 如請求項5所述的影像亮度調整方法，其中該步驟(a)根據該前廊的一完整時間區間來計算該第一輸入圖框率。
  7. 如請求項5所述的影像亮度調整方法，其中該步驟(a)根據該前廊的僅一部份的時間區間來計算該第一輸入圖框率。
  8. 如請求項1所述的影像亮度調整方法，更包含：根據至少一第三輸入影像計算或預測出一第二輸入圖框率；根據該第一亮度曲線以及該第二輸入圖框率產生一第三亮度；根據該第二亮度曲線以及該第二輸入圖框率產生一第四亮度；根據該第二輸入圖框率，以及該第三亮度與該第四亮度間的一亮度差異，來產生一第二亮度補償曲線；以及根據該第二亮度補償曲線設定具有該第二圖框率的至少一第四輸入影像的一第二補償亮度。
  9. 如請求項8所述的影像亮度調整方法，其中該第一補償亮度與該第二補償亮度相同。
  10. 一種影像亮度調整裝置，包含：一圖框率預測/計算裝置，用以根據至少一第一輸入影像計算或預測出一第一輸入圖框率；一亮度補償裝置，用以執行以下步驟：(a)根據一第一亮度曲線以及該第一輸入圖框率產生一第一亮度，該第一亮度曲 線對應一第一圖框率；(b)根據一第二亮度曲線以及該第一輸入圖框率產生一第二亮度，該第二亮度曲線對應一第二圖框率；(c)根據該第一輸入圖框率，以及該第一亮度與該第二亮度間的一亮度差異，來產生一第一亮度補償曲線；以及(d)根據該第一亮度補償曲線設定具有至少一第二輸入影像的一第一補償亮度。
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