本实用新型涉及用于提高诸如液晶显示设备等可具有低响应速度的显示设备的图像质量的设备。

为了在液晶显示设备上显示运动图像，优选情况下，将液晶面板的响应时间限制到一个帧周期(16ms)或更短。有些系统使用了过驱动或OCB(光学补偿弯曲)液晶技术来实现减少响应时间。
液晶面板的响应时间一般是用将显示状态从全黑图像变为全白图像所需的时间与将显示状态从全白图像变为全黑图像所需的时间之和来表示的。过驱动和OCB液晶技术的使用已经得到显示时间小于16ms的液晶面板。
不过，即使可以将液晶面板的响应时间减少到16ms或更短，视网膜残象现象也会造成运动图像模糊。由视网膜残象引起的运动图像模糊，指的是当显示快速运动图像时，由于当前帧图像的视网膜残象被下一帧图像覆盖而使运动图像成为模糊的运动图像的现象。这种由于视网膜残象而引起的运动图像模糊，在将图像保持一个帧周期的保持型驱动显示设备中特别明显。
因此，提出了一种面板驱动设备，用于控制由于视网膜残象而引起的运动图像模糊。这是一种伪脉冲液晶面板驱动系统，其中在显示一个帧的周期中设置了面板不被光照亮的时间段。在JP-A-2003-270669(下面称之为“专利文献1”)和“Special Feature：Flat Panel War-SecondPart，”Nikkei Electronics，No.2002/11/18，pp.110-118(下面称之为“非专利文献1”)中描述了伪脉冲液晶面板驱动系统的细节。根据该伪脉冲液晶面板驱动系统，全黑图像被插入到帧周期中，以减少视网膜残象和抑制运动图像的模糊。
不过，在如专利文献1和非专利文献1中所述的伪脉冲液晶面板驱动系统中，由于面板在黑屏显示期间不发光，因此产生了亮度相应地减少的问题。尽管非专利文献1讲述了通过增加面板的数值孔径来解决亮度减少的问题的解决方案，但是涉及面板结构的修改的这种解决方案是昂贵的。
实用新型内容本实用新型的目的是提出一种能够解决上述问题，并且能够在不减少亮度的情况下抑制运动图像中的模糊的低成本图像质量提高设备。
为了实现上述目的，本实用新型的图像质量提高设备能够提取与第n帧(n为自然数)视频信号有关的高频分量，并且能够将提取的高频分量添加到第(n+m)帧(m为自然数)视频信号中。
在保持型驱动显示设备中，图像的快速运动部分由于运动图像的高频分量的减少而发生模糊(例如，运动图像的光晕)。不过在本实用新型中，与例如第n帧视频信号有关的高频分量被添加到第(n+1)帧视频信号，从而可以通过添加的第n帧视频信号的高频分量来增加第(n+1)帧视频信号的高频分量。因此，可以抑制运动图像中的光晕感觉。
如上所述，本实用新型的优势在于可以通过简单的结构来抑制运动图像中的光晕感觉，而不需要任何涉及对装置的设计进行修改以增加数值孔径等的解决方案。
另外，本实用新型不需要像伪脉冲液晶面板驱动方案那样，创建面板在显示一个帧的周期期间不发光的时段。这样的好处是，亮度比伪脉冲液晶面板驱动方案的亮度高出由消除面板不发光的时段而得到的部分。
下面参考解释本实用新型的例子的附图来进行讲述，将使本实用新型的上述和其他目的、特征和优势更加明显。

下面参考附图来详细讲述本实用新型的示例实施例，将能更好地理解前述和其他示例目的、方面和优势，其中：图1为框图，示出了根据本实用新型的一个示例实施例的图像质量提高设备的总体结构；图2A为表示输入信号的频率特性的图；图2B为表示图1所示的二维低通滤波器的输出的频率特性的图；图2C为表示图1所示的减法器的输出的频率特性的图；图2D为表示图1所示的乘法器的输出的频率特性的图；图2E为表示图1所示的加法器的输出的频率特性的图；图3A为输入信号的波形图；图3B为表示图1所示的二维低通滤波器的输出的波形图；图3C为表示图1所示的减法器的输出的波形图；图3D为表示图1所示的加法器的输出的波形图；图4为示意图，描述如何通过图1所示的乘法器来调节幅度；
图5是描述了在图像的三维频率特性中的时间方向上的频率特性的图；图6是描述了当将三维高频分量添加到输入的视频信号之后对其进行显示时，图像的时间方向上的频率特性的图；图7为流程图，示出了在图1所示的图像质量提高设备中执行的用于延迟各帧中的图像的信号处理过程；图8为框图，示出了根据本实用新型的第一个例子的图像质量提高设备的部件的结构；图9为框图，示出了根据本实用新型的第二个例子的图像质量提高设备的部件的结构；图10为框图，示出了无限脉冲响应(IIR)滤波器的结构；图11为表示图10所示的IIR滤波器的脉冲响应的图；图12A为输入信号的波形图；图12B为波形图，表示当图12A所示的信号波形经过IIR滤波处理时的信号波形；图12C为波形图，表示当图12B所示的信号波形经过时基反转时的信号波形；图12D为波形图，示出了当图12C所示的信号波形经过IIR滤波处理时的信号波形；图13A为示意图，描述了用于在使用了帧存储器的时基反转操作中将数据写入到帧存储器中的操作；图13B为示意图，描述了用于在使用了帧存储器的时基反转操作中从帧存储器中读取数据的操作；以及图14为框图，示出了应用了本实用新型示例方面的图像质量提高设备的显示设备的结构。

下面参考附图，更具体地是图1至14，来示出本实用新型的示例实施例。
图1为框图，总体地示出了根据本实用新型的一个示例实施例的图像质量提高设备的结构。参考图1，该示例实施例的图像质量提高设备包括帧存储器11、二维低通滤波器12、减法器13、乘法器14和加法器15。
从输入端IN馈送的视频信号S分别被提供给帧存储器11、减法器13和加法器15。这里，提供给帧存储器11的视频信号用标号S1来表示；提供给减法器13的视频信号用标号S2来表示；提供给乘法器15的视频信号用标号S3来表示。
帧存储器11以帧为单位对从输入端IN提供的视频信号S1进行延迟。帧存储器11可以将视频信号S1延迟n帧(n为自然数)。视频信号S1在被帧存储器11延迟之后，被提供给二维低通滤波器12。
二维低通滤波器12可以包括线性相位有限脉冲响应(FIR)滤波器或无限脉冲响应(IIR)滤波器，该二维低通滤波器12在水平方向和垂直方向的每一个方向上截去被延迟了n帧的视频信号S1的高频分量，以提取二维低频分量。由二维低通滤波器12提取的二维低频分量被提供给减法器13。这里，视频信号的垂直方向和水平方向对应于由视频信号显示的图像的水平方向和垂直方向。
减法器13从由输入端IN提供的视频信号S2中减去从已经被延迟了n帧的视频信号S1中提取的二维低频分量，以提取三维高频分量，其中所述二维低频分量是从二维低通滤波器12提供的。这里，三维高频分量包括由水平分量、垂直分量和时间分量组成的三个要素。由减法器13提取的三维高频分量通过乘法器14被提供给加法器15。
乘法器14根据由外部控制器(图中未示出)提供的控制信号来调节减法器13的输出(三维高频分量)的幅度。加法器15将其幅度已经被乘法器14调节的三维高频分量添加到从输入端IN提供的视频信号S3。
可以通过提供给乘法器14的控制信号来自由调节添加到视频信号S3的三维高频分量的量。用户可以根据需要通过未示出的外部控制器的输入装置来设置在乘法器14中调节的幅度的量。
接下来，对该示例实施例的图像质量提高设备中的每一个分量的操作给出具体的描述。首先，来讲述作为不具有帧存储器11的图像质量提高设备中的基本操作的二维低通滤波器12、减法器13、乘法器14和加法器15的操作。
图2A-2E示出了二维低通滤波器12、减法器13、乘法器14和加法器15的每一个的输出的频率特性。从输入端IN馈送的视频信号S在从低频到高频延伸的范围内具有恒定增益，如图2A所示。二维低通滤波器12截去输入视频信号的高频带，以便仅让低频带通过，如图2B所示。
减法器13截去输入视频信号的低频带，以便让高频带通过，如图2C所示。乘法器14在高频带中具有基本不变的增益，如图2D所示。在高频带中，加法器15将由乘法器14提供的增益添加到输入视频信号，如图2E所示。
图3A-3D示出了二维低通滤波器12、减法器13和加法器15的每一个的输出波形。图3A是从输入端IN馈送的视频信号S在水平方向或垂直方向上的信号波形。当显示由这种信号波形表示的视频信号时，显示的图像在中心具有例如矩形白区，并且在白区周围具有黑区。图3A中的输入信号波形的上升沿和下降沿表示显示的图像上的白区和黑区之间的界限。
由于二维低通滤波器12如图2B所示仅通过低频分量，所以其输出波形具有如图3A所示的输入信号波形的钝边(例如，低频分量的信号波形)，如图3B所示。由于减法器13从图3A所示的输入信号波形中减去图3B所示的二维低通滤波器12的输出波形，因此得到的输出波形呈现为突出了输入视频信号的上升沿和下降沿的边沿信号波形(例如，高频分量的信号波形)。
由于加法器15将图3C所示的边沿信号波形添加到图3A所示的输入信号波形，因此得到的输出波形突出了输入视频信号的上升沿和下降沿，如图3D所示。通过这样突出了输入视频信号的边沿，在显示的图像上的白区和黑区之间的边界处提高了锐度。
减法器13的输出波形(例如，边沿信号)的幅度用乘法器14来调节。图4示意性地示出了如何由乘法器14来调节幅度。如图4所示，乘法器14根据来自外部的控制信号调节减法器13的输出波形(边沿信号)的幅度。随着幅度的增加，在加法器15的输出波形上边沿被突出较多。结果，较好地提高了显示的图像上的边沿锐度。反之，随着幅度的减小，在加法器15的输出波形中边沿被突出较少，使得显示的图像上的边沿锐度提高较少。
该实施例的图像质量提高设备的特点是利用了上述锐度提高效果的原理来减少运动图像中的光晕感觉，该设备具有用于提取三维高频分量的高频分量提取器，其包括包含有作为用于获得这种锐度提高效果的结构的帧存储器11、二维低通滤波器12和减法器13的块。
在高频分量提取器中，二维滤波器12从已经被帧存储器11延迟了n帧的视频信号S1中提取二维的(例如，水平的/垂直的)低频分量，并且减法器13从视频信号S2中减去由二维低通滤波器12减出的二维低频分量，以提取三维高频分量。由于视频信号S1相对于视频信号S2被延迟了n帧，因此减法器13从在当前帧之后的n帧提供的视频信号中减去从当前帧的视频信号中提取的二维低频分量。
例如，当视频信号S1在帧存储器11中相对于视频信号S2被延迟了一帧时，减法器13从第(n+1)帧视频信号中减去从第n帧视频信号中提取的二维低频分量。因此，提取了三维高频分量。
由高频分量提取器提取的三维高频分量由乘法器14来进行幅度调节，并且然后在加法器15中，经过调节的三维高频分量被添加到视频信号S3。由于视频信号S1相对于视频信号S3被延迟了n帧，因此加法器15将三维高频分量添加到在视频信号S1之后的n帧提供的视频信号S3。
例如，当视频信号S1在帧存储器11中相对于视频信号S3被延迟了一帧时，其中减法器13从第(n+1)帧视频信号中减去从第n帧视频信号中提取的二维低频分量以提取三维高频分量，加法器15将由减法器13提取的三维高频分量添加到第(n+1)帧视频信号。因此，将三维高频分量添加到视频信号上将使由视网膜残象导致的运动图像中模糊的减少。
接下来，讲述减少由视网膜残象导致的运动图像中模糊的原理。
根据时间方向上的频率特性来考虑运动图像中的模糊，当帧频率为60Hz时，在时间方向上的采样频率fs被确定为60Hz，并且可以被表示的最快运动图像的频率被确定为fs/2(＝30Hz)。在该情况中，保持型驱动显示设备经历了由于孔径效应而引起的高频特性的减少。高频特性的这种减少被认为是运动图像中的模糊(参见“Introduction toDigital Signal Processing”，CQ Publishing，First edited in 1989，p.75)。
图5示出了在图像的三维频率特性的时间方向上的频率特性。参考图5，可以看到孔径效应在30Hz的频率处引起响应减少-3.92dB。这里，孔径效应指的是在数字信号处理中，由于用于将脉冲响应转换成数字信号的D/A转换器的输出波形是由矩形波到脉冲的卷积得到的阶梯状波形，因而使高频特性减少的现象。
在该实施例中，由高频分量提取器提取的三维高频分量被加法器15添加到输入视频信号。图6示出了当对已经添加了三维高频分量的输入视频信号进行显示时，在时间方向上图像的频率特性。添加到输入视频信号的三维频率分量起到与视网膜残象分量反相的作用，从而限制了由于孔径效应而导致的高频特性的减少。
图像在时间方向上的频率特性根据输入视频信号被延迟的帧数不同而不同。当输入视频信号被延迟一帧时，频率特性的峰值接近帧频率的一半(＝30Hz)，并且当输入信号被延迟两帧时，频率特性的峰值接近帧频率的1/4(＝15Hz)，如图6所示。在任何情况下，将三维频率分量添加到输入视频信号起到防止由于孔径效应而导致的高频特性减少的作用，即，限制了运动图像中模糊的发生。
接下来，以输入视频信号被延迟一帧为例，来讲述该实施例的图像质量提高设备中的信号处理过程。图7为流程图，示出了当输入视频信号被延迟一帧时的信号处理过程。参考图7，二维低通滤波器12可以从第n帧视频信号中提取二维低频分量(步骤101)。
接下来，减法器13从第(n+1)帧视频信号中减去由二维滤波器12提取的二维低频分量，以提取三维高频分量(步骤102)。然后，在乘法器14对由减法器13提取的三维高频分量的幅度进行调节之后(步骤103)，加法器15将调节了幅度的三维高频分量添加到第(n+1)帧视频信号(步骤104)。
在步骤102，当输入视频信号被延迟两帧时，减法器13从第(n+2)帧视频信号中减去由二维低通滤波器12提取的二维低频分量，以提取三维高频分量，并且在步骤104，加法器15将调节了幅度的三维高频分量添加到第(n+2)帧视频信号。
输入视频信号在帧存储器11中可以被延迟任何数目的帧。在帧存储器11中延迟的帧数越多，与运动图像中经受模糊减少效果的对象有关的运动就越慢。因此当快速运动期望模糊减少效果时，输入视频信号就必须被延迟较小数目的帧。
上面所述该实施例的图像质量提高设备是本实用新型的一个例子，并且可以被设计成任何结构，只要它能够提取与第n帧(n为自然数)视频信号有关的高频分量，并且只要它能够将提取的高频分量添加到第(n+m)帧(m为自然数)视频信号。
例如，作为延迟装置的帧存储器11可以被布置在二维低通滤波器12的输出侧。在该修改中，三维高频分量也以上述方式被添加到输入视频信号。
可选情况下，帧存储器11可以被布置在减法器13和乘法器14之间，或者可以被布置在乘法器14的输出侧。在该修改中，减法器13提取二维高频分量，并且提取的二维高频分量在帧存储器11中被延迟了帧数。下面以二维高频分量被延迟一帧的情况为例来讲述该操作。
首先，二维低通滤波器12从第n帧视频信号中提取二维低频分量。接下来，减法器13从第n帧视频信号中减去由二维低通滤波器12提取的二维低频分量，以提取二维高频分量。然后，在乘法器14对由减法器13提取的三维高频分量的幅度进行调节之后，加法器15将调节了幅度的高频分量添加到第(n+1)帧视频信号。
另外，在该实施例中，在水平方向和垂直方向上都对高频分量进行了提取，但是可以只在水平方向或只在垂直方向上对高频分量进行提取。在该修改中，运动图像中的模糊可以被限制在水平方向或垂直方向上。
另外，在减法器13的输出信号中(参见图3C中的输出波形)，在正侧(白电平侧)或负侧(例如，黑电平侧)上可以省略校正。例如，当后像作为黑屏上的白色模糊图像被明显地观察到时，可以只对图像进行负侧(黑电平侧)上的校正，而省略对正侧(白电平侧)上的校正。
接下来，以根据前述实施例的图像质量提高设备的低频分量提取器为例来进行讲述，其中所述低频分量提取器可以包括帧存储器11和低通滤波器12。
[例子1]图8为框图，示出了根据本实用新型的第一个例子的图像质量提高设备的部件的结构。在图8中示出的结构可以对应于包括如图1所示的帧存储器11和二维低通滤波器12的结构，并且包括水平低通滤波器21、降采样器22、帧存储器23、垂直低通滤波器24和升采样器25。
水平低通滤波器21从由输入端IN提供的视频信号中提取水平低频分量。包括被水平低通滤波器21提取的水平低频分量的视频信号被提供给降采样器22。
降采样器22减少视频信号的采样率。具体地说，在降采样器22中，当将采样率减少到一半时，频带被低通滤波器限制，使得输入信号的频率分量落在缩小的频带内，并且然后，数据被交替删除(例如，数据的剪除)。这导致两倍的数据间隔时间，并且采样频率被减小到一半。被降采样器22进行降采样的视频信号被提供给帧存储器23。
帧存储器23以帧为单位延迟降采样视频信号。被帧存储器23延迟了数帧的视频信号被提供给垂直低通滤波器24。垂直低通滤波器24以帧为单元提取视频信号的垂直低频分量。由垂直低通滤波器24提取的垂直低频分量组成的视频信号被提供给升采样器25。
升采样器25将由垂直低通滤波器24提供的降采样视频信号返回到原始采样率。被升采样器25进行升采样的视频信号(例如，对应于从以帧为单位延迟的视频信号中提取的二维频率分量的视频信号)被提供给如图1所示的减法器13。后续的操作类似于(例如，完全相同于)图1中所示的结构。
在该例子中，水平低通滤波器21还提供混叠失真消除滤波器的功能，用于对降采样器22中的视频信号进行降采样。这里，混叠失真消除滤波器是低通滤波器，用于阻挡高频分量，以便输入信号的频率分量落在降采样之后的频带内。水平低通滤波器21需要具有降采样所需的高频阻挡特性。
此外，在该例子中，降采样器22被布置在帧存储器23的输入侧，并且帧存储器23以帧为单位对被降采样器22进行降采样的视频信号进行延迟。因此，通过减小采样率，可以减少帧存储器23的存储容量。
此外，由于较低的采样率导致帧存储器23的较低操作频率，因此由于高操作频率而要求的设计约束得到缓解。另外，当帧存储器23被其他电路共享时，帧存储器23以较低的采样率被占用较短的时间，从而能够允许其他电路使用帧存储器23较长的时间。
另外，由于垂直低通滤波器24提取降采样的视频信号的垂直低频分量，因此通过减小采样率，可以减小垂直低通滤波器24的电路尺寸。
上面所述的例子结构是例子，并且可以根据需要对其进行修改。例如，水平低通滤波器21和垂直低通滤波器24可以相互交换位置。此外，帧存储器23可以被布置在垂直低通滤波器24的输出侧。
[例子2]图9为框图，示出了根据本实用新型的第二个示例方面的图像质量提高设备的部件的结构。如图9所示的结构可以对应于包括如图1所示的帧存储器11和二维低通滤波器12的结构，并且可以包括IIR滤波器31、33和帧反转器32、34。
IIR滤波器31、33可以包括(例如，每一个都可以包括)包含环形滤波器的一般低通滤波器。图10示出了IIR滤波器的结构，并且图11示出了其脉冲响应。如图10所示，IIR滤波器包括两个系数乘法器41、42，加法器43和延迟元件44。
系数乘法器41的输出被提供给加法器43的一个输入。加法器43的输出被分成两支，一支提供输出OUT，并且另一支被提供给延迟元件44。延迟元件44的输出通过系数乘法器42被提供给加法器42的另一个输入。
当IIR滤波器被应用于水平方向上的处理时，延迟元件44被当作以采样像素为单位的延迟元件。另一方面，当IIR滤波器被应用于垂直方向上的处理时，延迟元件44被当作以水平线为单位的线存储器。
在如上所述的构造IIR滤波器中，IIR的脉冲响应并不处于如图11所示的线性相位(脉冲响应不是双边对称的)，因此只有在时间延迟方向上才能操作滤波器。因此，通过在时间轴方向上对视频信号进行反转，可以迫使IIR滤波器在前向和后向时间方向上等价地进行操作。
图12A-12D示意性地示出了当IIR滤波器被迫在前向和后向时间方向上等价地进行操作时的处理。当IIR滤波被应用于如图12A所示的矩形输入信号时，在如图12B所示的矩形波的上升沿和下降沿上的时间延迟方向上产生波形恶化。
恶化的波形在时间轴方向上被反转，以获得如图12C所示的波形。当对在时间轴方向上经过反转的波形再次应用IIR滤波时，产生如图12D所示的波形，从而可以实现线性相位。
该例子可以使用如图12A-12D所示的处理。具体地说，IIR滤波器31提取逐帧地提供的输入视频信号的低频分量；帧反转器32在时间轴方向上对具有由IIR滤波器31提取的低频分量的视频信号进行反转；IIR滤波器33提取在时间轴方向上被帧反转器31反转的视频信号的低频分量；并且帧反转器34在时间轴方向上对具有由IIR滤波器33提取的低频分量的视频信号进行反转。
IIR滤波器31、33在水平方向或垂直方向上，或者水平和垂直两个方向上执行滤波。这里，在水平和垂直两个方向上的滤波可以通过级联连接水平IIR滤波器和垂直IIR滤波器来实现。
在帧反转器32中，视频信号在时间轴方向上的反转是通过使用帧存储器对视频信号的垂直方向和水平方向进行反转来执行的。另一方面，在帧反转器34中，通过使用帧存储器对视频信号的垂直方向和水平方向进行反转，将由帧反转器32反转的时基返回到之前的状态。
图13示意性地示出了使用帧存储器的时间轴反转操作。当如图13A所示从左上角到右下角逐行地将数据写入到帧存储器中时，通过如图13B所示从写入结束位置至写入开始位置来读取存储在帧存储器中的数据，可以将时间轴反转。由于以这种方式在帧反转器32中将时间轴进行反转，因此IIR滤波器33在与IIR滤波器31中执行滤波的时间方向相反的方向上执行滤波。
在这个例子中，由于帧反转被执行两次，因此视频信号被延迟两帧。一般地，在运动图像中，几乎没有从一帧到另一帧的场景切换，但是在许多情况下，主体在几帧或更多帧上连续地运动。因此，这一例子也可以限制运动图像中的模糊。
上面所述的本实用新型的图像质量提高设备可以应用到普通显示设备，并且特别可以用在保持型显示设备中，更具体地说，是液晶显示设备，其中由于视网膜残象而明显生成运动图像中的模糊。
图14示出了应用了本实用新型的示例方面的图像质量提高设备的显示设备结构。参考图14，作为保持型驱动显示装置的显示设备可以包括被来自灯43的光照亮的显示装置44；用于将由显示装置44形成的图像投射到屏幕上的透镜45；用于处理输入信号的视频信号处理电路40；图像质量提高电路41；以及用于驱动显示装置44的显示装置驱动电路42。
图像质量提高电路41是由本实用新型的图像质量提高设备来实现的，并且其余组件可以包括现存装置。在该显示设备中，来自视频信号处理电路40的视频信号被提供给图像质量提高电路41，从而提高了输入视频信号的图像质量。然后，显示装置驱动电路42根据由图像质量提高电路41提供的视频信号来驱动显示装置44。
尽管前面通过举例方式结合非交织方案进行了讲述，但是本实用新型还可以应用于帧是由奇数场和偶数场组成的交织方案。当本实用新型应用于交织方案时，该操作可以通过在前面的讲述中用“场”代替“帧”来进行讲述。
本实用新型因为具有独特而新颖的特征，从而可以提供在不减少亮度的情况下能够限制运动图像中的模糊的低成本图像质量提高设备。
尽管使用特定术语对本实用新型的示例实施例进行了讲述，但是这种讲述仅用于解释性目的，并且可以理解，在不偏离权利要求的精神或范围的情况下可以对其进行变化和改变。
此外，申请人打算包括所有权利要求内容的等价物，并且对本申请中的任何权利要求所做的修订不应该被理解为放弃对修订的权利要求的任何内容或特征的等价物的任何利益和权利。