CN109982007B - 应用在机顶盒的格式转换电路及相关的方法 - Google Patents

Abstract

本发明揭露一种应用在一机顶盒的格式转换电路，其中该机顶盒是耦接于一显示器，且该格式转换电路包含有一电光转换函数电路、一映射电路以及一光电转换函数电路。该电光转换函数电路是用以将具有一第一格式的输入图像信号转换为一第一光信号；该映射电路耦接于该电光转换函数电路，且用以将该第一光信号转换为具有一第二格式的一第二光信号，其中该第一光信号以及第二光信号中至少其一是根据该显示器的最大亮度来产生；以及该光电转换函数电路是耦接于该映射电路，且用以将该第二光信号转换为一输出图像信号。

Description

应用在机顶盒的格式转换电路及相关的方法

技术领域

本发明是有关于机顶盒，尤指一种应用在机顶盒的格式转换电路。

背景技术

近几年来，部分的图像信号采用了高动态范围(High Dynamic Range，HDR)的格式。和传统的标准动态范围(Standard Dynamic Range，SDR)(例如说范围约为0～1000尼特)相比，高动态范围(例如说范围约为0～10000尼特)可以使得显示图像有更高的对比以及更清晰的画面。由于目前的电视并非都支持高动态范围的格式，因此，若电视有搭配机顶盒时，机顶盒会将所接收到的图像信号转换为适合电视所支持的格式的图像信号，亦即机顶盒可以将图像信号从高动态范围转换为标准动态范围，且也可以将图像信号从标准动态范围转换为高动态范围。然而，即使机顶盒可以将图像信号转换为适合电视播放的格式，但由于其所输出的最大亮度仍然有可能与电视的显示面板所能显示的最大亮度不同，故会造成图像无法良好的显示；此外，即使电视具有亮度再调整的功能，但若是调整功能不完善，仍有可能影响到显示质量。

发明内容

因此，本发明的目的之一在于提出一种应用在机顶盒的格式转换电路，其可以根据一显示器的最大亮度来产生一输出图像信号，以使得该输出图像信号的最大亮度等于该显示器的最大亮度。如此一来，后端的显示器便可以直接将来自机顶盒的图像数据进行显示，而不需要再进行亮度的调整，以解决先前技术中的问题。

在本发明的一个实施例中，揭露了一种应用在一机顶盒的格式转换电路，其中该机顶盒是耦接于一显示器，且该格式转换电路包含有一电光转换函数电路、一映射电路以及一光电转换函数电路。该电光转换函数电路是用以将具有一第一格式的输入图像信号转换为一第一光信号；该映射电路耦接于该电光转换函数电路，且用以将该第一光信号转换为具有一第二格式的一第二光信号，其中该第一光信号以及第二光信号中至少其一是根据该显示器的最大亮度来产生；以及该光电转换函数电路是耦接于该映射电路，且用以将该第二光信号转换为一输出图像信号。

在本发明的另一个实施例中，揭露了一种应用在一机顶盒的格式转换电路，其中该机顶盒是耦接于一显示器，且该格式转换电路包含有一电光转换函数电路、一色彩空间转换电路、一光电转换函数电路以及一映射电路。该电光转换函数电路是用以将具有一第一格式的输入图像信号转换为一光信号；该色彩空间转换电路是用以根据一目标色彩空间来将该光信号进行色彩空间转换以产生一色彩转换后光信号；该光电转换函数电路耦接于该色彩空间转换电路，且用以将该色彩转换后光信号转换为一电信号；以及该映射电路耦接于该光电转换函数电路，且用以将该电信号转换为具有一第二格式的一输出图像信号；其中该光信号以及输出图像信号中至少其一是根据该显示器的最大亮度来产生。

在本发明的另一个实施例中，揭露了一种应用在一机顶盒的格式转换方法，其中该机顶盒是耦接于一显示器，且该格式转换方法包含有：将具有一第一格式的输入图像信号转换为一第一光信号；将该第一光信号转换为具有一第二格式的一第二光信号，其中该第一光信号以及第二光信号中至少其一是根据该显示器的最大亮度来产生；以及将该第二光信号转换为一输出图像信号。

在本发明的另一个实施例中，揭露了一种应用在一机顶盒的格式转换方法，其中该机顶盒是耦接于一显示器，且该格式转换方法包含有：将具有一第一格式的输入图像信号转换为一光信号；根据一目标色彩空间来将该光信号进行色彩空间转换以产生一色彩转换后光信号；将该色彩转换后光信号转换为一电信号；以及将该电信号转换为具有一第二格式的一输出图像信号；其中该光信号以及输出图像信号中至少其一是根据该显示器的最大亮度来产生。

附图说明

图1为根据本发明一实施例的格式转换电路的方块图。

图2A为根据本发明一实施例的PQ码与尼特的转换关系图。

图2B为根据本发明一实施例的映射电路的操作示意图。

图3为根据本发明另一实施例的格式转换电路的方块图。

图4为根据本发明另一实施例的格式转换电路的方块图。

图5为根据本发明另一实施例的PQ码与尼特的转换关系图。

图6为根据本发明另一实施例的映射电路的操作示意图。

图7为根据本发明另一实施例的格式转换电路的方块图。

图8为根据本发明另一实施例的格式转换电路的方块图及操作示意图。

图9为根据本发明另一实施例的格式转换电路的方块图及操作示意图。

图10为根据本发明另一实施例的格式转换电路的方块图及操作示意图。

图11为根据本发明另一实施例的格式转换电路的方块图及操作示意图。

图12为根据本发明一实施例的格式转换方法的流程图。

图13为根据本发明另一实施例的格式转换方法的流程图。

符号说明

100、300、400、700、800、900、1000、1100 格式转换电路

102、302、402、702、802、902、1002、1102 显示器

110、310、410、710、810、910、1010、1110 电光转换函数电路

120、320、420、720、820、920、1020、1120 色彩空间转换电路

130、330、430、730、830、930、1030、1130 映射电路

140、340、440、740、840、940、1040、1140 光电转换函数电路

1200～1208、1300～1308 步骤

具体实施方式

图1为根据本发明一实施例的格式转换电路100的方块图。如图1所示，格式转换电路100包含了一电光转换函数(Electro-Optical Transfer Function，EOTF)电路110、一色彩空间转换电路120、一映射电路130以及一光电转换函数(Optical-Electro TransferFunction，OETF)电路140。在本实施例中，格式转换电路100是设置在一机顶盒中，用来将具有高动态范围(HDR)格式的输入图像信号转换为具有标准动态范围(SDR)的输出图像信号，并将所产生的输出图像信号透过机顶盒的输出电路传送给后端的显示器102来进行显示；此外，在本实施例中，显示器102为一电视。然而在其他实施例中，格式转换电路100可以设置于一图像处理装置中，而显示器102可以是一接收该图像处理装置的输出信号的一移动装置。

在格式转换电路100的操作中，首先，电光转换函数电路110将具有高动态范围的该输入图像信号转换为具有高动态范围的一第一光信号。详细来说，该输入图像信号一般也可称为PQ信号，且每一个像素的像素值可用一PQ码来表示，而电光转换函数电路110可以透过图2A所示的PQ码与尼特值(nit)的关系图来将该输入图像信号中的每一个PQ码转换为相对应的尼特值，而该些尼特值即作为该第一光信号。此外，由于该输入图像信号具有高动态范围，故该第一光信号的范围约为0～10000尼特。

色彩空间转换电路120用以根据一目标色彩空间所对应的色域(gamut)来将该第一光信号进行色彩空间转换以产生一色彩转换后第一光信号。在另一实施例中，有可能其接收的信号的色彩空间所对应的色域皆不需要进行转换，则可以省略色彩空间转换电路120。

映射电路130根据显示器102的最大亮度，以将该色彩转换后第一光信号转换为具有标准动态范围的一第二光信号，其中显示器102的最大亮度可以由显示器102透过连接线回传给格式转换电路100，或是透过用户输入。例如说，显示器102透过HDMI传输线传送延伸显示能力识别数据(Extended display identification data，EDID)给转换电路100，该EDID内即可以包含显示器102的最大亮度。请注意，此处最大亮度指的是显示器102的面板所能显示的最大亮度，也就是说，当一像素应该显示的亮度值大于该最大亮度时，显示器102显示出来的该像素的像素值皆为该最大亮度。参考图2B，其为映射电路130的操作示意图，映射电路130可以使用图标的映射函数来将该色彩转换后第一光信号(最大的亮度值约为10000尼特)转换为该第二光信号(最大的亮度值等于/接近显示器102的最大亮度)，如图2B所示，假设显示器102的最大亮度是1000尼特(对应映射函数a)，则该第二光信号的最大亮度也等于或是很接近1000尼特；同理，假设显示器102的最大亮度是800尼特(对应映射函数b)或400尼特(对应映射函数c)时，则该第二光信号的最大亮度也会分别等于或是很接近800尼特或400尼特。此外，该转换函数具有一线性区以及一非线性区，其中当显示器102的最大亮度越低时，该线性区的范围越小。举例来说，当显示器102的最大亮度为1000尼特时，转换函数的线性区的范围可以是0～800尼特；同理，当显示器102的最大亮度为800尼特或400尼特时，转换函数的线性区的范围可以是0～600尼特或0～200尼特。

上述透过显示器102的最大亮度来决定线性区的范围可以在不牺牲亮度的情形下尽量保留较多的暗部细节，且当显示器102的最大亮度越低时，藉由将线性区的范围缩小可以避免亮部细节因压缩的情形过于严重而消失。

在一实施例中，当该色彩转换后第一光信号位于转换函数的线性区的范围内时，该第二光信号的亮度值相同于该色彩转换后第一光信号的亮度值。

最后，光电转换函数电路140将该第二光信号转换为一输出图像信号并输出至后端的显示器102。详细来说，光电转换函数电路140可以透过图2A所示的PQ码与尼特值(nit)的关系图来将该第二光信号的每一个尼特值转换为相对应的PQ码，而该些PQ码即作为该输出图像信号。此外，该输出图像信号具有标准动态范围的格式，且该输出图像信号的最大亮度不大于显示器102的最大亮度。

如上所述，由于格式转换电路100产生的输出图像信号的最大亮度即为显示器102的最大亮度，故显示器102在接收到机顶盒所传来的图像信号之后，不需要再对图像信号进行亮度的压缩或延展，确保了显示质量不会因为显示器端的亮度调整而降低。

图3为根据本发明另一实施例的格式转换电路300的方块图。格式转换电路300中的方块皆类似于格式转换电路100，故不再赘述。然而格式转换电路300与格式转换电路100的差异在于光电转换函数电路340与映射电路330的位置，亦即在格式转换电路300中，先由光电转换函数电路340将色彩空间转换电路320所产生的一色彩转换后光信号转换为一电信号(PQ码)之后，映射电路330再将该电信号转换为具有标准动态范围的一输出图像信号。由于本领域的技术人员在阅读过上述图1、2A、2B的实施例的内容之后应能了解图3所示的格式转换电路300的操作，故相关细节不再赘述。

图4为根据本发明另一实施例的格式转换电路400的方块图。格式转换电路400的架构类似于格式转换电路100，故不再赘述。然而在格式转换电路400的操作中，电光转换函数电路410在将该输入图像信号转换为一第一光信号时，另根据显示器402的最大亮度对该输入图像信号的亮度进行压缩，以使得该第一光信号的最大亮度介于高动态范围规格的最大亮度(例如，10000尼特)与该显示器402的最大亮度之间。详细来说，参考图5，假设显示器402的最大亮度为1000尼特，则电光转换函数电路410透过图5所示的PQ码与尼特(nit)的关系图来将该输入图像信号中的每一个PQ码转换为相对应的尼特值，其中该第一光信号的最大亮度约为2000尼特。

参考图6，其为映射电路430的操作示意图。与映射电路130的差异在于，由于格式转换电路400中色彩转换后第一光信号的亮度范围已缩小为0～2000尼特，故映射电路430可以使用较少的硬件成本来使用图6所示的映射函数来将该色彩转换后第一光信号转换为该第二光信号(最大的亮度值等于/接近显示器402的最大亮度(例如，1000尼特))，因此，相较于图1、3所示的实施例，本实施例可以进一步的降低成本及增加处理效率。

第7为根据本发明另一实施例的格式转换电路700的方块图。格式转换电路700中的方块皆类似于格式转换电路400，故不再赘述。然而格式转换电路700与格式转换电路400的差异在于光电转换函数电路740与映射电路730的位置，亦即在格式转换电路700中，先由光电转换函数电路740将色彩空间转换电路720所产生的一色彩转换后光信号转换为一电信号(PQ码)之后，映射电路730再将该电信号转换为具有标准动态范围的一输出图像信号。由于本领域的技术人员在阅读过上述图1～6的实施例的内容之后应能了解图7所示的格式转换电路700的操作，故相关细节不再赘述。

在格式转换电路400及700中，由于电光转换函数电路410或710先对输入图像信号做了亮度压缩，因此该第一光信号的数据量会大幅减少，进而降低后续处理元件的硬件成本。举例来说，若是该第一光信号的最大亮度为高动态范围规格的10000尼特时，则该第一光信号的每一笔数据需要14位；而若是该第一光信号的最大亮度压缩为上述实施例的2000尼特时，该第一光信号的每一笔数据仅需要11位。此外，就后续的映射电路130或430而言，相较于由0～10000尼特对应至1000尼特，由0～2000尼特对应至1000尼特也具有更高的精准度。此外，在另一实施例中，电光转换函数电路410或710直接将输入图像信号的亮度压缩至显示器402或702的最大亮度，则映射电路430或730无须再进行转换，或者可以移除映射电路430或730。

图8为根据本发明另一实施例的格式转换电路800的方块图及操作示意图。格式转换电路800中的方块皆类似于格式转换电路100，故不再赘述。然而格式转换电路800是用来将具有标准动态范围(SDR)格式的输入图像信号转换为具有高动态范围(HDR)的输出图像信号，其与格式转换电路100的差异在于电光转换函数电路810透过类似于图2A所示的PQ码与尼特(nit)的关系图来将该输入图像信号中的每一个PQ码转换为相对应的尼特值，并以该些尼特值作为该第一光信号时，该第一光信号是具有符合高动态范围(HDR)的范围，例如在本实施例中该第一光信号的范围约为0～10000尼特。

此外，色彩空间转换电路820、映射电路830及光电转换函数电路840的操作类似于图1所示的色彩空间转换电路120、映射电路130及光电转换函数电路140，故不赘述。

图9为根据本发明另一实施例的格式转换电路900的方块图。格式转换电路900中的方块皆类似于的图8所示的格式转换电路800，故不再赘述。格式转换电路900与格式转换电路800的差异在于光电转换函数电路940与映射电路930的位置，亦即在格式转换电路900中，先由光电转换函数电路940将色彩空间转换电路920所产生的一色彩转换后光信号转换为一电信号(PQ码)之后，映射电路930再将该电信号转换为具有高动态范围的一输出图像信号。由于本领域的技术人员在阅读过上述图8的实施例的内容之后应能了解图9所示的格式转换电路900的操作，故相关细节不再赘述。

图10为根据本发明另一实施例的格式转换电路1000的方块图及操作示意图。格式转换电路1000中的方块皆类似于格式转换电路800，故不再赘述。然而在格式转换电路1000的操作中，电光转换函数电路1010可以将该输入图像信号转换为一第一光信号时，另根据显示器1002的最大亮度对该输入图像信号的亮度进行调整，以使得该第一光信号的最大亮度等于或很接近于显示器1002的最大亮度。

此外，由于该色彩转换后第一光信号的最大亮度等于或很接近显示器1002的最大亮度，故映射电路1030此时可以直接将该色彩转换后第一光信号转换为一第二光信号，且该色彩转换后第一光信号与该第二光信号的亮度值实质上相同。或者，在格式转换电路1000中，可以直接移除映射电路1030。

色彩空间转换电路1020与光电转换函数电路1040的操作类似于色彩空间转换电路820与光电转换函数电路840，故不赘述。然而，由于最后，将具有标准动态范围格式的该第二光信号转换为一输出图像信号至后端的显示器1002。

图11为根据本发明另一实施例的格式转换电路1100的方块图。格式转换电路1100中的方块皆类似于的图10所示的格式转换电路1000，故不再赘述。格式转换电路1100与格式转换电路1000的差异在于光电转换函数电路1140与映射电路1130的位置，亦即在格式转换电路1100中，先由光电转换函数电路1140将色彩空间转换电路1120所产生的一色彩转换后光信号转换为一电信号(PQ码)之后，映射电路1130再将该电信号转换为具有高动态范围的一输出图像信号。由于本领域的技术人员在阅读过上述图10的实施例的内容之后应能了解图11所示的格式转换电路1100的操作，故相关细节不再赘述。

在上述图8、9的实施例中，映射电路830/930根据显示器802/930的最大亮度，以将该色彩转换后第一光信号转换为具有高动态范围的一第二光信号；而在图10、11的实施例中，电光转换函数电路1010/1110根据显示器1002/1102的最大亮度对该输入图像信号的亮度进行调整，以使得所产生的该第一光信号的最大亮度等于或很接近于显示器1002/1102的最大亮度。而在本发明的另一实施例中，电光转换函数电路以及映射电路均可参考显示器的最大亮度来调整其输出信号的亮度范围(类似图4、7的实施例)，只要格式转换电路的输出图像信号的最大亮度等于显示器的最大亮度，这些设计上的变化均应隶属于本发明的范畴。

图12为根据本发明一实施例的格式转换方法的流程图。参考以上针对图1、4、8、10的实施例，流程如下所述：

步骤1200：流程开始。

步骤1202：将具有一第一格式的输入图像信号转换为一第一光信号。

步骤1204：将该第一光信号转换为具有一第二格式的一第二光信号，其中该第一光信号以及第二光信号中至少其一是根据该显示器的最大亮度来产生。

步骤1206：将该第二光信号转换为一输出图像信号。

步骤1208：将该输出图像信号传送至该显示器。

图13为根据本发明另一实施例的格式转换方法的流程图。参考以上针对图3、7、9、11的实施例，流程如下所述：

步骤1300：流程开始。

步骤1302：将具有一第一格式的输入图像信号转换为一光信号。

步骤1304：根据一目标色彩空间来将该光信号进行色彩空间转换以产生一色彩转换后光信号。

步骤1306：将该色彩转换后光信号转换为一电信号。

步骤1308：将该电信号转换为具有一第二格式的一输出图像信号，其中该光信号以及输出图像信号中至少其一是根据该显示器的最大亮度来产生。

步骤1310：将该输出图像信号传送至该显示器。

简要归纳本发明，在本发明所揭露的设置在机顶盒的格式转换电路中，是根据后端显示器的最大亮度来决定输出图像信号的最大亮度，因此，后端的显示器在接收到机顶盒所传来的图像信号之后，也不需要再对图像信号进行亮度的压缩或延展，故可以维持良好的显示质量。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求书所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (14)

1.一种应用在一机顶盒的格式转换电路，其中该机顶盒是耦接于一显示器，且该格式转换电路包含有：

一电光转换函数电路，用以将具有一第一格式的输入图像信号转换为一第一光信号，该电光转换函数电路另根据该显示器的最大亮度对该输入图像信号的亮度进行压缩，以使得所产生的该第一光信号的最大亮度低于高动态范围规格的最大亮度，但是该第一光信号的最大亮度高于该显示器的最大亮度；

一映射电路，耦接于该电光转换函数电路，用以将该第一光信号转换为具有一第二格式的一第二光信号，其中该第二光信号是根据该显示器的最大亮度来产生；以及

一光电转换函数电路，耦接于该映射电路，用以将该第二光信号转换为一输出图像信号。

2.如权利要求1所述的格式转换电路，其特征在于，该第二光信号的最大亮度等于该显示器的该最大亮度。

3.如权利要求1所述的格式转换电路，其特征在于，该第一格式为高动态范围，且该第二格式为标准动态范围。

4.如权利要求3所述的格式转换电路，其特征在于，该映射电路使用一映射函数来将该第一光信号转换为具有该第二格式的该第二光信号，该映射函数包含一线性区以及一非线性区，且当该显示器的最大亮度越低时，该线性区的范围越小。

5.如权利要求4所述的格式转换电路，其特征在于，当该第一光信号位于该线性区的范围内时，该第二光信号的亮度值相同于该第一光信号的亮度值。

6.如权利要求1所述的格式转换电路，其特征在于，该映射电路根据该显示器的该最大亮度以将该第一光信号转换为具有该第二格式的该第二光信号，以使得该第二光信号的最大亮度等于该显示器的最大亮度。

7.一种应用在一机顶盒的格式转换电路，其中该机顶盒是耦接于一显示器，且该格式转换电路包含有：

一电光转换函数电路，用以将具有一第一格式的输入图像信号转换为一光信号，该电光转换函数电路另根据该显示器的最大亮度对该输入图像信号的亮度进行压缩，以使得所产生的该光信号的最大亮度低于高动态范围规格的最大亮度，但是该光信号的最大亮度高于该显示器的最大亮度；

一色彩空间转换电路，用以根据一目标色彩空间来将该光信号进行色彩空间转换以产生一色彩转换后光信号；

一光电转换函数OETF电路，耦接于该色彩空间转换电路，用以将该色彩转换后光信号转换为一电信号；以及

一映射电路，耦接于该光电转换函数电路，用以将该电信号转换为具有一第二格式的一输出图像信号；

其中该输出图像信号是根据该显示器的最大亮度来产生。

8.如权利要求7所述的格式转换电路，其特征在于，该输出图像信号的最大亮度等于该显示器的该最大亮度。

9.如权利要求7所述的格式转换电路，其特征在于，该第一格式为高动态范围，且该第二格式为标准动态范围。

10.如权利要求9所述的格式转换电路，其特征在于，该映射电路使用一映射函数来将该电信号转换为具有该第二格式的该输出图像信号，该映射函数包含一线性区以及一非线性区，且当该显示器的最大亮度越低时，该线性区的范围越小。

11.如权利要求10所述的格式转换电路，其特征在于，当该电信号位于该线性区的范围内时，该输出图像信号所代表的亮度值相同于该电信号所代表的亮度值。

12.如权利要求7所述的格式转换电路，其特征在于，该映射电路根据该显示器的最大亮度以将该电信号转换为具有该第二格式的该输出图像信号，以使得该输出图像信号的最大亮度等于该显示器的最大亮度。

13.一种应用在一机顶盒的格式转换方法，其中该机顶盒是耦接于一显示器，且该格式转换方法包含有：

将具有一第一格式的输入图像信号转换为一第一光信号，其中，根据该显示器的最大亮度对该输入图像信号的亮度进行压缩，以使得所产生的该第一光信号的最大亮度低于高动态范围规格的最大亮度，但是该第一光信号的最大亮度高于该显示器的最大亮度；

将该第一光信号转换为具有一第二格式的一第二光信号，其中该第二光信号是根据该显示器的最大亮度来产生；以及

将该第二光信号转换为一输出图像信号。

14.一种应用在一机顶盒的格式转换方法，其中该机顶盒是耦接于一显示器，且该格式转换方法包含有：

将具有一第一格式的输入图像信号转换为一光信号，其中，根据该显示器的最大亮度对该输入图像信号的亮度进行压缩，以使得所产生的该光信号的最大亮度低于高动态范围规格的最大亮度，但是该光信号的最大亮度高于该显示器的最大亮度；

根据一目标色彩空间来将该光信号进行色彩空间转换以产生一色彩转换后光信号；

将该色彩转换后光信号转换为一电信号；以及

将该电信号转换为具有一第二格式的一输出图像信号；

其中该输出图像信号是根据该显示器的最大亮度来产生。

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