Brevet FR2857147A1 — publié le 20050107

PROCEDE DE TRAITEMENT D'UNE SEQUENCE D'IMAGES VIDEO DANS UN PANNEAU D'AFFICHAGE A CRISTAUX LIQUIDES La présente invention concerne un procédé de traitement d'une 5 séquence d'images vidéo dans un panneau d'affichage à cristaux liquides et un dispositif pour mettre en oeuvre ce procédé. La technologie des cristaux liquides est de plus en plus employée dans le domaine des moniteurs d'ordinateur en raison de la baisse des coûts de mise en oeuvre de cette technologie. Les progrès récents de cette technologie laissent penser que, dans un futur proche, les téléviseurs à cristaux liquides remplaceront les téléviseurs à tube cathodique. Cette technologie reste toutefois pénalisée par le temps de réponse relativement long des cristaux liquides. Cela ne constitue pas un problème dans le cas d'un moniteur d'ordinateur affichant des images fixes. Les résultats sont en revanche nettement moins bons pour l'affichage d'images animées, par exemple dans le cadre d'applications vidéo. La qualité de l'affichage n'est alors plus acceptable. L'un des buts de l'invention est d'améliorer la qualité de l'affichage 20 d'images animées. Dans la technologie à cristaux liquides, appelée ci-après technologie LCD pour Liquid Crystal Display en langue anglaise, les niveaux de gris sont obtenus en appliquant, sur la cellule de cristaux liquides, une tension proportionnelle au niveau de gris désiré pendant la durée de l'image. Lorsque cette tension change, la cellule ne répond pas instantanément. Il lui faut statistiquement quelques millisecondes pour modifier l'orientation de ses molécules de cristaux liquides. Dans le cas d'images fixes ou d'images dont le contenu change avec une fréquence très inférieure à la fréquence de rafraîchissement de l'écran, le défaut engendré par ce temps de réponse relativement long n'est pas perceptible. En revanche, dans le cas d'images animées, par exemple des images vidéo, l'oeil détecte une perturbation temporelle. Le mode d'affichage consistant à afficher les niveaux de gris pendant toute la durée de la trame d'une image engendre également une perturbation temporelle détectée par l'oeil. Ces perturbations sont illustrées par les figures 1A à 1C qui montrent une transition entre un niveau de gris 255 et un niveau de gris 0 sur deux trames vidéo consécutives, N et N+1. Dans ces figures, l'axe des ordonnées représente l'axe du temps et l'axe des abscisses représente les pixels. Dans la figure 1A, la transition entre les deux niveaux de gris est fixe. Dans la figure 1B, elle se déplace de 2 pixels vers la gauche entre les deux trames et dans la figure 1C, elle se déplace de 2 pixels vers la droite. Le temps de réponse élevé des cellules de cristaux liquides correspondant à un changement de la tension appliquée aux bornes des cellules prolonge l'état de celles-ci pendant une durée supplémentaire au-delà de la trame vidéo considérée. L'oeil intègre temporellement les niveaux de gris en suivant les droites obliques représentées dans les figures car il a tendance à suivre le déplacement de la transition. L'oeil perçoit alors un niveau de gris tel que représenté par le graphique en bas des figures. Le résultat de l'intégration se traduit par l'apparition d'une transition floue entre les niveaux de gris 255 et 0. Cette transition présente une largeur d'environ 3 pixels. Ce défaut de contours flous est connu sous le nom de "blurring effect" en langue anglaise. Les défauts engendrés uniquement par le mode d'affichage sont montrés aux figures 2A à 2C, représentant respectivement les transitions des figures 1A à 1C sans le défaut d'affichage engendré par le temps de réponse élevé des cellules du panneau d'affichage. On s'aperçoit que la transition floue engendrée par le mode d'affichage présente une largeur d'environ 2 pixels. Des solutions sont connues pour corriger séparément le défaut engendré par le mode d'affichage et le défaut engendré par le temps de réponse élevé des cellules. L'une des solutions connues pour corriger les défauts engendrés par le mode d'affichage consiste à augmenter la fréquence d'affichage des images appelé également fréquence d'image. On peut par exemple doubler la fréquence d'affichage des images en générant, pour chaque couple d'images de la séquence à visualiser, une image intermédiaire compensée en mouvement. Cette image intermédiaire est affichée entre les deux trames N et N+1, la durée des trames étant alors divisée par 2. Les figures 3A à 3C, à comparer avec les figures 2A à 2C, illustrent cette solution. La trame N est divisée en une sous-trame N et une sous-trame N+1/2 de durées égales. De même, la trame N+1 est divisée en une sous-trame N+1 et une sous-trame N+312. Les images précédemment affichées pendant les trames N et N+1 sont désormais affichées pendant les sous-trames N et N+1 et les images intermédiaires compensées en mouvement sont affichées pendant les sous-trames N+112 et N+3/2. Ces images étant compensées en mouvement, la transition est donc réduite. Une solution connue pour corriger les défauts engendrés par le temps de réponse élevé des cellules du panneau consiste à utiliser une technique dite "d'overdrive". Selon cette technique, pour passer d'un niveau de gris de départ ND à un niveau de gris cible NC, on applique à la cellule, avant de lui appliquer une tension correspondant au niveau cible NC, une tension correspondant à un niveau intercalaire NI qui est supérieur ou inférieur au niveau cible NC selon que le niveau de départ ND du pixel considéré est respectivement inférieur ou supérieur au niveau cible NC. Cette technique est illustrée par la figure 4. Cette figure représente les niveaux de tension appliqués à la cellule pour atteindre un niveau cible NC à partir d'un niveau de départ ND en fonction du temps. Dans cet exemple, le niveau cible NC est supérieur au niveau de départ ND. En l'absence "d'overdrive", un niveau de tension VND est appliqué à la cellule pendant la trame N et un niveau de tension VNC lui est appliqué pendant la trame N+1. La technique d'overdrive consiste à appliquer à la cellule un niveau de tension VNI, supérieur au niveau de tension VNC dans le cas présent, à la fin de la trame N ou au début de la trame N+1 pour que la cellule atteigne plus rapidement le niveau de gris cible NC. Ce niveau de tension VNI est appliqué pendant une durée T1. Ce niveau est fonction de l'écart entre les niveaux ND et NC. Plus cet écart est grand, plus le niveau de tension VN, est élevé lorsque NC>ND et plus il est faible lorsque NC La courbe en traits mixtes représente la réponse de la cellule en l'absence de niveau intercalaire NI. Le niveau cible NC n'est alors atteint qu'au bout d'une période de durée T2. En présence de ce niveau intercalaire, le niveau cible est atteint au bout d'une période de durée Ti très inférieure à T2. Ce gain est montré sur la figure 4 par la courbe en traits pointillés. La mise en oeuvre de cette technique est améliorée en doublant la fréquence d'affichage des images. Pour cela, on divise la trame d'affichage d'une image en deux sous-trames. Pendant la première soustrame, on applique sur la cellule une tension correspondant au niveau intercalaire NI et, pendant la deuxième sous-trame, on applique une tension correspondant au niveau cible NC. Cette technique est toutefois inopérante pour corriger les défauts engendrés par le mode d'affichage. Une combinaison simple de ces deux techniques pourrait être envisagée pour corriger de manière globale les défauts de "blurring effect". Cette combinaison simple nécessiterait cependant au minimum de quadrupler la fréquence d'image, à savoir doubler une première fois la fréquence d'image pour générer des images intermédiaires compensées en mouvement, puis la doubler une seconde fois pour appliquer la technique d'overdrive. Ce quadruplement de la fréquence d'affichage des images impose au panneau de travailler quatre fois plus vite et d'adresser quatre fois plus rapidement les cellules de celui-ci, ce qui n'est pas toujours réalisable. Selon l'invention, on propose de combiner ces deux techniques d'une manière particulière sans avoir à quadrupler la fréquence d'image. La présente invention concerne un procédé de traitement d'une séquence d'images vidéo dans un panneau d'affichage à cristaux liquides comprenant une pluralité de cellules destinées à afficher chacune un pixel d'image, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - pour chaque couple d'images de la séquence, générer au moins une image intermédiaire compensée en mouvement, laquelle est introduite dans la séquence entre les images du couple d'images considéré, - pour chaque pixel ayant dans une image courante de la séquence un niveau de gris courant et dans l'image suivante de la séquence un niveau de gris cible différent dudit niveau de gris courant, calculer un niveau de gris intercalaire supérieur ou inférieur audit niveau de gris cible selon que ledit niveau de gris cible est respectivement supérieur ou inférieur au niveau de gris courant dudit pixel, - remplacer, dans l'image courante, le niveau de gris courant des pixels ayant dans l'image suivante de la séquence un niveau de gris cible différent du niveau de gris courant par ledit niveau intercalaire calculé. Selon un mode de réalisation préféré, on ne génère qu' une seule image intermédiaire pour chaque couple d'images de la séquence d'images à traiter. Le niveau de gris intercalaire d'un pixel est déterminé de manière à ce que le niveau de gris réellement affiché par la cellule destinée à afficher ledit pixel soit égal, au terme de la trame d'affichage de l'image courante, au niveau de gris cible. L'invention concerne également un dispositif mettant en oeuvre le procédé précité. Il comporte: - un estimateur de mouvement et un bloc d'interpolation pour générer des images intermédiaires compensées en mouvement et les introduire dans la séquence d'images à afficher, - un bloc de calcul pour calculer, pour chaque pixel ayant dans une image courante de la séquence un niveau de gris courant et dans l'image suivante de la séquence un niveau de gris cible différent dudit niveau de gris courant, un niveau de gris intercalaire supérieur ou inférieur audit niveau de gris cible selon que ledit niveau de gris cible est respectivement supérieur ou inférieur au niveau de gris courant dudit pixel, et pour remplacer, dans l'image courante, le niveau de gris courant des pixels ayant un niveau de gris cible différent du niveau de gris courant par ledit niveau intercalaire calculé. L'invention concerne aussi un panneau d'affichage à cristaux liquides destinée à afficher une séquence d'images vidéo, comportant une matrice de cellules destinées chacune à afficher un pixel d'image, un circuit de commande de ladite matrice de cellules, et un dispositif tel que défini précédemment pour traiter la séquence d'images vidéo reçue par le panneau et fournir la séquence traitée audit circuit de commande de la matrice de cellules. L'invention sera mieux comprise, et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels: - les figures 1A à 1c, déjà décrites, illustrent les défauts d'affichage engendrés par le temps de réponse et le mode d'affichage des panneaux à cristaux liquides; - les figures 2A à 2C, déjà décrites, illustrent; les défauts d'affichage liés exclusivement au mode d'affichage des panneaux à cristaux liquides; les figures 3A à 3C, déjà décrites, illustrent une solution connue destinée à corriger les défauts d'affichage engendrés par le mode d'affichage des panneaux à cristaux liquides; - la figure 4, déjà décrite, la technique d'overdrive connue pour diminuer le temps de réponse des cellules de cristaux liquides; - les figures 5A à 5C montrent les niveaux de tension appliqués à une cellule changeant progressivement de niveau sur 4 images respectivement dans le cas d'un affichage classique, dans le cas d'un doublement de la fréquence image avec overdrive, dans le cas d'un doublement de la fréquence image avec compensation de mouvement; - la figure 5D, à comparer avec les figures 5A à 5C, montre les niveaux de tension appliqués à cette même cellule selon le procédé de l'invention; et - la figure 6 est le schéma d'un dispositif mettant en oeuvre le 10 procédé de l'invention. Selon l'invention, on combine la technique d'augmentation de la fréquence d'image avec compensation de mouvement et la technique d'overdrive selon une méthode particulière. Le procédé d'affichage conforme à l'invention comporte les étapes El à E3 suivantes: (El) : générer, pour chaque couple d'images successives de la séquence d'images à afficher, au moins une image intermédiaire compensée en mouvement; la ou les images intermédiaires générée(s) sont introduites dans la séquence entre les images du couple d'images considéré; cette étape nécessite l'utilisation d'un estimateur de mouvement chargé de calculer pour chaque pixel de chaque image un vecteur de mouvement et d'un circuit d'interpolation chargé de générer une image intermédiaire à partir des vecteurs de mouvement et des niveaux de gris des pixels de l'une des images du couple d'images considéré et de l'introduire dans la séquence d'images; (E2) pour chaque pixel ayant un niveau de gris courant ND dans une image courante de la séquence ainsi complétée et un niveau de gris cible NC dans l'image suivante de la séquence, déterminer, si lesdits niveaux ND et NC sont différents, un niveau de gris intercalaire correspondant au niveau de gris NI défini pour la mise en oeuvre de la technique d'overdrive; comme indiqué précédemment, ce niveau de gris est supérieur ou inférieur audit niveau de gris cible NC selon que ledit niveau de gris cible est respectivement supérieur ou inférieur au niveau de gris courant ND dudit pixel; des formules de calcul de ce niveau intercalaire sont proposées plus loin dans la description; (E3) remplacer, dans l'image courante, le niveau de gris courant ND des pixels ayant un niveau de gris cible NC différent du niveau de gris courant dans l'image suivante par le niveau intercalaire NI. Ainsi, selon l'invention, lors d'une transition entre un niveau de 5 gris ND et un niveau de gris NC, on n'affiche que le niveau de gris intercalaire NI pour n'avoir qu'à doubler la fréquence d'image. Le procédé de l'invention est ci-après illustré par la figure 5D à comparer avec les figures 5A, 5B et 5C illustrant respectivement un affichage classique sans modification de la fréquence d'image, un affichage avec "overdrive" et un affichage avec insertion d'images intermédiaires compensées en mouvement. Pour ces figures, on considère un pixel prenant successivement les valeurs de niveau de gris NG1, NG2, NG3 et NG4 avec NG1 L'application de la technique d'overdrive à cette séquence consiste à doubler la fréquence d'image et à afficher, lors de la transition entre un niveau de départ ND et un niveau cible NC, un niveau de tension intercalaire NI pendant une trame intermédiaire, comme illustré à la figure 5B. Ce niveau intercalaire NI est pris supérieur ou inférieur au niveau cible NC selon que le niveau de départ ND est respectivement inférieur ou supérieur au niveau NC. Sur la figure 5B, des niveaux intercalaires NI1_2, NI2_ 3, N13_4 sont donc appliqués à la cellule respectivement pendant des sous-trames N+112, N+3/2 et N+512 intercalés entre les sous-trames N, N+1, N+2 et N+3. Le niveau de gris réellement affiché par la cellule est représenté par la courbe en traits pointillés sur la figure. Comme on peut le voir, cette technique permet de corriger les défauts liés au temps de réponse des cellules mais elle ne permet pas de corriger les défauts liés au mode d'affichage. L'application de la technique consistant à générer des images intermédiaires compensées en mouvement avec doublement de la fréquence image est illustrée à la figure 5C. Selon cette technique, on génère des niveaux intermédiaires NG-1,, NG2. et NG3, et on les applique pendant les sous-trames N+112, N+312 et N+512. Dans la figure 5C, les niveaux NG1., NG2, et NG3, sont normalement telles que: NG, Le procédé de l'invention est illustré à la figure 5D. Ce procédé consiste à calculer, pour chaque transition de niveau de gris du procédé de la figure 5C, un niveau intercalaire NI conforme à la technique d'overdrive et à l'afficher pendant la sous-trame réservée à l'affichage du niveau de départ ND de la transition. Ainsi, pour la transition NG1- NG1, on calcule un niveau intercalaire NI1_1, et on l'affiche pendant la sous-trame N. On effectue de même pour la transition NG1-NG2, NG2-NG2,, NG2,-NG3, NG3-NG3, et NG3.-NG4. Les niveaux intercalaires calculés NI12_2, NI2_2', NI2'_3, N13_3' et N13'-4n sont affichés respectivement pendant les sous-trames N+1/2, N+1, N+3/2, N+2 et N+5/2. Le niveau intercalaire NI entre un niveau de départ ND et un niveau cible NC est par exemple calculé de la manière suivante: NI=3NC iND 2 2 On a donc: NI,_,. = 2 NG 2 NG, NI,._2 = 2 NG2 1 NG,, NI2_2. = 2 NG2, 2 NG2 NI2._3 = 2 NG3 2 NG2, N13_3, = 2 NG3 2 NG3 NI3,_4 = NG4 NG4 2 NG3 La courbe en traits pointillés sur la figure 5D montre le niveau de gris réellement affiché par la cellule pendant les sous-trames N, N+112, N+1, N+312, N+2, N+512, N+3 et N+7/2. Comme on peut le voir, ce procédé permet de réduire les défauts liés au temps de réponse élévé de la cellule. Par ailleurs, étant que les images intermédiaires sont compensées en mouvement, elles permettent également de réduire les défauts liés au mode d'affichage. Un dispositif mettant en oeuvre le procédé de l'invention est montré à la figure 6. Ce dispositif reçoit un signal vidéo composite comportant un signal de luminance Y et des signaux de chrominance UV. La fréquence des images du signal vidéo est par exemple égale à 50 Hz. Le signal de luminance Y est fourni à un estimateur de mouvement 10 comprenant deux entrées. Ce signal est fourni, sur l'une des entrées, avec un décalage d'une trame et, sur l'autre entrée, sans décalage. L'estimateur de mouvement 10 est chargé de calculer un vecteur de mouvement pour chaque pixel de chacune des images, ce vecteur de mouvement étant représentatif du mouvement entre ladite image et l'image suivante dans la séquence d'images à afficher. Si l'estimateur de mouvement 10 ne détecte pas de mouvement entre les deux images pour le pixel considéré, le vecteur de mouvement associé à ce pixel d'image est nul. Le signal de luminance Y et les signaux de chrominance UV sont par ailleurs fournis à un bloc d'interpolation 11 recevant également les vecteurs de mouvement calculés par l'estimateur de mouvement 10. Ce bloc accomplit l'étape El du procédé de l'invention. A cet effet, il calcule, à partir des vecteurs de mouvement et du signal vidéo YUV, des images intermédiaires compensées en mouvement. Le signal fourni à la sortie de ce bloc est un signal 100 Hz comprenant les images du signal vidéo de départ et des images intermédiaires. Ce signal YUV est ensuite converti par un convertisseur 12 en un signal RVB (comprenant une composante R pour le rouge, une composante V pour le vert et une composante B pour le bleu) exploitable par le circuit de commande du panneau à cristaux liquides. Le signal RVB résultant est ensuite traité par un bloc 13 chargé de mettre en oeuvre les étapes E2 et E3 du procédé de l'invention. Ce bloc calcule un niveau intercalaire pour chaque pixel changeant de niveau dans l'image suivante et, pour ces pixels, remplace le niveau de gris courant par le niveau de gris intercalaire calculé. Les images ainsi modifiées sont ensuite fournies à un circuit de commande 14 du panneau d'affichage à cristaux liquides qui affiche les images fournies par le bloc 13. On peut envisager de générer, pour chaque couple d'images du signal vidéo, plusieurs images intermédiaires dans le bloc d'interpolation 11. Cependant, l'intérêt du procédé de l'invention est moindre car le circuit de commande 14 du panneau d'affichage doit alors afficher avec une fréquence d'affichage supérieure à 100 Hz. REVENDICATIONS 1. Procédé de traitement d'une séquence d'images vidéo dans un panneau d'affichage à cristaux liquides comprenant une pluralité de cellules destinées à afficher chacune un pixel d'image, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes: - pour chaque couple d'images de la séquence, générer au moins une image intermédiaire compensée en mouvement, laquelle est introduite dans la séquence entre les images du couple d'images considéré, - pour chaque pixel ayant dans une image courante de la séquence un niveau de gris courant et dans l'image suivante de la séquence un niveau de gris cible différent dudit niveau de gris courant, calculer un niveau de gris intercalaire supérieur ou inférieur audit niveau de gris cible selon que ledit niveau de gris cible est respectivement supérieur ou inférieur au niveau de gris courant dudit pixel, - remplacer, dans l'image courante, le niveau de gris courant des pixels ayant dans l'image suivante un niveau de gris cible différent du niveau de gris courant par ledit niveau intercalaire calculé. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on génère pour chaque couple d'images une image intermédiaire. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le niveau de gris intercalaire d'un pixel est déterminé de manière à ce que le niveau de gris réellement affiché par la cellule destinée à afficher ledit pixel soit égal, au terme de la trame d'affichage de l'image courante, au niveau de gris cible. 4. Procédé selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que le niveau de gris intercalaire NI d'un pixel passant d'un niveau de gris courant ND à un niveau de gris cible NC est calculé par la formule suivante: NI=3NC iND 2 2 5. Dispositif mettant en oeuvre le procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il comporte: un estimateur de mouvement (10) et un bloc d'interpolation (11) pour générer des images intermédiaires compensées en mouvement et les introduire dans la séquence d'images à afficher, - un bloc de calcul (13) pour calculer, pour chaque pixel ayant dans une image courante de la séquence un niveau de gris courant et dans l'image suivante de la séquence un niveau de gris cible différent dudit niveau de gris courant, un niveau de gris intercalaire supérieur ou inférieur audit niveau de gris cible selon que ledit niveau de gris cible est respectivement supérieur ou inférieur au niveau de gris courant dudit pixel, et pour remplacer, dans l'image courante, le niveau de gris courant des pixels ayant un niveau de gris cible différent du niveau de gris courant par ledit niveau intercalaire calculé. 6. Panneau d'affichage à cristaux liquides destinée à afficher une séquence d'images vidéo, comportant une matrice de cellules destinées chacune à afficher un pixel d'image et un circuit de commande de ladite matrice de cellules, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un dispositif selon la revendication 5 pour traiter la séquence d'images vidéo reçue par le panneau et fournir la séquence traitée audit circuit de commande de la matrice de cellules.