CN100379264C - 显示屏控制器和显示屏刷新的控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种显示屏控制器和显示屏刷新的控制方法，该显示屏控制器包括视频模块、图像模块和背景模块，该显示屏控制器用于预先设定图像刷新优先级，视频模块、图像模块和背景模块分别包括视频刷新状态机、静态图像刷新状态机和背景色刷新状态机，各状态机相互联系，用于向其他两个状态机通报当前模块是否有数据需要输出及当前模块是否正在输出数据，并用于根据其他两个状态机提供的信息和图像刷新优先级申请刷新控制权、刷新显示屏及放弃刷新控制权并记录当前刷新位置。本发明显示屏控制器及相应控制方法，无需帧缓存，且刷新的过程即不需要暂停视频的播放，也不需要软件干预。
Description
技术领域
本发明涉及一种显示屏控制器及显示屏刷新的控制方法，尤其是一种控制实时视频、图像显示的显示屏控制器和控制方法。
背景技术
随着数码图像技术的飞速发展，各种数码摄像或图像处理产品也越来越多。图像处理系统不仅可用于单独的数码相机，也可适用于带有镶嵌式摄像头的移动通信终端如移动电话或个人掌上电脑上，它不仅可以帮助移动电话实现图像的显示，更能够进行图像获取并通过移动电话进行多媒体的通信，这种复合移动电话提高了应用的效率，也极大地方便了用户。
如图1所示，现有的图像处理系统包括镜头、图像传感器CCD、多媒体芯片以及LCD屏幕。其中多媒体芯片包括对CCD电信号进行前处理的模块、LCD控制器及用于对图像进行缓存的帧缓存。
LCD控制器的作用是将视频、静态图像和背景色整合为一幅图像，并将其刷新到LCD屏幕上。视频是指从镜头通过CCD实时捕获的图像流，例如使用数码相机取景时显示在屏幕上的景物。视频的速度一般为每秒钟25帧至30帧。静态图像是指事先存储的图案或者照片，例如显示在屏幕上的菜单、墙纸或者是取景框。背景色是指在LCD屏幕上，没有被视频和静态图像覆盖的区域。该区域一般为单色的背景，其颜色可以通过配置一个寄存器的值来改变。整合的过程不仅是根据坐标来确定以上三种数据在LCD屏幕上的位置以及覆盖的区域，而且要添加一些特殊效果，例如半透明重叠，反色，亮度调整等等。
传统的LCD控制器需要帧缓存(其实一般是两个缓存交替操作)来容纳待处理的图像。为了合成一帧图像，首先视频模块将CCD采集的一帧图像写入缓存，然后图像模块将静态图像写入缓存(可能需要覆盖视频的一些区域)，如果有半透明之类的特效，则需要先把视频数据读出来，与图像数据运算后再写回缓存，最后是背景模块填充剩余的部分。当整个一帧图像处理完毕后，刷新模块将数据读出，传送给LCD屏幕。
有时候图像模块需要很长时间才能完成特效处理，所以需要把视频数据暂停下来，防止还未被刷新模块读走的数据被新来的视频数据覆盖掉。这一过程通常需要软件来干预。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种显示屏控制器，以便省掉帧缓存，由硬件自动协调图像的刷新过程。
为解决上述技术问题，本发明提供一种显示屏控制器，包括视频模块、图像模块和背景模块，分别用于向显示屏输出视频图像、静态图像及背景色，该显示屏控制器用于预先设定图像刷新优先级，视频模块、图像模块和背景模块分别包括视频刷新状态机、静态图像刷新状态机和背景色刷新状态机，各状态机相互联系，用于向其他两个状态机通报当前模块是否有数据需要输出及当前模块是否正在输出数据，并用于根据其他两个状态机提供的信息和图像刷新优先级申请刷新控制权、刷新显示屏及放弃刷新控制权并记录当前刷新位置。
进一步地，显示屏控制器预先设定的图像刷新优先级如下：视频刷新的优先级最高，其次是静态图像，最次是背景。
进一步地，视频模块用于按照图像传感器产生图像的帧率刷新视频数据到显示屏，图像模块和背景模块用于利用视频数据更新的间隙刷新数据到显示屏的相应区域。
进一步地，当要显示的视频图像有特效需求时，视频模块用于在一条流水线上传输视频数据的同时，在另外的流水线上进行地址转化或运算，获得与该象素对应的静态图像数据，在流水线的出口汇合成要输出的图像数据。
本发明要解决的另一技术问题是提供一种显示屏刷新的控制方法，以便省掉帧缓存，由硬件自动协调图像的刷新过程。
为解决上述技术问题，本发明提供一种显示屏刷新的控制方法，其包括以下步骤：
(a)根据图像实时性要求对要显示的各种图像数据设定优先级；
(b)若当前优先级的图像有待传输的数据时，提前申请刷新控制权，并根据各优先级的图像数据的待传输状态及刷新优先级判定是否获得刷新控制权；
(c)某图像数据获得刷新控制权后，刷新显示屏；
(d)该图像数据刷新完成后，放弃刷新控制权，并返回执行步骤(b)。
进一步地，步骤(b)中进一步以下情况：
(b1)若有更高优先级的图像数据需要传输，则等待高优先级数据刷新完毕，获得刷新控制权；
(b2)如低优先级的图像数据正在传输，则要求低优先级的图像数据释放刷新控制权，当前优先级数据获得刷新控制权。
进一步地，步骤(b)中，当前优先级图像数据提前一个时钟周期申请刷新控制权；步骤(c)中，当前优先级图像数据获得刷新控制权后，在下一个时钟周期刷新显示屏。
进一步地，步骤(a)中，图像数据包括视频、静态图像及背景，设定视频刷新的优先级最高，其次是图像，最次是背景。
进一步地，步骤(b)中，视频数据按照图像传感器产生图像的帧率刷新显示屏，图像模块和背景模块通过优先级的设定利用视频刷新的间隙来刷新显示屏上相应的区域。
进一步地，步骤(c)中，如需要对视频图像进行特效显示，则特效视频数据是这样获得的：在一条流水线上传输原视频数据，在另外的流水线上进行地址变换或运算，获得与该象素对应的静态图像的数据，在流水线的出口汇合成要刷新到显示屏上的数据。
本发明液晶显示屏控制器相较于现有技术省掉了帧缓存，减小芯片的面积的同时，又可以降低功耗。本发明显示屏控制器无需缓存，通过状态机之间的通讯和精密的配合进行图像的合成及刷新，且刷新的过程即不需要暂停视频的播放，也不需要软件干预。同样的本发明显示屏刷新控制方法，根据各种数据的刷新状态及优先级，即可完成显示屏图像的合成及刷新，且速度快，不丢帧。
附图说明
图1是现有技术图像处理系统的结构框图。
图2是本发明显示屏控制器应用于图像处理系统的结构框图。
图3是图2中显示屏控制器状态机的信息交互示意图。
图4是本发明显示屏控制器中各模块数据的刷新优先级示意图。
图5是本发明视频数据和图像数据的合成示意图。
具体实施方式
本发明提供一种显示屏刷新的控制方法，该方法包括以下步骤：
步骤(a)：根据图像实时性要求对要显示的各种图像数据设定优先级；
对一般的图像处理系统而言，图像数据包括视频、静态图像及背景，设定视频刷新的优先级最高，其次是图像，最次是背景。
步骤(b)：若当前优先级的图像有待传输的数据时，提前申请刷新控制权，并根据各优先级的图像数据的待传输状态及刷新优先级判定是否获得刷新控制权；
根据以上设定的刷新优先级，视频数据按照图像传感器产生图像的帧率刷新显示屏，图像模块和背景模块通过优先级的设定利用视频刷新的间隙来刷新显示屏上相应的区域。
上述步骤进一步包括以下情况：
若有更高优先级的图像数据需要传输，则等待高优先级数据刷新完毕，获得刷新控制权；
若低优先级的图像数据正在传输，则要求低优先级的图像数据释放刷新
控制权，当前优先级数据获得刷新控制权。
步骤(c)：某图像数据获得刷新控制权后，刷新显示屏；
为了及时地进行图像刷新，当前优先级图像数据提前一个时钟周期申请刷新控制权，获得刷新控制权后，在下一个时钟周期刷新显示屏。
步骤(d)：该图像数据刷新完成后，放弃刷新控制权，并返回执行步骤(b)。
如需要对视频图像进行特效显示，则特效视频数据是这样获得的：在一条流水线上传输原视频数据，在另外的流水线上进行地址变换或运算，获得与该象素对应的静态图像的数据，在流水线的出口汇合成要刷新到显示屏上的数据。
如图2所示，本发明显示屏控制器应用于图像处理系统，外界景物通过镜头成像到图像传感器CCD的受光面上，由CCD将光信号组成的信息转变为电信号，之后再经过多媒体芯片的前处理后由LCD控制器控制合成或刷新图像到LCD屏幕上。其中显示屏控制器包括视频模块、图像模块和背景模块，本发明实施例中，视频模块、图像模块和背景模块中分别包括视频刷新状态机、静态图像刷新状态机和背景色刷新状态机(图未示)，各状态机作为各模块中的一部分，是各模块的灵魂，控制着模块的行为。状态机和模块中的其他部分一样，也是由最基本的与门或门非门组合成的。模块中还有一些辅助逻辑，用于与其他模块实现接口等功能。
如图3所示，每个状态机都需要向其他两个状态机通报两种信息，一个是是否有数据需要输出至LCD屏幕，另一个是当前是否正在输出数据。每个状态机根据其他两个状态机提供的信息以及三种图像元素的优先级来判断当前时刻自己应该获得刷新屏幕的控制权还是释放控制权，并能够在放弃控制权的时候记住自己当前刷新的位置，以便稍后获得控制权后继续刷新屏幕，从而保证视频、图像和背景三个模块的工作协调一致，不会发生冲突。
显示屏控制器根据视频具有实时性的要求，预先设定视频刷新的优先级最高，其次是图像，最次是背景。如图4所示，本发明实施例中，视频模块按照CCD产生图像的帧率刷新到液晶显示屏LCD，因视频模块的优先级最高，它只是按照自己的节奏来工作，或者说按照它上游的数据源头(源头就是CCD)的节奏来工作。只要视频模块申请输出数据，另外两个模块都会给它“让路”。而图像模块和背景模块则利用视频更新的间隙来刷新LCD屏幕上相应的区域。
当CCD开始产生数据后，如产生一幅分辨率为160×120的图像，有120行，这120行不会同时输出，视频模块就会把数据按照一行或者两行(最多不会超过8行。具体情况与CCD输出的图像格式有关，也和前级处理模块的设计有关)连续无间隔地刷新到LCD屏幕上。当图像模块或者背景模块接到更新命令后，它们会等待视频数据刷新的空隙，把要刷新的数据更新到屏幕上。每一个模块要想获得刷新的控制权，要提前一个时钟周期将“申请”控制权信号置成高电平，如果没有比自己优先级高的模块在刷新，则自己在下一个时钟周期把自己的数据更新到屏幕上，如果有比自己优先级高的模块在刷新，则一直等待优先级高的模块更新完毕释放控制权。提前一个时钟周期申请控制权很重要，这样可以使优先级低的模块在这个时钟周期里让出控制权。
以上是针对各模块数据图像没有重合的处理方式，而对于视频数据和图像数据重合的部分，如半透明图像效果，为了实时地处理，如图5所示，在视频模块内部通过流水线传输视频数据的同时，在另外一条平行的流水线上由图像模块计算和该点视频数据对应的图像数据在存储器中的地址，并读出图像数据，视频数据和图像数据在流水线的出口汇合后经运算成一个数据，再刷新到屏幕上。
当然对应的图像数据地址的计算也可以在视频模块实现。
计算和该点视频数据对应的图像数据在存储器种的地址，包括以下步骤：
a.计算该视频图像在帧内的坐标；
b.根据上述坐标计算该视频图像在屏幕上的坐标；
c.根据该视频图像在屏幕上的坐标计算该坐标除对应的静态图像的行列坐标；
d.根据静态图像的行列坐标计算出对应的内存中的地址。
在无缓存的情况下，视频数据和图像数据重合的半透明特效通过以上计算过程经过3个时钟周期即可完成显示。
当然，这一系列的计算过程要尽可能短，才能实现无缓存。因为在计算的过程中视频数据必须还呆在芯片内部，不能输出到LCD屏幕上。上述过程中是利用对视频数据进行处理(伽马校正等等)的时候来计算地址的。如果计算花费的时钟周期数太多，就不得不对视频数据进行缓存了。比如计算的时间需要40个时钟周期，那么就需要缓存屏幕上40个点的视频数据，虽然和160×120个点的数据量相比还是很少的，但是毕竟削弱了无缓存的意义。
图5只是示意一种最简单的情况。在实际操作中，由于图像可能发生旋转或者翻转，或在需要视频画面上叠加一个图标，计算过程、步骤更多更复杂。即使特效要求比较复杂，只要保证视频数据在一条流水线上传输的同时，利用另外一条流水线进行地址转换或运算在流水线的出口汇合成一个图像数据，汇合之后做特效处理，不需要缓存即可将图像刷新到屏幕上。
本发明液晶显示屏控制器相较于现有技术去掉了帧缓存，这样既可以减小芯片的面积，又可以降低功耗。本发明显示屏控制器依赖状态机之间的通讯和精密的配合在合成图像的同时实现刷新，所以生成的图像直接输出无需缓存，且刷新的过程即不需要暂停视频的播放，也不需要软件干预。
同样的，本发明显示屏刷新的控制方法，根据各种数据的刷新状态及优先级，即可完成显示屏图像的合成及刷新，且速度快，不丢帧。
Claims (10)
1.一种显示屏控制器，包括视频模块、图像模块和背景模块，分别用于向显示屏输出视频图像、静态图像及背景色，其特征在于：
该显示屏控制器用于预先设定图像刷新优先级，
视频模块、图像模块和背景模块分别包括视频刷新状态机、静态图像刷新状态机和背景色刷新状态机，
各状态机相互联系，用于向其他两个状态机通报当前模块是否有数据需要输出及当前模块是否正在输出数据，并用于根据其他两个状态机提供的信息和图像刷新优先级申请刷新控制权、刷新显示屏及放弃刷新控制权并记录当前刷新位置。
2.如权利要求1所述的显示屏控制器，其特征在于：显示屏控制器预先设定的图像刷新优先级如下：视频刷新的优先级最高，其次是静态图像，最次是背景。
3.如权利要求1所述的显示屏控制器，其特征在于：视频模块用于按照图像传感器产生图像的帧率刷新视频数据到显示屏，图像模块和背景模块用于利用视频数据更新的间隙刷新数据到显示屏的相应区域。
4.如权利要求1所述的显示屏控制器，其特征在于：当要显示的视频图像有特效需求时，视频模块用于在一条流水线上传输视频数据的同时，在另外的流水线上进行地址转化或运算，获得与该视频数据对应的静态图像数据，在流水线的出口汇合成要输出的图像数据。
5.一种显示屏刷新的控制方法，其包括以下步骤：
(a)根据图像实时性要求对要显示的各种图像数据设定优先级；
(b)若当前优先级的图像有待传输的数据时，提前申请刷新控制权，并
根据各优先级的图像数据的待传输状态及刷新优先级判定是否获得刷新控制权；
(c)某图像数据获得刷新控制权后，刷新显示屏；
(d)该图像数据刷新完成后，放弃刷新控制权，并返回执行步骤(b)。
6.如权利要求5所述的显示屏刷新的控制方法，其特征在于：步骤(b)中进一步以下情况：
(b1)若有更高优先级的图像数据需要传输，则等待高优先级数据刷新完毕，获得刷新控制权；
(b2)如低优先级的图像数据正在传输，则要求低优先级的图像数据释放刷新控制权，当前优先级数据获得刷新控制权。
7.如权利要求5所述的显示屏刷新的控制方法，其特征在于：步骤(b)中，当前优先级图像数据提前一个时钟周期申请刷新控制权；步骤(c)中，当前优先级图像数据获得刷新控制权后，在下一个时钟周期刷新显示屏。
8.如权利要求5所述的显示屏刷新的控制方法，其特征在于：步骤(a)中，图像数据包括视频、静态图像及背景，设定视频刷新的优先级最高，其次是图像，最次是背景。
9.如权利要求5所述的显示屏刷新的控制方法，其特征在于：步骤(b)中，视频数据按照图像传感器产生图像的帧率刷新显示屏，图像模块和背景模块通过优先级的设定利用视频刷新的间隙来刷新显示屏上相应的区域。
10.如权利要求5所述的显示屏刷新的控制方法，其特征在于：步骤(c)中，如需要对视频图像进行特效显示，则特效视频数据是这样获得的：在一条流水线上传输原视频数据，在另外的流水线上进行地址变换或运算，获得与该原视频数据对应的静态图像的数据，在流水线的出口汇合成要刷新到显示屏上的数据。
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