CN101589420A - 用于显示设备的低功率刷新的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一种用于渲染将显示在屏幕上的帧的方法和系统包括：存储器沉降机构，被配置为在存储器存储屏幕图像的拷贝；监听机构，被配置为监视系统参数；控制器，被配置为响应于监听机构检测到系统参数的改变而在第一和第二操作模式间切换；以及渲染机构，用于当系统操作于第二操作模式时检索屏幕图像的拷贝。

Description

用于显示设备的低功率刷新的方法和装置

相关申请的交叉引用

本发明要求共同待决的于2007年1月23日提出的60/886,214号美国临时申请的优先权。该共同待决临时申请的公开内容通过引用全部结合于此。

技术领域

本发明的各方面一般涉及显示系统领域，特别涉及降低诸如智能电话和PDA之类的便携式、依靠电池操作的设备中的显示系统的功耗。

背景技术

诸如膝上型电脑、智能电话、PDA、多媒体播放器及其他依靠电池操作的便携式设备的设计者经常需要在希望增加耗电特征和希望拥有长电池寿命间保持平衡。设备设计者可以通过使用更大电池来提升电池寿命，但这经常是不希望的，因为这增加了设备的整体大小和重量。计算系统的功耗的一大部分可归因于显示子系统，结果，增加设备显示器的大小或分辨率可极大缩短设备的电池寿命。

一个显示子系统包括显示控制器和显示屏幕。显示子系统内功耗的重要来源可归因于显示控制器的功能。显示控制器访问存储在存储器中的像素，并处理取回的像素以渲染(render)将在屏幕上显示的帧。现代显示系统通常需要混合多个显示流以产生单个帧。LCD设备的典型刷新速率约是60Hz，这意味着显示子系统必须每秒产生60帧。

尽管该子系统每秒产生60帧，但是帧内容的实际变化速率通常低得多。即使在显示视频或其他快速变化的图像时，帧内容变化的速率也很少超过30Hz。在很多使用情形中(例如，电子邮件或网络浏览)，刷新速率可大大低于30Hz，这意味着显示子系统频繁地产生同一帧的一个或多个副本。

为了降低功耗，许多设备可操作于低功率模式，在该模式下，设备的操作频率和显示器的刷新速率可按比例缩小。但是，在这种低功率模式下，显示器的操作与系统处理器的操作状态相耦合；这种耦合可能是不希望的。例如，当进行电话呼叫时，处理器需要操作于高频率以处理进入和外出的音频数据，但是屏幕可能每秒仅改变一次来更新呼叫长度计时器。尽管如此，该系统仍将每秒产生60帧，即使绝大部分帧将是先前产生的帧的副本。

考虑到现今LCD设备的不断增大的屏幕和高刷新速率，希望降低与显示子系统的活动相关联的功耗。另外，希望以独立于系统处理器的操作状态的方式降低功耗。

发明内容

本发明的各方面包括一种可操作于两种不同显示模式(合成模式和低功率刷新(LPR)模式)的显示子系统。在合成模式中，合成引擎可从不同图像流获取多个图像并将这些图像合并为针对设备的屏幕所格式化的单个显示帧。在LPR模式中，显示系统可存储由合成引擎生成的显示帧的拷贝，并且在显示内容未改变的情况下将存储的显示帧输出，而非让合成引擎经历渲染新帧(该帧与前一帧是相同的)的过程。通过在显示内容保持不变时进入LPR模式，显示系统可减少获取的数据量并减少渲染帧所需要的处理量，从而减少带宽和功耗。

体现本发明各方面的系统还可包括控制器，该控制器被配置为在检测到系统参数的改变时在不同显示模式间切换。显示子系统所操作于的特定模式可与处理器的操作状态分离。另外，控制系统可用硬件实现，使得其避免与软件处理相关联的延迟，从而获得足够快的响应时间以使控制器能够在逐帧的基础上切换模式。

附图说明

图1示出被配置为操作于合成模式的显示系统。

图2a和2b示出被配置为操作于合成模式和低功率刷新模式二者中的显示系统。

图3示出一流程图，该流程图图示出可用于在合成模式和低功率刷新模式间切换的方法。

具体实施方式

本发明的各方面包括一种可操作于两种不同显示模式(合成模式和低功率刷新(LPR)模式)的显示子系统。该系统可包括控制系统，该控制系统被配置为在检测到系统参数改变时在不同模式间进行切换。显示子系统所操作于的特定模式可与处理器的操作状态分离。另外，控制系统可用硬件实现，使得其避免与软件处理相关联的延迟，从而获得足够快的响应时间来使控制系统在逐帧基础上切换模式。

图1示出被配置为操作于合成模式的显示子系统。该系统包括帧缓冲器110、合成引擎120和屏幕130。帧缓冲器110可以片外存储器方式实现，并可存储来自多个图像流的多个图像。例如，帧缓冲器110可存储背景图像、诸如图片或视频的媒体覆盖物(overlay)、电池电量指示器覆盖物、计时器覆盖物以及信号强度计覆盖物。虽然图像大于屏幕(例如，比屏幕包括更多像素)是极其常见的(这样需要减小其尺寸)，但是每个图像可以小于或等同于屏幕130的实际大小。合成引擎120可从帧缓冲器110检索图像、将每个图像按比例缩放到所需大小、按需要对图像进行成层和混合、以及渲染用于发送到屏幕130的单个帧。对于以60Hz速率来刷新其屏幕130并操作于合成模式的显示子系统，这种调整大小、成层和渲染过程将每秒发生60次，而不管帧的内容变化与否。

与图1的系统一样，图2a和2b的系统可操作于合成模式，其中合成引擎220能够从帧缓冲器210获取多个图像并渲染将显示在屏幕230上的单个帧。图2a和2b示出的实施例还包括使系统能够操作于LPR模式的其他组件。这些系统可以包括存储器沉降机构240，用于在帧出现在屏幕230上时捕获该帧的拷贝并用于将所捕获的帧的拷贝存储在存储器中(例如，存储在帧缓冲器210中)。当系统进入LPR模式时，检索机构250可以从帧缓冲器210中检索所捕获的帧的拷贝，并将图像发送到屏幕230。因为所捕获的帧已被渲染，所以可免去诸如调整大小、成层以及混合之类的过程，从而降低功耗。

为了节约存储器和带宽，存储器沉降机构240可选地可包括压缩引擎，以减少存储帧的拷贝所需的数据量以及访问帧时将检索的数据量。压缩引擎可使用本领域中已知的各种压缩算法来获得所需的压缩比。所需的压缩比可由系统设计者根据诸如可容忍的图像退化和可用于存储图像的存储器量之类的因素来确定。

为了降低功耗和带宽，该系统可实现如下压缩方案，该压缩方案充分减少数据量以使得足以在片上存储器290(如图2b所示)中存储压缩后图像，从而减少存储器访问次数和相关功耗。

在使用压缩引擎的系统中，检索机构250可被配置为包括解压缩引擎，该解压缩引擎用于将压缩图像恢复为适合设备屏幕230的格式。因为帧的压缩图像已经在其保存到存储器之前被格式化以适合屏幕230，所以解压缩引擎不必在将图像发送到屏幕230之前显著对其进行重配置，从而减少与处理图像数据相关联的功率量。当系统操作在LPR模式时，通过使用诸如钟控(clock gating)电路技术来停止时钟和功率信号的传播，合成引擎220可被置为低功率状态。

为了在合成模式和LPR模式间切换，系统包括控制器270，该控制器能够在复用器(MUX)280上选择第一或第二通道。选择第一通道可能意味着合成引擎220生成提供给屏幕230的帧(例如，系统处于合成模式)，而选择第二通道可能意味着检索机构250生成提供给屏幕230的帧(例如，系统处于LPR模式)。

控制器270基于监听(snoop)机构260来确定在何种模式下操作，监听机构260监视诸如帧缓冲器210的内容之类的系统参数。例如，监听机构260可监视帧缓冲器210以检测内容改变。监听机构260可通过在与帧缓冲器210相对应的地址范围内查找存储器位置的改变来检测内容改变。

如果系统操作于合成模式，则控制器270可在监听机构260未检测到帧缓冲器210中的内容改变的情况下将系统切换到LPR模式。如果监听机构260确实检测到改变，则控制器270可以使系统保持在合成模式。当操作于LPR模式时，如果监听机构260检测到内容改变，则控制器270可将系统切换到合成模式，否则，只要未检测到内容改变，控制器270就可将系统保持在LPR模式。

图3是图示出控制器270可用来确定何时切换显示系统的操作模式的方法的流程图。该方法可在系统上电或重启时开始(框300)。然后系统可以开始在合成模式中向屏幕输出图像(框310)。当处于合成模式时，监听机构可监视帧缓冲器中的内容改变(框320)。如果监听机构例如通过检测与帧缓冲器相对应的地址范围内的存储器位置的改变而检测到内容改变(路径321)，则显示系统可保持在合成模式(框310)。如果系统未检测到内容改变(路径322)，则系统可切换到LPR模式(框330)。

在LPR模式(框330)，监听机构可继续监视帧缓冲器中的内容改变(框340)。如果监听机构检测到内容改变(路径342)，则系统将从LPR模式转回到合成模式(路径342和框310)。如果监听机构未检测到内容改变，则系统可保持在LPR模式(路径341和框330)。在显示器运行时，该方法可不断反复在合成模式和LPR模式间交替。系统可在每帧间切换模式。

返回参考图2a和2b，体现本发明各方面的另一特征可包括：配置存储器沉降机构240以实现预测内容改变将何时发生的算法。这些算法例如可以包括：监视内容改变的频率、检测与内容改变相关联的模式或者识别特定应用程序在运行。如果系统运行在合成模式并且存储器沉降机构240预测到下一帧将包括新内容，则为了降低功耗，存储器沉降机构240可能不压缩并保存从合成引擎220输出的下一帧的图像。如果存储器沉降机构240错误地预测并且帧缓冲器210中内容的未改变，则系统可继续操作于合成模式。

体现本发明各方面的另一特征可包括：使用由存储器沉降机构240存储的压缩图像，但同时也对其进行小幅变更。例如，当在便携音乐设备上播放歌曲时，屏幕230可显示专辑封面的图片以及歌曲信息和计时器(均覆盖在背景上)。当系统操作于合成模式时，合成引擎220不得不从帧缓冲器210检索图像，调整其大小，对其进行覆盖和混合，以及以适合设备屏幕230的格式渲染单个帧。

在用于创建所显示的帧的多个组成图像中，可能只有与计时器相关联的图像是有规律变化的。因此，系统可采用存储器沉降机构240所保存的帧拷贝(该帧拷贝已被调整大小并格式化为适合设备屏幕230)并且仅对计时器图像进行重新成层，而不是对所有组成图像进行大小调整和重新成层。或者，系统可配置为使软件覆写所存储的图像的一些部分以进行小幅改变，例如更新计时器的值。

存储器沉降机构240存储的图像可以压缩形式存储在片上存储器290中(图2b)，或以未压缩形式存储在帧缓冲器210中(图2a)。还考虑到，显示系统可配置为只从存储器进行检索或只对所保存图像的一部分解压缩。例如，系统可使用所保存图像的几乎最后二十行，并将其与包括已更新的计时器信息的新最后二十行结合。单独地或结合地使用诸如上述的方法通过减少从存储器取回的数据量并减少渲染针对设备屏幕230所适当格式化的帧所需的计算量，可极大减少显示控制器的功率和带宽消耗。

提供前述对实施例的描述是为了使本领域技术人员能够制造并使用本发明。对这些实施例的各种修改将是本领域技术人员显而易见的，并且此处定义的一般原理和具体示例可在无需使用创造性能力的情况下被应用到其他实施例。例如，以上讨论的不同实施例的一些或所有特征可从实施例中删除。因此，本发明不希望限于此处描述的实施例，而是要与仅有下面的权利要求及其等价物所定义的最宽范围一致。

Claims (18)

1.一种显示系统，包括：

存储器沉降机构，被配置为在存储器中存储屏幕图像的拷贝；

监听机构，被配置为监视系统参数；

控制器，被配置为响应于所述监听机构检测到所述系统参数的改变而使所述系统在第一和第二操作模式间切换；

检索机构，当所述系统操作于所述第二操作模式时检索所述拷贝。

2.如权利要求1所述的显示系统，其中，所述第一操作模式是合成模式。

3.如权利要求1所述的显示系统，其中，所述第二操作模式是低功率刷新模式。

4.如权利要求1所述的显示系统，其中，所述存储器沉降机构被配置为压缩所述拷贝。

5.如权利要求4所述的显示系统，其中，所述检索机构被配置为解压缩所述拷贝。

6.如权利要求1所述的显示系统，其中，所述存储器是片上存储器。

7.如权利要求1所述的显示系统，其中，所述系统参数是存储在缓冲器中的数据。

8.如权利要求1所述的显示系统，还包括：

合成引擎，被配置为当所述系统操作于所述第一操作模式时渲染图像。

9.如权利要求8所述的显示系统，还包括：

复用器，该复用器包括用于输出图像数据的第一和第二通道，所述第一通道输出来自所述合成引擎的图像数据，所述第二通道输出来自所述检索机构的图像数据。

10.如权利要求9所述的显示系统，其中，所述控制器被配置为在所述复用器上选择通道。

11.一种方法，包括如下步骤：

在存储器中存储屏幕图像的拷贝；

监视系统参数；

当检测到所述系统参数的改变时在第一和第二操作模式间切换；

在所述第二操作模式中检索所述拷贝。

12.如权利要求11所述的方法，其中，所述第一操作模式是合成模式。

13.如权利要求11所述的方法，其中，所述第二操作模式是低功率刷新模式。

14.如权利要求11所述的方法，还包括：

压缩所述拷贝。

15.如权利要求14所述的方法，还包括：

解压缩所述拷贝。

16.如权利要求11所述的方法，其中，所述存储器是片上存储器。

17.如权利要求11所述的方法，其中，所述系统参数是图像数据。

18.如权利要求11所述的方法，其中，在第一和第二操作模式间切换包括在复用器上选择通道。

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