CN102177539B - 用于处理信号的设备和方法 - Google Patents
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Abstract
一种设备包括:输入端,其被连接以接收输入信号;以及查找表,其包括多个输入条目和针对每个输入条目的第一和第二输出条目。查找表接收输入信号并且返回下输入条目、上输入条目、针对下输入条目的第二输出条目和针对上输入条目的第一输出条目。第一减法器从输入信号减去下输入条目以产生第一差。第二减法器从上输入条目减去输入信号以产生第二差。第一和第二乘法器分别将第一和第二差乘以针对上输入条目的第一输出条目和针对下输入条目的第二输出条目,以产生第一和第二乘积。加法器将第一与第二乘积相加以产生输出信号。
Description
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年10月14日申请的美国临时专利申请第61/105,382号的优先权,该专利申请以其整体通过引用结合于此。
技术领域
本发明涉及信号处理。某些实施例对于用于具有非线性响应曲线的装置的驱动信号的处理具有特殊应用。
背景技术
由电子信号控制的许多装置具有非线性响应,其中由装置产生的输出不与输入信号线性相关。例如,一些装置如液晶显示器(LCD)和发光二极管(LED)具有通常遵循幂类型或伽马类型的函数的响应曲线。当提供用于驱动这样的装置的电子信号时,必须算计这样的非线性响应。
存在若干应对非线性响应的现有技术的方法和系统。例子包括Kwak等人的美国专利第6,166,781号、Thebault等人的美国专利申请公布笫2007/0222707号以及Yuji的日本专利申请公布第2006-173971号。
本发明人已确定了对如下方法和系统的需要,所述方法和系统提供了对用于具有非线性响应曲线的装置的驱动信号的有效计算。
附图说明
图1是描绘用于具有非线性特性的装置的示例性响应曲线的曲线图。
图2示出了查找表(LUT),该查找表可以用于将需要比较大的数目的位来表示的非线性响应数据的输入映射到可以使用较少数目的位来表示的输出。
图3A和3B是描绘分别通过1024个点和32个点来表示的幂函数的曲线图。
图4是图示创建双输出LUT的示例性方法的流程图。
图5A是描绘被选择用来逼近图1的示例性曲线的多个线性分段的曲线图。
图5B是类似于图5A的曲线图,其中线性分段的数目已被调整。
图6示出了通过图4的方法创建的中间表。
图7示出了通过图4的方法创建的双输出LUT。
图8示出了包括使用双输出LUT的信号处理电路的示例性系统。
图9示出了使用双输出LUT的示例性信号处理电路。
图10是描绘应用双输出LUT的示例性方法的流程图。
具体实施方式
贯穿以下描述阐述了特定细节,以便为本领域技术人员提供更加透彻的理解。然而,可能没有详细地示出或描述众所周知的元件,以避免不必要地使本公开模糊。因此,要在示意性的而非限制性的意义上来看待说明书和附图。
图1示出了用电子信号控制的装置的示例性非线性响应曲线10的曲线图。垂直轴表示被提供用来控制装置的输入信号。输入信号例如可以包括视频信号。水平轴表示用于提供给装置驱动器的期望输出信号。图1的曲线10旨在表示一般示例性的非线性响应曲线,而不是具体装置的特定示例性响应曲线。
在一些情形下,与将要控制的装置的位深度相比,可能需要比较大的数目的位来表示输入信号。例如,对于通过2.75的伽马来线性化的10位图像而言,输入信号的最低非零值((1/1023)2.75)可能需要28位来表示。为了控制诸如具有10位深度的示例性LCD之类的装置,必须将28位输入信号映射到10位输出信号。在其它情形下,输入和输出信号可能具有不同数目的位。例如,一些LED可以使用12位信号来控制。
图2示出了查找表(LUT)12,该查找表12具有2N行,用于将N位输入信号的每个可能值映射到具有期望位深度的输出值。在上面提到的将28位输入信号映射到10位输出信号的例子中,这样的表将会需要320MB(228×10位)。可以通过将行数限制到单值输出的数目来减少LUT的尺寸(例如,在10位输出信号的情况下为210,这将会仅需要210×10位或1280字节)。这样的尺寸减少的LUT需要搜索来发现对应于接收的输入信号的正确条目。搜索应当是确定的,其中应当总是花费同样的时间量来完成。例如,具有210行的表的简单对分搜索将会需要10次比较来完成。
在响应曲线单调增加或者至少一般单调增加的情形下,通过将响应曲线表达为一系列线性分段,可以进一步减少LUT的尺寸。例如,图3A是使用1024个点创建的幂函数的曲线图(将会需要具有1024或210行的表),而图3B则是使用32个点创建的相同幂函数的曲线图(将会需要仅具有32行的表),其中具有最小化的准确性损失。沿着曲线的若干点可以被选择用来存储在LUT中,而中间值则可以通过线性插值来确定。然而,当在控制装置中应用这样的表时,执行线性插值所需的除法对于硬件实现而言是昂贵的。
图4示出了生成双输出LUT的示例性方法20,所述双输出LUT可被应用于控制装置而不需要任何除法。在步骤22接收表示响应曲线的数据。在一些情形下,响应曲线可能不是完全单调递增的(例如参见图1的曲线10的递减区域10A)。例如,在通过测量来确定响应曲线的情况下,噪声可能使得曲线在一些分段、特别是在较低端不单调递增。如果数据没有单调递增,则在步骤24将数据改变为单调递增。例如,可以通过以下来迫使表中存储的数据成为单调递增:将表中的每个值与先前值相比较,并且如果值低于先前值,则寻找下一个较高值并创建线性分段以跨接间隙,如下面进一步描述的那样。如果没有较高值,则可以用比先前值高预定量的值来替换较低值。例如,较低值可以用比先前值高百分之一(或某个其它百分数)的值来替换,或者用某个其它预定量来替换,这可以取决于输出的大小。
在步骤26,选择若干个点来定义响应曲线,并且使用选择的点的输入输出值来创建中间表。参考图5A,沿着曲线10的若干个选择的点14可以通过线性分段16来连接,以逼近曲线10。要注意的是,在点14A之后,曲线10在区域10A中不单调递增,所以下一个点14B被选择成具有比点14A更高的值,并且线性分段16A跨接点14A和14B之间的间隙。
点14可以被选择成使得沿着分段16的内插值和沿着曲线10的对应值之间的差dO小于某个阈值。在一些实施例中,在选择了一个点14之后,可以选择进一步沿着曲线10的候选下一个点,并且可以针对点14和该候选下一个点之间的区域计算内插值,而如果dO小于阈值,则可以沿着曲线进一步移动候选下一个点并重复该过程,直到dO到达阈值为止。例如,点14可以被选择成使得dO乘以容差系数小于内插值和原始数据表示曲线10中较高的一个值之间的差,并且还小于内插值和原始数据表示曲线10中较低的一个值之间的差。容差系数可以初始设置成1,并且可以被调整成使得期望数目的点14被选择,以便创建具有期望行数的表。例如,如果太少的点被选择则可以增加容差系数,而如果太多的点被选择则可以减少容差系数。图5B示出了类似于图5A的曲线图,其中点14的数目已从七个增加到八个,以便创建具有八行的表。如果容差系数不能被调整以导致具有期望行数的表,则如果有太多的行则通过去除一个或多个点14并且合并曲线10上界附近的分段16来对表进行修整,或者如果有太少的行则通过重复最高点14的值来对表进行填塞,以创建期望的行数。
在一些实施例中,步骤24可以与步骤26相结合。例如,代替首先迫使数据单调递增,点14可以被选择成使得每个点14具有不小于先前点14的输入输出值。然而,这可能需要在选择点14之前处理较大部分的曲线10。
步骤26这样一来就创建了中间表,该中间表具有期望的行数,比如像图6所示的表30。下一步,在步骤28,针对在步骤26中创建的中间表的每个输入值,如下所述计算第一和第二输出值,以产生比如像图7的双输出LUT32那样的双输出LUT。对于每个输入值,通过将中间表的相应输出值除以输入值和下一个较低输入值之间的差来计算双输出LUT的第一输出值,并且通过将中间表的相应输出值除以输入值和下一个较高输入值之间的差来计算第二输出值。如图7所示,针对第一输入值的第一输出和针对最后输入值的第二输出将会因此为空。
可以在制造或安装装置作为更大产品的部件时创建双输出LUT。这样一来,就可以预先计算在计算上昂贵的除法,以便避免需要在装置的运行期间匆忙计算除法。
在操作中,可以在比如像图8的信号处理电路42那样的信号处理电路中应用双输出LUT。如图8所示,信号处理电路42从信号源40接收输入信号,并且将输出信号提供给装置驱动器44。
图9示出了示例性信号处理电路50。电路50包括输入端52,该输入端52被连接以接收输入信号。输入端52被连接以提供输入信号给双输出LUT54以及第一和第二减法器56和58。当在双输出LUT54处接收到输入信号时,执行确定性搜索以识别具有与输入信号的值最接近的值的两个输入条目(“下”和“上”输入条目)。在第一减法器56处从输入信号减去下输入条目(Lower_In)以产生第一差,该第一差被提供给第一乘法器60。在第二减法器58处从上输入条目(Upper_In)减去输入信号以产生第二差,该第二差被提供给第二乘法器62。
第一乘法器60从双输出LUT54接收针对上输入条目的第一输出条目(Upper_Out1),该第一输出条目(Upper_Out1)乘以从第一减法器56接收的第一差以产生第一乘积。第二乘法器62从双输出LUT54接收针对下输入条目的第二输出条目(Lower_Out2),该第二输出条目(Lower_Out2)乘以从第二减法器58接收的第二差以产生第二乘积。第一和第二乘积被提供给加法器64并相加以产生输出信号,该输出信号被提供给输出端66。如果输入信号碰巧等于表的输入条目中之一,则第一和第二乘法器60和62中之一会接收到零输入,这样一来输出信号就会由来自第一和第二乘法器60和62中的另一个的乘积提供。如本领域技术人员将会意识到的那样,输出信号这样一来就会等效于线性插值的结果,所述线性插值可以使用标准LUT的上下输入输出条目来实施,但是在应用双输出LUT54时,不需要除法来获得输出信号。
图10是图示应用双输出LUT以产生用于控制装置的输出信号的示例性方法70的流程图。在步骤72,从信号源接收输入信号。在步骤74,确定上下输入条目。在步骤76,从输入信号减去下输入条目,并且使差乘以针对上输入条目的第一输出条目以获得第一乘积。在步骤78,从上输入条目减去输入信号,并且使差乘以针对下输入条目的第二输出条目以获得第二乘积。在图10中并排示出步骤76和78,以表明可以同时执行这些步骤。代替地,可以首先执行步骤76和78中之一,然后再执行另一个。在步骤80,将在步骤76和78中产生的第一和第二乘积相加以产生输出信号。在步骤82,将输出信号提供给装置驱动器以便对装置进行控制。
上面描述的根据本发明的方面的设备和方法可以例如但不限于嵌入半导体芯片、集成电路和现场可编程门阵列等中。根据本发明的某些方面的用于处理信号的设备可以结合到用于显示装置的视频信号处理系统中,所述显示装置包括但不限于LCD显示器、LED显示器、等离子体显示器或其它类型的显示器。在一些实施例中,根据本发明的设备可以结合到具有空间可变背光的双重调制显示装置中,其包括:单独可控光源的阵列,其照射前面板;以及单独可控的光发射元件的阵列,其中针对背光的光源和前面板的光发射元件提供分开的信号处理电路。
虽然上面已讨论若干示例性方面和实施例,但是本领域技术人员将会认识到它们的某些修改、置换、添加和再组合。因此,本发明的意图是,将所附权利要求理解为包括所有这样的修改、置换、添加和再组合,它们都处在本发明的精神和范围之内。
Claims (12)
1.一种用于处理信号的设备,所述设备包括:
输入端,其被连接以接收输入信号;
查找表,其包括多个输入条目和针对所述多个输入条目中的每一个的第一输出条目和第二输出条目,所述查找表连接到所述输入端以接收所述输入信号并且配置成返回:下输入条目,其包括具有比所述输入信号的值更小并且最接近的值的输入条目中之一;上输入条目,其包括具有比所述输入信号的值更大并且最接近的值的输入条目中之一;针对所述下输入条目的第二输出条目;以及针对所述上输入条目的第一输出条目;
第一减法器,其连接到所述输入端和所述查找表,用于从所述输入信号减去所述下输入条目以产生第一差;
第二减法器,其连接到所述输入端和所述查找表,用于从所述上输入条目减去所述输入信号以产生第二差;
第一乘法器,其连接到所述查找表和所述第一减法器,用于将所述第一差乘以针对所述上输入条目的第一输出条目以产生第一乘积;
第二乘法器,其连接到所述查找表和所述第二减法器,用于将所述第二差乘以针对所述下输入条目的第二输出条目以产生第二乘积;以及
加法器,用于将所述第一乘积与所述第二乘积相加以产生输出信号。
2.根据权利要求1所述的设备,其中,每个输入条目对应于非线性响应曲线的输入值,每个输入值具有由所述非线性响应曲线定义的相应输出值。
3.根据权利要求2所述的设备,其中每对相邻输入条目由间隔分开,并且其中不同对的相邻输入条目由不同的间隔分开。
4.根据权利要求2所述的设备,其中,针对输入条目的第一输出条目包括被输入条目和下一个较低输入条目的相应输入值之间的差相除的由所述非线性响应曲线定义的相应输出值,并且针对输入条目的第二输出条目包括被下一个较高输入条目和输入条目的相应输入值之间的差相除的由所述非线性响应曲线定义的相应输出值。
5.根据权利要求2所述的设备,其中,输入条目被选择成使得所述非线性响应曲线的任何两个相邻输入值之间的内插输出值和相应的实际输出值之间的输出差小于阈值。
6.根据权利要求2-5中任何一项所述的设备,其中,所述非线性响应曲线遵循幂类型或伽马类型的函数。
7.一种用于处理输入信号以产生用于控制具有非线性响应曲线的装置的输出信号的方法,所述方法包括:
提供查找表,所述查找表包括多个输入条目和针对所述多个输入条目中的每一个的第一输出条目和第二输出条目;
在所述查找表中搜索:下输入条目,其包括具有比所述输入信号的值更小并且最接近的值的输入条目中之一;以及上输入条目,其包括具有比所述输入信号的值更大并且最接近的值的输入条目中之一;
从所述输入信号减去所述下输入条目以获得第一差;
从所述上输入条目减去所述输入信号以获得第二差;
将所述第一差乘以针对所述上输入条目的第一输出条目以获得第一乘积;
将所述第二差乘以针对所述下输入条目的第二输出条目以获得第二乘积;以及
将所述第一乘积与所述第二乘积相加以获得所述输出信号。
8.根据权利要求7所述的方法,其中,每个输入条目对应于所述非线性响应曲线的输入值,每个输入值具有由所述非线性响应曲线定义的相应输出值。
9.根据权利要求8所述的方法,其中每对相邻输入条目由间隔分开,并且其中不同对的相邻输入条目由不同的间隔分开。
10.根据权利要求8所述的方法,其中,针对输入条目的第一输出条目包括被输入条目和下一个较低输入条目的相应输入值之间的差相除的由所述非线性响应曲线定义的相应输出值,并且针对输入条目的第二输出条目包括被下一个较高输入条目和输入条目的相应输入值之间的差相除的由所述非线性响应曲线定义的相应输出值。
11.根据权利要求8所述的方法,其中,输入条目被选择成使得所述非线性响应曲线的任何两个相邻输入值之间的内插输出值和相应的实际输出值之间的输出差小于阈值。
12.根据权利要求7-11中任何一项所述的方法,其中,所述非线性响应曲线遵循幂类型或伽马类型的函数。
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