CN102194423A - 用于启动平板显示器的功率管理的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种启动平板显示器的功率管理的方法和装置。在一个实施例中，方法涉及检测至少一个显示设备功率状态并且调整显示监视器中的背光亮度以响应所述对所述至少一个显示功率状态的检测。在一个实施例中，方法还涉及当调整背光时，改变显示图像的亮度以维持显示图像质量。

Description

用于启动平板显示器的功率管理的方法和装置
本申请是申请日为2002年6月13日、申请号为02809976.1的发明专利申请“用于启动平板显示器的功率管理的方法和装置”的分案申请。
背景技术
随着越来越多的功能被集成到移动计算平台中，降低功率消耗的需求变得日益重要。此外，用户更加期望移动计算平台有更长的电池寿命，促进了对创新的节能解决方案的需求。移动计算机设计者已经通过实现诸如降低处理器和芯片组时钟速度、间歇禁用未使用的元件以及通过降低诸如液晶二极管(LCD)或“平板”显示器的显示设备所需要的功率等功率管理解决方案来响应。
平板显示监视器中的功率消耗随着平板显示器的背光(backlight)亮度的增加而增加。在一些计算机系统中，当平板显示器的背光处于最大光照度(luminance)时，平板显示器背光功率消耗可以骤增高达6瓦。在诸如便携式计算机系统的移动计算系统中，这可以显著地缩短电池寿命。为了降低平板功率消耗并且从而增加电池寿命，移动计算系统设计者已经设计了功率管理系统以当系统处于电池供电模式时降低平板显示器背光亮度。但是，与当移动计算平台在AC功率下操作时相比，当在平板显示器中降低背光亮度时，经常留给用户较差质量的显示图像。这种显示图像质量的降低可能源自当背光亮度降低时显示图像中在显示图像特征之间的色彩对比度或亮度对比度的降低。
显示图像质量还受到环绕于图像显示于其中的显示监视器的环境光(ambient light)的影响，其降低了用户可以舒适地使用移动计算系统的环境的数量。不管计算机系统是否以电池电源工作，环境光亮度都影响显示图像质量。
最后，显示图像质量可以受到在计算机系统中执行的计算机程序的影响。使用计算机图形特征以在显示器上产生显示图像的计算机程序经常是以想象的特定显示监视器类型来生成的。结果，由计算机程序产生的图形图像的质量可以随着显示监视器类型的不同而变化。
附图说明
从下面的详细描述中，本发明的特征和优点将会变得明显，其中：
图1图示了根据一个实施例的移动计算平台。
图2图示了根据一个实施例的平板显示监视器的剖面。
图2a图示了根据一个实施例的平板显示监视器中的像素。
图3图示了根据一个实施例的显示图像。
图3a是图示了LCD图像亮度和用于显示图像的像素数目之间的关系的直方图。
图4图示了视敏度和用户到移动计算系统中的LCD的凹部的距离之间的关系。
图5是图示了根据一个实施例的显示系统的方框图。
图6是图示了根据一个实施例的控制显示图像亮度的流程图。
图7图示了移动计算系统的LCD背光功率和LCD光照度之间的关系。
具体实施方式
下面描述了一种在液晶二极管(LCD)或“平板”显示监视器中启动功率管理的方法和装置。平板显示器被用于包括个人数字助理(PDA)、便携式计算机和许多其它可以以电池电源工作的设备的多种计算环境。对于任何移动计算系统，功率管理对于保持电池寿命来说都是至关重要的。一种功率管理的方法包括在计算机系统的平板显示监视器中降低背光亮度。但是，由于降低了诸如文字、图形和背景的显示图像中的特征之间的色彩对比度或亮度对比度，降低背光亮度可以影响所显示的图像的质量。由于背光亮度变得比环绕平板显示器的环境光更黯淡，显示图像的质量可以受到进一步的影响。
图7图示了平板显示器消耗的功率和平板显示器中的背光亮度之间的关系700。如图7所示，背光亮度的增加导致平板显示监视器的功率消耗以近似线性方式增加。
因此，期望在维持显示图像质量的同时降低平板显示监视器中的背光亮度。此外，期望调整显示图像的亮度以达到或维持显示图像质量，而不论平板显示器的背光亮度或环绕平板显示器的环境光亮度如何变化。
功率管理
已存在多种为图形显示设备，例如，3-D图形加速器，定义功率状态的功率管理规范。一些功率管理规范可以为显示监视器定义功率状态，以达到显示设备功率目标。另一些功率管理规范可以定义显示设备功率状态，以达到显示设备功率消耗目标。显示设备功率状态可以由诸如高级组件功率接口规范(ACPI)的功率管理规范来定义。显示设备功率状态不仅可以由功率消耗目标定义，也可以根据其它因素，例如在功率状态之间转换所需的时间。ACPI定义了可以通过降低显示设备消耗的功率来至少部分满足的几种功率状态。例如，ACPI定义了D0功率状态，其中计算机系统中的显示设备或其它设备可以处于“开启”或全功率状态。ACPI还定义了D1状态，诸如显示设备的设备必须能够在规定的时间量内从其回到D0功率状态。用于在D0和D1功率状态之间的转换的ACPI定时需求影响到在显示设备中可以禁用何种功能，以达到特定的功率目标范围。典型地，在显示设备中，在满足ACPI功率状态定时需求的同时，引起最大可能的电力节省的功能被禁用。在一个实施例中，显示设备功率状态可以通过降低由显示设备控制的平板显示监视器的背光亮度来至少部分满足。在一个实施例中，显示设备功率状态可以由诸如显示设备驱动器的软件程序检测。作为对检测显示设备功率状态的响应，显示设备软件驱动器可以配置显示设备以降低由显示设备控制的显示监视器的背光亮度。
功率消耗目标也可以由计算机系统制造商定义。例如，为了当计算机系统以电池电源运行时满足某个电池寿命目标，计算机系统制造商可以期望达到特定的功率消耗目标。为了达到功率消耗目标，计算机系统设计者可以实现一种方法以检测何时计算机系统以电池寿命工作而不是以交流(AC)电源工作。然后，通过降低诸如3-D加速器的显示设备消耗的功率量，计算机系统设计者可以至少部分达到功率消耗目标。通过降低由显示设备控制的平板显示监视器中的背光亮度，可以降低显示设备消耗的功率。因此，为了满足特定的功率消耗目标，可以降低平板显示器的背光以降低由显示设备消耗的功率。
在一个实施例中，当计算机系统以电池电源或AC电源工作时，可以调整由计算机系统控制的平板显示监视器的背光亮度，以满足计算机系统的功率消耗目标。然后，为了维持预定的显示图像质量，可以检测并调整显示图像亮度以响应对平板显示监视器背光亮度的调整。在一个实施例中，显示图像检测器检测显示图像的亮度，该图像检测器向软件程序指示显示图像的亮度。然后，软件程序可以配置诸如图形伽马单元(graphics gamma unit)的设备，以在达到或维持功率消耗目标的同时调整显示图像的亮度。
移动计算平台
图1图示了根据一个实施例的移动计算系统。平板显示器125耦合到显示设备110，显示设备110将存储在系统存储器115中的显示图像的数字表示转换为显示信号，该显示信号由平板显示器解释并且随后显示在平板显示器屏幕上。
在由平板显示监视器解释并随后显示在平板显示器上之前，显示设备产生的显示信号可以经过多种控制设备120。在一个实施例中，由显示设备产生的显示信号被转换为允许信号传播更长的距离而不过度衰减的格式。然后，所转换的显示信号可以被转换回适合随后在平板显示器上显示的数字格式。
平板显示监视器
图2图示了根据一个实施例的平板显示监视器200的剖面图。在一个实施例中，诸如图形加速器的显示设备产生的显示信号205由平板监视器控制设备210解释并且随后由平板监视器屏幕215中的启动像素(enabling pixel)显示。像素由背光220照亮，背光220的亮度影响像素的亮度并且从而影响显示图像的亮度。
图2a图示了根据一个实施例的平板监视器屏幕中的像素组。在一个实施例中，利用薄膜晶体管(TFT)技术形成像素，并且每个像素由三个子像素225构成，当启动三个子像素225时，其分别引起红、绿和蓝(RGB)被显示。每个子像素由TFT230控制。TFT使得来自显示器背光的光能够穿过子像素，从而将子像素照亮为特定色彩。每个子像素色彩可以根据表示每个子像素的位的组合来变化。表示子像素的位数决定了可以由子像素显示的色彩的数目或色彩深度。通过增加用于表示子像素的位数，每个子像素表示的色彩的数目以2N的因子增加，这里“N”是子像素的色彩深度。
例如，由8位数字式表示的子像素可以显示28或256种色彩。由像素显示的较亮或较暗的色调可以通过标定像素中表示每个子像素色彩(分别为红、绿和蓝)的二进制值来得到。用于表示不同色彩的特定二进制值依赖于特定显示设备使用的色彩编码方案或色彩空间。通过修改子像素的色调(通过标定表示子像素色彩的二进制值)，可以逐个像素修改显示图像的亮度。此外，通过修改每个像素的色调，从而可以降低产生具有特定显示图像质量的显示图像所需的背光量。
显示图像
图3是根据一个实施例的典型的显示图像的例子。在一个实施例中，显示图像由在诸如图1的移动计算机系统中执行的软件应用程序生成并且被显示在平板显示器上。在一个实施例中，软件应用程序是使用显示设备的3-D图形加速特征的计算机游戏。然而，软件应用程序可以是引起2-D图形图像被产生的程序。
图3a是根据一个实施例的显示图像亮度的直方图。在一个实施例中，图形显示设备中的亮度指示器检测在显示图像中的像素的亮度。通过解释该亮度指示器，可以决定用于显示在特定色彩段中的色彩的范围的像素的数目。由在特定颜色深度内的像素所显示的色彩的范围定义色彩段。例如，在一个实施例中，每个像素能够显示256种色彩中的任何一个。因此，在图3a的直方图中，四个64种色彩的段(总共256种色彩)的每个可以被检测并累积。在一个实施例中，图3a的直方图由硬件来计算。但是，在其它实施例中，可以实行其它的实现，包括软件实现。
图4图示了各种显示图像光照度对显示图像的视敏度的影响。具体地说，图4图示(400)图像的视敏度(视锐度)仅随着显示图像亮度的相对较小的变化就显著下降。因此，为了维持显示图像质量，必须在可接受的范围内照亮显示图像。显示图像光照度可以受到增加图像亮度(通过变化单个像素的色调)或增加背光亮度的影响。在依赖电池电源工作的移动计算机系统中，后者是不合乎需要的，因为背光倾向于消耗大量的功率。
显示系统
图5图示了根据一个实施例的显示系统。在一个实施例中，显示设备500产生显示信号505，其启动LCD定时控制器510以激活适当的列和行驱动器515以在平板显示监视器520上显示图像。在一个实施例中，显示设备包括平板功率序列器(panel power sequencer，PWM)525、混合器单元(blender unit)530和图像伽马单元535。PWM控制在平板显示监视器中的背光540的光照度(亮度)。通过将显示图像与诸如纹理、光源和过滤数据的其它显示数据相结合，混合单元产生在显示监视器上显示的图像。可以结合来自混合单元的显示图像和来自伽马单元的输出以产生低压显示信号(LVDS)505，其被传输到平板显示设备。为了在被转换为适当的显示格式并且随后在平板显示监视器上显示之前通过更长的物理距离，LVDS信号还可以转换为其它信号类型。
图形伽马单元545通过标定每个子像素的色彩来影响将在显示监视器上显示的图像的亮度。在一个实施例中，为了在显示图像的某些区域获得更大的亮度，同时降低显示图像其它区域中的亮度，可以对图形伽马单元进行编程以基于每个像素标定子像素的色彩。图5还图示了一个实施例，其中包括了图像亮度指示器的单元550在显示图像被转换为LVDS之前对该显示图像进行采样。显示图像亮度指示器通过监视和累积显示图像中的像素色彩来检测显示图像亮度。然后，显示图像亮度指示器可以向软件程序指示在显示图像中的某些特征的亮度，例如显示图像的符号和背景亮度。
维持视觉质量的同时满足功率管理
图6图示了在满足显示设备功率需求的同时维持显示图像视觉质量的方法。在一个实施例中，亮度指示器检测(601)在显示图像中的特征的亮度，例如符号亮度和背景亮度。为了维持色彩段亮度的历史，累积来自亮度指示器的信息(602)，其不断地与对应于每个色彩段的阈值等级比较。如果色彩段亮度等级超过或低于相应段的阈值某个量(603)，则这个信息被转送到软件程序555，其决定是否应该调整显示图像亮度或背光亮度。在一个实施例中，当色彩亮度等级超过或低于阈值某个量时，就产生中断(604)，引起软件程序或者编程图形伽马单元来调整显示图像亮度或者启动PWM来调整显示背光亮度以维持预定的显示图像质量(605)。在一个实施例中，如果目标图像质量可以通过在维持目标显示设备功率目标606的同时调整背光亮度来达到，则PWM将因此而被编程(607)。否则，通过由编程图形伽马单元来调整显示图像亮度(608)，从而达到目标显示图像质量。在另一个实施例中，为了在达到或维持功率消耗目标的同时达到或维持图像质量，可以使用其它判定算法来决定应该改变显示图像亮度还是应该修改背光亮度。此外，尽管在一个实施例中软件程序被用于实现算法，在其它实施例中，可以使用硬件设备来执行与图5中的软件程序相类似的功能。
除了为评价和调整显示图像质量所检测的符号和背景显示图像亮度，还可以考虑影响显示图像质量的其它因素。在一个实施例中，环境光感应器560被用于决定环绕于显示监视器的环境光的亮度，在其中将显示显示图像。然后，可以调整图像以适应环境光亮度。
预定的显示图像质量可以通过维持在一组显示图像属性之间的关系来达到。在一个实施例中，由显示图像属性的比值来表示在一组显示图像属性之间的关系。在一个实施例中，显示图像属性包括环境光亮度、显示符号亮度和背景亮度。在其它实施例中，其它显示图像属性可以被用于维持或达到显示图像质量。在一个实施例中，显示图像属性之间的比值由值10∶3∶1表示，其分别对应于符号亮度、环境光亮度和背景亮度。这个比值在其它实施例中可以不同。在一个实施例中，软件程序通过解释显示图像亮度指示器和环境光亮度信息来维持显示图像亮度比值。然后，为达到预定的显示图像质量，通过编程图形伽马单元和/或PWM，从而软件程序可以调整显示图像亮度和/或背光亮度。
在一个实施例中，显示图像质量由显示图像属性的预定比值来表示。但是，在其它实施例中，显示图像质量可以不是预定的，而是根据诸如在软件程序或硬件电路中具体化的决策算法而变化。此外，在其它实施例中，显示图像质量可以由显示属性比值之外的其它方法表示。在一个实施例中，用于表示显示图像质量的显示图像属性的比值包括显示图像符号亮度、显示图像背景亮度和环境光亮度。在其它实施例中，可以使用更多或更少的显示图像属性来表示显示图像质量。
虽然已经参照图示的实施例描述了本发明，但是不能将此描述理解为限制的意思。对本领域技术人员来说很明显，本发明所包含的图示的实施例的多种修改以及其它实施例都在本发明的精神和范围之内。

Claims (15)

1.一种方法，包括
检测显示图像亮度，所述显示图像显示在显示监视器上；
调整所述显示图像亮度以响应对所述显示图像亮度的检测，所述显示图像亮度被调整以维持预定的显示图像质量。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述预定的显示图像质量由多个显示图像属性之间的关系来表示。
3.如权利要求2所述的方法，其中所述关系是值的比值，所述值表示所述多个显示图像属性。
4.如权利要求3所述的方法，其中至少一个所述多个显示图像属性受到背光亮度的影响，所述背光亮度与所述显示监视器相联系。
5.如权利要求4所述的方法，其中至少一个所述多个显示图像属性受到在计算机系统中执行的软件应用程序的影响，所述计算机系统被耦合到所述显示监视器。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述多个显示图像属性包括：
显示图像符号亮度；
环境光亮度；
显示图像背景亮度。
7.一种装置，包括：
至少一个能够检测显示图像亮度的单元，所述显示图像要显示在显示监视器上；
至少一个能够调整显示图像亮度的单元，所述至少一个能够调整显示图像亮度的单元被耦合到所述至少一个能够检测显示图像亮度的单元；
至少一个能够从所述至少一个能够检测显示图像亮度的单元接收至少一个显示图像亮度指示器的单元。
8.如权利要求7所述的装置，其中所述至少一个能够接收至少一个显示图像亮度指示器的单元能够使得所述至少一个能够调整显示图像亮度的单元修改显示图像亮度。
9.如权利要求8所述的装置，其中所述至少一个显示图像亮度指示器包括：
至少一个符号亮度指示器；
至少一个背景亮度指示器。
10.如权利要求9所述的装置还包括至少一个能够检测环境光亮度的单元。
11.如权利要求10所述的装置还包括至少一个能够从所述至少一个能够检测环境光亮度的单元接收至少一个环境光亮度指示器的单元，所述至少一个能够接收至少一个环境光亮度指示器的单元能够使得所述至少一个能够调整显示图像亮度的单元修改显示图像亮度。
12.如权利要求11所述的装置，其中所述能够接收至少一个环境光亮度指示器的单元和所述能够接收显示图像亮度指示器的单元是同一功能单元。
13.一个系统，包括：
至少一个显示设备单元，所述至少一个显示设备单元包括至少一个能够检测显示图像亮度的单元；
至少一个显示监视器，所述至少一个显示监视器被耦合到所述至少一个显示设备单元。
14.如权利要求13所述的系统还包括至少一个能够从所述至少一个能够检测显示图像亮度的单元接收多个亮度指示器的单元，所述至少一个能够接收多个亮度指示器的单元能够使得所述至少一个显示设备单元修改显示图像亮度。
15.如权利要求14所述的系统还包括至少一个能够检测环境光亮度的单元，所述至少一个能够接收多个亮度指示器的单元能够从所述至少一个能够检测环境光亮度的单元接收至少一个环境光亮度指示器。
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