CN102414734B - 用于视频显示驱动器的多像素寻址方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种视频显示系统，该系统由像素阵列和计算子系统形成，所述像素阵列包括快速响应光元素、行选择和列选择开关以及像素数据驱动器，所述计算子系统生成用于选择线的控制信号和视频数据。整个系统通过连续显示对应于原始图像的正交图像基函数分量的图像的子帧来重构要被显示的预期图像或视频，该原始图像的正交图像基函数分量对使用多个行和列线选择的像素的分组起作用。结果得到的系统是这样的架构：其使得人们直接在光元素上实施某个视频解压缩技术（与在数字处理中实施这些技术相反），并且可以具有比其中对像素进行独立寻址的系统相当多地减小的原始视频数据需求，并且使得能够利用类似的数字－模拟转换器规范来实现较高的动态范围。在此描述了具有基于LED的显示器的实施例。

Description

用于视频显示驱动器的多像素寻址方法

相关申请的交叉引用 

本申请要求保护2009年3月5日提交的美国临时专利申请号61/157,698的权益。 

技术领域

本发明涉及图像和视频显示器，更特别地涉及用作静止图像和/或视频监视器的平板显示器，以及在此类显示设备上生成并驱动图像和视频数据的方法。 

背景技术

诸如等离子体、液晶显示器(LCD)和发光二极管(LED)显示器之类的平板显示器通常使用像素寻址方案，在该方案中，通过列和行选择信号独立地对像素寻址。一般地，对于布置为M行和N列的M乘N个像素或图片元素，我们将具有M个行选择线和N个数据线(参见图1)。对于每个帧，通过将行选择信号应用于特定行来加载视频数据，然后逐列地扫描行直到到达末尾为止。在基于普通LCD和LED的实施例中，使用单个或多个数据源将视频数据写入到该行中的每个像素，所述单个或多个数据源将数字-模拟转换器输出解复用成N列。利用所需的像素电压或像素电流信息来加载每个像素。在到达行的末尾时，对行选择信号取消选择，并且以渐进扫描模式或交织扫描模式选择另一行。在一般的有源矩阵类型的LCD或LED实施例中，视频信息是存储在对于特定像素而言唯一的电容器中的电压(参见图2)。当行和列信号对像素取消选择时，图像信息保留在电容器中。相反，在无源矩阵类型的LCD实施例中，行和列被布置为电极的条，该电极的条组成以彼此垂直的方式定向的顶部和底部金属板(参见图3)。利用限定具有瞬时视频信息的像素的一个或多个交叉点来选择单个或多个行和列线。在此类情况中，行或列信号将具有所应用的电压，该电压与像素信息成比例。在发光二极管显示器类型的实施例中，在无源矩阵方法中，信息是通过像素LED的瞬时电流，其导致发出与所应用的电流成比例的光，或者，在使用固定电流源的实施例中，导致发出与应用时间成比例的光，这也称作脉冲宽度调制。在提到的所有这些显示器类型中，驱动屏幕像素所需的数据量相当大。然后，每个视频帧向显示器布置传递的总信息被给出为M×N×3×比特宽度，其中因子3来自于构成图像的三种基色，即，红、绿和蓝，并且根据像素值的最大分辨率来确定比特宽度。用于商业显示系统的最普通的像素值分辨率是每个颜色8比特。例如，在VGA分辨率显示器中，需要传递的总信息将是640×400×3×8，等于每个图像帧6M比特，其是以某个帧刷新速率刷新的。帧刷新速率可以是24、30、60等帧每秒(fps)。屏幕的较快速率能力通常用于消除发生在LCD类型显示器 中的运动模糊，其中120或240fps的屏幕刷新速率实现可以在商业设备中找到。对于灰度级图像，信息内容减少到三分之一，因为仅使用了亮度信息。 

视频和静止图像通常被转换为压缩格式以便存储和传输，诸如MPEG2、MPEG4、JPEG2000等格式和系统。图像压缩方法基于数据的正交函数分解，数据冗余度以及人眼对空间和时间特征的某些灵敏度特性。普通的图像压缩方案涉及如JPEG或运动JPEG中的方向余弦变换或离散Walsh变换的使用。此外，视频压缩可以涉及略过某些帧并且使用前向或后向帧估计、略过颜色信息、或图像的亮度-色度(YCrCb)表示中的色度子采样等。视频解码器用于将空间上和时间上压缩的图像信息转换成颜色(RGB)表示中的行和列像素信息以产生图像信息，如在VGA分辨率显示器中，这将是例如每帧6M比特。然而，从信息内容的观点看，该视频信息中的很多实际上都是空间冗余的，因为最初已经将图像处理为压缩格式，或其具有人眼不敏感的信息内容。所有这些技术都涉及软件或数字处理域中的显示系统的组件，并且除了像素数目和帧速率之外，由M×N个像素组成的实际的光学显示器的结构不受用于视频格式的任何技术的影响。 

本领域中的现有技术没有直接解决图像压缩和解压缩技术。通常在逐个像素(pixel-by-pixel)的基础上数据是可用的，视频系统利用其以某个刷新速率显示。图像和/或视频压缩通常应用于用于显示的数据的传输、存储和图像修复(如在美国专利号6,477,279中)。无源矩阵显示器中的多线寻址也是已建立的技术(如在Lueder，E.的“Liquid Crystal Displays-Addressing Schemes and Electro-Optical Effects”，John Wiley&Sons2001，pp.176-194或美国专利号6,111,560中)。基于时域Walsh函数的正交波形被应用于列和行，使得行和列中的交叉点将根据期望通过幅度调制生成灰度阴影。这与采用在视频和图像压缩中使用的二维正交基函数展开形成对比。 

附图说明

图1描绘了在有源矩阵平板显示器、尤其是有源矩阵液晶显示器中使用的像素选择方法。通过行和列选择信号来对每个像素寻址，其中通过选择信号中的任一个来应用视频信息。对于M×N像素系统，存在M个行选择信号和N个数据线。数据(视频信息)由数字-模拟转换器生成，并且在用于每个像素的电容器中存储电压。电压应用于由透明电极(诸如ITO(氧化钨铟))组成的两个平行板。 

图2示出了用于基于LCD和LED的显示器的典型有源矩阵像素电路拓扑结构，其中当对像素的行和列选择开关信号取消选择时，通过使用作为存储器设备的电容器来保留图像信息。 

图3描绘了在无源矩阵LCD显示器中采用的像素选择方法。存在M个行选择信号和N个数据信号。信号定时确定哪个位置将具有应用在两个电极之间的瞬时电压，其间的液晶分子将对其进行反应。 

图4示出了需要针对4×4像素分组实施为掩模图案的基函数。 

图5示出了需要针对8×8像素分组实施为掩模图案的基函数。 

图6示出了视频显示系统的框图，该视频显示系统采用像素阵列、对宏像素进行操作的行/列选择电路、掩模图案生成块、计算离散Walsh变换系数的用于图像处理的计算设备以及定时发生器块。 

图7示出了用于生成针对4×4像素分组的掩模图案的行和列选择表。注意，在具有该类型实施方式的单个选择步骤中，可以不生成某些高阶图案。在这些情况中，利用行和列选择信号的逆(inverse)生成第二图案，其中列视频数据信号保持相同。如果开关足够快，则两个图案可以挤在一个子帧中，如果不足够快，则第二图案可以使用其自己的子帧或在下一帧中被显示。 

图8示出了基于如图2所示的LED显示器架构的替代开关结构，该开关结构用于生成针对4×4像素分组的掩模图案。通过串行数据总线来加载开关状态并且将开关状态存储在本地寄存器中。在每个子帧处，串行地加载对应于像素的接通(on)或断开(off)状态的16比特。然后，将公共视频数据信号应用于4×4像素分组。 

图9示出了用于展现三个不同压缩场景的三个不同宏像素的示例子帧图案。第一宏像素是图像的无损重构。每16个子帧持续时间重置图像。第二宏像素采用有损图像重构，使得忽略用于倾斜空间频率的高于第2阶的图像系数项(D₂₁、D₁₂、D₁₃、D₃₁、D₂₂等)。该宏像素的有效帧速率是第一个的两倍，因为每8个子帧持续时间重置图像。第三宏像素采用较高压缩，并且忽略所有倾斜空间频率、展现比其他两个更高效的帧速率。系数的顺序无需相同，因为可以对每个宏像素的图案唯一地寻址并且图案的相位也可以不同，这取决于D_uv系数是正还是负)。通过检验宏像素的图像系数来确定要被决定的特定重构，并且可能通过检验之前的帧来确定内容多快地移动穿过屏幕和令人满意的观看所需的分辨率量。 

根据图中描绘的具体实施例，本发明可以具有各种修改和替代形式。这些图不会将本发明限制为所公开的具体实施例。本发明涵盖以下要求保护的所有修改、改进和替代实施方式。 

具体实施方式

本发明是通过连续地以高帧速率显示图像分量或图像分量的和来构造图像和/或视频 的显示方法和系统。该图像构造使用图像压缩来计算正交图像系数，并且通过使用像素阵列内的图像信息的与时间有关的空间掩模而在时域中将这些系数作为视频信号驱动到像素阵列。本发明的目的是使得能够对帧速率和/或视频数据速率进行内容驱动最优化，以便最小化功率消耗。在每个帧中，首先将要被驱动的源图像一起分组成包括n_x×n_y像素的某个大小。例如，我们可以将图像划分为4×4或8×8像素、4×1、8×1、或任何其他任意分组大小的矩形分组。1×1分组情况对应于传统的逐像素驱动，并且不提供压缩益处。分组大小受到帧速率限制，帧速率接着又受到像素的开关速度和在此描述的驱动器部件以及图像压缩比限制。然后，将每个图像分组或将要在此处提及的宏像素分解为与某些正交图像基函数成比例的分量。通过掩模像素的行选择和列数据信号来实施这些图像函数，使得实现正交图像基函数的期望的空间分布。在图4中示出了4×4的图像基函数并且在图5中示出了8×8像素分组的图像基函数。示出的这些特定基函数通常也称作Walsh函数。诸如方向余弦变换基函数之类的其他基函数也可以用于具有某些规定的基函数图案。对于4×1或8×1分组，基函数是每个图的第一行中的那些函数。在图4和图5中，出于图像压缩目的，基函数取值-1和+1，由黑色和白色区域表示。对于图像解压缩，或使用光源的图像构造，负的光值在物理上是不可能的，并且公开了黑色区域表示光强0％或光透射的掩模并且白色区域表示理想的100％透射的实施方式。在此描述了当针对基函数值使用(0，+1)集合时考虑并且修正解压缩的(或构造的)图像的方法。对于4×4像素的第一分组，存在16个基函数图案，而对于8×8像素的后一个分组，存在64个基函数图案。将基函数表示为w_uv(x，y)，其中u和v是基函数索引，并且x、y是跨越像素分组维度的区域的矩形坐标。将w^* _uv(x，y)表示为从基函数w_uv(x，y)导出的空间函数，使得函数值在(0，1)集合中。此类变换可以通过简单算术运算容易地完成，如w^*＝(w+1)/2。将f^c(x，y)表示为针对颜色分量的二维图像信息。这里，上标c表示红色、绿色或蓝色。对于灰度级图像而言，方法是相同的，在该情况中，f(x，y)将与图像的亮度成比例。对于基于图像分解的方案，针对图像的非零空间分量D_uvw_uv(x，y)，在一半的像素中断开光的发出或透射，其系数D_uv通常小于D₀₀，在等式1中对其进行了描述。 

可以将任何图像分解为正交分量，通过对具有图4和图5所示基函数的图像数据进行积分来找到它们的系数。对于视频像素阵列(其是空间上的离散函数)，该积分采用求和 的形式。将与基函数w_uv(x，y)有关的图像分量的系数表示为D_uv，其中u和v是二维中的基函数索引。然后，根据下式确定D_uv： 

$D_{\mathrm{uv}}^c=\underset{x=0}{\overset{n_x-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{n_y-1}{\mathrm{\Σ}}}{f}^c(x,y)*w_{\mathrm{uv}}(x,y)$ 等式1 

本发明基于等式1的逆变换，即，可以将图像f(x，y)构造为图像分量D_uv*w_uv(x，y)的求和， 

$f^c(x,y)=\underset{u=0}{\overset{n_x-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{v=0}{\overset{n_y-1}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{uv}}^c*w_{\mathrm{uv}}(x,y)$ 等式2。 

在时域中通过连续显示对应于具有与系数D_uv和某个子帧持续时间τ_sf成比例的光强度的基函数w_uv的图案来执行图像分量的求和。而且，如下所述，我们从w变换为基函数集合w^*，使得图像分量对于所有x、y都是正的。人眼将在时间方面积分图像图案，并且感知对应于f(x，y)的单个图像。如果像素电子器件具有存储像素图像数据的电容器，则其也可以在积分图像图案连同观看者中使用。在该情况中，利用每个图案更新而不是重写图像。由于在每个步骤处不重置电容器电压，所以需要在每个子帧处向电容器添加较小量的电荷，这将导致降低数据驱动器的功率消耗。在基于脉冲宽度调制(PWM)的实施方式中，符合w_uv图案的所选像素的“接通”时间是公共的。本质上，单个PWM发生器用于整个像素组。 

在传统离散Walsh变换压缩技术中使用的正交函数实施方式中，基函数w_uv(x，y)取值+1或-1，从而它们可以满足正交性特性，其中对两个不同基函数的叉积的宏像素区域的积分是零，即 

$\underset{x=0}{\overset{n_x-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{n_y-1}{\mathrm{\Σ}}}{w}_{\mathrm{uv}}(x,y)w_{u^{\′}{v}^{\′}}(x,y)=n_x{n}_y$

对于(u，v)等于(u’，v’)，并且当索引不匹配时是零。在美国专利申请公开号2010/0007804中，描述了基于图像构造的视频显示系统，其使用基于正交Walsh函数的当前应用，针对应用使得这些技术扩展到像素的精细阵列，利用其，独立的行和列控制是可能的，并且因此不需要空间光调制器。当基函数被映射到+1或0而不是+1或-1时，如在美国专利申请公开号2010/0007804中，这在宏像素区域上产生了两个不同基函数的叉积的非零积分值。由于此类 函数的非正交性质，它们可以在将图像解构为分量中使用，因此具有值+1或-1的原始正交基函数在使用等式1确定图像系数D_uv中使用。在使用等式2执行图像构造中，其中使用正交基函数来计算系数D_uv，由函数D_uv*w_uv给出的图像的每个分量将贯穿宏像素针对除0，0之外的u，v分量具有正值和负值两者。当我们限制图像分量为非负时，通过使用+1，0域中的基函数，我们引入了平均伪像。显示图像分量D_uv*w^* _uv(xy)将针对除0，0之外的u，v产生0.5×D_uv的平均值。0，0图像分量D₀₀*w^* ₀₀(x，y)等于宏像素上的图像之和，并目实际上是在宏像素区域上最终达到平均的图像。 

$D_{00}^c=\underset{x=0}{\overset{n_x-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{y=0}{\overset{n_y-1}{\mathrm{\Σ}}}{f}^c(x,y).$

由于具有除0，0之外的u，v索引的每个图像分量现在将对宏像素平均贡献D_uv值的二分之一，所以我们真正应该显示具有等于以下等式的强度的0，0图像分量 

$D_{00}^c-\frac{1}{2}\left(\underset{u=0}{\overset{n_x-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{v=0}{\overset{n_y-1}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{uv}}^c\right)$

通常，D₀₀大于或等于使用+1和0映射导出的其余图像分量的和。因此，从D₀₀减去这些非零积分分量中的每个将大于或等于零。考虑例如D₀₁分量。将w_uv表示为具有值+1和-1的原始Walsh函数。使用新的基函数w^*＝(w+1)/2，代替可以取值0和1而不是-1和+1的w_uv，w^* _uv将图像构造等式2变换为： 

$f^c(x,y)=2\underset{u=0}{\overset{n_x-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{v=0}{\overset{n_y-1}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{uv}}^c*w_{\mathrm{uv}}^{*}(x,y)-\underset{u=0}{\overset{n_x-1}{\mathrm{\Σ}}}\underset{v=0}{\overset{n_y-1}{\mathrm{\Σ}}}{D}_{\mathrm{uv}}^c$ 等式3 

为了正确地再现图像，当基函数等于所有都是1的(W₀₀)时，必须利用除了作为等式3的第二项中的00分量之外的所有D_uv的和来修正分量值。注意，如果基函数的子集用在有损压缩/构造中，则求和将需要仅跨越被使用的D_uv系数。在图像构造中使用代替原始值的更新的D₀₀系数，因为现在图像分量的平均的总和将等于原始D₀₀值。D₀₀可以在某些情况中为负，这将引起伪像。可以通过硬限制要显示的主导分量的数目或以更优雅的方式减少高频内容(本质上是在空间上对图像的低通滤波)来以有损构造的方式对待该情况。也可以通过针 对感兴趣的区域减少像素分组大小来消除此类伪像。例如，将8×8像素区域变换为四个4×4块区域并且以减少的像素分组大小级别来实施算法。由于应用于D₀₀系数的修正量需要由D₀₀值界定，所以在图像构造中具有较小数目的分量将导致在该界定中满足比较大宏像素情况更高的空间频率带宽。 

图像系数D_uv针对具有比00分量更高阶的所有分量而具有正值或负值。在实施显示分量中，D_uv*w^* _uv(x，y)的值可以仅是正的。在“负”D_uv的情况中，使用D_uv的绝对值和基函数图案w^* _uv(x，y)的逆来生成图像分量。通过在w^* _uv(x，y)图案中将0值与+1值互换来定义逆图案，即针对该正交基函数对开关图案求逆或反转。 

在图6中示出的是整个系统的框图。 

对于每个帧，通过以下来构造视频图像 

1.将M×N个像素的显示和视频图像划分为P×Q个宏像素，其是n_x×n_y维度的像素的子阵列。 

2.针对每个宏像素计算与图像f(x，y)有关的图像分量强度D_uv，并且如果寻求无损压缩方法则针对每个分量进行计算，或针对观看者视为满意的分量的子集进行计算，并且针对每个颜色进行计算。 

3.设置要被显示的图像分量的uv索引，注意对于每个宏像素，该索引无需与其他宏像素相同，并且可以处于任何时间处的不同宏像素显示不同的基函数。 

4.在显示器中，通过扫描宏像素行和宏像素列来选择宏像素。这些是n_x和n_y大小分组的像素行和列。 

5.应用空间信号掩模，其生成对应于感兴趣宏像素的w^* _uv(x，y)的光强分布。在有源矩阵类型的实施例中，该掩模将仅选择将在子帧中更新的像素。 

6.应用将对应于光发射的电压或电流信号，该光发射与被选择在宏像素中处于接通状态的每个像素的D_uv成比例。对于彩色显示器，每个像素分组使用三色光元素。根据针对每个颜色计算的D_uv来调整红、绿和蓝源的光强。D_uv系数实际上可以取正值或负值。在负系数的情况中，光强是系数的绝对值，但是在图像的重构中，我们使用掩模图案的逆(如在上述步骤2中应用的)。 

7.针对所有宏像素进行重复。 

8.选择要被处理的下一uv分量索引并且从线3重复。 

可以通过选择跨越宏像素的多个行和列来生成子帧掩模。假设4×4像素阵列形成宏像素。图4的基函数可以通过使用数字函数发生器来生成，该函数发生器针对宏像素中的每个像素接通或断开选择线。图7示出了用于此类系统的真值表。注意，可以在两个步骤中针对4×4像素阵列实现某些系数，并且针对8×8像素阵列在三个或四个步骤中实现某些系数。图8示出了使用串行数据的掩模图案生成函数的基于寄存器的实施方式。 

为了到达预期图像的单个帧，连续地显示子帧中的每个图像分量。观察者的眼睛将积分显示的图像分量以便视觉上感知所预期的图像，其是所有所显示的图像分量的和。在等式1中计算的D_uv系数假设相等的子帧持续时间。该子帧持续时间可以随uv索引而改变，在该情况中，将需要利用子帧时间τ_uv来归一化特定D_uv。此类方案可以用于放宽数据驱动器的速度和精度需求。子帧图像积分也可以部分地在像素结构中执行，该像素结构可以保留图像数据，如在有源矩阵像素中那样。在该情况中，代替在每个子帧处重置图像信息，在每个子帧处更新存储在电容器中的相应信号。这在下面解释。 

基于有损压缩的分解允许人们忽略较高的空间频率分量系数D_uv。这些通常是具有高阶倾斜空间频率的分量，人眼对这些分量具有降低的敏感度。就4×4像素分组来举例，其将具有16个图像分量，该16个图像分量具有从D₀₀、D₀₁、D₀₂、D₀₃、D₁₀、D₁₁等直到D₃₃的系数和经过变换的基函数w^* ₀₀到w^* ₃₃，以及这些函数的逆(除了是空白图像的w^* ₀₀的逆之外)，如果我们使用所有16个分量则将准确地重构原始图像，假设修正的D₀₀系数保持非负。然而，在一般的移动视频情况中，某种程度上可以忽略倾斜空间分量。在某些情况中，仅使用水平和竖直图像分量的显示系统可能是令人满意的。为了改进图像准确度，也可以添加对角空间频率基函数的主导分量，诸如具有系数D₁₁、D₂₂和/或D₃₃的w^* ₁₁、w^* ₂₂和或w^* ₃₃。如果通过应用阈值(我们将忽略阈值以下的分量)图片质量被视为满意，则诸如w^* ₁₂w^* ₁₃w^* ₂₃等的倾斜分量也可以忽略。在比如JPEG和MPEG2帧内压缩的图像和视频压缩技术中，空间频率分量的序列是处于“zig-zag”顺序，这允许“EOB，，(块结尾)信号表示序列中剩余的系数是可忽略的。序列列出为w^* ₀₀、w^* ₀₁w^* ₁₀、w^* ₂₀、w^* ₁₁、w^* ₀₂、w^* ₀₃、w^* ₁₂、w^* ₂₁、w^* ₃₀、w^* ₄₀等直到发送了EOB为止。EOB之前的分量也可以具有可忽略的系数值。视频源编码因此可以具有可变序列长度，显示系统将与该可变序列长度匹配。如果没有分量是不可忽略的，则我们将对宏像素采用无损操作。还要 注意，取决于相同时间的源视频，不同的宏像素可以具有不同的压缩级别。此类情况例如可以发生在计算机监视器中，其中在操作期间，屏幕的区域可以具有停滞的图像，但是需要高准确度，诸如示出文本和高分辨率图像的窗口，或者我们需要高帧速率用于运动补偿但不一定需要无损图像再现方案的、具有快速移动图像的部分。通过掩模其中我们可以略过某些图像分量的不同宏像素区域，或不太频繁地更新宏像素图像，可以最优化图像准确度和功率。我们可以通过计算D_uv系数并且将它们与较早图像帧中的分量系数进行比较来决定哪个宏像素运行哪个准确度模式。因此可以区分快速移动的图像对慢慢移动的图像或停滞图像，以及准确的图像对有损压缩的图像。图8示出了通过使用智能控制器，屏幕不同区域上的不同宏像素可以如何具有不同的有效帧速率。 

在有源矩阵显示器中，其中像素电路可以具有保持D_uv系数值的电容器，我们可以分割若干子帧上的主导分量。这使得当我们重置值时电容器电荷不会改变太多。例如，在从w^* ₀₀分量到w^* ₀₁分量的转变中，宏像素中一半像素上的电容器电压将被重置为零，并且剩余一半像素上的电容器电压将被设置为D₀₁系数值。这需要列数据驱动器在子帧持续时间内充电和/或放电多达全电容器电压，其损失功率。代替地，可以保持之前的子帧数据直到帧的末尾为止，前提是利用子帧的数目对将保持在电容器上的数据进行归一化。为了阐明该情况，假设我们对16个子帧进行无损构造，每个子帧具有相等的持续时间。对帧的时间积分电压由等式3给出。在该等式中，假设分量D_uv*w^* _uv对于一个子帧持续时间处于接通，并且当子帧持续时间结束时将电容器重置为下一分量电压。代替地，可以在电容器上保持每个之前分量的一部分。w^* ₀₀分量持续时间于是将是16个子帧，因此其值将通过16归一化。假设第二子帧是w*₀₁D₀₁分量。该分量将持续15个子帧。将对该宏像素电容器重新充电，使得第二子帧处的电压等于D₀₀w^* ₀₀/16+D₀₁w^* ₀₁/15。针对每个分量重复该过程，将利用剩余子帧的数目对其进行归一化直到帧的末尾为止。将显示最后的分量，w^* ₃₃D₃₃将仅针对一个子帧有效，因此其值不被归一化。净效应将是在帧的末尾处，我们具有与等式3相同的积分图像信息。 

就以每秒30帧进行操作的VGA分辨率显示器以及4×4像素分组来定义宏像素为例，满足采用本发明的VGA分辨率的显示设备将使用： 

1.640×400像素阵列，针对每个颜色分量其被分组为160×100宏像素阵列。 

2.行和列选择信号掩模图案发生器，其将生成十六个正交基图案和逆图案。 

3.计算设备，其在每个帧处根据VGA分辨率图像计算针对每个颜色的相应D_uv分量。 

4.通过将关键系数D_uv与之前帧的所存储的值进行比较来确定期望的有效帧速率。 

5.设置对应于要被显示的D_uv系数的行和列选择图案。 

6.将与D_uv成比例的光信号应用于所有选择的像素。 

通过使用像素寻址掩模图案，对于VGA分辨率显示器，唯一寻址的像素的数目从768000(对于三个颜色)减小16倍，即下降到48000(对于三个颜色)。在显示器中存在16000个宏像素。像素驱动的原始图像数据速率取决于所期望的图像压缩的级别。对于无损图像重构，每个颜色每个宏像素存在16个图像分量。考虑8比特颜色系统。如果描述具有8比特准确度的每个分量系数D_uv，我们将需要184Mbps数据速率。这对应于每帧每个颜色每个宏像素16个分量×8比特＝128比特。在现实中，仅D₀₀分量需要具有全8比特准确度，而较高阶的分量可以具有较小的准确度。较高阶的分量通常将在幅度上通过因子0.5限制到较低阶的分量。因此，可以描述具有7比特精度的第一阶系数D₀₁和D₁₀，可以描述具有6比特精度的第二阶系数D₀₂、D₂₀、D₁₁，等等。因此，我们将不需要每帧每个颜色每个宏像素超过80比特，这将数据速率最优化降低到120Mbps。视频数据驱动器精度不需要满足整个帧的全8比特分辨率，并且通过当不需要时断开不需要的分量来使得其具有动态的分辨率。出于清楚的目的来任意定义三个压缩级别：无损压缩、中级和高级压缩。在实际的实施方式中，这些定义可以基于期望的图像质量而具有不同的形式。假设在中等压缩级别中，我们切去倾斜空间频率分量，诸如w^* ₁₂D₁₂、w^* ₁₃D₁₃、w^* ₂₃D₂₃等，但不切去w^* ₁₁D₁₁、w^* ₂₂D₂₂、w^* ₃₃D₃₃。然后，我们利用总共10个分量进行工作。这些分量将需要每帧每个颜色每个宏像素总共60比特。总数据速率降低到86Mbps。定义高压缩级别作为操作模式，其中我们忽略D₁₁、D₂₂、D₃₃。然后，我们将使用每帧每个颜色每个宏像素46比特。那么总数据速率是66Mbps。针对无损压缩情况，每帧需要更新行和列选择图案16次、针对中级压缩情况每帧需要更新10次、并且针对高级压缩情况每帧需要更新7次。对于每秒30帧，显示7个子帧需要每秒生成210个图案，或每子帧4.7msec。使用10个分量，我们将需要每秒生成300个图案，或每子帧3.3msec。对于无损图像再现，需要总共16个子帧，这等于每秒480个图案，需要每子帧2msec。这些值为数据驱动器提供了稳定时间界限。 

在本发明的特定实施例中，考虑基于LED的有源矩阵显示系统，但是本发明不限于此。该显示系统包括： 

1.640×400的红色、绿色和蓝色光生成的LED100的LED矩阵，总共768000个有源元素。 

2.许多视频数字-模拟转换器数据驱动器110，其向宏像素输出模拟信号。 

3.行和列开关矩阵210，其扫描宏像素阵列，利用掩模图案和视频数据选择将加载的宏像素。 

4.使用等式1确定宏像素图像系数的图像处理计算设备130和系数的定时控制。 

5.掩模图案生成开关网络140，其接通/断开宏像素内的对应于将显示的正交基函数的像素。 

像素以4×4阵列分组，因此每个红色、绿色和蓝色LED定义了宏像素，从而针对三个颜色存在48000个宏像素。可以同时选择不同颜色的宏像素，因为列视频数据来自于不同的数字-模拟转换器。足够快的数字-模拟转换器可以服务所有像素，或更大数目的数字-模拟转换器可以被采用以便放宽速度和驱动需求，如果需要的话。 

在图像处理器130中，将图像划分为宏像素阵列以便进行处理。对于每个宏像素，图像分解算法确定对应于将使用的每个颜色的每个正交基函数的系数。计算分解系数D_uv，其中u和v从0运行到3。这些系数是包括根据相应掩模图案w_uv的宏像素的16个像素值的和。在增加的分辨率中，可以从一到十六选择将使用的分解系数的数目。当需要图像的无损重构时，使用十六个系数的全集。当所有D_uv系数在幅度上都大于阈值时确定该模式。显示器的多个部分也可以在操作期间具有不同的压缩级别，图像处理器可以根据其计算的分解系数值来决定所述压缩级别。行和列选择块120扫描并选择将对其进行操作的宏像素。掩模图案发生器140是次级开关网络，其驱动通过基于计数器的逻辑或查找表而显示的与D_uv系数有关的图案。针对两个不同的宏像素大小在图4和图5中示出了图案。对于包括宏像素的4×4阵列，图案的序列是w^* ₀₀、w^* ₀₁、w^* ₀₂、w^* ₀₃、w^* ₁₀、w^* ₂₀、w^* ₃₀、w^* ₁₁、w^* ₂₂、w^* ₃₃、w^* ₁₂、w^* ₂₁、w^* ₁₃、w^* ₃₁、w^* ₂₃和w^* ₃₂。根据实施方式和视频统计，特定顺序可以不同。例如，通常在图像压缩中使用zig-zag扫描顺序，在该情况中，该顺序将是w^* ₀₀、w^* ₁₀、w^* ₀₁、w^* ₀₂、w^* ₁₁、w^* ₂₀、w^* ₃₀、w^* ₂₁、w^* ₁₂、w^* ₀₃、w^* ₁₃、w^* ₂₂、w^* ₃₁、w^* ₃₂、w^* ₂₃和w^* ₃₃。如果对于较高阶项忽略分解系数，则在任何点处计数器可以重 置或略过，从而降低总数据速率。 

在以宏像素的w^* ₀₀D₀₀分量开始的每个帧处扫描显示器。由140生成的行和列选择信号掩模在该情况中全是1，意味着选择了所有4行和4列。将所需的电压信号加载到视频数据存储器中，所述视频数据存储器可以是用于宏像素阵列的单个电容器，并且宏像素扫描前进到下一阵列。子帧扫描可以在访问所有48000个宏像素的时候结束。下一子帧将向每个宏像素加载w^* ₀₁D₀₁分量。在该情况中掩模发生器140将生成所需的信号用于将图案W₀₁加载到4×4像素阵列。如果D_uv系数是负的，则其也可以加载图案的逆。在扫描中，信号掩模可以针对每个宏像素改变，因为对于在扫描期间将加载哪个图像系数不存在限制。可以利用具有w_uv的掩模图案的特定D_uv来加载一个宏像素，而可以利用具有不同掩模图案的不同分量来在扫描中加载下一宏像素，因为对于一个宏像素而言，特定D_uv项可能可从显示中忽略并消除，而对于另一宏像素而言其可能是不可忽略的。每个宏像素可以具有不同的有效帧速率。而子帧更新速率是公共的，因为每个帧可以包括不同数目的子帧。宏像素也可以具有在视频内容的性质改变时由图像处理器改变的其帧速率。这可能如图9中所示的那样发生，在该情况中，背景图像无需具有高效的帧速率，但是可以通过在图像构造中合并更多的D_uv系数而以较高的准确度被表示，而可以通过较小数目的D_uv系数来表示移动对象、但是以较高的帧速率来更新该移动对象。 

具有基于LCD有源矩阵显示器的类似实施例也是可能。在该情况中，由于像素开关速度可能大大慢于基于LED显示器的像素开关速度，所以子帧持续时间更长。可以被挤在帧中的子帧的最大可能数目将受到限制。在此类情况中，人们可以采取驱动模式，其中w^* _uvD_uv分量的某个子集被显示在帧中，并且剩余的分量被显示在替代帧中，使得图片将具有最小失真。在此类情况中，将需要适当地对D_uv系数进行归一化。 

在某些基于LED的阵列(参见2007年9月27日提交的美国临时专利申请号60/975,772)或基于MEMS的数字微镜设备(1995年9月19日提交的美国专利申请号5,452,024)中，光元素仅可以处于接通或断开状态。可以通过脉冲宽度调制或通过比特平面(bitplane)调制来确定期望的光值。在此类实施例中，可以作为具有公共接通时间持续时间的宏像素的组来对像素寻址，但是利用1和0的已知基函数图案对数据进行“与”(AND)。子帧的数目再次等于使用的分量数目，或者最大的分量数目涉及宏像素大小。 

Claims (5)

1.一种显示具有M乘N个像素的图像的方法，包括：

选择共同形成M乘N像素显示器的多个宏像素分组中的每一个；

针对每个宏像素生成Walsh变换正交基函数图案；

确定用于各个图案的Walsh变换图像系数Duv；

对于为负的Walsh变换图像系数Duv，通过在所述图案中交换0值和+1值来使用Walsh变换正交基函数图案的逆以及在零图像系数D00的随后修正中使用对于各个图像系数Duv的绝对值；

通过确定适用于整个宏像素的图像系数D00（零系数）并且通过减去适用于所有图案的图像系数的和的一半来修正适用于整个宏像素的图像系数D00来抵消伪像，所述伪像由于使用对应于基函数的图案而产生，所述基函数将光乘以0或1；以及

响应于用于所述各个图案的图像系数来控制对于图案的宏像素内的像素亮度。

2.根据权利要求1所述的方法，其中当非零系数的和的一半大于零系数时，则进行空间频率滤波以消除某些非零系数和采用各个图案以保持非零系数的和等于或小于所述零系数。

3.根据权利要求1所述的方法，其中当非零系数的和的一半大于零系数时，则减少所述宏像素分组中的像素数目以保持非零系数的和等于或小于零系数。

4.根据权利要求1所述的方法，其中将用于控制宏像素内的像素亮度的图像系数针对图像内的不同宏像素并且逐个图像地改变。

5.根据权利要求1所述的方法，其中较低阶图像系数具有比较高阶图像系数更高的比特精度。