CN102668575B - 显示矩阵控制器和用于控制显示矩阵的方法 - Google Patents

Abstract

本发明的一个目的是一种显示矩阵控制器，其配置为驱动显示源视频信号的帧的显示矩阵（206、308），所述控制器包括：输入接口（203、204），其配置为对于待显示的每帧提供帧差信息，该帧差信息指定其值在待显示的帧与当前显示的帧之间变化的变化像素；亮度均衡器（210），其配置为控制所述帧的显示以对于待显示的每帧根据所述帧差信息将观众对亮度的感知级别均衡至预定级别；和矩阵驱动电路（205、307），其配置为接收所述帧差信息并且驱动通过仅仅重绘所述变化像素来显示待显示的所述帧的所述显示矩阵（206、308）。

Description

显示矩阵控制器和用于控制显示矩阵的方法

技术领域

本发明涉及显示矩阵控制。

背景技术

典型的视频显示单元，例如，LCD显示单元，包括能够显示接收的视频信号的视频信号帧的显示矩阵。典型的视频信号包括很多帧，当以适当的速度例如25帧每秒显示时，其提供给观众观看连续场景的感觉。典型的视频显示单元包括显示矩阵控制器，当要显示新帧时其重新编码显示矩阵的连续像素。重新编码可以通过将连续像素值传送至矩阵或者通过发送连续批的一组像素例如16像素来实现。对于大型显示矩阵，例如，具有1920×1080像素的分辨率(由ITU-R BT.709定义的全高清分辨率)，要重新编码的像素的数目相当大，并且，需要相当长时间来重绘帧。例如，典型的LCD显示器需要大约5ms来重绘当前显示帧以显示下一帧，该时间称为帧重绘时间。在美国专利第US7,271,793号“液晶显示器件、用于液晶显示器件的驱动方法和用于液晶显示器件的检查方法”中公开了示例性的LCD驱动电路。

立体视频信号包括交替的左和右帧，即，将由观众的左眼和右眼观看的帧，以高于单通道视频信号的速度显示，例如，60帧每秒。该信号可以通过所谓的快门眼镜例如LCD快门眼镜来观看，其操作与该显示同步。当显示左帧时，左镜片打开并且右镜片关闭，而当显示右帧时，左镜片关闭并且右镜片打开。在美国专利号4,424,529“远程触发的便携式立体观看系统”中公开了这种类型的基本立体系统。

重要的是同步快门眼镜的操作以致仅仅当真对于给定的眼睛全部重绘完时打开镜片，以便提供给观众完整的画面，其中，给定的眼睛将不会看到用于另一眼睛的帧的一部分。因此，在帧重绘期间，左镜片和右镜片都关闭。当以60帧每秒的速度显示帧时，分配给一只眼睛单一帧的时间是16,7ms，其中，帧显示11,7ms并且重绘5ms。在理想的情况下，当快门眼睛与显示完美同步时，定义观众的一只眼睛可以观看视频信号的时间的百分比的有效观看系数为11,7ms/2*16,7ms＝35％。对于具有更长重绘时间的较老类型的显示器，该系数可能更差，例如，对于10ms重绘时间为20％。实际上，可能有另外的需要引入以补偿各种信号延迟的快门关闭时间。已经进行了各种尝试来改进同步，以便在保持适当同步的同时达到高有效观看系数，例如，在美国专利第6,678,091号“一个或者更多快门与一系列图像同步的系统和方法”中公开的方法。

在通过快门眼睛观看立体视频信号的情况下，有效观看系数越低，观众眼睛接收的信息越少并且所观看信号的印象越差，这归因于越差的亮度百分比，因为与典型的单通道信号相比信号仅仅被观看一部分时间。本发明的目的是改进观众在观看立体视频信号时的印象。该目的通过提供一种用于控制显示矩阵的改进方法和一种改进的显示矩阵控制器来实现，其减少帧重绘时间并且对于立体视频信号的全部帧提供均衡的亮度百分比。

发明内容

本发明的一个目的是一种显示矩阵控制器，其配置为驱动显示矩阵以显示源视频信号的帧，所述控制器包括：输入接口，其配置为对于待显示的每帧提供帧差信息，其指明其值在待显示的帧与当前显示的帧之间变化的变化像素；亮度均衡器，其配置为控制所述帧的显示以便对于待显示的每帧根据所述帧差信息将观众对亮度的感知级别均衡至预定级别；矩阵驱动电路，其配置为接收所述帧差信息并且驱动所述显示矩阵以通过仅仅重绘所述变化像素来显示待显示的帧。

所述输入接口可以包括配置为接收具有嵌入的帧差信息的编码源帧并且从所述编码源帧中提取所述帧差信息的帧解码器。

所述显示矩阵控制器可以进一步包括：下一帧缓冲器，其配置为存储所述待显示的源视频信号的帧；当前帧缓冲器，其配置为存储所述源视频信号的所述当前显示的帧；并且所述输入接口可以包括配置为从所述下一帧缓冲器接收待显示的帧和从所述当前帧缓冲器接收当前显示的帧并且比较所述待显示的帧与所述当前显示的帧的像素值以生成所述帧差信息的帧比较器。

所述亮度均衡器可以包括配置为处理所述帧差信息以使得所述帧中变化像素的量等于预定像素变化量的像素变化优化器。

所述像素变化优化器可以配置为在所述帧差信息包括低于所述预定像素变化量的变化像素量的情况下选择将要变化的更多像素。

所述像素变化优化器可以配置为在所述帧差信息包括低于所述预定像素变化量的变化像素量的情况下删除在所述帧差信息中指明的一些像素。

所述亮度均衡器可以包括配置为根据所述待显示的帧中变化像素的量控制所述显示矩阵亮度级别的亮度级别控制器。

本发明的另一目的是一种显示单元，其包括根据前述内容所述的显示矩阵控制器。

本发明的再一目的是一种用于控制显示源视频信号的帧的显示矩阵的方法，所述方法包括步骤：接收帧差信息，其指明其值在待显示的帧与当前显示帧之间变化的变化像素；控制所述帧的显示以便对于待显示的每帧根据所述帧差信息将观众对亮度的感知级别均衡至预定级别；和驱动所述显示矩阵以便通过仅仅重绘所述变化像素来显示所述待显示的帧。

所述方法可以进一步包括接收具有嵌入的帧差信息的编码源帧并且从所述编码源帧中提取所述帧差信息的步骤。

所述方法可以进一步包括接收源视频信号的所述待显示的帧，召回所述当前显示的帧，和比较所述待显示的帧与所述当前显示的帧的像素值以生成所述帧差信息的步骤。

均衡观众对亮度的感知级别可以包括处理所述帧差信息以使得所述帧中变化像素的量等于预定像素变化量。

均衡观众对亮度的感知级别可以包括根据所述待显示的帧中变化像素的量控制所述显示矩阵亮度级别。

本发明的又一目的是一种计算机程序，其包括用于当所述程序在计算机上运行时实施上述方法的全部步骤的程序编码装置。

本发明的再一目的是一种计算机可读介质，其存储当在计算机上执行时实施上述计算机执行方法的全部步骤的计算机可执行指令。

附图说明

本发明将参照附图进行描述，其中：

图1示出数字视频源信号的示例性源帧和指示连续源帧之间的差的差帧；

图2示出根据本发明的显示矩阵控制器的结构的实施例；

图3示出用于控制数字视频源信号显示的方法；

图4示出用于优化变化像素的量的方法；

图5A和5B示出亮度校正因子对变化像素的量的示例性关系。

具体实施方式

图1示出数字视频源信号的示例性源帧111-114和指示连续源帧之间的差的差帧121-123。为了清楚起见，图1中示出的信号包括相对小的帧，10×10像素。然而，该概念可延伸至具有更大帧的信号，例如，720×576像素(ITU-R 601PAL格式)或者1920×1080像素(由ITU-R BT.709定义的全高清分辨率)。差帧121指示帧112与111之间变化了20像素，差帧122指示帧113与112之间变化了12像素，并且差帧123指示帧114与113之间变化了4像素。典型的显示矩阵控制器配置为重绘整个矩阵以显示连续的源帧。然而，可以从差帧中看出，当源帧112在源帧111之后显示时，仅仅20％的像素需要重绘，当源帧113接着显示时，仅仅12％的像素需要重绘，并且当源帧114接着显示时，仅仅4％的像素需要重绘。

根据图1的视频信号可以具有定义该视频信号中传达的整个事件的帧之间变化像素的最大数目的嵌入信息。应当理解，关于变化像素的数目，不同事件可以具有不同的参数。该值可取决于事件覆盖内容的种类。例如，不同的值可用于访谈事件而另一值将用于动作片。

因此，在具有小数目的要重绘的像素的帧的情况下，显示帧的时间可以通过将矩阵驱动电路配置为仅仅重绘变化像素来减少。然而，这种方案可能导致观众对具有不同量的变化像素的帧的亮度不同级别的感知，这归因于这些帧被观众通过快门眼镜观看不同持续时间这一事实。因此，为了不但实现减少的显示帧时间从而实现更高的有效观看系数，而且实现级别均衡的亮度感知，显示矩阵控制器进一步包括亮度均衡器，其配置为控制帧的显示以便对于每个显示帧，根据帧中变化像素的量将观众对亮度感知的级别均衡为预定级别。

提供了用于均衡观众对亮度感知的方法的两个示例性实施例，即，帧中像素的量的变化和校正全部像素的亮度。在第一种情况下，对帧显示的控制是通过处理帧以使得帧中变化像素的量等于预定像素变化量来实现，其确保每帧将以相同长短的时间来重绘。在第二种情况下，对帧显示的控制是通过根据待显示帧中变化像素的量控制显示矩阵亮度级别来实现，即，对于具有较小量的变化像素的帧，相对于具有较大量的变化像素而以更长时间重绘的帧，应用较小的亮度校正因子。

图2示出根据本发明的显示矩阵控制器的结构的实施例。该显示矩阵控制器可以配置为接收具有嵌入的帧差信息的预处理编码源帧(ESF)和/或不具有嵌入的帧差信息的典型源帧(SF)。

待显示视频信号的典型源帧(SF)被下一帧缓冲器201接收。当前显示帧，即，之前接收的帧，被存储在当前帧缓冲器202中。当前显示帧和待显示的帧被输入帧比较器203，其确定帧之间的差。帧比较器203输出具体说明的变化像素，其值在待显示的帧与当前显示帧之间变化。

具有嵌入的帧差信息的预处理编码源帧(ESF)被帧解码器204接收，其配置为从编码源帧提取帧差信息。预处理编码源帧可以提供自与显示矩阵控制器同样嵌入的视频显示单元中的信号编码器，或者外部信号编码器，例如，嵌入在数字视频播放器、PC计算机或者数字电视机顶盒中的编码器。

因此，帧比较器203和帧解码器204都用作输入接口，其配置为提供帧差信息、具体说明的其值在待显示的帧与当前显示帧之间变化的变化像素。

帧差信息可以具有如图1所示的差帧的形式。帧差信息还可以包括定义变化像素的像素行位置、像素列位置和像素值的一系列值，被例如通过行数接着通过列数排列。例如，对应于图1中所示差帧123的帧差信息可以具有如下形式：

{5,5,1；5,6,1；6,5,1；6,6,1}

可选地，还可以给出具体说明变化像素总量的数目以避免计算该参数的需要。在上述例子中，数目“4”将被给出。

来自帧比较器203或者帧解码器204的帧差信息被输入亮度均衡器210，其配置为控制帧的显示以便对于每个待显示的帧根据帧差信息将观众对亮度感知的级别均衡为预定级别。观众对亮度感知的级别取决于观众观看该帧的持续时间，即，该帧的有效观看系数，以及当该帧被显示时显示的亮度级别。

亮度均衡器可以包括像素变化优化器211和/或亮度级别控制器212。

像素变化优化器211配置为处理帧差信息以使得帧中变化像素的量等于预定像素变化量。因为由矩阵驱动电路205重绘帧的时间与待重绘像素的数目成比例，因此通过将每帧中变化像素的量均衡至预定像素变化量，每帧将以相同时间被矩阵驱动电路205重绘。因此，每帧的有效观看系数将相同，并且，对于每帧观众对亮度感知的级别将等于预定级别。像素变化优化器211的详细操作参照附图4进行描述。

亮度级别控制器212配置为根据待显示帧中变化像素的量控制显示矩阵亮度级别，并将亮度控制信号发送至矩阵驱动电路205。对于具有更大量新像素、其被以更长时间重绘并因此被观众观看更短时间的帧，相对于具有更小量新像素、其被以更短时间重绘并因此被观众观看更长时间的帧，总矩阵亮度设置为更高值。观众观看帧时间越短，由眼睛收集的光越少，并且，该帧的亮度被感知为更暗。因此，如果根据帧中变化像素的量控制每帧的亮度级别，对于每帧观众感知亮度的级别将相同。

如果亮度均衡器210仅仅包括像素变化优化器211或者亮度级别控制器212中的一个，也是足够的。可选地，亮度均衡器可以包括这两个模块并且根据变化像素的量或者内容类型选择要使用的模块。有时，观众基于主观认知可能优选使用像素变化优化器211而不是亮度级别控制器212，因此可以提供给用户选择亮度均衡器210如何操作的选项。

例如，如果源视频信号的大部分帧包括大量变化像素，那么可能优选使用亮度级别控制器212而不是像素变化优化器211，其可能引入更多变化，导致帧内容的退化。在亮度均衡器210并不包括像素变化优化器211或者像素变化优化器211无效的情况下，帧差信息从输入接口203、204直接发送至矩阵驱动电路205。

帧差信息被矩阵驱动电路205接收，其配置为接收帧差信息并且驱动显示矩阵206以通过仅仅重绘变化像素来显示待显示的帧。矩阵驱动电路205还可配置为周期性地重绘不变限速，如果显示矩阵206要求全部像素在特定周期内重绘的话。不变像素可以在变化像素之后或者之前重绘。在这种情况下，显示矩阵控制器可以配置为控制快门眼镜打开和关闭时间以致快门眼镜仅仅在重绘变化像素的周期期间关闭，和以致快门眼镜在重绘不变像素的周期期间打开，因为不变像素的重绘，如同不变像素的刷新对于观众是不可见的。

已接收上述描述图1中所示差帧123的示例性信号的矩阵驱动电路205，将连续将第5行第5列重新编程为值1，将第5行第6列重新编程为值1，将第6行第5列重新编程为值1并且将第6行第6列重新编程为值1。因此，相对于全部帧重新编程的情况下的100个重新编程步骤，这一操作仅仅包括4个重新编程步骤。

图3示出用于控制数字视频源信号的显示的方法。该方法的第一部分可以在从源视频流接收具有嵌入的帧差信息的预处理编码源帧的情况下根据步骤301-302执行，或者在从源视频流接收不具有嵌入的帧差信息的典型源帧的情况下根据步骤303-305执行。因此，在步骤301中接收待显示的编码源帧，并且在步骤302中从编码源帧提取帧差信息。可选地，在步骤303中接收待显示的典型源帧，在步骤304中召回当前显示的典型源帧(其是在该程序之前循环中在步骤303中接收的帧)，并且在步骤305中通过比较和指定待显示的帧与当前显示帧之间像素差确定帧差信息。在步骤306中，将在步骤302或者305中收集的帧差信息提供给亮度均衡。除了帧差信息，该系统需要建立将在视频信号中传达的事件的整个过程中发生的像素阈值。该像素阈值将允许建立无需矫正的最小感知亮度。典型地，该变化级别将分配至最大显示亮度。如果变化像素的数目低于像素阈值，则设置显示亮度也将变得更低以补偿更长的观看时间。

亮度均衡可以根据步骤307或者308执行，这取决于该方法的具体实施，以控制帧的显示以便对于待显示的每帧根据帧差信息将观众对亮度的感知级别均衡至预定级别。根据图4所示的流程，在步骤307中，变化像素的量被通过处理帧差信息以使得帧中变化像素的量等于预定像素变化量来优化。在步骤308中，根据图5A或者5B所示亮度曲线确定显示亮度级别。接着，变化像素显示在显示矩阵上，其中，变化像素的量被优化或者显示矩阵的总亮度级别被调整至帧重绘的时间。

图4示出用于优化变化像素的量的方法。在步骤401中，接收像素阈值量，其可以在整个源视频信号过程中恒定或者对于源视频信号的片段恒定。在步骤402中，接收待显示帧的帧差信息，其相对于当前显示的帧指定变化像素。接着，在步骤403中，与像素阈值量比较待显示帧内的变化像素的量。在量相等的情况下，帧内像素的量已被优化并且在步骤409中提供来显示。

在帧差信息包括少于像素阈值量的变化像素的情况下，在步骤404中选择将要变化的更多像素，以使得变化像素的总数目等于或者基本等于像素阈值量。将要变化的更多像素可以选自在屏幕边界所示的像素，其对于观众更加不可见。在步骤405中，通过使选择的更多像素变化最小量，以便限制它们的变化对于观众的可见性。例如，像素颜色可以变化1。这一变化将不会被典型观众的眼睛识别。

在帧差信息包括多于像素阈值量的变化像素的情况下，在步骤406中选择删除一些像素，以使得变化像素的总数目等于像素阈值量。将要变化的像素可以根据各种算法来选择。例如，可以选择删除其值至少在待显示帧与当前显示帧之间不同的像素。此外，将要删除的像素可以从属于一个或者更多帧区域例如线或者宏块的像素选择。另外，该流程可以分析多个连续帧的帧差信息，并且删除仅仅在单一帧之间变化的像素，即最大可能地表示噪声而不是帧内容的有意变化。在步骤408中，删除的像素被增加至用于待显示的下一帧的帧差信息中，以便在该下一帧的分析期间将其考虑进去。

最后，在步骤409，提供包括等于预定像素阈值量的变化像素量的优化的帧差信息以便在显示矩阵处显示。

像素阈值可以从接收的视频信号读取，或者由可以测试各种阈值设置的观众随机设置。

图5A和5B示出亮度校正因子对变化像素量的示例性关系。将要变化的像素的量影响有效观看系数，即，像素变化越多，帧重绘时间越长并且因此快门眼镜打开的时间越短并且因此有效观看系数越低。观看具有较低有效观看系数的信号要暗于具有较高有效观看系数的信号，其在快门眼镜打开时被观众眼睛以更长时间间隙感知。为了提供对信号亮度的校正感知，亮度级别控制器212配置为控制显示矩阵亮度级别，例如，通过亮度校正因子，具体说明在静态信号的典型亮度级别之上亮度增加的量。亮度校正因子相对于变化像素的量可以如图5A所示是线性的，或者，如图5B所示是非线性的，这取决于显示矩阵控制器操作的方式和对于给定变化像素量重绘帧需要的时间。

本领域技术人员可以容易地认识到，前述用于控制视频信号的显示的方法可以通过一个或者更多计算机程序来执行和/或控制。这些计算机程序典型地通过利用例如个人计算机、个人数字助理、手机、数字电视的接收器和解码器或者类似物等的计算器件中的计算资源。应用程序被存储在例如闪存存储器的非易失性存储器，或者例如RAM的易失存储器中，并且由处理器执行。这些存储器是用于存储包括实施根据这里所示技术概念的计算机执行方法的全部步骤的计算机可执行指令的计算机程序的示例性记录媒体。

本发明可以使用任何显示器来实施，例如，在计算机显示器、电视显示器、手机、PDA或者手提电脑上。

虽然这里所示发明已经进行描述和说明，并且已经参照具体优选实施例进行定义，但是在之前说明书中的这些参考和实施例子并不意味着对发明的任何限制。然而，显而易见的是，可以进行各种修改或者变化而不脱离该技术概念的更广范围。所示优选实施例仅仅是示例性的，并且不是这里所示技术概念的范围的穷举。因此，保护范围并不限制于说明书中描述的优选实施例，而是仅仅由随后的权利要求限制。

Claims (13)

1.一种立体显示矩阵控制器，其配置为驱动显示矩阵以显示立体源视频信号的帧，所述控制器包括：

输入接口，其配置为对于待显示的每帧提供帧差信息，所述帧差信息指定值在待显示的帧与当前显示帧之间变化的变化像素；

矩阵驱动电路，其配置为接收来自所述输入接口的所述帧差信息并且驱动所述显示矩阵以通过仅重绘所述变化像素来显示所述待显示的帧；以及

亮度均衡器，其配置为控制帧的显示，以便对于待显示的每帧根据来自所述输入接口的所述帧差信息将由通过所述矩阵驱动电路仅重绘所述变化像素导致的、观众对亮度的感知级别均衡至均衡的预定级别。

2.根据权利要求1所述的立体显示矩阵控制器，其中，所述输入接口包括被配置为接收具有嵌入的帧差信息的编码源帧并且从所述编码源帧中提取所述帧差信息的帧解码器。

3.根据权利要求1所述的立体显示矩阵控制器，进一步包括：

下一帧缓冲器，其配置为存储所述源视频信号的所述待显示的帧；

当前帧缓冲器，其配置为存储所述源视频信号的当前显示的帧；和

其中，所述输入接口包括帧比较器，所述帧比较器配置为从所述下一帧缓冲器接收所述待显示的帧和从所述当前帧缓冲器接收所述当前显示的帧并且比较所述待显示的帧与所述当前显示的帧的像素值以生成所述帧差信息。

4.根据权利要求1所述的立体显示矩阵控制器，其中，所述亮度均衡器包括配置为处理所述帧差信息以使得帧中变化像素的量等于预定像素变化量的像素变化优化器。

5.根据权利要求4所述的立体显示矩阵控制器，其中，所述像素变化优化器配置为在所述帧差信息包括低于所述预定像素变化量的变化像素量的情况下选择待变化的更多像素。

6.根据权利要求4所述的立体显示矩阵控制器，其中，所述像素变化优化器配置为在所述帧差信息包括多于所述预定像素变化量的变化像素量的情况下删除在所述帧差信息中指定的一些像素。

7.根据权利要求1所述的立体显示矩阵控制器，其中，所述亮度均衡器包括配置为根据所述待显示的帧中变化像素的量控制所述显示矩阵亮度级别的亮度级别控制器。

8.一种显示单元，其包括根据权利要求1-7中任一项所述的立体显示矩阵控制器。

9.一种用于控制显示矩阵以显示立体源视频信号的帧的方法，所述方法包括以下步骤：

接收来自输入接口的帧差信息，所述帧差信息指定值在待显示的帧与当前显示的帧之间变化的变化像素；

驱动所述显示矩阵，以基于所述帧差信息通过仅重绘所述变化像素来显示所述待显示的帧；以及

经由亮度均衡器控制帧的显示以便对于待显示的每帧根据来自所述输入接口的所述帧差信息将由通过矩阵驱动电路仅重绘所述变化像素导致的、观众对亮度的感知级别均衡至均衡的预定级别。

10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括接收具有嵌入的帧差信息的编码源帧并且从所述编码源帧中提取所述帧差信息的步骤。

11.根据权利要求9所述的方法，进一步包括以下步骤：接收源视频信号的所述待显示的帧，召回所述当前显示的帧，并比较所述待显示的帧与所述当前显示的帧的像素值以生成所述帧差信息。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，均衡观众对亮度的感知级别包括处理所述帧差信息以使得帧中变化像素的量等于预定像素变化量。

13.根据权利要求9所述的方法，其中，均衡观众对亮度的感知级别包括根据所述待显示的帧中变化像素的量控制所述显示矩阵亮度级别。