CN103985358B - 一种在电泳电子纸上播放视频的方法 - Google Patents

Abstract

本发明适用于视频显示技术领域，提供了一种在电泳电子纸上播放视频的方法，包括：抽取原视频中的每帧图像；进行视频图像优化，根据电泳电子纸的每一像素点的灰阶变化情况，选择驱动波形的编辑方案，以减少图像失真点；编辑驱动波形，改变灰阶变化的反应时间最长的像素点的灰阶值，将最长反应时间降为次反应时间；将驱动波形下载到电泳电子纸的控制器的查找表中；将处理过的视频图像下载到电泳电子纸的控制器中，进行视频播放。本发明将灰阶变化最长反应时间降为次反应时间，缩短了视频刷新速度，并同时实现了驱动波形的选择和图像修复，保证流畅清晰的播放视频，是一种有效的可实施性较佳的电子纸视频播放方案。

Description

一种在电泳电子纸上播放视频的方法

技术领域

本发明属于视频显示技术领域，特别涉及一种在电泳电子纸上播放视频的方法。

背景技术

电子纸，又称为数字纸，是一种信息载体，它同时具备传统纸张和电子显示器件的优良特性，既符合人们的视觉习惯，又方便、快捷、数字化控制盒规格多样化，同时又克服了传统纸张消耗自然资源多及信息不可更新、不能显示即时信息的问题。而相对于液晶显示器，电子纸显示又具有下列优势：1、双稳态显示，显示内容不发生改变时，可以不消耗其他能源长期保持不变，从而更加省电；2、阅读视角更广；3、更加符合人类视觉生理习惯，阅读舒适度更高；4、对人身体辐射和眼睛的伤害大大减少。因此电子纸显示具有较佳的实用性和发展空间。

电泳电子纸是基于电泳显示原理显示图像的，电泳显示是利用有颜色的带电球，通过外加电场，使带电球在液态环境中移动，呈现不同颜色的显示效果。电泳显示设备包括有源矩阵背板、时钟控制器和一系列实现电子纸显示的驱动。有源矩阵背板提供每个像素点的电压，薄膜晶体管(TFT)在时钟序列的作用下打开或者关闭，从而控制了加载在像素点上电压的时间，TFT源极直接向像素电极提供不同的电压序列，即驱动波形，用来驱动电泳颗粒实现灰阶正确显示，即驱动波形决定了显示灰阶，灰阶代表表现在黑白影像上的色调深浅的等级。典型的驱动波形包括：擦除原图像、刷新成黑色状态、刷新成白色状态及写入新图像。微胶囊中的电泳离子在驱动电压的作用下运动，微胶囊的概念是：把电泳显示液完全包封在一层半透膜中所形成的微小粒子中，微胶囊的使用抑制了电泳颗粒在大于胶囊尺寸范围内的团聚、沉积、侧移等缺点，提高了电泳显示器件的稳定性。

图1所示为一种电泳显示设备的基本结构，其具有公共电极01和像素电极02，左边的像素电极加负电压，显示白色灰阶，右边的像素电极加正电压，电子纸显示黑色灰阶。在该结构中，电子纸中的微胶囊03中，白色粒子04带负电，黑色粒子05带正电，左边部分像素电极加负电压时，黑色粒子05被吸引，白色粒子04被排斥并移动到显示界面，显示白色灰阶。右边部分像素电极加正电压，白色粒子04被吸引，黑色粒子05被排斥并移动到显示界面，显示黑色灰阶。

传统的电泳电子纸显示，可以实现图像的显示，但是却不能够流畅的播放视频，或者能够播放视频，但是是以增加处理器负担和降低图像质量为代价的。研发人员曾研究了电泳悬浮液和显示设备反映延迟的特性，提出了一种直驱动波形，可以有效的减少反应时间；还有研究人员将图像分为四种类型，根据显示图像的类型提出四种不同的驱动方案，这两种方法都提高了图像刷新速度，但是这种速度仍然不能流畅的播放视频文件；现有技术中也尝试过增加一个时间窗来调整粒子的移动速度与电压施加时间之间的不一致，从而缩短刷新时间，这种方法实现了在电子纸中播放视频，但是同时增加了处理器的负担，也降低了视频显示质量。因此，有必要提供一种新的电子纸显示方案，以提高图像刷新速度并保证显示质量。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在电泳电子纸上播放视频的方法，旨在提高图像刷新速度，实现流畅播放视频，并且减少图像失真，保证良好的显示质量。

本发明是这样实现的，一种在电泳电子纸上播放视频的方法，包括下述步骤：

抽取原视频中的每帧图像；

进行视频图像优化，根据电泳电子纸的每一像素点的灰阶变化情况，选择驱动波形的编辑方案，以减少图像失真点；

编辑驱动波形，改变灰阶变化的反应时间最长的像素点的灰阶值，将最长反应时间降为次反应时间；

将驱动波形下载到电泳电子纸的控制器的查找表中；

将处理过的视频图像下载到电泳电子纸的控制器中，进行视频播放。

本发明通过对灰阶变化时间最长的像素点的灰阶值进行变换，设计合适的驱动波形，将灰阶变化最长反应时间降为次反应时间，缩短了视频刷新速度，通过相应算法检测采用相应驱动波形导致的图像失真点，以减少失真点为标准确定一种驱动波形编辑方案，同时实现驱动波形的选择和图像的修复，在提高刷新速度的同时大幅度的减少了图像的失真点，保证流畅清晰的播放视频。与传统的播放视频的方法相比，其没有增加处理器的负担，对图像质量的影响也小得多，是一种有效的可实施性较佳的电子纸视频播放方案。

附图说明

图1是现有技术中电泳电子纸的基本结构及工作原理图；

图2是本发明实施例提供的在电泳电子纸上播放视频的方法的流程图；

图3是现有技术中电泳电子纸驱动波形设计原理图；

图4是本发明实施例提供的在电泳电子纸上播放视频的方法的驱动波形设计原理图(一)；

图5是本发明实施例提供的在电泳电子纸上播放视频的方法的驱动波形设计原理图(二)；

图6是本发明实施例提供的在电泳电子纸上播放视频的方法的图像处理示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述：

请参考图2，本发明实施例提供的在电泳电子纸上播放视频的方法包括下述步骤：

步骤S101，抽取原视频中的每帧图像；

步骤S102，进行图像优化，根据电泳电子纸的每一像素点的灰阶变化情况，选择驱动波形的编辑方案，以减少图像失真点；

步骤S103，编辑驱动波形，改变灰阶变化的反应时间最长的像素点的灰阶值，将最长反应时间降为次反应时间；

步骤S104，将驱动波形下载到电泳电子纸的控制器的查找表中；

步骤S105，将处理过的视频图像下载到电泳电子纸的控制器中，进行视频播放。

在本发明实施例中，步骤S101～S103是在计算机中进行，完成图像处理之后再将其写入电泳电子纸显示器中进行显示，图像处理过程和视频播放过程是两个相独立的过程，图像处理过程不会影响视频播放的刷新时间。

在本发明实施例中，步骤S102和步骤S103是实现驱动波形的选择和图像失真点修复的过程，通过选择一种驱动波形可缩短像素点灰阶变化的反应时间，进而提高刷新速度，同时实现失真图像的修复。具体原理如下所述：

如图3，现有的驱动波形设计是基于图3所示的原理，以黑、深灰、浅灰、白四级灰度为例，当某一像素点的灰阶变化为由黑至白，那么通过加载适当的驱动电压使得电泳粒子进行移动，需经历最长灰阶变化反应时间(两端等级灰度之间的变化时间)才能由黑刷新至白，相反的，由白至黑的过程也需要最长反应时间，。

针对上述问题，在本发明实施例中，提供两种驱动波形的编辑方案，方案A：如图4所示，将灰阶黑至白的变化情况重新定义为灰阶深灰至白，或者将灰阶白至黑的变化情况重新定义为灰阶浅灰至黑；方案B：如图5所示，将灰阶黑至白的变化情况重新定义为灰阶黑至浅灰，或者将灰阶白至黑的变化情况重新定义为灰阶白至深灰。选择任一种方案，都可以减少一级灰阶的反应时间，即将最长反应时间缩短为次反应时间。可以理解，图4和图5所示的情况仅是针对黑、深灰、浅灰、白四级灰度的情况，该方法还合适其他灰阶结构的情况，例如在深灰和浅灰之间还有至少一级灰色灰度，或者不包含纯黑与纯白，由色调深浅等级不同的多级灰色灰度构成。根据上述原理，只要当像素点的灰阶变化是在两端的灰度之间变化时，就将当前灰度变换到相邻级灰度，或者将下一灰度变换为相邻级灰度，便可以减少一级灰阶变化的反应时间。因此，上述方案A可以概括为：将灰阶变化反应时间最长的像素点的当前灰阶更改为相邻级灰阶，下一灰阶保持不变；上述方案B可以概括为：保持灰阶变化反应时间最长的像素点的当前灰阶不变，将下一灰阶更改为相邻级灰阶。

本发明实施例根据上述设计方案，编辑驱动波形，使像素点最长灰阶变化反应时间降为次反应时间，以提高图像刷新速度。可以理解，本发明实施例是对灰阶变化反应时间最长的像素点进行处理，对需要处理的每一像素点选择一种合适的驱动方案，对于灰阶变化反应时间较短的像素点不需要上述处理。

进一步地，在采用上述任一种驱动波形的编辑方案时，都会导致图像失真，因此，本发明实施例采用小波算法对原始图像进行处理，通过小波算法选择一种驱动波形的编辑方案，其选择标准就是减少图像的失真点，即通过小波算法查找视频图像的边缘，并确定边缘失真点，并以减少失真点为标准确定一种驱动波形的编辑方案，同时完成驱动波形的选择和图像的修复，在提高刷新速度的同时，保证视频质量，实现在电泳电子纸中流畅的播放视频。

具体地，首先抽取原视频图像，分析像素结构和采用现有电子纸显示技术的显示速度；其次，采用小波分析方法转换解析视频，提取采用上述两种驱动波形时的图像边缘，检测边缘失真点，并以减少失真点为标准选择一套驱动波形编辑方案，从而完成失真点的修复和驱动波形的选择；最后，将驱动波形加载到电泳电子的控制器的纸驱动波形查找表中，并将处理后的视频写入控制器。图6示出了通过小波算法进行视频图像的处理过程和处理结果，其中，(a)为视频中的一帧原图像；(b)为提取原图像的边缘；(c)为通过小波算法检测改变像素点灰阶值后的图像边缘；(d)为没有经过优化的失真像素点；(e)为通过小波算法优化之后的失真像素点；(f)为经过图像处理后的电子纸显示图像。由图6中的(d)和(e)可见，处理后的视频图像的失真点明显有所减少，由(a)和(f)可见，处理后的视频图像与原视频图像接近，没有明显的失真现象。

本发明实施例中所述的小波分析是在传统的傅里叶变换上建立和发展起来的，因此具有一定的分析非平稳信号的能力。小波分析引入了具有低通滤波作用的尺度函数和具有高通滤波作用的小波函数。多尺度小波边缘检测就是利用平滑函数在不同尺度下平滑所检测的信号，根据一次、二次微分找出它的突变点，一次微分的极大值点对应二次微分的零交叉点和平滑后信号的拐点。小波分析主要表现在高频的时间分辨率高，低频的频率分辨率高，即小波分析具有变焦特性，因此特别适合于图像信号的处理。实际上，由于各种各样的原因，图像中的边缘通常产生在不同的尺度范围内，形成不同类型的边缘。另外，由于图像中还存在噪声，因此，根据图像特性自适应的正确检测出图像的边缘是非常困难的。一般来说，只用单一的边缘检测算子不可能检测出所有的边缘，同时，为避免在滤除噪声时影响边缘检测的正确性，越来越多的人用多尺度的方法检测边缘。由于小波变换具有良好的时频局部化特性及多尺度分析能力，适合检测突变信号，是检测突变信号强有力的工具，因此较适合用于检测图像边缘，并得到了广泛的应用。

更具体地，小波分析为信号提供了一种更加精细的分析方法，它将频带进行多层次划分，对多分辨分析没有细分的高频部分进一步分解，并能够根据被分析的信号的特征，自适应的选择相应频带，使之与信号频谱相匹配，从而提高时频分辨率。本实施例采用小波(db小波)算法进行图像修复和驱动波形方案的选择，db小波是由法国学者InridDaubechies构造的小波函数，dbN中的N代表小波的阶数，db小波一般是通过正交尺度函数φ(t)加权组合来得到的，式(1)为其二尺度差分方程：

$\begin{array}{c}\mathrm{\φ}\left(t\right)=\sqrt{2}\underset{k=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{h}_0\left(k\right)\mathrm{\φ}(2t-k)\\ \mathrm{\ψ}\left(t\right)=\sqrt{2}\underset{k=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{h}_1\left(k\right)\mathrm{\φ}(2t-k)\end{array}$ 式中：h₁(k)＝(-1)^kh₀(1-k)(1)

小波包是包括尺度函数和小波母函数在内的一个具有一定联系的函数的集合。任一正整数都可用式(2)表示：

$n=\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{\ϵ}}_i{2}^{i-1}$ 式中：ε_i＝0、1(2)

小波包可以表示为式(3)、式(4)：

$W_n\left(\mathrm{\ω}\right)=\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Π}}}\left\{\frac{1}{\sqrt{2}}\underset{k=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{h}_0\left(k\right)e^{-\mathrm{jk\ω}}\right\}\left(\frac{\mathrm{\ω}}{2^i}\right)$ 式中：ε_i＝0(3)

$W_n\left(\mathrm{\ω}\right)=\underset{i=1}{\overset{\∞}{\mathrm{\Π}}}\left\{\frac{1}{\sqrt{2}}\underset{k=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{h}_1\left(k\right)e^{-\mathrm{jk\ω}}\right\}\left(\frac{\mathrm{\ω}}{2^i}\right)$ 式中：ε_i＝1(4)

在结点(j+1,p)处的小波包系数由式(5)给出：

$\begin{array}{c}{d}_{j+1}^{2p}\left(k\right)=\underset{m=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{d}_j^p\left(m\right)h_0(m-2k)\\ d_{j+1}^{2p+1}\left(k\right)=\underset{m=-\∞}{\overset{\∞}{\mathrm{\Σ}}}{d}_j^p\left(m\right)h_1(m-2k)\end{array}$ (5)

表1：小波包分解示意表

在表1中，(j,p)表示第j层的第p个结点，其中j＝0,1,2,3；p＝0,1,…,7，每个结点都代表信号一个特定频带的特征。其中，(0,0)结点代表原始信号，(1,0)代表小波包分解的第一层低频系数X₁₀，(1,1)代表小波包分解第一层的高频系数X₁₁，(2,0)表示第二层第0个结点的系数，依次类推。

对小波包分解系数重构，提取各个频带范围的信号。在结点(j,p)处的小波包系数重构算法如式(6)：

$d_j^p\left(k\right)=D_{j+1}^{2p}\left(k\right)*h_0\left(k\right)+D_{j+1}^{2p+1}\left(k\right)*h_1\left(k\right)$ (6)

和分别是和每两个点插入零后所得的序列。以S_n0表示X_n0的重构信号，S_n1表示X_n1的重构信号，S_n2表示X_n2的重构信号，等等。对于第n层的所有结点，总的信号S可以表示为：

$S=\underset{i=0}{\overset{2^n-1}{\mathrm{\Σ}}}{S}_{\mathrm{ni}}$ (7)

对于一个采样频率为mHz的样本信号，S_n0、S_n1、……、S_n(n-1)对应的频带为：

基于上述相应算法，可以实现视频图像的边缘检测、失真点检测、修复失真点、同时确定驱动波形的编辑方案。

可以理解，以上是通过小波算法进行图像优化的实施方式，还可以通过其他算法进行图像优化，实现驱动波形的选择和图像修复，利用其它算法进行视频图像优化并缩短刷新时间也包含在本发明的保护范围之内。

在试验中，采取四阶灰度(黑、深灰、浅灰、白)视频图像作为样本来验证本发明实施例提供的方案，用相机记录电泳显示的显示效果，其视频的刷新时间为100ms，可以比较流畅的播放视频，目前电泳显示器的刷新时间在500ms左右，在不增加处理器负担和降低图像质量的前提下无法播放视频。

本发明实施例通过上述两种驱动波形方案缩短了像素点灰阶变化的反应时间，提高了刷新速度，通过小波算法实现驱动波形的选择和图像的修复，在提高刷新速度的同时大幅度的减少了图像的失真点。虽然与未进行图像处理的情况相比，不可避免的增加了图像的失真，而少许像素点的失真并不会对图像质量造成视觉上的影响。与传统的播放视频的方法相比，其没有增加处理器的负担，对图像质量的影响也小得多，扩展了电泳电子纸显示器的应用，是一种有效的可实施性较佳的电子纸视频播放方案。本技术方案也可以应用到其它多级灰阶视频播放方案中。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种在电泳电子纸上播放视频的方法，其特征在于，包括下述步骤：

抽取原视频中的每帧图像；

进行视频图像优化，根据电泳电子纸的每一像素点的灰阶变化情况，选择驱动波形的编辑方案，以减少图像失真点；

编辑驱动波形，改变灰阶变化的反应时间最长的像素点的灰阶值，将最长反应时间降为次反应时间；

将驱动波形下载到电泳电子纸的控制器的查找表中；

将处理过的视频图像下载到电泳电子纸的控制器中，进行视频播放；

所述驱动波形的编辑方案包括如下两种：

方案A：将灰阶变化反应时间最长的像素点的当前灰阶更改为相邻级灰阶，下一灰阶保持不变；

方案B：保持灰阶变化反应时间最长的像素点的当前灰阶不变，将下一灰阶更改为相邻级灰阶。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每一像素点适用一种所述驱动波形的编辑方案。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灰阶至少包括：黑、深灰、浅灰、白；

所述方案A具体为：

将灰阶黑至白的变化情况重新定义为灰阶深灰至白，或者

将灰阶白至黑的变化情况重新定义为灰阶浅灰至黑；

所述方案B具体为：

将灰阶黑至白的变化情况重新定义为灰阶黑至浅灰，或者

将灰阶白至黑的变化情况重新定义为灰阶白至深灰。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述灰阶还包括介于所述深灰和浅灰之间的至少一级灰色灰度。

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述灰阶包括色调深浅等级不同的多级灰色灰度。

6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述方法利用小波算法进行视频图像优化，根据电泳电子纸的每一像素点的灰阶变化情况，选择驱动波形的编辑方案，以减少图像失真点。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，在所述的利用小波算法进行视频图像优化，根据电泳电子纸的每一像素点的灰阶变化情况，选择驱动波形的编辑方案，以减少图像失真点的步骤具体为：利用小波算法查找采用每种驱动波形的编辑方案后的视频图像的边缘，并确定边缘失真点，并以减少失真点为标准确定一种驱动波形的编辑方案，以修复失真图像。

8.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，所述电泳电子纸播放视频的刷新时间为100ms或低于100ms。