CN1056929C - 使用空间光调制器的显示系统的数字存储器 - Google Patents

Abstract

一种数字显示系统中使用的存储器，它带有用于行随机存取的控制装置。所述显示系统还带有一套输入寄存器和两套输出寄存器。在像素数据被处理前输入寄存器接收像系数据。存储器通过第一套输出寄存器将该数据送回处理器进行处理。输入寄存器接收已经处理的像素数据。由位选择器在第二套输出寄存器的输入或输出进行控制，第二套输出寄存器传送数据位面至SLM。

Description

使用空间光调制器的显示系统的数字存储器

本发明涉及图像显示系统，尤其涉及一种数字存储器，所述存储器用于处理图像数据并使用空间光调制器来显示实时图像的显示系统中。

目前正越来越多地以采用空间光调制器(SLM)的实时显示系统来取代使用阴极射线管(CRT)的显示系统。

SLM系统可提供高分辨率的显示，且无需如同使用CRT系统时那样要求，在显示前将数字数据转换为模拟形式。

可变形镜器件(DMD)是一种形式的SLM，且它可用于投影显示装置中。一个DMD具有一个微机械镜元件的阵列，每个镜元件分别可由电子数据进行寻址。每一镜元件根据其寻址信号的状态移动从而将光反射或不反射到图像平面上。其它SLM基于相同的原理工作，其像素元件与其它像素元同时放出光或反射光，从而通过对像素元寻址而不是通过扫描像素元来产生完整的图像帧。

与其它数字图像处理系统相同，在采用SLM的系统中处理系据时处理器对像素数据进行运算。一个个像素、一行行、一个个帧场地排列隔行扫描数据。用扫描变换技术从帧场中产生帧。未隔行扫描的数据已被排列为帧。对像素数据采用例如色空间变换、定标及扫描变换的处理手段。

然而，在采用SLM的系统中，在显示前必须将数据排列在位面中。换言之，必须将位电平数据输送至SLM从而每一像素可根据其像素数据的值“开”或“关”一段时间。一个位面表示具有相同数字权重的所有像素的所有位。对于具有n位分辨率的像素而言，每一图像帧具有n个位面。

由于这些不同的数据格式，使SLM系统使用分立的存储器来提供将被处理的像素数据和向SLM提供位面数据。为了实现数字处理，第一存储器将像素数据送至处理器，第二存储器输送位面数据至SLM。

本发明的第一方面在于一种用于数字显示系统的存储器，所述数字显示系统带有用来完成像素处理的处理器，它还带有一具有位可寻址像素元的空间光调制器(SLM)。一个存储阵列存储图像数据，它至少具有一图像帧字长的容量。一个行解码器存取存储阵列的所选择行。多个输入寄存器接收来自数据源的像素数据用来储存在阵列中，它至少具有所述图像帧一行字长的容量。多个处理输出寄存器在来自存储阵列的像素数据被完全处理前将其传输至处理器，它至少具有所述图像帧一行字长的容量。多个SLM输出寄存器将来自存储阵列的数据传送至SLM，它至少具有所述图像帧位面的一行字长的容量。一个位选择器控制SLM输出寄存器，从而使它们将数据的位面传送至SLM。一个存储控制器控制通过寄存器读入或写出存储阵列的操作的寻址及定时。

本发明技术上的优点在于，一个存储器可被用来向处理器提供像素数据，同时它也被用来传送位面数据至SLM。这减少了数字部件的芯片数量及管脚数量，从而降低了采用SLM投影系统的造价。

图1和1A是一根据本发明、采用SLM的显示系统的方框图，所述显示系统带有一个存储器。

图2更为详尽地示出了图1的处理器和存储器。

图3示出了存储器的一部分。

图4示出了使用存储器存储受处理器限制和受SLM限制的两种数据的方法的步骤。

图5和6示出了图3寄存器中所存储数据的次序。

图7示出了具有特定性质例如画中画的图像是如何被读入存储器的。

图8示出了图3中用来完成特定的存储器被修改后的形式。

美国专利第5,079,544号、题为“标准化独立数字显像系统”的一文及美国专利申请第号(代理文档号：TI-17855)、题为“DMD显示系统”一文中对DMD式数字电视系统进行了全面的描述，这两件专利均被转让给德克萨斯仪器股份有限公司，并作为参考文献被结合入本文。

美国专利申请第07/678,761号、题为“脉冲宽度调制显示系统中使用的DMD结构及定时”(代理文档号：TI-15721)描述了一种型式的DMD式显示系统，它作为参考文献被结合入本文。它还描述了一种对用于该系统的显像数据格式化的方法及调制位面以提供变化像素亮度的方法。在美国专利第07/809,816号、题为“白色光增强色场序列投影”(代理文档号：TI-16573)中描述了用带有色盘、提供序列彩色图像的用于DMD式投影系统的通常使用方法。该文作为参考文献被结合入本文。

图1是SLM式显示系统10的方框图，它从由显像信号中取样得的像素数据中产生彩色图像。虽然下文仅对用于广播电视信号的接收器进行描述，可以理解接收器10可以是用来接收一模拟混合显像信号并显示该信号所表示的图像的任一种装置。图1A是相似的系统10a的方框图，其中图像数据输入信号已表示数字数据。在这里将系统10和10a均称为“数字显示系统”。在图1和1A中，仅示出对于像素处理和位面变换具有重要作用的部件，未示出其它部件，例如那些用于同步化处理和声音信号处理的部件。

本发明中采用的存储器15具有多种功能，这对于系统10或系统10a均有利。系统10和10a的共同特点是存储器15提供数据至处理器14从而进行处理，同时它提供数据至SLM16从而用于显示。换言之，存储器15结合了像素处理存储器和位面变换存储器的功能。因而，在系统10和10a中仅需使用一个存储器装置。

为了便于举例，这里直接对系统10a进行描述，且假定处理器14的功能是将隔行扫描帧场变换为帧。存在各种非隔行扫描的算法，例如行倍加、行平均值、中值滤波及移动适配。典型的非隔行扫描算法是处理器14将来自不同行的像素数据相加，无论它们是同一帧场的或是暂时相邻的帧场中的。系统10或系统10a的其它可能具有的处理功能是定标、色空间变换及图面质量控制。上述每种功能中，处理器14均对像素数据进行运算。可用这里所述的方法在处理器14和存储器15间使像素数据向后和向前移动，并进行适当的计算机处理来完成上述任一种功能。

为了举例，现假设有这样一个图像，它每行有768个像素、每帧有576行、每个像素8位。对于8位像素而言，行的字长为8×768或6144位。实际应用中，更为典型的像素字长24位，其中三种颜色各占8位。由于帧和像素字长的不同将使这里所述的存储器的容量有所不同。

参见系统10，信号接口单元11接收一模拟视频信号并使视频同步和声音信号分开。它将视频信号传送至A/D转换器12a和Y/C分离器12b，它们将该信号变换为数字显像信号并分别完成亮度/色度分离。虽然图1的接收器10在Y/C分离之前进行A/D变换，对于除了数字Y/C分离之外的模拟分离而言，可将此步骤的顺序颠倒。

Y/C分离器12b和处理器14间插接了帧场缓冲存储器13。所述帧场缓冲存储器用于帧场传播。由于SLM式系统10和10a不需要垂直消隐时间，可将帧场间多余的时间用来增加可用于处理数据并将位面加至SLM16的时间。帧场缓冲存储器13可具有其它与色盘同步及定标关的功能。如图1中所示，在某些步骤中例如在移动适配非隔行扫描中，可直接从帧场缓冲存储器13中将数据传至处理器14，以取代将其先写入存储器15。

处理器14通过完成各种处理步骤来准备好用于显示的数据。如上文所述，处理器14对像素数据进行处理。

存储器15由帧场缓冲存储器13接收像素数据。然后存储器15在适当的时间将像素数据传送至处理器14以进行处理。处理后，存储器15再次接收像素数据，如上文所述，在存储器15和处理器14间传送数据的过程将根据不同处理任务的次数而重复。所有处理完毕后，已准备好将数据传送至SLM16，就这点而言，数据已完全处理完毕。在存储了已经完全处理数据的每一帧后，存储器15将该帧的位置传送至SLM16。下文结合图2-4描述了完成像素数据及位面输出两个任务的存储器14的特性。

SLM16可以是任一种形式的SLM。虽然这里仅对DMD型的SLM作了描述，为了完成本文所述的方法也可采用其它型式的SLM来代替系统10或10a。例如，SLM16可以是LCD-型的SLM。美国专利第4956619号、题为“空间光调制器”的一文中对适宜的DMD作为详尽描述，该文作为参考被结合入本文。

显示单元17由SLM16接收图像，且将图像提供至图像平面例如显示屏幕。如果系统10或10a处理彩色数据，显示单元17可包括一色盘，所述色盘旋转从而每一位面通过相应的彩色滤波器传输。主定时单元18提供多种系统控制功能。

图2更为详尽地示出了处理器14和存储器15。如上文所指示的那样，存储器16具有至少两个图像帧的容量，就这一点而言，存储器15是一双重缓冲存储器。在一帧期间(它通常为1/60秒)第一区域15a最多存储可用于处理的一帧数据。在这一同一帧期间，第二区域15b存储被加至SLM16的一帧数据。在帧期间结束时，区域15a被将传送至SLM16的一帧数据所充满，而区域15b因其间的数据已被送完而空出。每一帧期间对对这两个区域15a和15b进行往复交换控制。在区域15b已将其数据传送至SLM16后，它成为将数据提供给处理器14的区域。同时，完全充满已处理数据的区域15a成为将数据传送至SLM16的区域。

如上文所述，存储器15由两个不同的源接收像素数据。有时它从帧场缓冲存储器13接收像素数据。在其它时间它由处理器14接收像素数据。多路传输器21根据定时功能将适宜的数据引至存储器15的写入端22。存储器15同样带有一个用来将数据传送至处理器14的读出端。所述端22和23可同时工作，从而在写入像素数据的同时读出不同的像素数据。

控制单元25接收来自主定时单元18的定时信号，并接收来自处理器14的地址信号。DMD式投影系统中实时图像显示所需的数据速率是多个其它专利申请例如上文中作为引用结合入本文的美国专利第07/678,761号中所解决的对象。为了寻址，控制单元25包括用于行随机存取的地址解码器。即，它可独立地存取任一行数据。例如，写入一个帧场的隔行扫描像素数据后，仅可写入奇数行或偶数行。地址和控制线(未示出)用来确定哪一行被存取。

图3示出了存储器15的一部分，它被标为存储器单元30。在这一实施例中，每一存储器单元30具有像素数据中1/6帧的容量。因而，需有6个存储器单元30来存储每一帧数据。

每一单元30具有两个存储器阵列34。每一阵列34的容量为512×576位。这个字长相应于一图像帧的1/12的字长，且相应于每六个单元30具备储存在图像帧的1/6的能力。阵列34的512位“字高”使每一行容纳了6144字长(512×126144＝8×768)。其576位“字宽”相应于一帧中的行数。可以理解将存储器15分为阵列34是为了提供控制装置及可用的存储器容量。从理论上说，存储器15可以是容量为至少两个图像帧的单个阵列。为了进行双重缓冲存储，分配至每一区域15a和15b的阵列可共用寄存器31——33和位选择器37。作为一种替换，可将第二套六个存储单元30用于每一区域15a和15b。

每一单元30还带有三种型式的寄存器：输入寄存器31，它用来接收来自处理器14的像素数据；受处理器限制的输出寄存器32，它将像素数据传送至处理器14；和受SLM限制的输出寄存器33，它将位面传送至SLM16。

寄存器31——33为256位的寄存器，它们相应子32个8位像素的字长。可以理解，寄存器31——33的字长相应于图像帧的字长。即，如果图像每一行的长度为8×768位，且寄存器31——33为256位的寄存器，则需要24个寄存器来储存6144位的全部行。如果图像帧每一行具有不同的行数或每行有不同量的像素，可相应地调节寄存器31——33的容量或阵列34。同样地，每一单元30中每种型式的31——33寄存器的数量与其容量及阵列的大小有关。例如，如果每一单元30仅具有2个256位每种型式的寄存器，则将使用更小的阵列34和有两倍容量的存储单元30。

每一个存储单元30带有四个每种型式的寄存器31——33，其中每一阵列34有两个。因此，每一单元30存储1/6帧时，每一帧使用共24个每种型式的寄存器31——33。通过两个每种型式的31——33的寄存器将每一阵列34写入和读出。这是另一个特性，它提高了数据速率，这是因为在最下面一行被读入的同时可将最上面一行写出。平行的数据线38根据由控制单元25传送来的控制信号使数据输出或输入寄存器31——33。

图4示出了根据本发明使用存储器15的基本步骤。步骤41中，通过寄存器31将像素数据写至存储器15。被读至寄存器31后的每一行，被变换为阵列34。步骤42中，在储存了足够量的数据后，典型地是至少在一帧场上，通过寄存器32从存储器15中将像素数据读出至处理器14。步骤43中，处理器14对数据进行运算，例如通过完成非隔行扫描算法产生帧数据。步骤44中，以与步骤41中相同的方式通过寄存器31将经处理后的数据写至存储器15。如果还要进行进一步的处理，则重复42——44步骤。数据被完全处理后，已作好了通过寄存器33将它传送至SLM16的准备工作。步骤45发生在至少已储存了一个帧之后，这时，通过寄存器33将位面从存储器15中读至SLM16中。

为了将数据从存储器15中读至SLM16，对寄存器33进行控制从而可由SLM16以位面格式接收数据。可使用存储器15的各种实施方法来完成这种“输出格式化”的功能。在图3的实施例中，与寄存器31和32一样，每一个256位寄存器33储存8位，它用于每32个像素。然而，为了进行位面格式化，位选择器37与每一寄存器33相连，它选择每一像素的每个第8位。这种方式的位选择从每一寄存器33中送出位0、8、16…248。其结果是选出了每一像素的0位位面。然而位选择器37增加一位位置，从而读出每一像素的下一位面即位1。这一过程对图像的所有位面继续进行。总之，对于几位像素而言，选出了n位位面的每个第n位。

作为对容量256位的寄存器的一种替换，寄存器33可具有16位的容量。这种情况下，位选择器37可被设置在寄存器33的输入端，从而使每个第8位均被加至寄存器83。有很多技术可用来将数据格式化为位面，但一个重要的特征是每一种方法均包含了使用输出寄存器33，从而在寄存器33的输入端或输出端将数据传送至SLM14和某些类型的位选择器37。

一般地，将数据装入寄存器31——33将同时进行。因此，当一帧场中的一行被写入寄存器31时，可将前一行写入寄存器32以传送至处理器14，且可将一正处理行写至寄存器33从而将它传送至SLM14。

图5和6示出了存储在寄存器31--33中的形式的图像数据。如上文中所述，假设了这样一个图像，它具有576行数据，每一行有768个像素。每一像素由8位数据来表示。每一行图像数据作为一套块来储存，每一块标为“B——行号——块号”。当一行数据有768个像素时，每一块由16个像素的数据组成。因此，每一块的字长为128位。每个256位寄存器31——33以串行的形式储存两块行数据。

由于每一存储器单元30具有四个每种形式31——33的寄存器，每一个存储单元30接收8块数据。因此，六个存储单元30储存48块数据，这些数据组成了每一行。

许多数字电视系统的特征是能够显示“画中画”(PIP)，它是在主图像帧中有一小帧，该小帧通常是从不同信号中抽取的图像。两个帧的数据不一定相同，仅需提供一些装置从而使较大的图像不会溢出在留给小图像的区域中。

图7和8示出了如何对存储器15进行改造使之具有特定的性能例如PIP性能。使用常规的A/D变换和抽取图像生成技术可产生特定的图像，例如这里所述的PIP图像。显示PIP图像时由PIP控制单元71进行控制。如果PIP“打开”，控制单元选择相同或不同存储器单元30的输入寄存器31的预定子集。将由输入寄存器31来接收PIP图像。例如，可选择一个存储器单元30的块B——550——44至块B——576——48。其结果是在显示图像的右下角形成4块宽26行高的PIP帧。对宽于八个区的特定图像而言，将使用多于一个存储器的寄存器31。

图8示出了存储单元30的一种修改后的方式，该存储单元标为存储单元80，用它来实现特定的图像例如PIP。它除了是块随机存取而不是行随机存取之外，其它特性均与存储单元30相同。行/块解码器81使得数据可被写入和读出存储器15所选择出的块。

将主图像的像素数据读入存储器15时，控制单元29不选择将用作PIP的寄存器31，从而使主帧不会写入留给PIP图像的寄存器31中。同样地，寄存器32被禁止从而使PIP图像不被传送到处理器12以用作扫描变换处理。

图7的控制电路及图8的块随机存取存储器80可被用于其它数字显示特性，例如屏幕显示或封闭字幕。对与显示屏幕上哪些区域是留给显示特定性质的这一信息有关的寄存器31进行控制，从而使该特定图像被装入适宜的寄存器31而不会被主图像覆盖写入。

虽然这里参照特定的实施例对本发明进行了描述，并不意味着该描述仅限制在这一范围内。对于领域内的技术人员而言，对所揭示实施例所作的各种修改及用作替换的实施例均是易于实现的。因此认为所附的权项涵盖了本发明实质范围内的所有修改。

Claims (20)

1.一种用在数字显示系统中的存储器，它带有完成图像处理用的处理器和用来根据图像数据的位面产生图像的空间光调制器(SLM)，其特征在于，所述存储器包括：

用于存储图像数据的存储阵列，所述阵列至少具有两个图像帧的字长的容量；

多个输入寄存器，用它们来接收储存在所述存储阵列中的像素数据；

多个受处理机限制的输出寄存器，用它们将像素数据从所述存储阵列输送至所述处理器；

多个受SLM限制的输出寄存器，用它们在所述像素数据被完全处理后将数据从所述存储阵列传输至所述SLM；

一个位选择器，用它控制所述SLM输出寄存器，从而使所述SLM输出寄存器传送数据位面至所述SLM；和

控制装置，用它来控制通过所述寄存器读入和写出所述存储器的地址和定时。

2.如权利要求1所述的的存储器，其特征在于，多个所述输入寄存器，所述受处理器限制的输出寄存器和所述受SLM限制的输出寄存器中的每一个均至少具有图像数据一帧之一行的字长。

3.如权利要求1所述的存储器，其特征在于，多个所述输入寄存器、所述受处理器限制的输出寄存器中的每一个均至少具有图像数据一帧之一行的字长，且其中所述多个受SLM限制的输出寄存器至少具有图像数据一位面之一行字长的容量。

4.如权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述位选择器从所述受SLM限制的输出寄存器输出中选择字位。

5.如权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述位选择器在所述受SLM限制的输出寄存器的输入端选择字位。

6.如权利要求1所述的存储器，其特征在于，所述控制装置对所述存储器阵列进行行随机存取。

7.如权利要求1所述的存储器，其特征在于，还包括块选择装置，用它来存取所述存储阵列的行的预定部分，且其中所述控制装置中带有这样的装置，它禁止输入寄存器中的预定子集，从而使之不会接收像素数据。

8.如权利要求1所述的存储器，其特征在于，还包括存储器输入控制装置，当所述输入寄存器接收来自帧场缓冲存储器的像素数据时，以及当所述输入寄存器接收来自处理器的像素数据时，所述存储器输入控制装置进行控制。

9.如权利要求1所述的存储器，其特征在于，还包括特定性质图像控制装置，当所述存储器储存了特定性质图像时用它进行控制。

10.一种在数字图像系统中存储和处理数据的方法，所述数字图像系统带有用来完成图像处理的处理器，且它带有用来根据数据的位面产生图像的空间光调制器(SLM)，其特征在于，包括以下步骤：

用输入寄存器来接收像素数据；

在所述处理步骤前存储所述像素数据；

使用受处理器限制的输出寄存器将所述像素数据从所述存储阵列中传送至处理器；

处理所述像素数据；

使用所述输入寄存器在处理后接收所述像素数据；

在处理后存储所述像素数据；

选择所述像素数据的字位，从而将所述数据格式化为位面数据；和

使用受SLM限制的输出寄存器将所述位而数据传送至SLM。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述使用受SLM限制的输出寄存器的步骤是通过从所述受SLM限制的输出寄存器中选择具有相同二进制权重的字位来实现的。

12.如权利要求10所述的方法，其特征在于，在所述使用受SLM限制的输出寄存器的步骤之前完成在输入受SLM限制的输出寄存器的输入中选择具有相同二进制权重的字位的步骤。

13.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述使用所述处理器的步骤包括完成一扫描变换算法。

14.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述使用所述处理器的步骤包括完成一像素定标算法。

15.如权利要求10所述的方法，其特征在于，所述使用所述处理器的步骤包括进行彩色变换算法。

16.一种用于数字显示系统的处理系统，所述数字显示系统带有一个空间光调制器(SLM)，该调制器根据图像数据的位面产生图像，其特征在于，包括：

用来将像素数据传送至存储器的帧场缓冲存储器；

处理器，它接收来自所述存储器的所述像素数据，并对所述像素数据进行处理，从而使之可准备好由所述SLM进行显示；

存储器，它带有用来储存图像数据的存储阵列，所述阵列至少具有两个图像帧的字位的容量；多个输入寄存器，用它来接收用来储存在所述存储阵列中的像素数据；多个受处理器限制的输出寄存器，因它将像素数据从所述存储阵列中输送至所述进行处理的处理器；多个受SLM限制的输出寄存器，它在所述像素数据被处理后将数据从所述存储阵列中输送至所述SLM；一个位选择器，它对所述SLM输出寄存器进行控制，从而所述SLM输出寄存器将数据位面传送至SLM；

存输器输入控制装置，当所述存储器接收来自所述帧缓冲存储存器的数据及当所述存储器接收来自所述处理器的数据时，所述输入控制装置进行控制；和

空间光调制器，它接收所述位面数据并产生显示图像。

17.如权利要求16所述的处理系统，其特征在于，多个所述输入寄存器、所述受处理器限制的输出寄存器和所述受SLM限制的输出寄存器中每一个均至少具有图像数据一帧之一行的容量。

18.如权利要求16所述的处理系统，其特征在于，多个所述输入寄存器和所述受处理器限制的输出寄存器中的每一个均至少具有图像数据一帧之一行的字位容量，且其中所述多个受SLM限制的输出寄存器至少具有图像数据位面之一行的容量。

19.如权利要求16所述的处理系统，其特征在于，所述位选择器从所述受SLM限制的输出寄存器的输出中选择字位。

20.如权利要求16所述的处理系统，其特征在于，所述位选择器在所述受SLM限制的输出寄存器的输入中选择字位。

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