CN1316440C - 显示像素的图像显示单元和方法及含此种显示单元的图像显示设备 - Google Patents

Abstract

一种图像显示单元(100)以若干子字段(204-218)在诸如等离子显示屏这样的显示装置(406)上显示图像。该图像显示单元可执行运动补偿以减少运动赝象。该运动补偿通过把空间位移应用于子字段来执行。该图像显示单元用于对具有各种粒度的运算对象执行运动补偿运算，其中运算对象的粒度变化范围从单个一个子字段到同时的一组子字段。该图像显示单元的一个实施例包括一个分析器(110)，用于估计计算装置(108)在一个预定时间周期内的有效容量，以便确定运算对象的粒度，以执行运动补偿运算。

Description

显示像素的图像显示单元和方法及 含此种显示单元的图像显示设备

本发明涉及一种用于在多个被称作子字段的周期内把图像的像素显示在显示装置上的图像显示单元，它能够在每个子字段中产生相应的照度级，并且它包括对子字段执行运动补偿运算的计算装置。

本发明还涉及一种图像显示设备，包括：

·接收装置，用于接收表示图像的信号；

·显示装置，用于显示图像；以及

·图像显示单元，用于在多个被称作子字段的周期内把图像的像素显示在显示装置上的图像显示单元，它能够在每个子字段中产生相应的照度级，并且它包括对子字段执行运动补偿运算的计算装置。

本发明还涉及一种用于在多个被称作子字段的周期内把图像的像素显示在显示装置上的方法，它能够在每个子字段中产生相应的照度级，并且包括对子字段的运动补偿步骤。

在起始段中描述的图像显示单元可以从文章“等离子显示中的运动补偿”，Proceedings of The Fifth International Workshops，IDW 1998，P543-546中获知。在这篇文章中，描述了在当前的等离子显示屏上，干扰运动赝象被看作是由于子字段照度标定引起的动态假彩色或伪彩色外观。这篇文章概述了许多种用于减少这些赝象的解决方法，例如，改变所显示子字段的顺序；利用比特或子字段分割来分割主子字段；并由具有相同照度级的多个子字段来散射伪彩色，其中，该相同照度级由这些子字段的不同组合产生。这些方法中没有一种方法能够消除问题的基本原因。它们仅仅是试图掩盖具有小空间亮度梯度的区域中的效果。这篇文章提供了对运动赝象问题的分析。运动赝象本身是由于观察者眼睛对运动的跟踪以及所显示的各个子字段之间的时间差而产生的。由于对运动进行跟踪的原因，应当在眼睛的一个位置看到的各个子字段却在不同的位置被看到，并且邻近像素的不同子字段在视网膜的相同位置被累积并影响看到的而不是想要的照度级。当观察者盯着一个移动目标时，他会开始跟踪其运动。该目标保持在视网膜上的一个确切位置上。由于该目标的速度 $\stackrel{\→}{v}=(v_x,v_y)$ 的原因，当跟随该目标一段时间时，将会移动一段距离。当这个相同目标是在等离子显示屏上看到时，所看到的位置是由该目标的开始位置 $\stackrel{\→}{x}=(x,y)$ 和所看到的子字段 的时间差Δtn来决定。当观察者跟踪该运动时，在该位置看到的亮度

由屏幕上的观察位置决定。这是根据在位置 的子字段 是否接通并且根据该子字段的照度级W_n来确定：

$L\left(\stackrel{\→}{x}\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}S{F}_n(\stackrel{\→}{x}+\stackrel{\→}{v}\·\mathrm{\Δ}{t}_n)\·W_n---\left(1\right)$

其中Δtn＝tn-t₀，是子字段n和基准时间t₀之间的时间差，速度

以每个字段周期的像素来表示。

这篇文章还提供一种对运动赝象问题的解决方法：运动补偿。运动补偿可以减少动态假轮廓和伪彩色外观，而不会降低清晰度或损失细节。运动补偿试图确定在产生子字段的时间以及在被看到的位置观察到的显示屏上的确切位置上跟踪的一个像素的子字段值的位置。从公式1可以推出，必须向每个子字段 给定空间位移 $\stackrel{\→}{d_n}=(d{x}_n,d{y}_n),$ 以便能够把这些子字段置于正确的位置上，由此产生的亮度为

$L\left(\stackrel{\→}{x}\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}S{F}_n(\stackrel{\→}{x}+\stackrel{\→}{v}\·\mathrm{\Δ}{t}_n-\stackrel{\→}{d_n})\·W_n---\left(2\right)$

为了避免赝象，

选为

${\stackrel{\→}{d}}_n=\stackrel{\→}{v}\·\mathrm{\Δ}{t}_n-{\stackrel{\→}{d}}_n^e---\left(3\right)$

其中， $\stackrel{\→}{d_n}=(d{x}_n,d{y}_n)$ 是在水平和垂直方向上的位移，它四舍五入为整数值， ${\stackrel{\→}{d}}_n^e=(d{x}_n^e,d{y}_n^e)$ 是化整误差。一个子字段必须在像素的整数值上显示，这是因为像素的一部分是不可能接通或关闭的。每个子字段的空间位移 $\stackrel{\→}{d_n}=(d{x}_n,d{y}_n)$ 可利用相应像素的运动矢量

来计算：

$\stackrel{\→}{d_n}=\frac{t_n}{T_{\mathrm{field}}}\·{\stackrel{\‾}{m}}_{\mathrm{ny}}---\left(4\right)$

T_field表示一个字段周期的时间。

实现运动补偿的图像，即空间校正的子字段所需的操作数目较高。这些操作包括存储器存取和处理器计算，以确定空间校正的子字段。特别是，在可编程处理器结构的情况下，这种相对较高的操作数目需要大的计算机资源，从而使成本较高。

本发明的第一目的是提供在起始段中所述的图像显示单元，它执行可变数目的操作，而不会或者仅仅只会有限地降低图像质量。

本发明的第二目的是提供一种包括这种图像显示单元的图像显示设备。

本发明的第三目的是提供在起始段中所述的方法，它具有较小且可变的操作数目，且不会或者仅仅只会有限地降低图像质量。

本发明的第一目的的实现在于利用计算装置对具有可变粒度的运算对象(operand)执行运动补偿运算，其中运算对象的粒度范围变化从单个一个子字段到同时的一组子字段。图像显示单元用于向每个子字段单独提供空间位移，或者向一组子字段一起提供空间位移。利用显示屏可以看到的图像的像素可被数字存储到存储装置中。存储器中的字节包括子字段数据；每个比特定义相应的子字段在特定的像素位置是接通还是关闭。利用一个字节可以控制八个独立的子字段。需要注意的是，也可以使用其它长度的字，如10或12。执行运动补偿意味着目的图像源于源图像。在源图像中表示子字段的比特是从用于存储源图像的存储装置中检索到的，并存储到用于存储目的图像的存储器中。通过改变这些比特的逻辑地址，空间位移也可以应用到比特上。复制比特或字节是一个并不需要太多计算机资源的操作。但是，存取分离比持或字节会产生大的存储器传送开销。许多存储装置的设计在于，当有一个数据存取请求时，一个数据块返回几个字节的逻辑尺寸。如果只需要返回的数据块的比特之一的话，那么将会浪费许多存储带宽。通常，运动补偿需要与运算对象类型无关的相同数目的操作。因而，运动补偿的运算对象的粒度将确定操作总数。运算对象可以是：

·与子字段对应的比特；

·与一个像素的一些子字段对应的比特组；

·与诸如具有相同照度级的一些像素的子字段对应的比特组；

·与一个像素的子字段对应的字节；

·与一组像素的子字段对应的字节组。

在细粒度运算对象即比特的情况下，可以实现最高质量的运动补偿。根据本发明的图像显示单元具有在使用有效的计算机资源时允许可测量性的优点。如果可用计算机资源的容量较高，则可以实现较高质量的运动补偿。

根据本发明的图像显示单元的一个实施例包括一个分析器，用于估计计算装置在一个预定时间周期内的有效容量，以便确定运算对象的粒度，以执行运动补偿运算。通常，计算机资源可用于执行各种任务。可以有包括几个数据处理单元的系统，每个单元负责一个特定的任务。本实施例的图像显示单元是该系统的单元之一。该系统包括可由各种数据处理单元共享的计算机资源，如存储器和处理器。可同时执行的任务数由被共享的计算机资源的尺寸以及对用以执行各种任务的计算机资源的使用的要求等进行限制的。这意味着设计具有较低计算机资源使用率的单元是有益的。一个单元对计算机资源的实际要求可以随着时间而变化。其结果在于，该系统中的其它单元的有效计算机资源也不是恒定的。根据本发明的图像显示单元的优点在于，它可以根据图像显示单元可用的计算机资源来适应其运动补偿策略。本实施例的图像显示单元估计一个预定时间周期内的有效计算机资源，并根据运算对象的粒度决定执行可实现的最佳质量的运动补偿。有关计算机资源可用性的信息也可由外部装置提供。对以前图像执行的计算可被用来确定对随后图像的计算机资源的要求。运动补偿需要与每组的子字段数或者一个子字段的照度级无关的相同数目的操作。如果可用计算机资源是已知的，即可执行的操作数目是已知的，则可以估计可被补偿的组数。这将确定运算对象的粒度，即每组的子字段数。其结果是，本实施例的图像显示单元在使用有效的计算机资源时是灵活的，以便在结合较高计算机资源使用的较高质量的运动补偿与结合较低计算机资源使用的较低质量的运动补偿之间进行折衷。

根据本发明的图像显示单元的一个实施例把图像的像素分为第一子集像素和第二子集像素，在第一子集像素中，执行的是较少的运动补偿运算，在第二子集像素中，执行的是较多的运动补偿运算。第一子集的像素并不要求运动补偿，而第二子集的像素则要求运动补偿。第一子集的像素可能属于已被成像的景物中的未运动的目标。在其中未检测到运动即 $\stackrel{\→}{v}=\stackrel{\→}{0}$ 的像素不必进行运动补偿。与未检测到运动的像素相对应的字节直接从与源图像相关的存储器复制到与目的图像相关的存储器中。这些像素不再需要进行其它处理。从公式1可以推出，所观察到的图像符合：

$L\left(\stackrel{\→}{x}\right)=\underset{n=1}{\overset{N}{\mathrm{\Σ}}}S{F}_n\left(\stackrel{\→}{x}\right)\·W_n---\left(5\right)$

它恰恰是所希望的一个像素的子字段的组合。属于已被成像的景物中的较快移动的目标的像素也可以是不需要运动补偿的集合中的一部分。这些像素的运动补偿的视觉效果可以忽略不计。

根据本发明的图像显示单元的一个实施例把一个像素的子字段分为第一组子字段和第二组子字段，在第一组子字段中，执行的是较少的运动补偿运算，在第二组子字段中，执行的是较多的运动补偿运算。第一子集的子字段并不要求运动补偿，而第二子集的子字段则要求运动补偿。与第一子集的子字段中的子字段相对应的比特可以从与源图像相关的存储器直接复制到与目的图像相关的存储器中。具有最高照度级的子字段被看到是基准点。因而，这个子字段将在正确的空间位置上显示。应当注意的是，t_n＝t₀Δt_n＝t_n-t₀＝0。从公式1可以推知，观察到的图像是符合公式5的。与作为基准点的子字段相对应的比特可以从与源图像相关的存储器直接复制到与目的图像相关的存储器中。该比特不需要再进行其它处理。图像显示单元以从第二最高子字段到最低照度级的重要性顺序变换，即把空间位移应用于与子字段对应的其余比特中。当没有足够的计算机资源时，可以在任何时间将其终止。在此情况下，具有最高照度级的子字段被处理。应当指出，用于存储表示目的图像的数据的存储装置通过直接复制表示源图像的数据进行初始化。

根据本发明的图像显示单元的一个实施例的特征在于，该组子字段属于一个像素块。以此方式，运动补偿被应用于一个像素块。与该像素块相对应的数据的逻辑尺寸适合于与保存这些像素的存储装置的连接，即存储总线的带宽，或者适合于以突发模式存取的存储装置的数据单元的物理尺寸，或者适合于运动矢量块的尺寸。

根据本发明的图像显示单元的一个实施例的特征在于，该组子字段对应于一个像素的子字段。与该组通信的数据的逻辑尺寸可等于诸如一个字节的一个字。字节是计算机的基本运算对象类型。在此情况下，许多运算可以被非常有效地执行。

根据本发明的图像显示单元的一个实施例的特征在于，该组子字段对应于一个像素的子字段数。这意味着一个像素的子字段在若干组当中扩展。至少有两种策略可用于把一个像素的子字段分割为这些组。这些策略将在下面的两个实施例中概述。一组的定时可以依照该组的成员进行平均，或者由该组中具有最高照度级的子字段确定。其结果在于，所应用的空间位移是基于由在该组中具有最高照度级的子字段相应确定的一组成员的加权平均。

根据本发明的图像显示单元的一个实施例的特征在于，该组子字段包括在时间上较接近的子字段。应当指出，在此情况下，为了实现可能的最高运动补偿而应用于该组的各个子字段的空间位移的差异是较小的。在此情况下，一个好的解决方案是，该组的定时基于该组成员的平均值。如果已被成像的景物中的目标的运动较慢，则各个子字段所需的空间位移之差甚至会小于一个像素。这可利用公式表示为

$\left|\right|\stackrel{\→}{d_i}-\stackrel{\→}{d_j}\left|\right|\≤1.$

根据本发明的图像显示单元的一个实施例的特征在于，该组子字段包括具有较高照度级的一个子字段并包含具有较低照度级的至少一个子字段。在此情况下，一个好的解决方案就是，该组的定时基于在该组中具有最高照度级的子字段的定时。其结果在于，对该像素的总照度贡献最大的子字段进行最大程度的补偿。

本发明的第二目的的实现在于图像显示设备包括该图像显示单元。

本发明的第三目的的实现在于对具有可变粒度的运算对象执行运动补偿步骤，其中运算对象的粒度变化范围从单个一个子字段到同时的一组子字段。

通过参考随后描述的实施方案和实施例并参考附图，根据本发明的显示单元、设备和方法的这些以及其它方面将会易于理解，其中：

图1示出了在其上下文中的图像显示单元；

图2示出了具有8个子字段的字段周期；

图3表示本发明的原理；

图4表示图像显示设备的元件；并且

图5表示用于校正图像时的该图像的运算对象的粒度。

图1示出了根据本发明的图像显示单元100的一个实施例。图1还示出了存储装置102。在本实施例中，它不是图像显示单元100的一部分。但在有些实施例中也可以包含存储装置。图像显示单元100用输入接头112接收输入的表示源图像的信号。图像显示单元100在输出接头114输出表示目的图像的信号。存储装置102保存表示两种图像的数据。处理装置108从存储源图像的存储位置102检索数据。随后，该处理装置可应用空间位移以便运动补偿一个或多个子字段。最终，处理装置108在存储目的图像的存储位置106上存储数据。在图3中，将更详细地概述运动补偿的操作。显示单元100可以任选地包括分析器110，用以分析可用的计算机资源的容量。

图2示出了具有8个子字段的字段周期202。字段周期202是一个在该周期中显示屏上显示单个图像的周期。在本例中，字段周期202由8个子字段204-218构成。在一个子字段中，如在208中，显示屏的一个单元可被接通，以产生一定量的光。每个子字段204-218均开始于擦除阶段220，在该阶段中，所有单元的存储被同时擦除。子字段208中的下一个阶段是寻址阶段222，在该阶段中，将要接通用以发光的单元是有条件的。随后，子字段208中的第三阶段224称作保持阶段，在该阶段中，保持脉冲被应用到单元中。这将使已寻址的单元在第三阶段发光。这些阶段的构成在图2中示出，在图2中，时间是从左至右运行的。各个子字段的时刻t0-t7也被表示了出来。应当指出，在一些显示屏中，子字段结束于擦除阶段，而不是开始于擦除阶段。但是，这对于可应用于上述两种情况中的任意一种情况的本发明来说是并不重要的。在某些子字段方案中，也可以没有擦除阶段。

图3表示本发明的原理。执行运动补偿意味着目的图像源于源图像。在图3中，所示存储装置302保存表示源图像的数据。在图3中，所示存储装置304存储表示目的图像的数据。存储器中的字节，如字节306包含子字段数据；每个比特，如比特308，确定在特定像素位置相应的子字段是开还是关。利用一个字节可以控制八个独立的子字段。假设比特n(n∈[0...7])对应于具有照度级2ⁿ的子字段。那么，举例来说，比特7就对应于照度级为2⁷＝128的子字段。如果一个像素不需要运动补偿，则相应的字节310可直接从用以存储源图像的存储装置302复制到用以表示目的图像的存储装置304。如果来自一个像素的子字段以相同的空间位移进行补偿，则相应的字节312可以从用以存储源图像的存储装置302复制到用以表示目的图像的存储装置304。但是，该像素的逻辑地址发生了变化，即与空间位移有关。如果子字段不执行运动补偿，则在用以存储目的图像的存储位置中的比特可以是用以存储源图像的存储位置的相应比特的直接复制。如果以少于8个单元(element)单独对子字段或者是对子字段组执行运动补偿，则对应于目的图像的一个像素的字节314可根据来自源图像的几个像素316-318而定。

一个子字段的空间位移可以用运动矢量来计算。运动矢量可以通过由诸如分层自然运动(LNM)运动估计器这样的运动估计器计算得到的运动矢量来推导。这个LNM的描述可见R.J.Schutten等人的“分层自然运动”，Phi1ips Journal of Research，Vol.51，No.2，1998。这种估计器提供图像中的每个8×8像素块的运动矢量 。在这种情况下，在该块中的所有像素的运动矢量 均相等，为 。分层自然运动的特征在于基于目标的运动估计器。该估计器把属于图像中的目标的8×8像素块分配给这些层之一。例如，在估计器有三层的情况下，它可以至少分辨出三个不同目标；一个目标不运动，而两个目标以不同的速度移动。可以对像素块执行运动补偿。特别是在该块的各个像素的运动矢量都相等的情况下。在目的图像中的每个8×8块D通过来自源图像的八个8×8块S构建。这种构建由下式给出

其中x和y是一个8×8块中的复数，n表示该子字段或比特位置。对于每个子字段来说，数据是从源存储器中读出，经相应子字段的运动矢量转换而来。按比特“与”运算(&)选择对应于该子字段的比特。这些比特利用加法合并。子字段可以组合为一组。例如，比特0和比特2可以组合在一起。在此情况下，公式6中的掩码(mask)从2ⁿ变为2⁰和2²，以选择该子字段组中的两个比特。

图4表示根据本发明的图像显示设备的元件。图像显示设备400具有用于接收表示要显示的图像的信号的接收装置402。该信号可以是经天线或电缆接收的广播信号，但也可以是来自诸如VCR(盒式磁带录像机)或数字多用盘(DVD)这样的存储装置的信号。图像显示设备400还具有用于处理图像的图像显示单元404和用于显示处理过的图像的显示装置406。显示装置406是在子字段中驱动的显示装置。图像显示单元404结合图1所述的方式来实施。

图5表示对于一个图像来说，用以补偿该图像的运算对象的粒度。图像502被分割为若干个区域，分别标为504-510。运动补偿的运算对象的粒度对于各个区域来说是不同的。

·标为506的区域的所有子字段被单独补偿。

·区域510中的运动补偿是以像素块的子字段作为运算对象来执行的。

·区域504中的运动补偿是以各个像素的子字段作为运算对象来执行的。

·区域508中的运动补偿是以每个由4个单元组成的子字段组作为运算对象来执行的。

事实上，图像所分割成的区域为：以较高质量执行运动补偿的区域和以较低质量执行运动补偿的区域。

应当指出，上述实施例仅仅是对本发明的说明，而不是对其进行限制，本领域的技术人员将能够在不背离本发明范围的情况下设计出其它的实施例。在权利要求中，括号中的任何参考符号不应被认为是限制权利要求。单词“包括”并不排除在权利要求中未列出的元件或步骤。元件前的单词“一”和“一个”并不排除存在多个这样的元件。本发明可通过包括几个不同元件的硬件或者通过适当编程的计算机来实施。在罗列几个装置的单元权利要求中，几个这样的装置可由一个硬件或者硬件中的相同元件来体现。

Claims (10)

1.一种图像显示单元，用于在多个被称作子字段的周期内显示图像的像素，该图像显示单元包括：

显示装置，能够在每个子字段中产生相应的照度级；

计算装置，用于对子字段执行运动补偿运算，该计算装置对具有可变粒度的运算对象执行运动补偿运算，其中运算对象的粒度变化范围从单独一个子字段到同时的一组子字段；以及

分析器，用于估计计算装置在一个预定时间周期内的有效容量，该分析器根据所估计的有效容量来确定运算对象的粒度以执行运动补偿运算。

2.如权利要求1的图像显示单元，其特征在于把图像的像素分为第一子集像素和第二子集像素，在第一子集像素中，执行的是较少数目的运动补偿运算，在第二子集像素中，执行的是较多数目的运动补偿运算。

3.如权利要求1的图像显示单元，其特征在于把一个像素的子字段分为第一组子字段和第二组子字段，在第一组子字段中，执行的是较少数目的运动补偿运算，在第二组子字段中，执行的是较多数目的运动补偿运算。

4.如权利要求1的图像显示单元，其特征在于该组子字段属于一个像素块。

5.如权利要求1的图像显示单元，其特征在于该组子字段对应于一个像素的子字段。

6.如权利要求1的图像显示单元，其特征在于该组子字段对应于一个像素的若干子字段。

7.如权利要求6的图像显示单元，其特征在于该组子字段包含在时间上较接近的子字段。

8.如权利要求6的图像显示单元，其特征在于该组子字段包含具有较高照度级的一个子字段并包含具有较低照度级的至少一个子字段。

9.一种用于显示图像的图像显示设备，包括：

接收装置，用于接收表示图像的信号；

显示装置，用于显示图像；以及

图像显示单元，用于在多个被称作子字段的周期内把图像的像素显示在所述显示装置上，该图像显示单元在每个子字段中产生相应的照度级，并且包括对子字段执行运动补偿运算的计算装置，其特征在于，该计算装置对具有可变粒度的运算对象执行运动补偿运算，其中运算对象的粒度变化范围从单独一个子字段到同时的一组子字段，并且，所述图像显示单元还包括一个分析器，用于估计计算装置在一个预定时间周期内的有效容量，该分析器根据所估计的有效容量来确定运算对象的粒度以执行运动补偿运算。

10.一种在多个被称作子字段的周期内把图像的像素显示在显示装置上的方法，包括以下步骤：

在每个子字段中产生相应的照度级；

对子字段执行运动补偿的步骤，该运动补偿的步骤是对具有可变粒度的运算对象执行的，其中运算对象的粒度变化范围从单独一个子字段到同时的一组子字段；以及

估计在一个预定时间周期内的有效容量以便执行所述运动补偿，确定运算对象的粒度从而执行所述运动补偿运算。

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