CN1317132A - 超扭曲液晶向列显示的灵活灰度浓淡处理 - Google Patents

超扭曲液晶向列显示的灵活灰度浓淡处理 Download PDF

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Abstract

本装置生成对应于输入色彩数据的灰度浓淡处理数据。它经济实用并且可编程。本发明允许每一种色彩(比如红色、绿色、蓝色)生成多达16个亮度级别。在本发明中，每一种色彩象素均可以进行编程，通过动态改变像素色彩偏移、画面偏移、列偏移、行偏移、和像素映射数据等各种变量，选择存储在存储器中16种亮度波形的任意一种。根据上述变量生成一个访问波形指针，用于选择存储器中的一个亮度波形。存储在储存器中的亮度波形也可以编程。

Description

超扭曲液晶向列显示的灵活灰度浓淡处理
发明领域
本发明涉及数字控制显示的灰度浓淡处理，尤其涉及液晶显示(简称LCD)无源矩阵的画面比率调制技术，亦称为超扭曲液晶向列(简称STN)LCD显示。
发明背景
通常的阴极射线管(简称CRT)的色彩亮度以及因此产生的色彩强度是通过当电子束扫过一显示行的不同像素位置时，改变射线管栅极的一个模拟亮度控制电压来控制的。与此不同，液晶显示这类数字控制显示没有与阴极射线管栅极相似的模拟控制电极。由于这个原因，在控制液晶显示像素色彩强度方面，人们采用了许多种技术。
对于超扭曲液晶向列(简称STN)液晶显示(即无源矩阵LCD)来说，由于红色、绿色、蓝色每种颜色的改变只需要1比特(即转变2灰度级)，一共可以显示8种颜色。因此，人们用一种称为“画面比率调制”的像素亮度控制技术使每种颜色有更多种灰度，进而使显示屏上有更加丰富的颜色。一般来说，在画面比率调制方法下，改变送到与相应像素相连的电线上的像素激发脉冲频率就可以控制色彩强度。换句话说，色彩强度(灰度)取决于像素被开启的频率。
具体地说，在传统的画面比率调制方法中，人们都使用一种数学公式来产生画面比率调制数据。使用数学公式虽然仍然具有某种程度的编程性和灵活性，但其局限相当大，原因是画面比率调制数据的范围受到公式本身的数学限制。这一局限性反过来又会降低画面调制方法的性能。更加具体地说，每种显示颜色的可变强度范围可能受到限制，防止诸如闪烁等视觉干扰的能力也可能下降，等等。
过去，试图改善传统的画面比率调制方法的努力包括美国5,185,602号专利所披露的技术，其使空间上相邻像素的激发随时间扩散以及同一时刻激发的像素在空间扩散，以此避免诸如闪烁和屏动等干扰视觉的感觉。
在美国5,185,602号专利中，与亮度有关的设置亮度的信号存储在波形存储器中，亮度被赋予到显示屏上预先决定的区域，亮度存储在一个图像存储器中，它的位置由显示行和列标定。由此生成与每一亮度相对应的D×D元素的相位分布图(矩阵)，映射着每一像素被激发的画面号。因此，每一相位分布图就会有D幅画面。这样一来，空间上相邻像素的激发随时间扩散，同一时刻激发的像素在空间扩散，以此避免视觉受干扰的感觉。预先决定的相位分布图尽量减少了视觉干扰。所有相位分布图存储在一个模式存储器中，存储量会因此很大。
相位分布图中的每一个元素对应于一个像素，用行和列的以D为模的基本数字、画面数和亮度标定。然后，通过亮度可以从波形存储器提取所需的亮度设置信号，使用从模式存储器输出的比特位置信号就可以提取相应的激发比特。
如上所示，美国5,185,602号专利的方法以及它的硬件支持实现起来复杂而昂贵。与此同时，它所提供的灵活性也有某种局限性，因为画面比率调制数据主要需要通过相位分布图预先决定。尽管已经有一些改变画面比率调制数据的编程方法，这样的变化不可能在给定相位分布图原有的特性和需要的条件下轻易实现。因此，根据美国5,185,602号专利,适用于不同无源矩阵LCD显示屏的能力是有限的。
因此，需要一种简单、经济、并方便适用于不同无源矩阵LCD显示屏的画面比率调制装置和方法。
发明概述
因此，本发明提供了一项简单、经济、并方便适用于不同无源矩阵LCD显示屏的画面比率调制装置和方法，称为超扭曲液晶向列(简称STN)LCD显示屏。
本发明通过根据像素按行与列排列的数字显示的彩色像素输入数据产生画面比率调制数据的装置满足了以上要求。在本发明中，像素按照预先决定的像素数分成块，装置包括一个第一存储器、一个与第一存储器相耦合的指针产生电路、一个画面计数器、一个水平像素计数器、一个垂直行计数器、一个第二存储器、一个与第二存储器和指针产生电路相耦合的多路复用电路。
第一存储器接收像素映射数据值作为输入，对应不同的行与列地址，第一存储器在接收的像素映射数据值中选择输出值。第二存储器存储预先决定的亮度波形数，每一个波形有一个预先决定的与该波形在一个画面周期的画面数相对应的指令比特数。指针产生电路产生一个根据水平像素计数、垂直行计数、画面计数、像素映射数据、像素颜色偏移值访问波形的指针。波形访问指针送到多路复用电路。对应波形访问指针和输入像素颜色数据，多路复用电路从第二存储器选择输出一个亮度波形，驱动超扭曲液晶向列的液晶显示。
与本发明相关的装置还可以进一步包括一个模式选择电路，对应于模式选择信号根据预先决定的方案选择输出到多路复用电路的像素颜色数据。
下面对于所选实施例的详细描述将更加清晰地呈现本发明的所有特性与优点。为了清楚起见，将结合有关图形加以说明。
附图的简要说明
图1是实现本发明的典型计算机系统的高级框图。
图2是图1中平面显示屏113界面细部的说明框图。
图3是图2超扭曲液晶向列(简称STN)207型LCD细部的说明框图。
图4是图3中本发明中灰度逻辑301的相关构成的说明框图。
图4A用一个例子具体说明对于红色彩色像素数据流实现表1的模式选择映射方案所使用的组合逻辑电路。
图4B用一个例子具体说明在多路复用电路405中红色亮度波形所使用的多路复用逻辑电路。
图5用一个实例说明本发明中在640×480显示区域的局部按预先决定好的像素数划分为块。
图6是图4本发明中波形指针产生电路401的说明框图。
图7是图6本发明中画面偏移电路604的说明框图。
图8是图6本发明中水平偏移电路601的说明框图。
图9是图6本发明中垂直偏移电路602的说明框图。
图10是图6本发明中加法电路603的说明框图。
发明的详细实施例
为了对本发明提供一个彻底的了解，在下面关于本发明的详细描述中，给出了大量关于细节的详细解释。但是，对于熟悉该技术的人来说，本发明也可以脱离这些细节进行操作。对于一些人们所熟知的方法、过程、元件和电路，则没有详细地加以阐述，以避免对本发明发生不必要的认识模糊。尽管本发明的下述描述针对的是彩色显示的应用，请注意本发明也可以应用在单色显示上。而且，尽管下列关于本发明的详细描述主要是在硬件实现方面，对于该技术有一般了解的人应该清楚，本发明的软件实现方面亦属于本发明的范畴。
根据本发明的实施例，灰度浓淡数据可以根据输入的色彩数据以经济有效和可以改变的(可编程的)方法产生。在本发明中，每一种颜色(即红色、绿色、蓝色)可以产生多达16种亮度。每一个彩色像素可以通过程序动态地修改诸如像素颜色偏移、画面偏移、列偏移、行偏移、像素映射数据等等诸多变量，在16种亮度波形之中选择一种存储在存储器中。由上述变量产生访问波形指针，反过来又可以用来在存储器中选择亮度波形。存储在存储器中的亮度波形也可以编程。因此，本发明便于操作，也可以方便地应用于各种类型的无源矩阵LCD。
例如，图1表示了一个可以实现或应用本发明的计算机系统100的高级框图。特别指出的是，计算机系统可以是简单的笔记本计算机系统或掌上计算机系统。虽然这里只以计算机系统100为例，请注意本发明还可以运行在包括台式计算机系统、通用计算机系统、嵌入式计算机系统、以及其他使用STN-LCD显示屏的多种计算机系统。
如图1所示，计算机系统100是一种高度集成的系统，包括集成处理器电路101、外围控制器102、只读存储器(ROM)103、和随机存取存储器(RAM)104。高度集成的结构节约了能源。计算机系统100的结构还可以包括一个外围控制器，以便与整个系统和/或集成处理器电路101不具备的高针计数外围设备进行界面连接。
外围控制器102连接在集成处理器电路的一端，ROM103和随机存取存储器104连接在集成处理器电路的另一端。集成处理器电路101包含一个处理单元105、存储器界面106、图形/显示控制器107、直接存储器存取(简称DMA)控制器108、包括编码器/解码器(简称CODEC)的核心逻辑函数界面109、并行界面110、串行界面111、输入设备界面112、和平板显示屏界面(简称FPI)113。处理单元105包含一个中心处理单元(简称CPU)、一个存储器管理单元(简称MMU)、以及指令/数据高速缓冲存储器。
CODEC界面109提供了声源和/或调制解调器与集成处理器电路101相连接的界面。并行界面110用于诸如硬盘、打印机等并行输入/输出(简称I/O)设备与集成处理器电路的连接。串行界面111为诸如通用异步收发器(简称UART)等串行I/O设备提供了与集成处理器电路101连接的界面。输入设备112提供了诸如键盘、鼠标、触摸板等输入设备与集成处理器电路101连接的界面。
DMA控制器108通过存储器界面106访问存储在随机存取存储器104中的数据，并将数据提供给与CODEC界面109、并行界面110、串行界面111、和输入设备界面112相连接的外围设备。图形/显示控制器107通过存储器界面106请求并访问随机存取存储器104中的图像/图形数据。进而图形/显示控制器107处理数据、格式化处理过的数据、将格式化的数据送到诸如液晶显示(简称LCD)、阴极射线管(简称CRT)或电视监视器(简称TV)这些显示设备。
如果显示设备是LCD，由图形/显示控制器107处理后的数据在到达LCD之前要首先送到平面显示屏界面113。平面显示屏界面113将进一步处理这些数据，为显示增加不同的颜色色调或灰色阴影。另外，根据所用的是薄膜晶体管(简称TFT)LCD(又称有源矩阵LCD)或是超扭曲液晶向列(简称STN)LCD(又称无源矩阵LCD)，平面显示屏界面(简称FPI)113会按显示类型格式化数据。而且，在使用单色LCD的情况下，FPI113还能将彩色数据转变为单色数据。如果显示设备是阴极射线管(简称CRT)，处理后的数据在送到CRT之前要先送至数字变模拟的转换器(简称DAC)。在计算机系统100中，使用了一个单独的存储器总线连接集成处理器电路101和ROM103与随机存取存储器104。
为使本发明具体化，在FPI113的一部分应用了这一发明。图2对FPI113进行了更加详细的解释。通常，FPI113包括彩色变单色转换器201、闭锁电路202、多路器203、抖动引擎204、闭锁电路205、TFT模块206、STN模块207、多路器208、与门209、或门210-211、与门212、和非门213。根据用户选择的显示模式，运用TFT模块206或者STN模块207按照所需显示模式格式化显示数据。换句话说，TFT模块206和STN模块207这两条通路接收来自同一来源的数据，但进行相互排他的操作(即，处理和传播数据)。
由于FPI113允许在计算机系统100使用单色显示监视器，而显示/图形控制器107一般是把显示数据作为彩色来处理，需要用彩色变单色转换器201将彩色显示数据转换为单色显示数据。因此，由显示/图形控制器207处理的数据首先提供给彩色变单色转换器201。彩色变单色转换器201的输出再输入到闭锁电路202。闭锁电路202能够同时处理8个数据比特。对该技术有一般了解的人都应该清楚，结合使用D-型闭锁或其他形式的闭锁可以很容易地设计出闭锁电路202。闭锁电路202由与门209输出的一个传递时钟信号驱动，与门209的输入是一个激活信号EN10和或门210输出的传递时钟信号。当激活信号为HIGH，表示彩色转变单色被激活，驱动单色显示屏。这样在操作上，当传递时钟信号和激活信号均为HIGH时，与门209输出一个HIGH信号，否则，与门209输出一个LOW信号。换句话说，闭锁电路202和与门209相结合，形成一个时钟门控电路，激活或禁止彩色变单色转换器201。
下面将要谈到，由与门209输出的传递时钟信号最终可能会提供给显示/图形控制器107，原因是激活信号EN10还要由反向器213反向，并提供给与门212。输入到与门212的第二个信号是或门210的输出。与门209和212的输出再送到或门211，或门211的输出再输入到显示/图形控制器107的与门。这样，可以保证显示/图形控制器107收到一个连续的传递时钟信号。
闭锁电路202的输出将送到2合1多路器203作为输入，多路器203受选择信号SEL1的控制，而选择信号SEL1的来源之一，举例说可以有由用户指明的CPU编程的控制寄存器(图中未标明)。多路器203的另一个输入来自显示/图形控制器107。这样，FPI113与彩色和单色的显示就都可以进行连接。
多路器203的输出送到抖动引擎204，抖动引擎204执行像素操作，在输出比特少于需要的情况下尽可能精确地传送图像的色彩。换句话说，抖动引擎204实际上是增强了显示图像的色彩。抖动引擎204的输出送到受一个来自或门210的传递时钟信号驱动的闭锁电路205作为输入。或门210的输入是两个来自TFT模块206和STN模块207的传递时钟信号。闭锁电路205的输出同时送给TFT模块206和STN模块207。这样，FPI113既可以操作有源矩阵(简称TFT)显示又可以操作无源矩阵(简称STN)显示，但任一给定时刻只能选择一种显示模式。因此，FPI113分别具有两条互相排他的内部数据通道。TFT模块206和STN模块207的输出送到2合1多路器208作为输入，多路器208受选择信号SEL2的控制，而选择信号SEL2的来源之一，举例说可以有由用户指明的CPU编程的控制寄存器(图中未标明)。多路器208的输出送到一个LCD显示监视器。
在操作上，当TFT模块206或STN模块207送出传递时钟信号时，或门210输出一个HIGH信号。由于TFT模块206和STN模块207设计上是功能互相排他的，除非在某些无法预知错误的情况下，或门210不会同时收到两个HIGH信号作为输入。如果它的两个输入信号均为LOW，或门210输出一个LOW信号。因此，闭锁电路205和或门210共同作用形成一个时钟门控电路，激活抖动引擎204。尽管本实施例中的时钟门控电路是通过使用与门和激活信号(如与门209和激活信号EN10)以及或门(如或门211)和由TFT模块206和STN模块207的与门产生的传递时钟信号实现的，对该技术有一般了解的人都清楚，时钟门控电路同样也可以使用其他的组合逻辑来实现，例如或门和禁止信号、与门和来自或门的传递时钟信号、以及其他组合逻辑门控。
图3详细解释了STN模块207。如图3所示，STN模块207包括灰度逻辑301、闭锁电路302、STN数据格式化逻辑303、与门304、闭锁电路305、与门306。在我们的实施例中，闭锁电路302和305是D-型闭锁，然而请注意，其他闭锁类型也可以使用。
灰度逻辑301从闭锁电路205接收增强的彩色显示数据作为输入，灰度逻辑301运用时间或画面调制技术产生灰度阴影。在STN显示屏上，每个彩色像素由一个比特代表，不同的灰色阴影可以通过开启或关闭像素而产生。换句话说，像素的亮度取决于它被激发的持续时间和频率。灰度逻辑301的输出送到闭锁电路302。闭锁电路302控制着流向STN数据格式化逻辑303的数据。对该技术有一般了解的人应该清楚，结合使用D-型闭锁和其他类型的闭锁可以容易地设计出闭锁电路302。
闭锁电路302受到与门306输出的时钟控制，与门306的输入是一个来自与门304的传递时钟信号和激活信号EN13，激活信号可以来自由用户所选择的处理单元105的CPU编程的控制寄存器(图中未标明)中的一个比特，也可以来自一个电源管理电路(图中未标明)。当传递时钟信号和激活信号EN13均为HIGH时，与门306产生一个HIGH信号。否则，与门306输出一个LOW信号。这样，与门306与闭锁电路302共同作用形成一个灰度逻辑301的时钟门控电路。闭锁电路302的输出送到STN数据格式化逻辑303作为输入，STN数据格式化逻辑303在数据送到闭锁电路305之前将按照STN显示协议与规则格式化收到的数据，闭锁电路305由与门304的输出驱动。
与门304接收的输入是时钟信号CLK和激活信号EN12，激活信号可以来自由用户所选择的处理单元105的CPU编程的控制寄存器(图中未标明)中的一个比特，也可以来自一个电源管理电路(图中为标明)。当时钟信号CLK和激活信号EN12均为HIGH时，与门304产生一个HIGH信号。否则，与门304输出一个LOW信号。这样，与门304与闭锁电路305共同作用形成STN数据格式化逻辑303的时钟门控电路。
图4所示为灰度逻辑301的相关元件框图。灰度逻辑301包含波形指针产生电路401、块存储器402、模式选择电路403、亮度(权重)表404、多路复用电路405、和闭锁电路406。
如图4所示，来自抖动引擎204的红色、绿色、蓝色(简称RGB)彩色像素数据送到模式选择电路403作为输入，其中每一像素包含4比特红色数据、4比特绿色数据、4比特蓝色数据。模式选择电路403还接收模式选择信号FRCLEVEL[1∶0]，模式选择信号标明所需的灰度分别为2、4、8、16级。根据模式选择信号FRCLEVEL[1∶0]的数值，模式选择电路403按照预先决定的方案输出所选择的RGB彩色像素数据。表1为本实施例中模式选择电路403所采用的方案。
                            表1
色彩输入 FRCLEVEL[1∶0]=11输出16级 FRCLEVEL[1∶0]=10输出8级 FRCLEVEL[1∶0]=01输出4级 FRCLEVEL[1∶0]=00输出2级
    0000     0000     0000     0000     0000
    0001     0001     0000     0000     0000
    0010     0010     0010     0000     0000
    0011     0011     0010     0000     0000
    0100     0100     0100     0100     0000
    0101     0101     0100     0100     0000
    0110     0110     0110     0100     0000
    0111     0111     0110     0100     0000
    1000     1000     1000     1000     1111
    1001     1001     1000     1000     1111
    1010     1010     1010     1000     1111
    1011     1011     1010     1000     1111
    1100     1100     1100     1111     1111
    1101     1101     1100     1111     1111
    1110     1110     1111     1111     1111
    1111     1111     1111     1111     1111
请注意表1所采用的方案只是本发明可以采用的许多种映射方案中的一种。而且请注意在本发明中还可以将映射方案设计为可以编程。如表1所示，由于每一种颜色输出都有16种可能的灰度，如果需要输出16级灰度，所有16种色彩输入就都可以作为输出。换句话说，在16级的选择模式下实行一对一的映射方案。
如果需要8级灰度输出，则根据表1所示的预先决定的方案将16种可能的灰度输入映射为8灰度级输出。换句话说，在8级的选择模式下实行2对1的映射方案。进一步具体地说，二进位值0000的输出被赋予范围在二进位0000-0001的输入，二进位值0010的输出被赋予范围在二进位0010-0011的输入，二进位值0100的输出被赋予范围在二进位0100-0101的输入，二进位值0110的输出被赋予范围在二进位0110-0111的输入，二进位值1000的输出被赋予范围在二进位1000-1001的输入，二进位值1010的输出被赋予范围在二进位1010-1011的输入，二进位值1100的输出被赋予范围在二进位1100-1101的输入，二进位值1111的输出被赋予范围在二进位1110-1111的输入。
如果需要4级灰度输出，16种可能的灰度输入映射为4灰度级输出。换句话说，在4级的选择模式下实行4对1的映射方案。进一步具体地说，二进位值0000的输出被赋予范围在二进位0000-0011的输入，二进位值0100的输出被赋予范围在二进位0100-0111的输入，二进位值1000的输出被赋予范围在二进位1000-1011的输入，二进位值1111的输出被赋予范围在二进位1100-1111的输入。
如果需要2级灰度输出，16种可能的灰度输入映射为2灰度级输出。换句话说，在2级的选择模式下实行8对1的映射方案。进一步具体地说，二进位值0000的输出被赋予范围在二进位0000-0111的输入，二进位值1111的输出被赋予范围在二进位1000-1111的输入。
在本实施例中，红色、绿色、蓝色的彩色像素数据流是分别处理的。这样，模式选择电路403使用了三个本质上相似的组合逻辑电路，每一个组合逻辑电路用于实现一种彩色像素数据流在表1所示的模式选择映射方案。
图4A详细解释了实施例中红色彩色像素数据流实行表1所示的模式选择映射方案所采用的组合逻辑电路。如图4A所示，组合逻辑电路包含与门451-452、缓冲器453、4合1多路器454-456。延迟缓冲器453输入4比特红色彩色像素数据输入中最重要的第3比特，输出红色映射输出的第3比特。多路器454接收4比特红色彩色像素数据输入中最重要的比特(笫3比特)和4比特红色像素数据输入中的第2比特作为输入。如图，输入的第3比特送到多路器454的输入端口0，输入的第2比特送到多路器454的输入端口1-3。信号FRCLEVEL[1∶0]送到多路器454作为选择信号。
根据所选的模式，多路器454有选择地允许其输入之一通过，作为它的输出。具体来说，如果信号FRCLEVEL[1∶0]具有二进位值“00”，则多路器454的输入端口0就作为它的输出端口，如果信号FRCLEVEL[1∶0]具有二进位值“01”，则多路器454的输入端口1就作为它的输出端口，如果信号FRCLEVEL[1∶0]具有二进位值“10”，则多路器454的输入端口2就作为它的输出端口，如果信号FRCLEVEL[1∶0]具有二进位值“11”，则多路器454的输入端口3就作为它的输出端口。
多路器455接收4比特红色彩色像素数据输入中的第3比特、与门452的输出、4比特红色彩色像素数据输入中的第1比特作为输入。更加具体地说，第3比特送到多路器455的输入端口0，与门452的输出送到多路器455的输入端口1，第1比特送到多路器455的输入端口2-3。信号FRCLEVEL[1∶0]送到多路器455作为选择信号。多路器455的操作类似于多路器454。根据所选的模式，多路器455有选择地允许其输入之一通过，作为它的输出。
多路器456接收4比特红色彩色像素数据输入中的第3比特、与门452的输出、与门451的输出、4比特红色彩色像素数据输入中的第0比特作为输入。更加具体地说，第3比特送到多路器456的输入端口0，与门452的输出送到多路器456的输入端口1，与门451的输出送到多路器456的输入端口2，第0比特送到多路器456的输入端口3。信号FRCLEVEL[1∶0]送到多路器456作为选择信号。多路器456的操作类似于多路器454。根据所选的模式，多路器456有选择地允许其输入之一通过，作为它的输出。
4比特红色彩色像素数据输入中的第2比特还送到与门451和452作为输入，4比特红色彩色像素数据输入中的第3比特也送到与门451和452作为输入，4比特红色彩色像素数据输入中的第1比特还送到与门451作为输入。这样，组合逻辑电路实现了表1的对红色彩色像素数据输入的模式选择映射方案。对该技术有一般了解的人应该清楚，类似的组合逻辑电路也可以用于绿色的和蓝色的彩色像素数据流。
为了应用本发明，先将显示区域划分为块，每块大小事先决定为16×16像素。请注意，显示区域分块可以任意大小。图5中的例子按照本发明将640×480像素的显示屏划分为块。如图5所示，各块按照每行自左向右、每列自上向下顺序编号。
再回来参看图4，像素映射数据运用READ/WRITE控制/数据信号从处理单元105的CPU送到块存储器402。像素映射数据可以作为波形访问指针的一个变量，用以选择每一像素所需的亮度波形。从而，新的像素映射数据可以简单方便地编程到块存储器402。这样，像素映射数据代表了本发明可编程的第一个特征。在目前的实施例当中，块存储器402为可编程并能够存储16×16个像素，每个像素有4比特数据。从而，每个像素的取值范围可以为0至15。换句话说，块存储器402可在任何时刻存储一个整块的像素映射数据。块存储器402还接收垂直行计数器信号FPVC[3∶0]和水平像素计数器信号FPHC[3∶0]作为输入，它们分别作为行与列的地址，用以访问块存储器402中的像素映射数据。被访问的4比特像素映射数据送到波形指针产生电路401作为输入。
波形指针产生电路401接收的输入还有，以16为模的画面计数器信号FPFC[3∶0]、画面计数器加倍信号FCDOUBLE、可编程的初始水平像素偏移值INITHO[3∶0]、以16为模的水平像素计数FPHC[3∶0]、水平同步信号HSYNC、像素时钟信号FRCCLK、可编程的初始垂直像素偏移值INITVO[3∶0]、以16为模的垂直行计数FPVC[3∶0]、垂直显示(亦称垂直活动区域)激活信号VDE、垂直同步信号VSYNC。利用这些输入，波形指针产生电路401决定一个亮度波形指针，用于访问所需的亮度波形，控制像素的ON-OFF状态。
来自波形指针产生电路401的亮度指针作为输入送到多路计数电路405。除了来自模式选择电路403的像素色彩数据，多路计数电路还从亮度(权重)存储器404接收亮度波形数据作为输入。多路计数电路405利用亮度指针和像素色彩数据作为选择信号，允许所选择的亮度波形数据通过，作为它的输出。
在目前的实施例中，红色、绿色、蓝色的彩色像素数据流是被分别处理的。这样，多路复用电路405使用了三个本质上相似的多路复用逻辑电路，每一个多路复用逻辑电路用于一种彩色像素数据流。
图4B详细解释了一个在多路复用电路405中红色彩色像素亮度波形所采用的多路复用逻辑电路的例子。如图4B所示，多路复用逻辑电路包含16合1多路器471-473。多路器471包含16个16合1多路器，接收波形亮度(权重)存储器404的亮度波形作为输入。更加具体地说，波形亮度(权重)存储器404的每一行各包含一个不同的16比特的亮度波形，被送到多路器471作为输入。由图4A中组合逻辑电路产生的红色映射后的[3∶0]信号输入到多路器471作为选择信号。多路器471相应这一红色映射后的[3∶0]选择信号，选择其输入中的一种通过，作为它的输出。换句话说，根据16种可能的输入灰度(即，从0至15)，输出相应的亮度波形。多路器471的输出是一个16比特信号，用来作为多路器472和473的输入。
但是，16比特信号的比特顺序对于多路器472和473是不同的。更加具体地说，对于多路器472，比特0(多路器471的输出中最不重要的比特)送到多路器472的输入端口0，比特1送到多路器472的输入端口1，比特2送到多路器472的输入端口2，如此类推，比特15(多路器471的输出中最重要的比特)送到多路器472的输入端口15。与之相对，对于多路器473，比特1送到多路器473的输入端口0，比特2送到多路器473的输入端口1，如此类推，比特15送到多路器473的输入端口14，而比特0送到多路器473的输入端口15。
来自波形指针产生电路401的波形指针[3∶0]信号送到多路器472和473作为选择信号。多路器472和473相应波形指针[3∶0]信号，选择性地允许一个输入通过作为它们的输出。多路器472的输出送到一个DSTN显示屏的半屏，多路器473的输出则送到一个所存数据将用于下一画面的半画面缓冲器。这样，比特顺序的改变使得具有连续红色亮度波形数据的画面仍然连续，从而保证了连贯性的效果。多路器472和473的输出分别表示为红色亮度波形FCR和FNR信号。对于该技术由一般了解的人应该清楚，相似的多路复用逻辑电路也可以用于绿色和蓝色的亮度波形。换句话说，使用相似的多路复用逻辑电路可以产生绿色亮度波形FCG和FNG，以及蓝色亮度波形FCB和FNB信号(即与绿色和蓝色相应的FCR和FNR信号)。简言之，FCR、FCG、FCB是送到一块DSTN显示屏半屏(用于当前画面)的红色、绿色、蓝色FRC输出，而FNR、FNG、FNB则是送到一个用于下一屏画面的半画面缓冲器的红色、绿色、蓝色FRC输出。
再回来参看图4，在本实施例中，每一个像素色彩灰度数据(即，红色、绿色、蓝色)都包含着双屏双扫描超扭曲液晶向列(简称DSTN)LCD显示屏所必需的2比特数据。每一个DSTN显示屏都有同时驱动的上屏和下屏，这样，当为一个半屏处理数据时，就需要一个半画面缓冲器为另一半屏提供处理后的数据。因此在当前实施例中，一个数据比特送到一个半屏(用于当前画面)，另一个数据比特送到一个半画面缓冲器(用于下一画面)。为简单清楚起见，图中没有表现半画面缓冲器。对于该技术有一般了解的人应该清楚，本发明同样适用于单屏STN LCD。对于单屏的STN LCD，仅使用FCR、FCG、FCB数据比特。
表2用例子解释了存储在亮度(权重)存储器404中的亮度波形。在本实施例中，权重存储器404是一个容量为16×16比特可根据LCD的特性和用户的需求编程的随机存取存储器。这样，权重表404可以存储多达16种亮度波形，每一种有16幅画面。因此，每一种波形表示了像素在16幅画面中的平均亮度。如表2所示，权重存储器404的每一行包含一个16指令比特的波形，其中每一比特对应于一个像素在一个时间画面中的ON-OFF状态。1在波形中出现的次数代表着像素在16幅画面中被激发的次数。这样，可以编程使一个波形在16幅画面中具有所需数量的1。另外，在一个波形上也可以对1出现的次序和两个1之间的间隔进行编程。进而，一个波形还可以由非连续地增加亮度的方法而定义。例如，亮度0000可以为最亮的强度。通常，1之间等距产生的效果最好。但是显示屏本身材料也起有很大作用。如上所述，亮度波形代表了本发明可编程的第二个特征。
权重存储器404中的全部亮度波形作为图4B的多路器471的输入。具体地，表2第一行的亮度波形对应于WEIGHT_ROW0[0∶15]，表2第二行的亮度波形对应于WEIGHT_ROW1[0∶15]，表2第三行的亮度波形对应于WEIGHT_ROW2[0∶15]，如此类推。
                              表2
亮度(权重)                      画面号
1  2  3  4  5  6  7  8  9  10  11  12  13  14  15  16
 0000(0/16) 0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0  0
 0001(2/16) 1  0  0  0  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0  0  0
 0010(3/16) 1  0  0  0  0  1  0  0  0  0  1  0  0  0  0  0
 0011(4/16) 1  0  0  0  1  0  0  0  1  0  0  0  1  0  0  0
 0100(5/16) 1  0  0  1  0  0  1  0  0  1  0  0  1  0  0  0
 0101(6/16) 1  0  0  1  0  1  0  0  1  0  1  0  0  1  0  0
 0110(7/16) 1  0  1  0  1  0  1  0  0  1  0  1  0  1  0  0
 0111(8/16) 1  0  1  0 1 0  1  0  1  0  1  0  1  0  1  0
 1000(9/16) 0  1  0  1  0  1  0  1  1  0  1  0  1  0  1  1
 1001(10/16) 0  1  1  0  1  0  1  1  0  1  0  1  1  0  1  1
 1010(11/16) 0  1  1  0  1  1  0  1  1  0  1  1  0  1  1  1
 1011(12/16) 0  1  1  1  0  1  1  1  0  1  1  1  0  1  1  1
 1100(13/16) 0  1  1  1  1  0  1  1  1  1  0  1  1  1  1 1
 1101(14/16) 0  1  1  1  1  1  1  1  0  1  1  1  1  1  1  1
 1110(15/16) 0  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
 1111(16/16) 1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1  1
图6是说明波形指针产生电路401的框图。如图6所示，波形指针产生电路401包含水平偏移电路601、垂直偏移电路602、加法器电路603、画面偏移电路604。画面偏移电路604接收垂直同步信号VSYNC和可以是来自一个编程寄存器的画面计数器加倍信号FCDOUBLE作为输入，信号FCDOUBLE表示画面偏移电路604输出的画面计数的偏移值是“1”还是“2”。画面偏移电路604的输出是一个以16为模的数值，与一个亮度波形周期中的画幅数(16)相吻合。更具体地说，如果信号FCDOUBLE是LOW，画面偏移电路的输出计入1，反之，如果信号FCDOUBLE是HIGH，画面偏移电路604的输出计入2。
画面计数器加倍信号FCDOUBLE对单屏单扫描的STN-LCD一般设置为LOW，对双屏双扫描的STN-LCD一般设置为HIGH。因为平面显示器界面一次为双屏STN-LCD输出两幅画面的数据，通常需要双屏STN-LCD的画面计数加倍。对于双屏DSTN，上下两屏需要同时驱动。
图7用一个例子表示了画面偏移电路604。如图7所示，画面偏移电路604包含多路器700、加法器701、以16为模的寄存器702。画面计数信号FPFC[3∶0]被送到寄存器702，这是一个用来监视画面计数的4比特以16为模的寄存器。寄存器702以16为模吻合了亮度波形的16幅画面。根据这一逻辑，如果亮度波形有M幅画面，寄存器702就需要是一个以M为模的寄存器。寄存器702将它的数值输出给加法电路603。此外，寄存器702还把它的数值送到加法器701作为输入，加法器701接收多路器700的输出作为它的另一输入。多路器700接收二进位数值“0001”和“0010”作为输入，还有画面计数器加倍信号FCDOUBLE作为选择信号。根据不同的画面计数器加倍信号FCDOUBLE，多路器700允许二进位数值“0001”或“0010”通过，作为它的输出。加法器701将寄存器702的当前值加到多路器700输出的所需偏移值上，用以决定当前画幅的偏移值。加法器701的输出送到以16为模的寄存器702作为输入，寄存器702受到每一幅画面所产生的VSYNC信号的时钟控制。
图8表示了水平像素偏移电路601。如图8所示，水平像素偏移电路601包括与门801-802、加法器804、闭锁电路805-806。初始水平偏移INITHO[3∶0]是一个可以用来改变水平像素偏移电路601输出的可编程4比特数值，被送到加法器804作为输入，加法器804的另一个输入是闭锁电路806的输出。水平像素计数信号FPHC[3∶0]送到与门801作为输入。水平计数达到15，就表明到达这一块的水平像素边界，此时与门801输出一个HIGH信号，反之，如果没有到达边界，与门801就输出一个LOW信号。
与门801的输出送到闭锁电路805作为输入。闭锁电路805在时钟为LOW时，可以传递D输入到Q输出，它是一个对水平敏感的半闭锁，在时钟为LOW时是活性的。因此，可以使用一个半闭锁和活性的LOW时钟设计闭锁电路805。时钟信号FRCCLK用来驱动闭锁电路805。闭锁电路805的输出送到与门802作为输入，与门802的另一个输入是时钟信号FRCCLK。这样，与门802的输出可用来作为一个传递时钟信号，这个信号只有到达了一个块的水平像素边界并且时钟信号FRCCLK为HIGH时才为HIGH。由与门802输出的传递时钟信号送到闭锁电路806作为时钟信号。表示一个新的显示行开始的水平同步信号HSYNC送到闭锁电路805-806作为重置信号。因此，在每一显示行的开始，闭锁电路805-806都被设置为0。
加法器804是一个4比特的加法器，它的输出送到闭锁电路806作为输入。闭锁电路806可以是一个D型闭锁或是一个主仆型闭锁。闭锁电路806然后为加法器804提供第二个输入，闭锁电路806的输出也送到加法器804作为输入。这样，当到达一个快的水平像素边界时，水平偏移使用以16为模的加法加上一个初始水平偏移INITHO[3∶0]获得更新。当HSYNC为活性时，水平偏移在每一显示行的开始重置为0。
图9表示了垂直行偏移电路602。如图9所示，垂直行偏移电路602包括与门901-903、加法器905、闭锁电路906。初始纵行值INITVO[3∶0]是一个可以用来改变垂直行偏移电路602输出的可编程4比特数值，被送到加法器905作为输入，加法器905的另一个输入是闭锁电路906的输出。
以16为模的垂直计数器信号FPVC[3∶0]被反向后送到与门901作为输入。当垂直计数为0时，与门901输出一个HIGH信号。反之，与门901输出一个LOW信号。与门901的输出送到与门902作为输入，与门902收到的第二个输入是表示当前行是否处于垂直活动显示范围之内的垂直显示激活信号VDE。如果当前行处于活动显示范围内，并且垂直计数为0(表示一个块的纵列的开始)，与门902输出一个HIGH信号，反之，与门902输出一个LOW信号。与门902的输出送到与门903作为输入，与门902收到的第二个输入是水平同步信号HSYNC。水平同步信号HSYNC用来作为产生垂直行偏移的“时钟”。
如果当前像素位于活动显示范围之内，并且是块垂直行的开始，信号HSYNC也在高位，表示垂直偏移应该更新以反映该块当前的垂直位置，与门903输出一个HIGH信号。反之，与门903输出一个LOW信号。与门903的输出用于闭锁电路906的时钟。闭锁电路906可由D型闭锁或其他主仆型闭锁设计而成。如前面所述，闭锁电路906的输出送到加法器905作为输入。这样，当满足以上条件时，垂直偏移就被更新。表示到达显示画面尽头的垂直同步信号VSYNC送到闭锁电路906做为重置信号。这样，就在显示画面开始之前，垂直偏移被重置为0。
图10表示了包含加法电路1001-1004的加法器603。加法电路1001接收的输入有来自画面偏移电路604的画面偏移值、来自水平偏移电路601的水平偏移值、来自垂直像素偏移电路602的垂直行偏移值、来自块存储器402的像素映射数据。加法电路1001将输入执行以16为模的加法，决定一个波形访问指针值。加法电路1001的输出送到加法器1002-1004。
加法器1002-1004都是以16为模的加法器，用来决定特定颜色(即红色、绿色、蓝色)的波形访问指针值。更加具体地说，加法器1002用来组合一个红色像素色彩偏移值和来自加法电路1001的波形访问指针值，加法器1003用来组合一个绿色像素色彩偏移值和来自闭锁电路1005的波形访问指针值，加法器1004用来组合一个蓝色像素色彩偏移值和来自闭锁电路1005的波形访问指针值。这些特定颜色的波形访问指针值然后送到多路计数电路405作为选择信号。红色、绿色、蓝色的色彩偏移值可以由一个用不同数值编程的寄存器产生。
如上所述，在本发明中，画面偏移值、水平像素偏移值、垂直行偏移值、色彩偏移值都用来作为决定波形访问指针的变量。因此，它们代表着产生灰度数据中的新的可编程特性。其思想是使画面调制的顺序在显示屏上的一个像素及其临近像素之间显得尽可能的随机。本发明的所有编程特性可以用来减少所有像素在同一画面中同时打开和关闭，从而避免了屏幕闪烁。所有偏移值都是为了使本发明可应用于不同的无源矩阵LCD显示屏这一艰苦的目标。
以上介绍了本发明的具体实施例-可变型灰度阴影数据产生系统、装置和方法。尽管本发明是用一个具体实施例描述的，但本发明并不能解释为只局限于这样的实施例，本发明的解释以下列根据权利要求为准。

Claims (24)

1．一种根据在像素按行与列排列的数字显示上的输入彩色像素数据产生画面比率调制数据的装置，该装置将像素划分为具有预先决定的像素数的块，所述装置包括：
接收像素映射数据值作为输入的第一存储器，该第一存储器根据行与列地址选择所接收的像素映射数据值作为输出；
与所述第一存储器相耦合的指针产生电路，一个画面计数器，一个水平像素计数器，和一个垂直行计数器，该指针产生电路根据水平像素计数，垂直行计数，画面计数，像素映射数据，和像素色彩偏移值产生波形访问指针；
用于存储预定数量的亮度波形的第二存储器，其中，每个所述亮度波形具有预定数量的指令比特，对应于与该亮度波形相关的一个画面周期中的画面；和
与所述第二存储器和所述指针产生电路相耦合的多路复用电路，所述多路复用电路根据所述波形访问指针和所述输入像素色彩数据选择输出来自所述第二存储器的亮度波形。
2．根据权利要求1所述的装置，其中所述输入像素色彩数据用来访问所述第二存储器的行而所述波形访问指针用来访问所述第二存储器的列。
3．根据权利要求2所述的装置，进一步包括一个模式选择电路，用于根据模式选择信号按照预先决定的方案选择像素色彩数据输出到所述多路复用电路。
4．根据权利要求3所述的装置，其中所述模式选择电路按照表1的方法实现预先决定的方案。
5．根据权利要求4所述的装置，其中所述模式选择电路设计为分别映射像素的红色色彩数据、像素的绿色色彩数据、像素的蓝色色彩数据。
6．根据权利要求1所述的装置，其中所述指针产生电路包括：
接收垂直同步信号和画面计数加倍信号作为输入的画面偏移电路，所述画面偏移电路通过在画面计数上加偏移值以生成一个画面偏移值，其中，所述偏移值是由所述画面计数加倍信号确定的，所述画面偏移值是一个以M为模的计数，而M是一个周期里的画面数量；
接收初始水平偏移值、水平像素计数、和一个水平同步信号作为输入的水平像素偏移电路，其中所述水平像素计数以N为模，而N是所述第一存储器每行数据值的数量，所述水平像素偏移电路确定更新水平偏移值；
接收所述初始垂直偏移值、垂直行计数、水平同步信号、垂直同步信号、激活显示面积信号作为输入的垂直行偏移电路，其中，所述垂直行计数是以L为模，而L是所述第一存储器的每一列数据值的数量，所述垂直行偏移电路确定更新垂直偏移值；和
连接到所述画面偏移电路、水平像素偏移电路、垂直像素偏移电路的加法器电路，所述加法器电路进一步接收像素色彩偏移值作为输入，叠加画面偏移值、更新水平偏移值、更新垂直偏移值和像素色彩偏移值，以确定波形访问指针。
7．根据权利要求6所述的装置，水平像素偏移电路含有一个以M为模的加法器，以M为模的所述加法器将以M为模的初始水平偏移值加到水平块边界上以前更新的水平偏移值中，以确定新的更新水平偏移值。
8．根据权利要求6所述的装置，所述垂直行偏移电路含有一个以M为模的加法器，以M为模的所述加法器将以M为模的初始垂直偏移值加到垂直块边界上以前更新的垂直偏移值中，以确定新的更新垂直偏移值。
9．根据权利要求6所述的装置，所述加法器电路包括：
接收画面偏移值、更新水平偏移值、更新垂直偏移值和选择像素映射值作为输入的以M为模的第一加法器电路，该第一加法器电路叠加画面偏移值、更新水平偏移值、更新垂直偏移值以及选择像素映射值，以确定一个叠加值；和
接收像素色彩偏移值和叠加值作为输入的以M为模的第二加法器电路，该第二加法器叠加像素色彩偏移值和锁定的叠加值，以确定第二存储器使用的波形访问指针。
10．根据权利要求9所述的装置，其中，所述像素色彩偏移值由像素红色色彩偏移值、像素绿色色彩偏移值、和像素蓝色色彩偏移值构成。
11．根据权利要求1所述的装置，其中所述多路复用电路用于将像素红色色彩数据、像素绿色色彩数据、像素蓝色色彩数据分成多路。
12．根据权利要求1所述的装置，其中所述第一存储器和第二存储器是随机存取存储器。
13．根据权利要求10所述的装置，其中所述第一存储器能够存储N×L个元素，每个元素有一个从0到M-1排列的值，其中，N和L分别是每个块水平和垂直方向的像素数。
14．根据权利要求11所述的装置，所述第二存储器能够存储(M+1)个亮度波形，每个亮度波形有M个指令比特数。
15．一种计算机系统包括：
一个中央处理器；
一个连接到所述中央处理器的存储器；
一个连接到所述中央处理器的存储控制器；
一个连接到所述中央处理器的显示控制器；
一个连接到所述显示控制器的平面显示屏界面，该平面显示屏界面含有一个生成画面比率调制数据的灰度浓淡处理装置，以响应具有像素纵横排列的数字显示的输入色彩像素数据，所述装置把像素排列成块，每一个块具有事先确定的像素数，所述装置包括：
一个接收像素映射数据值作为输入的第一存储器，该第一存储器为输出选择接收的像素映射数据值，以对应行和列的地址；
一个连接到第一存储器、一个画面计数器、一个水平像素计数器、和一个垂直行计数器的指针生成电路，该指针生成电路根据水平像素计数、垂直行计数、画面计数、像素映射数据、和像素色彩偏移值，生成一个波形访问指针；
一个用于存储预定数量亮度波形的第二存储器，每个亮度波形都有预定数量的指令比特数，相应于与所述亮度波形相关的画面周期内的画面；
一个连接到所述第二存储器和所述指针生成电路的多路复用电路，该多路复用电路为输出选择来自所述第二存储器的亮度波形，以对应所述波形访问指针和输入像素色彩数据。
16．根据权利要求15所述的计算机系统，其中所述输入像素色彩数据用于访问所述第二存储器的行，所述波形访问指针用于访问所述第二存储器的列。
17．根据权利要求16所述的计算机系统，进一步包括一个模式选择电路，该模式选择电路根据事先确定的方案，为输出到多路复用电路选择像素色彩数据，以响应模式选择信号。
18．根据权利要求17所述的计算机系统，其中，由所述模式选择电路执行的预定方案参照表1。
19．根据权利要求15所述的计算机系统，其中所述指针生成电路包括：
一个接收垂直同步信号和画面计数加倍信号作为输入的画面偏移电路，该画面偏移电路通过在画面计数上加偏移值，生成画面偏移值，其中，所述偏移值是由画面计数加倍信号确定的，所述画面偏移值以M为模的计数，M是一个周期里的画面数量；
一个接收初始水平偏移值、水平像素计数、和水平同步信号作为输入的水平像素偏移电路，其中，所述水平像素计数以N为模，N是所述第一存储器每行的数据值数量，所述水平像素偏移电路确定更新水平偏移值；
一个接收初始垂直偏移值、垂直行计数、水平同步信号、垂直同步信号、和激活显示面积信号作为输入的垂直行偏移电路，其中，所述垂直行计数以L为模，L是所述第一存储器每一列数据值数量，所述垂直行偏移电路确定更新垂直偏移值；
一个连接到画面偏移电路、水平像素偏移电路、和垂直像素偏移电路的加法器电路，该加法器电路进一步接收像素色彩偏移值作为输入，所述加法器电路叠加画面偏移值、更新水平偏移值、更新垂直偏移值、和像素色彩偏移值，以确定所述波形访问指针。
20．根据权利要求19所述的计算机系统，其中，所述水平像素偏移电路包括一个以M为模的加法器，所述以M为模的加法器在一个水平块边界以前的更新水平偏移值上加以M为模的初始水平偏移值，以确定更新水平偏移值。
21．根据权利要求19所述的计算机系统，其中，所述垂直行偏移电路含有一个以M为模的加法器，所述以M为模的加法器在一个垂直块边界以前的更新垂直偏移值上加以M为模初始垂直偏移值，以确定更新垂直偏移值。
22．根据权利要求19所述的计算机系统，其中所述的加法器包括：
一个接收画面偏移值、更新水平偏移值、更新垂直偏移值、和选择的像素映射值作为输入的以M为模的第一加法器电路，该第一加法器电路叠加画面偏移值、更新水平偏移值、更新垂直偏移值、和选择的像素映射值，以确定一个叠加值；
一个接收像素色彩偏移值和叠加值作为输入的以M为模第二加法器电路，该第二加法器叠加像素色彩偏移值和锁定的叠加值，以确定所述第二存储器所用的波形访问指针。
23．响应具有行列排列像素的数字显示的输入色彩像素数据产生画面等级调制数据的方法，包括以下步骤：
将所述像素排列成每个具有事先确定的像素数的块；
将输入像素映射数据值存储到一个第一存储器里；
从所述第一存储器中选出像素映射数据值作为输出，对应行和列的地址；
将事先确定的亮度波形数存储到一个第二存储器中，该亮度波形对应于与波形相关的画面周期内的画面的预定指令比特数；
产生一个基于水平像素计数、垂直行计数、画面计数、像素映射数据、和像素色彩偏移值上的波形访问指针；和
为输出选择一个来自所述第二存储器的亮度波形，以对应波形访问指针和像素色彩数据。
24．根据权利要求23所述的方法，根据预定的方案，为对应模式选择信号，进一步包括为输出选择像素色彩数据的步骤。
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