CN1338093A - 显示装置的功率电平控制方法和实现该方法的装置 - Google Patents

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Abstract

等离子体显示器(PDP)变得越来越为电视技术所感兴趣。图像质量的一个重要标准是白色峰值增强因子PWEF。本发明建议一种显示器中功率电平控制的方法,在该方法中,PWEF可以增加,一组功率电平模式用于子域编码,其中,特征子域结构属于每一个功率电平模式,子域结构相对一个或多个下述特征可变化:－子域的数量－子域类型－子域定位－子域加权－子域预标度－子域加权因子,使用该因子改变在每一子域期间产生的小脉冲的数量;其中,方法包括确定特征值(AP)的步骤,该值(AP)是视频图像的功率电平的特征,以及选择对应功率电平模式用于子域编码的步骤。本发明还包括实现功率电平控制方法的装置。

Description

显示装置的功率电平控制方法和实现该方法的装置
技术领域
本发明涉及显示装置的功率电平控制方法和实现该方法的装置。具体说，本发明涉及一种改善显示在如等离子体显示屏上的图像的图像质量的视频处理，以及所有基于光发射的工作周期调制(脉宽调制)原理的显示器。
背景技术
尽管已经知道等离子体显示屏许多年了，等离子体显示屏获得电视机制造商的极大欢迎。确实，这种技术已经可以获得大尺寸的平板彩色显示屏，以及没有任何视角限制的有限的厚度。显示屏的尺寸可以比经典CRT显象管所曾经允许的尺寸大的多。
参考欧洲最新的电视机，已经做了许多工作改善电视机的图像质量。因此，存在一种很强的要求，即，使用如等离子体显示技术制造的电视机必须提供与旧标准TV技术一样好或超过它的图像。
视频图像的一个重要质量标准是白色峰值增强因子(PWEF)。白色峰值增强因子可以定义为白色峰值亮度电平与均匀白色场/帧之间的比。CRT显示器具有高到5的PWEF值，但是，目前的等离子体显示屏(PDP)只有大约2的PWEF值。因此，在这种情况下，PDP的图像质量不是最好，所以，必须努力改善这种情况。
等离子体显示屏(PDP)采用只是“接通”或“断开”的放电单元的矩阵。不像灰度电平由光发射的模拟控制表示的CRT或LCD，PDP通过调制每帧的光脉冲数(持续脉冲)控制灰度电平。这个时间调制将在对应眼睛时间响应的一个周期上由眼睛积分。
发明简述
本发明的目的是公开一种功率电平控制的方法和装置，以增加白色峰值增强因子。
本发明通过增加可用功率电平模式的数量(数量和范围)增加等离子显示屏的PWEF。
本发明从反射开始，即在等离子体显示屏中大的白色峰值亮度值，需要较多的持续脉冲。另一方面，较多的持续脉冲也对应较高的PDP功率消耗。解决方案是产生或多或少的持续脉冲作为平均图像功率的函数的控制方法，即，它在具有不同功率电平的不同模式之间切换。为清楚起见，对于100IRE(无线电工程学会)的视频电平，给定模式的功率电平定义为持续放电激励的数量。其中，相对单位100 IRE表示全白颜色的视频信号电平。功率电平模式的可用范围大约等于PWEF。对于具有相对低图像功率的图像，即，许多像素具有相对低的亮度值，将选择随后具有高功率电平的模式，以产生不同的视频电平，因为大量像素具有低亮度值，整个功率消耗是有限的。对于具有相对高图像功率的图像，即，许多像素具有相对高的亮度值，将选择随后具有低功率电平的模式，以产生不同的视频电平，因为大量像素具有高亮度值，整个功率消耗将是高的。
原则上，本发明由功率电平控制的方法构成，显示装置具有多个对应图像像素的亮度单元，其中，视频帧或视频半帧的时间持续周期被分成为多个子域(SF)，在子域期间，可以用对应子域码字的小脉冲激励亮度单元光发射，子域码字用于亮度控制，其特点在于提供一组功率电平模式用于子域编码，其中，特征子域结构属于每一个功率电平模式，子域结构相对一个或多个下述特征可变化：
-子域的数量
-子域类型
-子域定位
-子域加权
-子域预标度
-子域加权因子，使用该因子在每一子域期间改变产生小脉冲的数
量：其中，方法包括确定特征值(AP)的步骤，该值(AP)是视频图像的功率电平的特征，以及选择对应功率电平模式用于子域编码的步骤。
本发明方法的附加实施例公开在不同的从属权利要求中。
与CRT相反，其中，CRT切换是模拟的，是在连续和基本上无限数量的模式之间，而在PDP中，切换是离散的。通过引入有磁滞特征的功率电平模式的切换操作，可以避免由图像噪声引起的具有可感觉的亮度差的在两个功率电平模式之间的振荡。
本发明还包括完成发明方法的装置，完成发明方法的装置包括平均图像功率测量电路、预标度单元、子域编码单元、功率电平控制单元，在功率电平控制单元中存储了功率电平模式表和用于功率电平模式切换控制的磁滞曲线。
附图说明
本发明的实施例显示在附图中，并参考附图进行详细描述。
图1是解释等离子显示屏的子域概念的视图；
图2示出两个不同的子域结构，以显示白色峰值增强的不同功率电平之间的切换的概念。
图3示出用于功率电平切换控制的磁滞曲线；
图4示出本发明装置的方框图。
实施例
在视频处理领域中，8比特表示量度电平是很普通的。在这种情况中，每一个视频电平由下述8比特的组合表示：
20＝1，21＝2，22＝4，23＝8，24＝16，25＝32，26＝64，27＝128为实现PDP技术的编码方案，帧周期将被分成8个子周期，子周期常常称为子域，每个子域对应8比特之一。用于比特21＝2的光发射周期是比特20＝1的光发射周期的两倍。按照8个子周期的组合，可以建立256个不同的灰度级，例如，灰度级92将具有对应的数字码字％1011100。应当理解，在PDP技术中，子域由每个具有相同幅度和相同持续周期的对应小脉冲数构成。在没有运动的情况下，观察者的眼睛将在帧周期的所有字周期上积分，并将具有正确灰度级的印象。上述子域结构显示在图1中，注意，图1是一个简化的视图，用于寻址等离子体单元的时间周期和寻址(扫描)之后消除等离子体单元的时间周期以及持续时间没有准确地示出。但是，在等离子体技术中为每个子域给出上述内容，对于本领域技术人员来说是众所周知的。这些时间周期对每个子域是严格的并是常数。
当所有子域被激励时，光相位具有255个相对时间单元的相对持续时间。选择255个值，以便继续使用上面提到的用于PDP的表示亮度电平或RGB数据的8比特。图1中的第二个子域具有2个相对时间单元的持续时间。在PDP技术领域中，子域的相对持续时间常常称为子域的“加权”，以后也使用这个表达。
有效的白色峰值增强控制电路需要大量的离散功率电平模式，以便把视频信号电平(RGB、YUV信号)的8比特字映射到各自的子域码字。切换是在不同功率电平模式之间进行的。在本发明中，通过增加较多的自由度，即，使用较多的动态子域控制增加离散功率电平的数量。
本发明建议使用一个或多个下述方法提供动态子域控制。
1.子域的动态数。这意味着对于较高的功率电平模式(为具有较低平均功率的图像所选择)，使用较少的子域，因此，减少了寻址和消除所需要的时间，允许更多的时间用于产生持续脉冲。
2.动态子域类型。这意味着对于某些功率电平模式，某些半帧可以压缩到比特-线-重复子域，其寻址只需要一半的时间。所以，对于产生子域模式可以获得更多的时间。比特-线-重复子域的概念详细解释在专利EP 0874349中。这个概念后面的想法是，对于某些称为共同子域的子域来说，通过把两条连续的线组合在一起，减少被寻址的线的数量。所以，某些子域被定义为共同子域。下面给出具有12个子域的子域结构的例子。下划线的值是共同子域。1-2-4-5-8-10-15-20-30-40-50-70在这个例子中，在相同位置上的两条连续线中的两个像素的两个像素值的子域码字将于共同子域相同，但可能不同于剩余的特殊子域。下面给出两条连续线上的相同位置的像素值36和51的例子。
存在许多不同的方法对下面所示的值进行编码。注意，在括号中，显示了6个共同子域的对应代码。36＝30+4+2(100110)         51＝50+1(000001)
＝30+5+1(100001)           ＝40+10+1(000001)
＝20+15+1(010001)          ＝40+8+2+1(001011)
＝20+10+5+1(000001)        ＝40+5+4+2(000110)
＝20+10+4+2(000110)        ＝30+20+1    (100001)
＝20+8+5+2+1(001011)       ＝30+10+8+2+1(101011)
＝15+10+8+2+1(011011)      ＝30+10+5+4+2(100110)
＝15+10+5+4+2(010110)      ＝20+15+10+5+1(010001)
＝20+15+10+4+2(010110)
＝20+15+8+5+2+1(011011)从这个列表中可以清楚地看出，可以提取与共同子域相同的码字。这些对应对的码字列表如下：
36＝30+4+2           and    51＝30+10+5+4+2
36＝30+5+1           and    51＝30+20+1
36＝20+15+1          and    51＝20+15+10+5+1
36＝20+10+5+1        and    51＝50+1
36＝20+10+5+1        and    51＝40+10+1
36＝20+10+4+2        and    51＝40+5+4+2
36＝20+8+5+2+1       and    51＝40+8+2+1
36＝15+10+8+2+1      and    51＝20+15+8+5+2+1
36＝15+10+5+4+2      and    51＝20+15+10+4+2
3.动态子域定位。这意味着视频帧内子域的位置也是变化的。这允许更多的自由度从离散子域构建帧。
4.动态子域预标度。这意味着最高的100 IRE的视频电平总是不与相同的数字值如255编码。例如，如果100 IRE被预标度到不同的较小值，即240，图像功率按相同因子减小，即，240/255。
5.动态子域加权。这意味着与给定子域有关的加权可能改变。当使用不同子域数时这是普通的情况，但是，很可能具有两个不同的功率电平模式，二者具有相同数量的子域，可能具有不同子域预标度，但具有不同的编码，因此，具有不同的子域加权。下面给出一个例子：
模式10.1：  1-2-4-8-16-32-48-48-48-48
模式10.2：  1-2-4-8-16-32-32-32-32-32在这个例子中，7到10的子域加权在两个模式中是不同的。
6.动态子域加权因子。子域加权因子确定对于子域产生多少持续脉冲。如果这个因子是*2，则意味着子域加权数乘以2，以获得在有源子域周期期间产生的持续脉冲数。
图2简单显示了动态子域结构的原理是如何工作的。显示了具有不同功率电平的两个模式。
第一个模式包括11个子域SF，第二个模式包括9个子域。每个子域由寻址周期sc(扫描周期)、持续周期su、消除周期er构成，其中，在sc周期，对于每个像素，每个等离子体单元由码字确定是否充电，在su周期，预充电的等离子体单元被激活用于光发射，在er周期，等离子体单元被放电。在9个子域的情况中，需要较少的时间用于寻址(扫描)，因此，可用较多的时间用于持续脉冲(黑色区域较大)。子域的消除和扫描时间独立于对应的子域加权。可以从图中看出，子域的位置和子域的加权在所示的两种情况中是不同的。例如在第一种情况中，第7个子域的加权是32，但在第二种情况中，第7个子域的加权是64。用于寻址、消除和持续次数的图示相对时间持续周期只是示例，在某些实施中可以不同。同样，它也不是严格的，具有较低加权的子域放置在头部，具有较高加权的子域放置在半帧/帧周期的尾部。
动态子域控制的概念可由一个例子进行很好的解释。应当注意到，在此所用的值只是示例，在其它实施中可以使用不同的值，特别是所用子域的数量和加权及实际持续脉冲的数量。
根据在此所示的例子，PWEF是5。视频信号(例如，RGB信号)将由覆盖范围从0到255个8比特数据字表示。在这个例子中，等离子体显示屏控制在一帧周期中产生最大的5*255个脉冲(最高功率电平模式)，并在具有最低功率电平的模式中产生最小的1*255个脉冲。
解决方案可以使用4个不同的主功率电平模式实现：
模式1：12个子域(2*255个持续脉冲)：
1-2-4-8-16-32-32-32-32-32-32-32
模式2：11个子域(3*255个持续脉冲)：
1-2-4-8-16-32-32-40-40-40-40
模式3：10个子域(4*255个持续脉冲)：
1-2-4-8-16-32-48-48-48-48
模式4：9个子域(5*255个持续脉冲)：
1-2-4-8-16-32-64-64-64
括号中给出的解释将按下面的理解进行解释：粗体打印的数字给出了相对时间单元中的子域加权。对于视频电平255，所有对应255个相对时间单元的子域被激活。子域的数码没有直接给出在激活子域中的持续脉冲的数量。通过把子域加权数与模式1、2、3、4的因子*2、*3、*4、*5相乘获得这些数量。
每个主模式被细分为大约16个子模式，子模式使用相同的子域数，但是，子模把全部视频电平100 IRE编码到不同的值(动态预标度)。下面的列表表示所有的子模式，其中，P1表示功率电平(把100 IRE的代码与主模式的对应因子相乘获得)，100 IRE表示100 IRE视频电平被编码的数字电平：Mode  1.01：  pl＝254，  100  ire  ＝  127Mode  1.02：  pl＝270，  100  ire  ＝  135Mode  1.03：  pl＝286，  100  ire  ＝  143Mode  1.04：  pl＝302，  100  ire  ＝  151Mode  1.05：  pl＝318，  100  ire  ＝  159Mode  1.06：  pl＝334，  100  ire  ＝  167Mode  1.07：  pl＝350，  100  ire  ＝  175Mode  1.08：  pl＝366，  100  ire  ＝  183Mode  1.09：  pl＝382，  100  ire  ＝  191Mode  1.10：  pl＝398，  100  ire  ＝  199Mode  1.11：  pl＝414，  100  ire  ＝  207Mode  1.12：  pl＝430，  100  ire  ＝  215Mode  1.13：  pl＝446，  100  ire  ＝  223Mode  1.14：  pl＝462，  100  ire  ＝  231Mode  1.15：  pl＝478，  100  ire  ＝  239Mode  1.16：  pl＝494，  100  ire  ＝  247Mode  1.17：  pl＝510，  100  ire  ＝  255Mode  2.01：  pl＝525，  100  ire  ＝  175Mode  2.02：  pl＝540，  100  ire  ＝  180Mode  2.03：  pl＝555，  100  ire  ＝  185Mode  2.04：  pl＝570，  100  ire  ＝  190Mode  2.05：  pl＝585，  100  ire  ＝  195Mode  2.06：  pl＝600，  100  ire  ＝  200Mode  2.07：  pl＝615，  100  ire  ＝  205Mode  2.08：  pl＝630，  100  ire  ＝  210Mode  2.09：  pl＝645，  100  ire  ＝  215Mode  2.10：  pl＝660，  100  ire  ＝  220Mode  2.11：  pl＝675，  100  ire  ＝  225Mode  2.12：  pl＝690，  100  ire  ＝  230Mode  2.13：  pl＝705，  100  ire  ＝  235Mode  2.14：  pl＝720，  100  ire  ＝  240Mode  2.15：  pl＝735，  100  ire  ＝  245Mode  2.16：  pl＝675，  100  ire  ＝  250Mode  2.17：  pl＝765，  100  ire  ＝  255Mode  3.01：  pl＝780，  100  ire  ＝  195Mode  3.02：  pl＝796，  100  ire  ＝  199Mode  3.03：  pl＝812，  100  ire  ＝  203Mode  3.04：  pi＝828，  100  ire  ＝  207Mode  3.05：  pl＝844，  100  ire  ＝  211Mode  3.06：  pl＝860，  100  ire  ＝  215Mode  3.07：  pl＝876，  100  ire  ＝  219Mode  3.08：  pl＝892，  100  ire  ＝  223Mode  3.09：  pl＝908，  100  ire  ＝  227Mode  3.10：  pl＝924，  100  ire  ＝  231Mode  3.11：  pl＝940，  100  ire  ＝  235Mode  3.12：  pl＝956，  100  ire  ＝  239Mode  3.13：  pl＝972，  100  ire  ＝  243Mode  3.14：  pl＝988，  100  ire  ＝  247Mode  3.15：  pl＝1004， 100  ire  ＝  251Mode  3.16：  pl＝1020， 100  ire  ＝  255Mode  4.01：  pl＝1035， 100  ire  ＝  207Mode  4.02：  pl＝1050， 100  ire  ＝  210Mode  4.03：  pl＝1065， 100  ire  ＝  213Mode  4.04：  pl＝1080， 100  ire  ＝  216Mode  4.05：  pl＝1095， 100  ire  ＝  219Mode  4.06：  pl＝1110， 100  ire  ＝  222Mode  4.07：  pl＝1125， 100  ire  ＝  225Mode  4.08：  pl＝1140， 100  ire  ＝  228Mode  4.09：  pl＝1155， 100  ire  ＝  231Mode  4.10：  pl＝1170， 100  ire  ＝  234Mode  4.11：  pl＝1185， 100  ire  ＝  237Mode  4.12：  pl＝1200， 100  ire  ＝  240Mode  4.13：  pl＝1215， 100  ire  ＝  243Mode  4.14：  pl＝1230， 100  ire  ＝  246Mode  4.15：  pl＝1245， 100  ire  ＝  249Mode  4.16：  pl＝1260， 100  ire  ＝  252Mode  4.17：  pl＝1275， 100  ire  ＝  255可以从上表中看出，功率电平从254到1275逐渐增加，因此，实现了PWEF是5。存在总的约64个功率电平模式。根据本发明的原理，如果需要，增加这个数量是没有问题的。
在这个例子中，使用上述四个动态子预处理：子域的动态数、动态子与定位、动态子域加权、动态子域编码(预标度)和动态子域加权因子。没有使用动态子域类型(没有比特-线-重复子域)。
如上面早已解释的一样，功率电平控制方法测量给定图像的平均功率和在用于子域编码的对应功率电平模式之间切换。可以从测量的平均功率直接对应给定的对应功率电平。但是，存在的缺点是两个邻近的离散功率电平模式具有稍微不同的亮度电平，因此，直接耦合将引起可感觉的亮度振荡，因为很低的图像噪声电平在测量的平均功率值上产生某些噪声。为避免这些振荡，建议实施有磁滞特性的功率电平模式切换的开关特性。这个特性可以按照图3实施。图3显示了用于功率电平模式选择(PI)的动态控制的作为测量的图像平均功率(ap)函数的磁滞曲线。
当图像平均功率增加时，选择的模式具有减小的功率电平。对于切换控制，下面的规则是有效的：1)当图像平均功率正在增加时，选择上面的线上的功率电平的模式。2)当图像平均功率正在减小时，选择下面的线上的功率电平的模式。3)如果图像平均功率增长方向变化，到一个新功率电平模式的切换被抑制，直到图像平均功率电平位于各自的另一个下面的线或上面的线上。
以这种方式，避免了由于图像平均功率中的小的变化在功率电平模式之间的震荡。
图4示出上述方法的电路实施的方框图。在平均功率测量功能块10中分析RGB数据，并把计算的平均功率值AP送到PWEF控制功能块11。图像的平均功率值可由简单地把所有RGB数据流的像素值相加并除以像素值的数量乘以3的结果计算出来。控制功能块11参考它的内部功率电平模式表并考虑前面测量的平均功率和存储的磁滞曲线。控制功能块11直接为其它处理功能块产生选择的模式控制信号。这些功能块是选择的预标度因子PS和子域编码参数CD。这些参数确定了上述的子域的数量、子域的定位、子域的加权和子域的类型。
在接收预标度因子PS的预标度单元12中，RGB数据字被规范化到分配给选择的功率电平模式的值。假定选择了模式2.08。那么，所有图像的像素值在这个单元与因子210/255相乘。
子域编码处理是在子域编码单元13中进行的。在此，子域代码字被分配到每一个规范的像素值。对于某些值来说，超过一种分配子域码字的可能性可以交替地获得。在一个简单的实施例中，每一个模式存在一个表，所以，按这个表分配。以这种方式可以避免模糊点。
PWEF控制功能块11也控制帧存储器14中的RGB像素数据的写入WR、从第二帧存储器14读取RGB子与数据ST-R、SF-G、SF、B的RD和通过控制线SP的串/并行转换电路15。最后，它产生需要驱动用于PDP驱动电路的扫描和持续脉冲。
注意，最好用两个帧存储器实施。数据在一个帧存储器中写成像素方式，而从另一个存储器读出子域方式。为了读出完整的第一子域，  整个帧必须早已经存在于存储器中。这就需要两个完整的帧存储器。一个帧存储器用于写入，另一个帧存储器用于读出，以这种方式避免读取错误数据。
所述的实施在功率测量和动作之间引入1帧的延迟。测量功率电平，在给定帧的末端，平均功率电平对控制器是可用的。但是，这时采取动作是太迟了，例如，修改子域编码，因为数据早已经写入存储器了。
对于连续运行的视频，这个延迟没有引入任何问题。但是，如果顺序改变，则出现亮闪。当视频从暗顺序到亮顺序时发生亮闪。这对电源可能是个问题，也许，电源将不能解决功率的极端值的问题。
为解决这个问题，控制功能块可以检测“错误”数据已经写入存储器中。控制方框将利用一帧的空白屏幕对错误数据做出反应，或如果这是不可接受的，则利用大大减少一帧持续时间的所有子域的持续脉冲的数量，甚至在导致人眼不能注意到的循环错误代价的情况下也是如此。
再一次参考前面的例子，如果恰好刚写入存储器的图像的测量平均图像功率被计算，且计算的结果对应功率电平460，但是，具有功率电平1220的模式已经错误地用于子域编码，则可以进行粗略的校正，即，简单抑制所有子域中的所有持续脉冲的2/3。
图4所示的方框可以适当的计算机软件实现而不用硬件实现。本发明没有局限于公开的实施例。各种修改是可能的，并认为修改落入权利要求的范围。例如，可以使用一组其它的功率电平模式而不是在此给定的模式。
本发明可以用于所有种类的显示器，这些显示器是使用PWM光发射控制来控制灰度电平的变化。

Claims (7)

1.一种在显示装置中功率电平控制的方法，显示装置具有多个对应图像像素的亮度单元，其中，视频帧或视频半帧的时间持续周期被分成为多个子域，在子域期间，可以用对应子域码字的小脉冲激励亮度单元光发射，子域码字用于亮度控制，其特征在于提供一组功率电平模式用于子域编码，其中，特征子域结构属于每一个功率电平模式，子域结构相对一个或多个下述特征可变化：
-子域的数量
-子域类型
-子域定位
-子域加权
-子域预标度
-子域加权因子，使用该因子改变在每一子域期间产生的小脉冲的
数量；其中，方法包括确定特征值(AP)的步骤，值(AP)是用于视频图像的功率电平的特征，以及选择对应功率电平模式用于子域编码的步骤。
2.按权利要求1所述的方法，其特征在于用于视频图像的功率电平的特征值(AP)是平均图像功率值。
3.按权利要求1或2所述的方法，其特征在于子域预标度确定哪一个数字值被分配到100IRE的视频电平。
4.按权利要求1至3之一所述的方法，其特征在于对应视频图像的功率电平的特征值(AP)的功率电平模式之间的切换由像磁滞的切换操作控制。
5.按权利要求4所述的方法，其特征在于在功率电平模式相对图像平均功率图表中对有磁滞特性的切换控制，使用两条平行线，并应用下面的规则：i)当图像平均功率正在增加时，选择上面线上的功率电平的模式。ii)当图像平均功率正在减小时，选择下面线上的功率电平的模式。iii)如果图像平均功率增长方向变化，到一个新功率电平模式的切换被抑制，直到图像平均功率电平位于各自的另一个下面线或上面线上。
6.一种实现前述权利要求之一方法的装置，其特征在于装置包括：平均图像功率测量电路(10)、预标度单元(12)、子域编码单元(13)、功率电平控制单元(11)，在功率电平控制单元中存储了功率电平模式(17)表和用于功率电平模式切换控制的磁滞曲线(18)。
7.按权利要求5所述的装置，其特征在于装置集成在显示器中，特别是等离子体显示器中。
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