CN1386256A - 以子场显示图像的方法和装置 - Google Patents

Abstract

一个显示装置在象等离子体显示板一样的显示屏上以多个子场显示图像。显示装置被安排成对像素的彩色值的亮度值进行控制,特别是通过改变所述彩色信号来对是接通还是断开最高加权子场进行控制。所述改变对像素亮度的影响可通过改变一个或两个其它彩色信号来进行补偿。

Description

以子场显示图像的方法和装置

本发明涉及用于在显示设备上显示图像的显示装置，其中定义了称为子场(sub-field)的多个周期，每个子场具有施加到显示设备的相应照度级。

本发明还涉及包括此类显示装置的图像显示器。

本发明还涉及在显示设备上显示图像的方法，其中定义了称为子场的多个周期，每个子场具有施加到显示设备的相应照度级。

美国专利No.5841413描述了以多个子场驱动的等离子体显示板。等离子体显示板由可被接通和断开的多个光电元件(cell)组成。光电元件对应于要在显示板上显示的像素(图像元素)。在等离子体显示板的操作中，可区分三个阶段。第一阶段是消除阶段，在该阶段，消除显示板的所有光电元件的记忆。第二阶段是寻址阶段，在该阶段，通过在要接通的显示板的光电元件的电极上设置适当的电压来调节这些光电元件。第三阶段是保持阶段，在该阶段，保持脉冲被施加到光电元件，使被寻址的光电元件在保持阶段的持续时间发光。等离子体显示板仅在此保持阶段期间发光。三个阶段一起称为子场周期或简称为子场。单个图像或帧通过多个连续的子场周期被显示在显示板上。一个光电元件可在一个或多个的子场周期中接通。子场周期中接通的光电元件发出的光进入观众眼中，使观众感觉到该光电元件的对应亮度。在特定的子场周期中，保持阶段会维持一段特定的时间，导致被激活的光电元件的特定照度级。通常，对于不同的子场，其保持阶段具有不同的持续时间。对子场指定加权系数，以表示其在整个帧周期中对显示板发出的光的贡献。一个示例是具有6个子场的等离子体显示板，各个子场分别具有加权系数1、2、4、8、16和32。通过选择光电元件接通的适当子场，可以在所述显示板上显示图像中实现64个不同的亮度级。随后，通过使用每个6比特二进制码字来驱动等离子体显示板，由此，码字以二进制形式指示像素的亮度级。

在驱动等离子体显示板中，帧周期，即两个连续图像之间的周期被分成多个子场周期。在这些子场周期的每个周期期间，光电元件可能被接通或者可能未被接通，并且在子场周期的集成导致与所述光电元件对应的像素的感觉亮度级。在等离子体显示板上，图像的像素不是显示为与其亮度级成比例的单个闪光，而是显示为彼此在时间上变换的一连串的闪光。如果观众的眼睛移动，则这会造成假象。于是好象闪光不是源于单个位置，并出现模糊效果。此外，如果图像显示移动对象，则可能出现假象。在多个子场中显示对象时，要将移动考虑在内。对于每个后续子场，对象必须移动少许。使用运动补偿技术来计算子场中子像素的校正位置。在一些情况下，运动补偿并不完全可靠，并可能产生错误结果，例如，在具有小细节的图像区域就是这样。错误的结果导致在不应执行运动补偿之处进行了运动补偿。这产生了很明显的所谓运动假象。

如果两个相邻像素在亮度级上差别小，而对于其中一个像素，具有最大加权系数的子场接通，而对于另一像素，该子场断开，则假象最为明显。在上述二进制码的示例中，一个像素的码字使最高有效位接通，而另一像素的码字使最高有效位断开。于是，子场计算位置中的任何错误，即涉及这些像素的任何运动假象，将在显示的图像中产生相对较大的假象。美国专利No.5841413中描述的设备通过限制使用的码字来试图缓和这些假象。此已知设备为实现所需的亮度值组采用了多于所需的子场。用于表示亮度值的结果码字组是冗余的，即对于一个给定亮度值，有一个以上的码字可供使用。从此冗余组中，创建一个子集，由此为表示亮度值之间的差异而选择在最高有效位中产生最小差异的那些码字。通过搜索原始组并确定对于给定码字和其它每个码字之间的差异对假象的影响来创建此子组。

本发明的一个目的是向前面所述显示装置提供对降低假象的改进。按照本发明可实现此目的，其中显示装置包括：

-输入部件，用于接收图像的特定像素的子像素的相应输入亮度值；

-控制装置，用于

-将所述输入亮度值中的至少一个与至少一个预定值相比较；

-根据所述比较而有条件地将所述输入亮度值中的所述至少

一个修改为所需值；以及

-修改所述输入亮度值中的至少另一个，以便如果有的话，

 对所述输入亮度值的所述至少一个的所述修改造成的所述

 像素属性影响进行补偿；

-输出部件，用于根据所述控制装置可能修改的所述相应输入亮度值来发送相应的输出亮度值；以及

-编码装置，用于把所述输出亮度级编码成所述相应子像素的子场的组合。

本发明的显示装置使得可以控制子某个像素的亮度值，即将某个子像素的亮度值从其原始亮度值修改为所需值，而此类修改对包括这个子像素的像素的给定属性的影响，可通过改变该像素的其它子像素中的一个的亮度值来补偿。按照本发明，改变其中一个子像素的亮度值，通过也改变其它彩色中的一个的亮度值，而所述属性不变，产生了灵活性。此属性可以是像素的亮度、像素的彩色、或由像素的子像素的贡献而实现的该像素的某一其它特征。

控制发送到显示设备的某一子像素的亮度值，可提供是接通还是断开该子像素的特定子场的直接控制。这使得可以避免上述问题，在该问题中，两个邻近的像素具有几乎相同的亮度值，而一个具有高加权子场但另一个却不具有。所述像素中的一个的亮度值以这样的方式被控制，使得两个像素均接通或断开高加权子场，但哪个最适合要看即将出现情况。本发明的显示装置的优点是：它可应用到子场加权方案，其中考虑到子场数量，可能的亮度级的数量是最大的，而在已知设备中，对于给定数量的亮度级，增加了子场的数量。此类有利方案的示例是二进制分配(binary distribution)，其中子场加权是2的幂。

在权利要求2中描述了按照本发明的显示装置的一个实施例。此实施例的显示装置使得可以控制某个彩色子像素的亮度值，即将某个彩色子像素的亮度值从其原始亮度值修改为所需值，而此类修改对包括这个彩色子像素的像素的亮度的影响，可通过改变该像素的其它子像素中的一个的亮度值来补偿。按照本发明，改变其中一个彩色的亮度值，通过也改变其它彩色中的一个的亮度值，而所述亮度不变，产生了灵活性。这会产生彩色误差，但与亮度改变相比，人的视觉系统对彩色改变的敏感度较差。据报导，人可以感觉到的最小亮度改变是2％的改变，而人可以感觉到的最小彩色改变是5％的改变。

在权利要求3中描述了按照本发明的显示装置的一个实施例。此实施例的控制装置补偿第一彩色修改对亮度的影响，其方式是通过应用一个简单的关系式表示彩色对感觉到的亮度的相应贡献而对另一个彩色进行修改。

在权利要求4中描述了按照本发明的显示装置的一个实施例。这使得可控制对应彩色子像素的最高加权子场的启动。

在权利要求5中描述了按照本发明的显示装置的一个实施例。通过把对所述输入亮度值中的所述至少一个的修改限制在所述范围，对所述输入亮度值中的另一个的补偿修改被保持相对小。这把所述像素的彩色改变限制在多个实际情况中人的视觉系统无法感觉到的水平。

在权利要求6中描述了按照本发明的显示装置的一个实施例。此实施例的控制装置避免生成其结果彩色与原始输入亮度值差异太大以致易于感觉到的输出亮度值。控制装置不生成那些输出亮度值，而输出所述原始输入亮度值。不对所述彩色子像素的亮度值执行控制，因为这将产生感觉上差于所述原始图像的图像。

本发明的另一目的是提供如前所述的实现对降低假象的改进的方法。按照本发明可实现此目的，其中所述方法包括以下步骤：

-输入步骤，它接收所述图像的特定像素的子像素的相应输入亮度值；

-控制步骤，它包括：

-将所述输入亮度值中的至少一个与至少一个预定值相比较；

-根据所述比较而有条件地将所述输入亮度值中的所述至少

 一个修改为所需值；以及

-修改所述输入亮度值中的至少另一个，以便如果有的话，

 对所述输入亮度值的所述至少一个的所述修改造成的所述

 像素属性影响进行补偿；

-输出步骤，它根据所述控制装置可能修改的所述相应输入亮度值来发送相应的输出亮度值；以及

-编码步骤，它把所述输出亮度级编码成所述相应子像素的子场的组合。

现将参照示例性实施例和示意性附图来进一明说明本发明及其具有的优点，附图中：

图1示意性示出具有6个子场的场周期；

图2示出使用8个子场的显示设备的一系列像素的亮度级；

图3示意性示出按照本发明的显示装置；以及

图4示出按照本发明的图像显示器的最重要元件。

图1示意性示出具有6个子场的场周期。场周期102也称为帧周期，是单个图像或帧在显示板上显示的时间。在此示例中，场周期102包括参考号104至114表示的6个子场。在子场中，显示板的光电元件可被接通以产生一些光。每个子场从消除阶段开始，在该阶段中，所有光电元件的记忆被消除。子场中的下一阶段是寻址阶段，在该阶段中，调整在此特定子场为发光而要被接通的光电元件。随后，在称为保持阶段的子场第三阶段，保持脉冲被施加到光电元件。这会使已被寻址的光电元件在保持阶段发光。图1中示出这些阶段的组织，其中时间从左向右延伸。例如，子场108具有消除阶段116、寻址阶段118和保持阶段120。

通过控制在哪个子场期间接通对应于像素的光电元件，来确定显示图像的像素的感觉亮度。光电元件接通的不同子场期间发出的光在观众的眼中汇集，从而产生对应像素的某一亮度。子场具有加权系数，指示其对发光的相对贡献。一个示例是具有6个子场的等离子体显示板，各个子场分别具有的加权系数1、2、4、8、16和32。通过选择光电元件接通的子场的适当组合，可以在此显示板上实现以64个不同的亮度级显示图像。随后，通过使用每个6比特二进制码字来驱动等离子体显示板，由此码字以二进制形式表示像素的亮度级。

图2示出使用8个子场的显示设备的一系列像素的亮度级。该系列像素可以是显示的水平或垂直线上的相邻像素。然而，该系列也可以是显示的单个位置随时间变化的不同亮度值。轨迹线202指示以码字表示的亮度值，代表上述子场的组合。例如，轨迹示出具有亮度126的像素1和具有亮度129的像素10。下表I为此系列像素示出在哪些子场中接通了显示的相应光电元件。子场SF1，…，SF8分别具有加权系数1、2、4、8、16、32、64和128。

	亮度	SF1	SF2	SF3	SF4	SF5	SF6	SF7	SF8
										1	126		X	X	X	X	X	X
2	127	X	X	X	X	X	X	X
										3	127	X	X	X	X	X	X	X

4	125	X		X	X	X	X	X
										5	129	X							X
6	129	X							X
										7	127	X	X	X	X	X	X	X
8	128								X
										9	127	X	X	X	X	X	X	X
10	129	X							X

           表I  系列像素的亮度级的子场组合

例如，此表示出对于具有亮度级127的像素2，除子场SF8外的全部子场均要使用。

通过使用子场的不同组合，实现从一个亮度到不同亮度的过渡。对于某些过渡，小的亮度变化要通过子场SF8的变化来实现，该子场生产最大的光量。这些过渡是图2中的过渡204、206、208、210和212。与此类过渡中所牵涉的像素相关的假象比其它的更明显，这是由于它们涉及产生相对大部分的光的子场。

图3示意性示出按照本发明的显示装置。显示装置300具有输入部件302以接收RGB值，即分别为红色、绿色和蓝色子像素的亮度值。此实施例中的显示装置的整体功能是在一定程度上控制是否要接通或断开发送给显示设备的RGB值的最高有效位(MSB)。有一个3比特宽的指示信号R/S，它表示3种彩色中每种彩色的所需设置。如果R/S等于1，则显示装置尝试设置对应彩色的MSB，并在必要时，将该信号进行小量增加以实现此目的。RGB值被馈送到区域检查块304，该区域检查块检查是否一个或多个彩色接近于MSB。为此，在与MSB对应的亮度级附近定义某一区域。此区域具有从127-Δ_in直到并包括127的低范围和从128到并不包括128+Δ_in的高范围。参数Δ_in被输入到区域检查块并控制允许的亮度值变化。实际上，对于8比特的此实施例，Δ_in的值可以是从10到15。此外，为该区域检查块输入指示信号R/S，以便标识亮度值所属范围来确定变化。如果R/S等于1，则检查亮度值是否落在低范围内，如果是，则区域信号306被设为1。如果R/S等于0，则检查亮度值是否落在高范围内，如果是，则区域信号被设为1。区域信号306是3比特宽信号，用于对RGB信号的进一步处理所依据的查找表308进行寻址。

从查找表获得变化信号310。这是一个3比特宽的信号，指示需要修改哪些彩色值以控制MSB。在多数情况下，改变信号与控制信号相同，表示如果输入亮度值接近于MSB，即在特定范围中，则它将被设为R/S信号所指示的所需值。只有当所有三种彩色亮度值接近于MSB时，才会指示要改变绿色和红色值以控制其MSB。因此，这些彩色值具有高于蓝色值的优先级。改变信号310和指示信号R/S一起确定复位/设置MSB块312如何将RGB输入信号修改成修改的RGB^*信号。此修改是按照下表来完成的，其中X指示RGB值中的一个，X^*指示修改后的对应分量。

改变	R/S	X*
			0	0	X
0	1	X
			1	0	127
1	1	128

表II  MSB控制后的彩色分量

记住：改变信号为0时，输出彩色分量X^*保持与输入彩色分量X相同。在改变信号为1时，输出彩色分量X^*变成这样一个值：其MSB设为与指示信号R/S相同的值。

通过补偿由MSB控制造成的任何改变，与RGB输入相关的像素亮度保持不变。每个分量所需的补偿量取决于已改变的分量。在改变了两个分量时，只有一个分量要补偿，不变亮度的约束直接确定了补偿量。例如，在R和B由复位/设置MSB块改变(ΔR^*和ΔB^*)并由G进行补偿时，则此补偿改变ΔG′从下列等式确定：

0.3ΔR^*+0.59ΔG′+0.11ΔB^*＝0                  (1)

ΔG′＝-1/0.59(0.3ΔR^*+0.11ΔB^*)

如图3操作314所示，通过从原始RGB中减去改变的RGB^*，获得由于MSB控制而引起的改变ΔRGB^*。当只有一个分量由于MSB控制而改变时，这可以通过其它两个分量的任意有效组合而被补偿。考虑到人的视觉系统对不同彩色分量的敏感度，选择了仅改变G以补偿由于MSB控制而产生的B改变，并且仅改变G以补偿由于MSB控制而产生的R改变。对于由于MSB控制而产生的G改变，可通过改变R和B进行补偿，同时应用下列改变比率：

ΔR′＝2.7ΔB′                                       (2)

查找表308中指定了由于MSB控制而产生的对彩色分量的改变和对彩色分量的补偿改变，查找表308具有下表III所示的内容。

分区			改变			Cin			Cout
												R	G	B	R	G	B	R	G	B	R	G	B
0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0	0
												0	0	1	0	0	1	0	0	0.11	0	1.69	0
0	1	0	0	1	0	0	0.59	0	1.73	0	0.64
												0	1	1	0	1	1	0	0.59	0.11	3.33	0	0
1	0	0	1	0	0	0.3	0	0	0	1.69	0
												1	0	1	1	0	1	0.3	0	0.11	0	1.69	0
1	1	0	1	1	0	0.3	0.59	0	0	0	9.09
												1	1	1	1	1	0	0.3	0.59	0	0	0	9.09

表III  确定补偿改变的查找表

对于三种彩色分量的每个X，使用查找表的系数并应用下列等式，可算得补偿改变ΔX′： ${\mathrm{\ΔX}}^{\′}=C_{\mathrm{oul},X}\left[{\mathrm{\ΔR}}^{*}{\mathrm{\ΔG}}^{*}{\mathrm{\ΔB}}^{*}\right]\left[\begin{array}{c}{C}_{\mathrm{in},R}\\ C_{\mathrm{in},G}\\ C_{\mathrm{in},B}\end{array}\right]---\left(3\right)$

其中，

C_in，R是对因红色值的MSB控制而产生的改变进行加权的系数；

C_in，G是对因绿色值的MSB控制而产生的改变进行加权的系数；

C_in，B是对因蓝色值的MSB控制而产生的改变进行加权的系数；

ΔR^*是由于MSB控制而产生的红色值改变；

ΔG^*是由于MSB控制而产生的绿色值改变；

ΔB^*是由于MSB控制而产生的蓝色值改变；

C_out，X是对分量X的补偿改变进行加权的系数。

如上所示，为R、G和B计算改变，产生补偿信号ΔRGB′。等式(3)的应用在图3中由操作316和318指示。在操作320中，从包含了由于MSB控制而产生的改变的信号RGB^*中减去补偿信号ΔRGB′。这产生包含了由于MSB控制而生的改变和补偿改变两者的信号RGB′。任选地，将补偿信号ΔRGB′中的改变与某个限制核对，以避免由控制装置产生太大的改变。为此，在块322中，补偿信号ΔRGB′中的每个改变均与限制Δ_out相比较。可以选择限制Δ_out的值与输入限制Δ_in的值相同，然而，可以选择不同的值以便更好地控制彩色失真。如果没有一个改变超出限制Δ_out，则控制选择器324以将RGB′信号作为输出信号在输出部件326上输出，否则，控制选择器324以将原始RGB信号作为输出信号输出并忽略所有改变。这避免了由于补偿改变产生的较大彩色失真而使图像质量变得比原始输入图像的差。可能改变信号的各个元件构成了图3所示的控制装置328。

输出部件326的输出RGB信号被馈送到编码装置330，用于将该信号编码成要接通的子场的适当组合。此编码可牵涉到改善结果图像的进一步处理。此进一步处理可以是运动补偿，以改善显示设备上运动对象的显示。

上述显示设备允许对MSB进行某种程度的控制。这可以通过避免邻近像素之间MSB的过渡被利用。这可以通过尽可能长地保持MSB的某种状态并仅在无法避免时才切换到另一状态来实现。只要亮度值保持高于128-Δ_in，便设置MSB。亮度值低于128-Δ_in时，MSB便被复位，并仅在值超出127+Δ_in时才被再次设置。这在显示像素流时产生迟滞似效果，从而减少MSB的过渡。图像区具有MSB级左右的噪音时，上述技术特殊有用。决定是否要设置MSB的其它方案是有可能的，并可利用本发明显示装置的能力。

上述实施例示出了MSB的控制，即具有最高加权的子场的控制。然而，也能以类似的方式控制MSB-1，即具有第二高加权的子场。此外，本发明是利用子场加权的二进制分配来解释的。然而，由于它只要求在需要控制的子场附近进行区域检查，因此也可以容易地对它使用其它分配。这是否属于二进制分配实际上与本发明的应用并不相关。

图4示出按照本发明的图像显示器的最重要的元件。此图像显示器400具有接收装置402，用于接收代表要显示的图像的信号。此信号可以是通过天线或电缆接收的广播信号，也可以是从如VCR(盒式磁带录象机)的存储设备来的信号。图像显示器400还有处理图像的显示装置404和显示所处理的图像的显示设备406。显示设备406属于子场驱动型。显示装置具有选择装置408，用于为图像的每个像素选择子场的适当组合。选择装置使用存储器410，在该存储器中，一个或多个像素及其子场组合用于执行需要存储一个或多个像素的上述那些可供选择的方法。此外，显示装置具有发送装置412，用于向显示设备406发送像素的子场组合的表示。

应该指出，上述实施例是说明而不是限制本发明，本领域的技术人员在不脱离后附权利要求书范围的情况下，能够设计许多替代实施例。在权利要求书中，括号内的任何参考标记不应视为限制权利要求书。“包括”一词不排除存在除权利要求书所述之外的其它元件或步骤。在某个元件前使用“一”词不排除存在多个此类元件。本发明可通过包括几个不同元件的硬件以及通过适当编程的计算机来实现。在列举几种装置的装置权利要求中，这些装置中的几个装置可具体体现为一个相同的硬件项。

Claims (10)

1.一种用于在显示设备上显示图像的显示装置，其中定义了称为子场(sub-field)的多个周期，每个子场具有施加到所述显示设备的相应照度级(illumination level)，所述显示装置包括：

-输入部件，用于接收所述图像的特定像素的子像素的相应输入亮度值(intensity value)；

-控制装置，用于

-将所述输入亮度值中的至少一个与预定值相比较；

-根据所述比较而有条件地将所述输入亮度值中的所述至少

 一个修改为所需值；以及

-修改所述输入亮度值中的至少另一个，以便如果有的话，对

 所述输入亮度值中的所述至少一个的所述修改造成的所述

 像素属性影响进行补偿；

-输出部件，用于根据所述控制装置可能修改的所述相应输入亮度值来发送相应的输出亮度值；以及

-编码装置，用于把所述输出亮度级编码成所述相应子像素的子场的组合。

2.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于所述像素的所述属性是所述像素的亮度(luminance)。

3.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于所述输入部件被安排成分别接收红、绿和蓝色的所述输入亮度值，并且所述控制装置被安排成有条件地修改所述3个输入亮度值中的至少一个以控制其值，并按照下列等式来修改其它2个输入亮度值中的至少一个以补偿对所述亮度的所述影响：

0.3ΔR+0.59ΔG+0.11ΔB＝0

式中：

ΔR是所述红色亮度值的修改；

ΔG是所述绿色亮度值的修改；以及

ΔB是所述蓝色亮度值的修改。

4.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于所述预定值对应于最高加权子场的照度级。

5.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于所述控制装置被安排成：如果所述输入亮度值中的所述至少一个落在等于所述预定值减Δ_in的下边界的范围和等于所述预定值加Δ_in的上边界的范围，则对所述输入亮度值中的所述至少一个进行修改，Δ_in等于最大亮度级(intensity level)的5％。

6.如权利要求1所述的显示装置，其特征在于所述控制装置被安排成将所述输入亮度值中的所述另一个的所述修改与某个限制相比较，如果所述修改超出所述限制，则忽略所述修改并将所述输入亮度值作为所述输出亮度值输出。

7.一种用于显示图像的图像显示器，它包括：

-接收装置，用于接收代表所述图像的信号；

-如权利要求1至6项中任何一项权利要求所述的显示装置，以及

-显示设备，用于显示所述图像。

8.一种在显示设备上显示图像的方法，其中定义了称为子场的多个周期，每个子场具有施加到所述显示设备的相应照度级，所述方法包括以下步骤：

-输入步骤，它接收所述图像的特定像素的子像素的相应输入亮度值；

-控制步骤，它包括：

-将所述输入亮度值中的至少一个与至少一个预定值相比较；

-根据所述比较而有条件地将所述输入亮度值中的所述至少

 一个修改为所需值；以及

-修改所述输入亮度值中的至少另一个，以便如果有的话，对

 所述输入亮度值中的所述至少一个的所述修改造成的所述

 像素属性影响进行补偿；

-输出步骤，它根据所述控制装置可能修改的所述相应输入亮度值来发送相应的输出亮度值；以及

-编码步骤，它把所述输出亮度级编码成所述相应子像素的子场的组合。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述输入亮度值分别涉及红色、绿色和蓝色，并修改所述3个输入亮度值中的至少一个以控制其值，以及按照下列等式来修改其它2个输入亮度值中的至少一个以补偿对所述亮度的所述影响：

0.3ΔR+0.59ΔG+0.11ΔB＝0

式中：

ΔR是所述红色亮度值的修改；

ΔG是所述绿色亮度值的修改；以及

ΔB是所述蓝色亮度值的修改。

10.如权利要求8所述的方法，其特征在于所述预定值对应于最高加权子场的照度级。

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