CN1440018B - 通过反作用和提前的转换速率限制减小闪烁的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于降低在液晶显示器中由相邻像素的相互依赖性引起的误差的电路(10)包括将输入信号分为具有至少一个高亮度信号和至少一个低亮度信号的许多信号的分解器(12)、用于该高亮度信号以提供延迟的高亮度信号的延迟匹配电路(14)、处理至少一个低亮度信号以提供至少一个瞬态调节的低亮度信号的一个或多个瞬态调节器电路(16和/或18)和将延迟匹配的高亮度信号与至少一个瞬态调节的低亮度信号组合以提供具有减小的闪烁假像的输出信号的组合器(20)。

Description

通过反作用和提前的转换速率限制减小闪烁的方法和设备
技术领域
本发明涉及利用液晶显示器(LCD)的视频系统的领域，具体地说，涉及在硅成像器上常规地应用白液晶的视频系统。
背景技术
硅上的液晶(LCOS)可以认为是放置在硅晶片上的一个大液晶。硅晶片可以划分为细微板的增量阵列。通过由每个细微板和公共板所产生的电场影响液晶的细微增量区。每个这种细微板和相对应的液晶区一起称为成像器单元。每个单元对应于单个可控制的像素。每个细微板也是反射回单元的光的反射镜。公共板电极设置在液晶的另一侧上。
给在LCOS阵列的每侧上的板电极输送驱动电压。在本发明的结构所属的当前优选的LCOS系统中，公共板总是处于8伏特的电压。在细微板阵列中每个其它的板在两个电压范围中运行。对于正图形，电压在0伏特和8伏特之间变化。对于负图形，电压在8伏特和16伏特之间变化。
输送到成像器并由此输送到每个成像器单元的光被场偏振。入射光入射在透明的公共电极上。每个液晶单元响应通过板电极施加到该单元的电场的RMS值旋转输入的光偏振。一般地说，该单元并不响应所施加的电场的极性(正或负)。相反，每个像素单元的亮度一般仅是入射在该单元上的光的偏振旋转的函数。此外，每个单元的偏振旋转是电场的非线性函数。在光从单元板反射之前和之后随着光穿过液晶产生了给定单元的偏振旋转。偏振的旋转是能够控制的。离开成像器的光大致具有相同的强度，但具有不同的偏振。这可能取决于最终所需的强度。应该注意，不希望成像器吸收光，因为它可能变得太热。成像器可能因吸收了某些寄生量而变热。
如果相邻的像素产生了不同的的亮度，则在对应于相邻的像素的2个单元板上必需存在不同的电压。在相邻单元板上的电压不相等时，在它们之间存在电场，这种电场称为边缘场。边缘场具有一些分量，其垂直于所需的场。这些正交的分量在相邻的反射镜之间的空间中不会造成问题。但是，在该反射镜之上的电场的正交分量具有使偏振旋转变形的作用。变形导致了亮度的实质性的局部增加。在像素是较暗时存在一个特别的问题，但在像素被意欲是较亮的时候通常这个问题不明显，因为像素的电压差别不是很大，因此边缘场没有那么大。此外，对于暗像素，附加的亮度显著得多。反差比在形成高质量显示方面也非常重要。非常重要的是实现足够的黑色电平。相称地需要更大的驱动电压来在常规的白色显示中产生略微更暗的图像。通常，在相邻像素之间需要较大的电压差。这导致了主要的边缘场，这种边缘场产生由闪烁(sparkle)表示的可见的假像。由于边缘场的可旋转的作用，这种现象也称为成像器的偏角误差(declination error)。闪烁假像可能是红色、蓝色和/或绿色，但绿色通常是最醒目的颜色。
由于许多成像器的特殊的制造过程，水平相邻的像素存在更大的边缘场的问题。因此，需要克服上述的闪烁问题。
发明内容
根据本发明的结构，一种用于降低在液晶显示器中相邻像素的相互依赖性的电路包括：将输入信号分为具有至少一个高亮度信号和至少一个低亮度信号的许多信号的分解器；通过限制在所说的至少一个低亮度信号中的亮度电平之间的信号瞬态过程来减小偏角误差的至少一个瞬态调节器；用于所说的高亮度信号的延迟匹配电路；将延迟的高亮度信号与所说的至少一个信号瞬态处理的低亮度信号组合以提供输出信号的装置，其中所说的输出信号具有降低的闪烁假像。所述至少一个瞬态调节器可能包括至少一个转换速率(slew rate)限制器和至少一个有限响应滤波器。
根据本发明的结构，一种用于降低在液晶显示器中相邻像素的相互依赖性的方法包括如下步骤：将输入信号分为至少一个高亮度信号和至少一个低亮度信号；通过限制在亮度电平之间的信号瞬态过程对至少一个低亮度信号进行转换速率限制和有限响应滤波以减小相邻像素的相互依赖性；延迟匹配该高亮度信号；以及将至少一个转换速率限制的和有限响应滤波的低亮度信号和延迟的高亮度信号组合以形成具有降低的闪烁假像的输出信号。
该方法进一步包括对至少一个低亮度电平信号的暗运行瞬态过程(dark going transient)进行转换速率限制和对至少一个低亮度电平信号的亮运行瞬态过程进行有限响应滤波的步骤，转换速率限制可以是非对称的。
本发明可以进一步包括如下的步骤：进一步将输入信号分为具有在高和低亮度电平信号之间的亮度电平的中亮度信号；限制在中亮度信号的亮度电平之间的信号瞬态过程以进一步减小相邻像素的相互依赖性；以及将转换速率限制的和有限响应滤波的信号与高和低亮度信号组合。对中亮度信号可以进行转换速率限制和有限响应滤波。不同的转换速率和不同的有限滤波响应可以适用于中和低亮度信号。
本发明提供一种用于降低由于液晶显示器中相邻像素的相互依赖性而导致的闪烁假像的电路，包括：
将输入信号分为高、中和低亮度信号的分解器；
用于限制所述中和低亮度信号中亮度电平之间的信号瞬态的递归转换速率限制器和有限响应调节器或预调节器；
用于所述高亮度信号的延迟匹配电路；以及
将延迟的高亮度信号与所述信号瞬态处理的中和低亮度信号组合以提供输出信号的组合器，其中所述输出信号具有降低的闪烁假像。
本发明还提供一种降低由于液晶显示器中相邻像素的相互依赖性而导致的闪烁假像的方法，包括如下的步骤：
将输入信号划分为高亮度信号、中亮度信号和低亮度信号；
对所述中亮度信号和所述低亮度信号中亮度电平之间的信号瞬态进行转换速率限制和有限响应滤波；
延迟匹配所述高亮度信号；以及
将所述转换速率限制和有限响应滤波的低和中亮度信号与所述延迟的高亮度信号组合，以形成输出信号，其中所述输出信号具有从相邻像素相互依赖性中降低的闪烁假像。
附图说明
附图1所示为根据本发明的分解器、瞬态调节器和延迟匹配电路的方块图。
附图2所示为根据本发明瞬态调节器的更加详细的方块图。
附图3所示为根据本发明的操作系统的曲线图。
附图4所示为本发明的方法的流程图。
具体实施方式
在相邻像素为暗时降低在它们之间的亮度差值，但在它们为亮时不降低亮度值，这就可以解决在前文所描述的闪烁问题。在输入中称为分解器12的装置将输入信号分解为在电路10中使用的至少两个信号以减小在如附图1中所示的相邻像素的相互依赖性。应该理解的是，闪烁或者偏角误差也可以被认为是称为相邻像素相互依赖性的更一般的现象的子集。应该注意，本发明对于硅上的液晶(LCOS)显示器特别有用，但并不需要限于这些。分解器12起输入信号的鉴幅器的作用，该输入信号优选是八(8)位的视频信号，这种视频信号优选携带有一种色彩分量(红色、绿色和蓝色)所需的亮度值。
以如下的方式分解输入信号：在分解的或划分的信号相加或结合回在一起时能够获得原始信号。根据本发明的方法进一步处理低亮度部分(L，可任选M)并延迟匹配高亮度部分(H)。然后，重新组合该信号并将其发送给成像器。相同的技术可以用于亮度信号(仅需要这些分解的信号中的一个)。因此，改善的方法依赖于用于每种色彩(红色、绿色和蓝色)的一个分解器。应该理解的是，在本发明的设计思想内分解器可以将输入信号分为两个或更多个信号分量。
分解器应该具有至少两个输入。阈值输入和亮度输入信号。如果使用单个阈值并且亮度输入信号低于阈值，则高输出为零(0)，低输出为亮度输入信号本身。如果亮度输入信号高于阈值，则高输出是亮度输入信号减去阈值输入，低输出是阈值输入信号。
再次参考附图1，电路10包括分解器12，该分解器12将输入信号分解为具有至少一个高亮度信号(H)和至少一个低亮度信号(L)的多个信号。如附图的实施例1所示，可任选择地，输入信号分为包括高亮度信号(H)、中亮度信号(M)和低亮度信号的3个信号。在将输入信号分解为3个信号时，分解器12优选使用两个阈值信号(Tu和TI)。电路10进一步包括处理高亮度信号以提供匹配延迟的高亮度信号的延迟匹配电路14和处理至少一个低亮度信号以提供至少一个瞬态调节的低亮度信号的至少一个瞬态调节器(18)。在将输入信号分解为超过两个信号时，优选根据需要使用附加的瞬态电路处理“更低的”亮度信号(在附图1中的M和L)。在附图1中所示的实施例中，使用瞬态调节器18处理低亮度信号(L)以提供瞬态调节低亮度信号，并且第二瞬态调节器电路16处理中亮度信号以提供瞬态调节的中亮度信号。瞬态调节器优选包括提前发生部分(anticipatory portion)和反作用部分(reactive portion)。瞬态调节器电路优选包括至少一个递归转换速率限制器以限制暗运行瞬态过程和至少一个有限响应调节器或预调节器以限制亮运行瞬态过程，从附图2中可以清楚看出。递归转换速率限制器是反作用部分，并且有限响应预调节器是预测部分。电路10也包括将经处理的高亮度信号与至少一个瞬态调节的低亮度信号进行组合以提供输出信号的组合器20，其中输出信号具有降低的闪烁假像。特别地，电路10的组合器20组合匹配延迟的高亮度信号、瞬态调节的低亮度信号和瞬态调节的中亮度信号。在这种情况下，“至少一个瞬态调节的低亮度信号”包括瞬态调节的低亮度信号和瞬态调节的中亮度信号二者。
在分解器12仅利用单个的阈值信号(例如TI)并且输入信号在阈值信号之下时，则高亮度信号为零，并且低亮度信号是输入信号，以及如果输入信号高于阈值信号，则高亮度信号是输入信号减去阈值信号，并且低亮度信号是阈值信号。
如果分解器12包括下部阈值和上部阈值，其中如果输入信号大于上部阈值，则高亮度信号等于输入信号减去上部阈值，中亮度信号等于上部阈值减去的下部阈值，低亮度信号等于低阈值，以及其中如果输入信号小于上部阈值但大于下部阈值，则高亮度信号等于零，中亮度信号等于输入信号减去下部阈值，并且低亮度信号等于下部阈值，以及其中如果输入信号小于下部阈值，则高亮度信号等于零，中亮度信号等于零，并且低亮度信号等于输入信号。上述分解器12将输入信号分解为三个信号即高(H)、中(M)和低(L)信号的情况可以如下概括：
TI表示下部阈值。
Tu表示上部阈值。
如果输入(I)＞Tu，则H＝I-Tu，M＝Tu-TI，L＝TI
如果Tu＞I＞TI，则H＝0，M＝I-TI，L＝TI
如果TI＞I，则H＝0，M＝0，和L＝I
其中I＝L+M+H
参考附图2，根据本发明示出了瞬态调节器50。瞬态调节器优选包括提前发生部分和反作用部分，提前发生部分由锁存器(52，54，56，58，60和62)实现的采样延迟线构成，并且在每个抽头(51，53，55，57，59和61)上进行附加的处理。转换速率值S用于在除了输出抽头以外的每个抽头上执行减法。减去的恒量幅值与在该抽头和输出之间的时间延迟成比例。因此，倒数第二个抽头(61)从它的值中减去S，倒数第三个抽头(59)减去2S，倒数第四个抽头(57)减去3S，等等。然后，选择并传输所有的结果值的最大值(64)。如果得到了高的正值，则通过提早地开始增加为其准备输出信号，但决不将从一个采样周期到下一采样周期的输出增加到大于S。在高值达到采样延迟62的输出时，如果它是最大值仍然不变地安全使用它。
瞬态调节器50的反作用部分由采样转换速率限制器组成，该限制器仅将负运行瞬态的转换速率限制为-S。这包括了减法器(66)、MAX电路68、加法器70和单采样锁存器72。如果减法器的正输入比输出低S以上，则新的输出等于前面的输出减去S。
两个瞬态调节器有利设定为不同的转换速率。有利的是，也可以选择不同的正和负转换速率极限，尽管在附图2中没有示出这种选择。有利的是，也可以独立地选择阈值。
参考附图3，以曲线图的形式示出了根据本发明的系统的操作实例。例如，上部阈值为60，下部阈值为15，中间转换界限是20，并且下部转换界限是3。在许多情况下，通过反复实验选择这些值。太大的闪烁校正可能造成分辨率的不理想的显著降低，因此阈值和转换速率表示在减小偏角误差和维持图形清晰度之间的折中方案。
参考附图4，所示为减小在液晶显示器中的相邻像素相互依赖性的方法400的流程图。该方法优选包括如下的步骤：基于输入信号的亮度的幅值将输入信号划分为至少一个高亮度信号和至少一个低亮度信号(402)，优选以至少一个递归转换速率限制器处理至少一个低亮度信号以限制暗运行瞬态过程和以至少一个有限响应预调节器处理以限制亮运行瞬态过程以提供至少一个瞬态调节的低亮度信号(404)，以及用采样延迟处理高亮度信号以提供匹配延迟的高亮度信号(406)。该方法进一步包括将匹配延迟的高亮度信号与至少一个瞬态调节的低亮度信号组合以提供输出信号的步骤408，其中输出信号具有减小的闪烁假像、偏角误差或相邻的像素相互依赖性。可任选择的是，分解步骤将输入信号分解为高亮度信号、中亮度信号和低亮度信号，其中处理高亮度信号的步骤包括延迟匹配高亮度信号，以及其中处理至少一个低亮度信号的步骤包括优选使用至少一个瞬态调节器电路瞬态调节低亮度信号和中亮度信号。该方法由此非对称地限制了主要的低亮度瞬态的转换速率。
虽然结合在此所公开的实施例已经描述了本发明，但是应该理解的是前述的描述仅是实例性的，并不对如权利要求所定义的本发明的范围构成限制。

Claims (7)

1.一种用于降低由于液晶显示器中相邻像素的相互依赖性而导致的闪烁假像的电路，包括：
将输入信号分为高、中和低亮度信号的分解器；
用于限制所述中和低亮度信号中亮度电平之间的信号瞬态的递归转换速率限制器和有限响应调节器或预调节器；
用于所述高亮度信号的延迟匹配电路；以及
将延迟的高亮度信号与所述信号瞬态处理的中和低亮度信号组合以提供输出信号的组合器，其中所述输出信号具有降低的闪烁假像。
2.权利要求1所述用于降低闪烁假像的电路，其中所述分解器包括上部阈值和下部阈值，其中：
如果输入信号大于上部阈值，则高亮度信号等于输入信号减去上部阈值，中亮度信号等于上部阈值减去下部阈值，所述低亮度信号等于下部阈值；
如果输入信号小于上部阈值但大于下部阈值，则高亮度信号等于零，中亮度信号等于输入信号减去下部阈值，低亮度信号等于下部阈值；以及
如果输入信号小于下部阈值，则高亮度信号等于零，中亮度信号等于零，低亮度信号等于输入信号。
3.权利要求1所述用于降低闪烁假像的电路，其中液晶显示器是硅上的液晶(LCOS)显示器。
4.一种降低由于液晶显示器中的相邻像素相互依赖性而导致的闪烁假像的方法，包括如下的步骤：
将输入信号划分为高亮度信号、中亮度信号和低亮度信号；
对所述中亮度信号和所述低亮度信号中亮度电平之间的信号瞬态进行转换速率限制和有限响应滤波；
延迟匹配所述高亮度信号；以及
将所述转换速率限制和有限响应滤波的低和中亮度信号与所述延迟的高亮度信号组合，以形成输出信号，其中所述输出信号具有从相邻像素相互依赖性中降低的闪烁假像。
5.权利要求4所述的方法，其中所述转换速率限制和有限响应滤波步骤还包括：
对所述中和低亮度信号的暗运行瞬态进行转换速率限制；和
对所述中和低亮度信号的亮运行瞬态进行有限响应滤波。
6.权利要求5所述的方法，其中所述转换速率限制和有限响应滤波步骤还包括：
根据不同的转换速率限制值，对所述中和低亮度信号进行转换速率限制；和
根据不同的有限滤波响应值，对所述中和低亮度信号进行有限响应滤波。
7.权利要求4所述的方法，还包括步骤：
建立上部和下部阈值，其中：
如果输入信号大于上部阈值，则设置高亮度信号等于输入信号减去上部阈值，设置中亮度信号等于上部阈值减去下部阈值，设置所述低亮度信号等于下部阈值；
如果输入信号小于上部阈值但大于下部阈值，则设置高亮度信号等于零，设置中亮度信号等于输入信号减去下部阈值，设置低亮度信号等于下部阈值；以及
如果输入信号小于下部阈值，则设置高亮度信号等于零，设置中亮度信号等于零，设置低亮度信号等于输入信号。
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