CN1484819A - 子场编码的设备和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种对一个大屏幕显示器进行子场编码的设备。这种设备包括为显示器的一个像元产生一个数字值的装置和根据这个数字值确定总数预定的子场中这个像元发光的前一些子场和后一些子场的装置。为了改善动态范围同时又保持最大限度可获得的亮度，这种设备包括：根据数字值确定前一些子场的装置，这前一些子场具有不同的像元发光接通期；以及根据数字值确定后一些子场的装置，这后一些子场具有固定的像元发光接通期。

Description

子场编码的设备和方法

本发明涉及一种对一个大屏幕显示器进行子场编码的设备，这种设备包括为显示器的一个像元产生一个数字值的装置和根据这个数字值确定总数预定的子场中像元发光的前一些子场和后一些子场的装置。

本发明还涉及一种对一个大屏幕显示器进行子场编码的方法，这种方法包括为显示器的一个像元产生一个数字值和根据这个数字值确定总数预定的子场中像元发光的前一些子场和后一些子场步骤。

这种子场编码的设备用于包括排列成一个矩阵的大量光源的大屏幕电视显示器和计算机显示器。这种显示器可以包括大量LED或一个等离子体显示屏。

在已知的设备中，用子场编码通过对显示器内的发光二极管(LED)进行脉冲宽度调制来得到各种灰度。这种已知的设备包括将每个要显示的场细分为255个子场的装置和配置成安排显示器各像元在各子场期间发光或不发光的处理装置。对于LED显示器来说，LED的亮度取决于LED的电流和各子场LED的接通期(on-period)。因此，一个应产生最大光输出的1/256的像元将只在一个子场期间发光，而一个应产生最大光输出的10/256的像元将在十个相继子场期间发光。这种子场编码的缺点是它只提供一个小的动态范围，不能满足大屏幕电视机和监视器例如在露天或者比较暗的控制室内的典型应用的需要。

另一种可能是使各后续子场的长度相继增大一个预定的量，例如在象等离子体显示屏中所用的那样。例如，如果图像信号的每个场细分成十二个子场，第一子场相应于最大光输出的1/2048，第二子场相应于最大光输出的1/1024，诸如此类，从而可以得到十二个比特的灰度。然而，这种子场编码的缺点是降低了显示器的最大限度可获得的亮度，因为为了显示到最高亮度，这些发光元在一个子场内不是按照最大可能时间发光。

本发明的目的是提供一种子场编码的设备，可以改善画面的动态范围而又保持所显示的图像的最大限度可获得的亮度。这个目的是用一种按照本发明设计的对一个大屏幕显示器进行子场编码的设备达到的。在这种设备中，将总数预定的具有固定持续时间的子场分成具有不同的像元发光期的前一些子场和具有固定的像元发光期的后一些子场。这前一些子场用来得到像元的较低亮度值的精细灰度，而后一些子场用来得到像元的较高亮度值的线性灰度。

例如，在子场的总数为256时，可以用二进制阶也就是由2的相继负幂定义的阶规定前十个子场的较低亮度值。第一子场的接通期的相对长度为2的-10次方，第二子场的接通期的相对长度为2的-9次方，诸如此类。第十接通期的相对长度于是为1/2。剩下的245个子场具有为1的固定相对长度，用来得到较高亮度值的线性灰度。因此几乎不降低最大限度可获得的亮度。在显示器中应用这种子场编码可以改善大屏幕显示器的动态范围，使它可以在从低环境亮度到高环境亮度的不同环境光条件下工作，同时保持显示器的最大限度可获得的亮度。

本发明的另一个目的是提供一种子场编码的方法，可以改善画面的动态范围而又保持需显示的图像的最大限度可获得的亮度。这个目的是用一种按照本发明设计的对一个大屏幕显示器进行子场编码的方法达到的。

按照本发明实现的其他有益的实施例在本发明的各从属权利要求中给出。

从以下结合实施例的说明中可以清楚地看到本发明的这些和其他一些情况。

在本说明的附图中：

图1示出了一个LED数据显示设备的方框图；以及

图2示出了一个子场编码设备的方框图。

图1示出了一个LED数据显示设备6的方框图，LED数据显示设备6包括系统控制器1、数据分配装置2、数据处理装置3、驱动装置4和包括排列成一个矩阵的大量LED的显示屏5。系统控制器1最好包括一个控制显示设备的微控制器10、一个产生存储视频数据的地址的地址映射单元11和一个将视频数据传送给数据分配装置2的视频数据传送单元12。此外，系统控制器1还包括两个输入端，其中一个输入端13接到发送和接收控制数据的微控制器10上，而另一个输入端14接到从一个数字视频源(例如数字视频刻录机，数字视频播放机，或者个人计算机)接收数字视频的视频数据传送单元上。系统控制器1通过两个总线15、16与数据分配装置2连接。控制总线15用来将控制数据传送给数据分配装置2和传送来自数据分配装置2的控制数据，而数据总线16用来将数字视频数据传送给数据分配装置2。数据分配装置2包括一个将控制数据从系统控制器1传送给数据处理装置3的通信信道20和一个将视频数据传送给数据处理装置3的图像数据信道21。可以根据像元的数量和显示屏5的屏幕大小采用若干个数据分配装置2。数据分配装置2的诊断和其他数据还可以通过控制总线15传送给系统控制器1。数据分配装置2与数据处理装置3连接。数据分配装置2将视频数据重新格式化后分配给数据处理装置3。数据处理装置3包括另一个微控制器31和一个子场编码单元32。数据处理装置3与驱动装置4连接，产生子场接通信号72和输出允许信号73送至驱动装置4。驱动装置4与显示屏5的一部分连接。显示屏5的这部分包括例如16×16个像元。每个像元包括一个红色LED、一个绿色LED和一个蓝色LED。驱动装置4包括在每个子场期间为256像元中的每个像元存储子场接通信号72的锁存器41、42和43。子场接通信号指出本像元的LED在该子场是否发光。输出允许信号7 3确定各LED在每个子场期间的接通期。LED的亮度取决于驱动装置4所提供的LED电流和各子场LED的接通期。

实际上，像元的数量为512(水平)×384(垂直)×3。因此，为了对全显示屏5寻址需要有几个驱动装置4、数据处理装置3和数据分配装置2。

图2示出了用于数据处理装置3的子场编码单元32的一个例子的方框图。子场编码单元32包括图像处理单元60、子场计数器64、查找表65、66和67、周期计数器68、69和70和时钟电路71。此外，还示出了驱动装置4和显示屏5的每色两个LED(51，52；53，54；55，56)的一部分。在子场编码单元32内，子场计数器64接到图像处理单元60上。在这个例子中，图像处理单元60根据8比特的视频数据确定一个18比特的数字值。此外，对显示器6的子场编码用了256个子场。每个子场的长度是固定的。前十个子场具有不同的接通期持续时间，而剩下的245个子场具有固定的接通期。前十个相继子场的一个子场的接通期的持续时间是在十个最低有效比特的序列内一个相应比特的秩的函数。18比特的数字值的这十个最低有效比特的各个比特的值用来确定LED在前十个相继子场中次序与这些比特在序列内的次序相应的那些子场内是否发光。子场编码单元32包括确定前一些发光的子场的装置61。最好，所述装置61根据18比特的数字值的十个相应最低有效比特的值确定LED在前十个相继子场中的哪些子场内发光。因此确定了前一些具有不同接通期的子场。

此外，子场编码装置32包括根据18比特的数字值中剩下的8个最高有效比特确定后一些具有固定接通期的子场的装置。这后一些子场由数字值剩下的八个最高有效比特形成的值确定。这后一些子场的数量等于剩下的子场中LED在整个子场持续时间发光的子场数。在这个例子中，后一些子场最多为245个子场。这样，确定后一些子场的装置确定后一些具有固定的LED发光期的子场，产生这些子场的子场接通信号72。这种子场编码的方法提供了大的动态范围，同时充分保持了显示屏的最高亮度。

这两个装置61、62为各个与子场编码装置32关联的LED产生子场接通信号72。子场接通信号72通过一个逻辑或电路63发送给驱动装置4。此外，图像处理单元60产生一个子场计数信号78和一个指出一个新的帧开始的帧复位信号77。子场计数器64根据子场计数信号78对子场进行计数，在接收到帧复位信号77时复位为零。子场计数器64的输出端接至查找表65、66和67的输入端。各色都有查找表65、66、67和周期计数器68、69、70。各查找表65、66、67的输出端接至相应的周期计数器68、69、70，将数字装入相应的周期计数器。周期计数器68、69、70根据所装的数字和时钟信号79产生相应的红色、绿色和蓝色LED驱动器41、42、43的输出允许信号73、74、75。在接收到帧复位信号77后，子场计数器64对相继的子场进行计数。最好，时钟信号79具有10MHz的时钟频率，以得到LED在PAL TV图像的低环境光条件下的充分低的输出。时钟电路71产生时钟信号79。此外，子场计数器64和周期计数器68、69、70用帧复位信号复位，以免在显示屏50正在放电影时出现有害的干扰。输出允许信号73、74、75和子场接通信号72发送给屏幕驱动4、存储在输出端分别接至LED 51、52；53、54；55、56的锁存器41、42、43内。

查找表65、66、67的数字可以如下那样确定。对于一个PAL TV图像，每个场为20ms，每个场分成256个子场。每个子场占78.125微秒，因此数字782相应于规定LED在那个子场发光的发光期的最大长度的最大时钟周期数。对于一个NTSC TV图像，每个场为17ms，每个场分成256个子场。每个子场占65微秒，因此十进位数651相应于规定LED在那个子场发光的发光期的最大长度的最大时钟周期数。在这个例子中，查找表具有一个有着与所应用的子场数相应的256个登录项的表格和一个对规定LED在一个所关联的子场发光的接通期的从1到782个时钟周期的782个不同长度编码的10比特输出端。

表格1示出了包括周期计数器68、69、70的十进位数的一个查找表的例子。

表格1

0	2
		1	2
2	3
		3	6
4	12
		5	24
6	49
		7	97
8	195
		9	391
10	782
		...	782
255	782

在这个表格中，LED的最小接通期按照实际情况限制为至少为2。

在工作中，图像处理单元60通过伽玛gamma)校正将8比特的数字视频数据Iin变换成18比特的数值Iout。例如，伽玛校正可以表示为Iout＝(Iin)^gamma*(Max/MoxIin^gamma)，其中

Gamma＝2.2，

Max表示一个最大的18比特的值，以及

MaxIin表示视频数据的最大值。

值Max的前八个最高有效比特由十进位数245确定，而值Max的十个最低有效比特由十进位数1023确定。这个18比特的二进制值Max表示十进制数251903。

此外，查找表65、66、67的值可以包括这种伽玛校正。查找表的值还可以包括其他补偿非线性亮度的其他非线性图像处理函数。

此外，查找表65、66、67可以是相同的。为了提供白点校正以得到所希望的红、绿、蓝之间的色平衡，不同的查找表内的值可以是不同的。

此外，查找表65、66、67可以用预先存储的数据装入，但也可以通过外部计算机和控制总线15将新的表格装入查找表。

应指出的是上述实施例只是用来例示本发明，而不是限制本发明，熟悉该技术领域的人员在不脱离权利要求书所给出的范围的情况下可以设计出许多其他实现方式。在权利要求书中列举了一些装置，这些装置中有一些可以用同一项硬件实现。本发明最好用于室外使用的大屏幕LED显示器和其他矩阵显示器(数字微写真装置，等离子体显示屏(PDP))，但也可以用于诸如移动电话机内的O-LED显示器之类的其他设备。

Claims (8)

1.一种对一个大屏幕显示器进行子场编码的设备，所述设备包括为显示器的一个像元产生一个数字值的装置和根据这个数字值确定总数预定的子场中像元发光的前一些子场和后一些子场的装置，

其特征是所述设备包括：

根据数字值确定前一些子场的装置，这前一些子场具有固定的持续时间和不同的像元发光接通期；以及

根据数字值确定后一些子场的装置，这后一些子场具有固定的持续时间和固定的像元发光接通期。

2.一种如在权利要求1中所提出的子场编码的设备，其特征是：所述确定前一些子场的装置配置成根据数字值的预定个最低有效比特的序列确定这前一些子场。

3.一种如在权利要求2中所提出的子场编码的设备，其特征是：所述子场编码设备包括产生一个子场序列的装置，这个子场序列具有个数等于所确定的最低有效比特数的子场，而这个子场序列中的一个子场的接通期的持续时间是这个子场在这个子场序列内的秩的底为2的幂函数。

4.一个种如在权利要求3中所提出的子场编码的设备，其特征是：所述子场编码设备包括根据一个子场在子场序列内的次序和在最低有效比特序列内的一个在最低有效比特序列内的次序与这个子场的次序相应的比特的值产生一个输出允许信号的装置。

5.一种如在权利要求4中所提出的子场编码的设备，其特征是；所述产生输出允许信号的装置包括一个查找表和一个对接通期的长度进行计数的周期计数器。

6.一种如在权利要求1中所提出的子场编码的设备，其特征是所述确定后一些子场的装置配置成与数字值的剩下这些最高有效位形成的值成正比地确定后一些子场的个数。

7.一种包括一个具有排列成一个矩阵的大量可控光源的显示屏的显示设备，所述显示设备包括一个如在权利要求1中所提出的子场编码的设备。

8.一种对一个大屏幕显示器进行子场编码的方法，所述方法包括为显示器的一个像元产生一个数字值和根据这个数字值确定总数预定的子场中像元发光的前一些子场和后一些子场的步骤，

其特征是所述确定子场的步骤包括：

根据数字值确定前一些子场的子步骤，这前一些子场具有固定的持续时间和不同的像元发光接通期；以及

根据数字值确定后一些子场的子步骤，这后一些子场具有固定的持续时间和固定的像元发光接通期。