CN1517961A - 优化显示设备亮度的方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及优化具有大量相当于图像像素的发光单元的显示设备亮度的方法，视频帧或视频场的持续时间划分为大量子场，在子场时段发光单元由相当于用作亮度控制的子场码字的持续脉冲激发光发射，考虑选择的图像负载的功率模式函数确定持续脉冲的总数，包括步骤：设置关于图像负载的阈值，比较各帧当前持续脉冲数与阈值，如果当前持续脉冲数低于阈值，产生固定频率的持续脉冲，如果当前持续脉冲数高于阈值，产生演变频率的持续脉冲。本发明主要用于PDP和使用PWM控制的所有显示器。

Description

优化显示设备亮度的方法及设备

技术领域

本发明涉及优化显示设备亮度的方法和设备，特别涉及一种改善在显示器，如等离子体显示板(PDP)上和基于光发射的占空因数调制(脉宽调制)原理的各种显示器上画面的图像质量的视频处理。方法和设备目标是减小EMI(电磁干扰)问题

背景技术

现在等离子体显示技术使得有可能获得有限深度的、无任何视角限制的大尺寸平板彩色显示板。显示器的尺寸可以比所允许的传统的CRT显像管大很多。参考欧洲最新一代的TV装置，做了很多工作改善图像质量。因此，对由新技术如等离子体显示技术做的TV装置必须改善图像质量，使其如老的标准TV技术的图像质量一样好或比它更好有强烈的需求。图像质量可以分解为不同的参数如：

显示板好的响应保真度：这是指在黑屏的中央只有一个像素可以是“ON”，此外显示板必须实现好的均匀性。

好的屏幕亮度：这由显示板的空载时间所限制的，即不产生光的时间。

甚至在黑屋中有好的对比度：这由显示板的亮度与黑色电平一起限制的。

所有这些参数完全结合在一起。最后必须选择优化的折中来提供最好的图像质量。

等离子体显示板使用放电元矩阵列，它们只可以是“on”或“off”。也不像可以由模拟控制的光发射表示灰度级的CRT或LCD，PDP由调制每帧的光脉冲数量控制灰度级。眼睛在相当于眼睛时间响应的时段内积分时间调制。因为视频幅度决定出现在给定频率的光脉冲的数量，更大的幅度意味着更多的视觉脉冲，因此更多的“on”时间。因此，这种调制称为PWM(脉宽调制)。为了建立此PWM的概念，每帧分解为称作“子场”的子时段。为了产生小的光脉冲，在充气的单元中出现放电，称为等离子体，产生的UV辐射激发发光的彩色的荧光粉。

为了选择哪一单元应该发光，称为“寻址”的第一选择操作对要发光的单元充电。各等离子体单元可认为是电容器，在长时间内其保持充电。然后在发光时段称为“维持”的一般操作在单元中加上电荷。仅在第一选择操作选址的单元中，建立两个电荷，这在单元的两个电极之间形成启动电压。产生UV辐射，UV辐射激发光发射的荧光粉。在各个特定子场的整个维持时段中，单元在给定的维持频率以小脉冲发光。最后，擦除操作清除所有的电荷准备新的周期。在称为ADS(分离的地址显示)的标准寻址方法中，使得所有的基本周期一个连一个。这在图1中表示，这是基于8比特编码的ADS的例子，仅在帧的开头有一个启动脉冲。在此情况中，由以下8个比特数的组合表示灰度级：

                1-2-4-8-16-32-64-128

因此，帧周期分为8个子场，每一个相当于一个比特。比特2的光脉冲数是比特1的两倍并类推。因此有可能通过子场的组合建立256个灰度级。这仅是一个例子，考虑到改善质量指标，子场或启动的数目可以修改。

事实上对这类显示器，更强的亮度等于更多的持续脉冲。这也意味着更大的峰值亮度。更多的持续脉冲也相当于在电子器件流过更强的功率。因此，如果不作特殊的管理，在给定的电功效下，峰值亮度的提高将产生功耗的增加。

在与峰值白色提高相关的各种功率管理的概念后面的主要观念是基于峰值亮度的变化依赖于图像内容。

引入更高功耗的图像是全白图像，因此，对所需要的功耗和给定的电功效，全白的亮度是固定的。然而，对所有其它图像内容，峰值亮度适应于具有如在图2中所显示的稳定的功耗。此图显示了当图像的负载从峰值白图像增加到全白图像时亮度减小。更精确的，当PDP屏幕显示全白图像时(图2中的右屏幕)，因为此亮度显示在视场的很大部分，眼睛需要较小的亮度获取好的亮度印象。另一方面，当PDP屏幕显示具有低能量的图像时(图2中的左屏幕)对比度对眼睛非常重要。在此情况中，为了提高对比度应该对此图像输出最高可得到的白色亮度。

这样的概念很好的适合于人的视觉系统，在全白图像的情况中使人眼花，而在黑色图像(如有月亮的黑夜)的情况中对动态很敏感。因此，为了提高对黑色图像高对比度的印象，峰值亮度设置为非常高的值，尽管在高能图像(全白)的情况中它是减小的。此基本原理导致了稳定的功耗，如图2中的水平线所表示的。

在等离子体显示的情况中，亮度和功耗与每帧的持续脉冲数直接相关。这有下面的缺点，允许仅减小相比于模拟系统的离散功率水平数。

换言之，为了保持整个功耗恒定，适合于PDP的功率管理的概念是基于依赖于图像内容的持续脉冲的总数的变化。此概念在显示持续脉冲数关于图像负载的图3中说明。

在全数字显示器的情况中如等离子体显示器，在基于图像内容或图像负载的测量的图3的曲线中仅能定义离散的模式。称为平均功率水平的APL可由如下公式计算： $\mathrm{APL}\left(I(x,y)\right)=\frac{1}{(C\×L)}\×\underset{x,y}{\mathrm{\Σ}}I(x,y)$ 其中I(x，y)表示具有C列和L行的显示的图像。主要目标导致了以最佳的方式确定模式的离散数。

当基于各种APL值的给定持续脉冲数确定最佳的功率模式时，应该实现在子场序列中持续脉冲的分布。另一方面，高子场数强制性的保证了有降低移动非自然信号的高质量的显示。另一方面，各子场要求的每一次寻址操作相当于无光脉冲产生的空载时间。此外，可得到的持续频率是固定的，通常相当于最佳的具有避免发光率随图像内容变化功能的显示板。

换言之，在过去，最佳的持续频率对所有的APL值是固定的，并设置最佳值(例如在本例子中为200kHz)。显然，这降低了显示板显示高子场数的高峰值亮度的能力。因此，为了在好的显示板均匀性上得到更高峰值的亮度，在过去已定义了新的方法。例如，在本申请人的WO00/46782或WO02/11111专利中描述一些解决方案。

因为对具有低电荷的图像高峰值亮度只是强制性的，这也意味着图像对均匀性问题敏感性较小，这里不需要最佳的持续频率。因此，优化功率管理技术的实际状态是基于持续脉冲对如显示在图4中的12子场分布的低电荷的图像的变化。

在此例子中，当图像负荷小于20％时，实现持续频率的增加，然而此频率对更大负荷的图像是固定的。显然，这里提出的所有值仅是例子，对不同的供应商应该有变化(例如，值为20％)。实际上一些供应商对每一个APL值和图像电荷保持同样的频率，然而其他供应商有其它持续频率。

对给定的APL值，持续频率对给定值是固定的，例如对100％电荷为200kHz，对低电荷为320kHz。持续频率值仅有偏移。在此情况中，在持续频率观察到的EMI(电磁干扰)峰值如持续频率在它的位置也会演变。EMI维持很强，常常需要降低亮度的有效滤波器。

显示板功效和显示板的电压极限强烈的依赖于持续频率。换言之，如果持续频率离最佳值太远，可能发生极限和效率的损失。此外，在具有较少能量的低子场(LSB)极限和效率的冲突更强。在此情况中，如果APL在两个具有许多相似性的图像之间变化，在黑区域中的变化是可认知的。(眼睛在这些区域是更敏感的)。

发明内容

本发明提出解决以上问题的新方法和设备。

本发明涉及优化具有大量相当于图像像素的发光单元的显示设备的亮度的方法，其中视频帧或视频场的时间段划分为大量的子场，在子场中，持续脉冲激活发光单元光发射，持续脉冲相当于用作亮度控制的子场码字，考虑选择的图像负载的功率模式函数确定持续脉冲的总数，其方法包括以下步骤：

设置有关图像负载的阈值；

对各帧，比较当前持续脉冲数与阈值；

如果当前持续脉冲数低于阈值，产生固定频率的持续脉冲；

如果当前持续脉冲数高于阈值，产生演变频率的持续脉冲。

在本发明中，阈值设置为相当于全白图像的APL(平均功率水平)的给定百分比的持续脉冲数。选择的数是这样的，每一图像表现为完善的均匀性。然而，固定频率相当于给出稳定显示板性能的优化的持续频率，演变的频率按线性级数或其它级数类型如用相乘因数的级数增加。

本发明也包括于实现本发明方法的设备。设备至少包括平均图像功率测量电路，子场编码单元和存储功率水平模式表的功率水平控制单元，设备还包括计数器，计算持续脉冲的实际数目，并作为对实际数目与阈值作比较的装置，根据所用的级数函数修正持续脉冲的长度。

附图说明

本发明的实例显示在附图中，并在以下的描述中作详细的解释。

图1显示PDP包括起动的传统的ADS寻址图；

图2说明在PDP中的典型的功率管理控制系统；

图3是用于PDP的传统功率管理概念的图像负载或图像内容的给定持续脉冲数函数的曲线；

图4表示根据技术状态持续频率控制的方法；

图5表示显示EMI持续脉冲幅度的两条曲线，其一是传统概念的，另一是使用本发明的情况；

图6表示本发明实例的持续频率控制的方法；

图7是表示本发明的实例的持续脉冲演变的曲线；

图8表示本发明实现持续频率控制方法设备的原理图。

具体实施方式

参考使用上面描述的有12子场的子场结构的ADS寻址方法的PDP描述本发明的方法。子场结构仅是例子，可使用来自文献的，例如有更多子场和/或不同的子场的其它结构改善图像质量。

本发明的方法也使用如在名为Thomson Licensing S.A的WO00/46782例子中描述的功率控制方法。此方法确定持续脉冲数为平均图像功率的函数，即，它随不同的功率水平在不同的模式之间转换。持续脉冲总数依赖于给定图像的功率水平增强(PLE)或APL(平均功率水平)的测量。所以对全白图像，持续脉冲数是低的，对峰值白图像同样功耗持续脉冲数是高的。

方法也基于各持续脉冲的持续时间确定持续脉冲的质量这样的事实，持续脉冲的质量使得每帧的周期依赖于保持独立于持续脉冲时间。这也确定了持续脉冲的频率。通常，持续脉冲的持续时间有保证好的持续运作的最小值，使得能有好的显示板响应保真度。其余的持续时间组成能用于调节显示板表现的持续频率的时间。事实上，各显示板有其表现十分稳定的范围。对一定的持续频率或最佳的持续频率获得稳定的显示板表现，事实上最佳的持续频率低于获得最大白色峰值要求的频率但给出均匀的图像再现(高电荷线和低电荷线有同样的亮度)。

因此，根据上面的特征，首先，本发明的方法在于设置关于图像负载的阈值。实际上阈值是相当于图像负载的一定的百分比的持续脉冲数。此百分比相当于图像负载具有完善的均匀性的极限。事实上，对给定的显示板和给定的显示模式(即，50kHz，60kHz)，阈值是固定的，并可存储在PDP控制IC的表中。下面给出实际的例子。

阈值一旦设置，方法在于比较各帧的当前持续脉冲数与阈值，如果当前持续脉冲数低于阈值，产生固定频率的持续脉冲，或如果高于阈值，产生演变频率的持续脉冲。所以对高电荷的图像，如相当于APL 100％和75％之间的图像，其持续频率应该保持在最佳值，而对低于75％的电荷图像，持续频率增加，如图5所示，用较高波谱的高幅度代替以前的在较低幅度的持续峰值。图5清晰的显示对具有高峰值亮度的图像使用可变的持续频率导致EMI(电磁干扰)辐射幅度的减小。传播的能量是一样的但在更多的频率上传播；所以干扰更少。因此没有EMI问题而获得更高的亮度。

实际上，概念的实现使用持续脉冲数的计数，确定要实现的新的持续操作的长度。为此，定义相当于实际持续脉冲数的变量S。例如，第一子场的第一持续脉冲有位置1(S＝1)，然而最后子场的最后持续脉冲有位置M(S＝M)，其中M表示在当前帧显示的持续脉冲总数。

然后，持续脉冲的长度(频率)依赖于值S。根据下面的信息计算此持续时间和值S之间的关系：

·对高电荷的图像极限C相当于阈值：如果S＜C，然后设置持续脉冲持续时间为最佳的。这限制了如上面解释的任何负载问题。

·持续操作(依赖于速度寻址，子场数…)可用到多少时间，和对峰值白图像应该使用多少持续脉冲(低电荷图像)。

根据这些信息，如在以下例子中显示的，可以计算持续脉冲的长度。

参考使用有12子场的子场结构的ADS方法寻址的显示板，描述下面的例子，其中最佳的或稳定的持续频率是200kHz。此外，使用下面的值作为例子，其它的值也可以使用，因为它们依赖于显示板技术。

阈值等于C，对峰值白图像的最大持续脉冲数为2000，持续操作可用到的时间是4ms。然后，前500持续脉冲有相当于最佳工作频率200kHz的最佳持续时间2.5μs。这些前500持续脉冲需要的时间是1250μs，所以对1500其它的持续脉冲1750μs是自由的。

根据本发明的方法，可以对演变频率定义各种级数：

—线性的：S_n＝S_n-1-k(k＞0)

—相乘因数：S_n＝S_n-1×k(k＜1)

能找到各种其它的级数，例子限于线性级数。

然后，必须解下面的方程式： $\underset{i=1}{\overset{i=1500}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i=2750,$ S₁＝2.5和S_n＝S_n-1-k

所以， $\underset{i=1}{\overset{i=1500}{\mathrm{\Σ}}}{S}_i=1500\·S-k(1+2+3+\·\·\·+1500)=1500\·S-k\·1125750=2750.$ 给出：k＝0.000889μs。图7的曲线表示根据本发明实例的各子场的持续脉冲的持续时间的演变。在此图中，第四最低子场有2.5μs的固定持续脉冲的持续时间，第八个随后的子场有从2.5μs到1.16μs的演变的持续脉冲的持续时间。

在线性级数的情况中，仅需要计算器，使用下面的算法：

if(CurrentSustainNumber＜500)

    {

        CurrentSustainDuration＝2.5μs
    }

    Else

    {

        CurrentSustainDuration＝PreviousSustainDuration-k：
        <!-- SIPO <DP n="7"> -->
        <dp n="d7"/>
       PreviousSustainDuration＝CurrentSustainDuration；

    }

此概念的优点是对均匀性最重要的图像的高电荷图像(低持续脉冲数)，安排了的稳定的和优化的持续频率。

另一方面，持续信号的持续时间从2.5μs降到1.16μs，使得从200kHz(2.5μs)到430kHz(1.16μs)频率大的传播。

在图8中电路实现的原理框图显示以上解释的方法。在给出计算的平均功率值APL的平均功率测量模块11中，分析来自视频解灰度系数模块10的RGB数据，送到PWE控制模块12。由简单的相加所有的RGB数据流的像素值计算图像的平均功率值，结果除以像素值数乘3，使用下面的公式

$\mathrm{APL}=$ $\frac{1}{3\·M}\·\underset{m=1}{\overset{m=M}{\mathrm{\Σ}}}(R_m+G_m+B_m)$ 其中M表示像素的总数。由用户设置的对比水平和亮度水平信息也送到由模块18和模块19表示的模块12。控制模块12参考位于它内部的功率水平模式表，例如在LUT(查找表)中。直接产生其它处理模块选择的模式控制信号。选择要用的持续脉冲表和子场编码表。

在子场编码处理单元13中作子场编码处理。在这里，对各像素值分配子场码字。在简单的实例中，对每个模式有一个表，因此用此表作分配。用此方式避免不明确性。

PWE控制模块12也控制在帧存储器14中RGB像素数据的写操作WR，控制从第二帧存储器14中RGB子场数据SF-R，SF-G，SF-B的读操作RD，并通过控制线SP控制串行到并行转换电路15。其产生驱动PDP16的驱动器电路要求的SCAN和SUSTAIN脉冲。在此情况中，从LUT表中对显示板的每一线取出寻址信号(寻址速度)的长度。

可以看到用两个帧存储器可以得到实现。数据写入一个帧存储器像素中，但从另一个帧存储器的子场中读出。为了能读整个的第一子场，在存储器中必须已存在整帧。这提出需要两个整帧存储器。当一个帧存储器用于写操作，另一个用于读操作，避免在这种方式中读出错误的数据。

然而，依赖于亮度函数，对比度和APL值激活的持续脉冲表，使用每一子场的各种持续脉冲数。在控制模块中提供的并在每一帧起始复位的内部计数器计数在持续操作时段所用的持续脉冲的实际数目。依赖于前面定义的C和K值，计算信号的近似长度，并通过SUSTAIN信号用于控制等离子体显示板。

对给定的等离子体显示板技术所有参数一次作全部的计算，然后存储在存储器中或等离子体显示板专用的IC的LUT中。

显示在图8中的功能模块可由适当的计算机程序实现而不是硬件。

本发明不限于公开的实例。各种修正是可能的，并认为是在本权利要求范围内的。

本发明可用于所有使用PWM控制灰度变化的光发射的显示器。

Claims (6)

1.一种优化显示设备亮度的方法，其中，视频帧或视频场的持续时间划分为大量子场，在子场时段发光单元由相当于用作亮度控制的子场码字

的持续脉冲激发光发射，考虑选择的图像负载的功率模式函数确定持续脉冲的总数，包括步骤：

设置有关图像负载的阈值；

比较各帧当前持续脉冲数与阈值；

如果当前持续脉冲数低于阈值，产生固定频率的持续脉冲；

如果当前持续脉冲数高于阈值，产生演变频率的持续脉冲。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于阈值设置在对应于全白图像的APL的给定百分比的持续脉冲数。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于固定频率对应于给出稳定的显示板性能的最佳的持续频率。

4.根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于演变频率按照级数增加。

5.根据权利要求4所述的方法，特征在于级数是线性级数或其它类型的数学级数，如使用相乘因数的级数。

6.一种优化显示设备亮度的设备，设备至少包括平均图像功率测量电路(11)，子场编码处理单元(13)和存储功率水平模式表的功率水平控制单元(12)，其特征在于设备还包括：

计数器，用于计数持续脉冲的实际数；

装置，用于实际数与阈值比较，并根据所用的级数函数修正持续脉冲的长度。

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