CN1639763A - 图像显示的数字方法和数字显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于减小图像存储器的比特率的解决方案，所述图像存储器存储显示在数字显示设备上的二值图像。在每组至少两个相似二值数值的象素中，存储至少一个二值图像16c。装置在数字显示组件上的显示期间复制每组象素中所存储的象素。

Description

图像显示的数字方法和数字显示设备

技术领域

本发明涉及一种图像显示的数字方法和一种数字显示设备，具体地，涉及一种微反射镜设备。

背景技术

在显示设备中，数字显示设备是包括一个或多个单元的设备，其中所述单元能够呈现有限数目的照度值。目前，照度值的有限数目等于2，并且与单元的导通或截止状态相对应。为了获得更多数目的灰度电平，已知利用由人眼执行的时间合成，该方法在于将图像分解为多个可变持续时间的子图像。

在数字显示设备中，微反射镜设备由尺寸非常小的可以取两个不同斜度的反射镜矩阵组成。能够沿着两个不同的方向偏转照射光。利用光学装置在屏幕上聚焦沿着两个方向之一偏转的光，以使屏幕包括只能是导通或截止的多个象素，每个象素与一个反射镜相关联。微反射镜可以偏转足够大的光功率，以便能够产生视频投影仪和背景投影仪。此外，微反射镜非常迅速地切换，并且能够使与时间合成相关的负面效果最小。

通常，将每种颜色(红、绿和蓝)的256个灰度电平用于定义彩色视频图像。二值分解能够使用持续时间与2的幂成比例的八个二值图像。这种分解产生了与使用区别较大的二值图像的相邻灰度电平的转换相关的显示缺陷。另一个问题是由实际发光的图像和时间分组在均匀区域上引起的大面积的闪烁。为了弥补这些缺陷，已知将较长持续时间的二值图像划分为较短持续时间的二值图像，并将其均匀分布在图像的显示时间上，同时使用所存储的同一二值图像。具体地，美国专利No.5 619 228和No.5 986 640中公开了这种改进。二值图像的数目越多，视觉再现就越容易察觉。

由于微反射镜是相对昂贵的器件，因此通过使用在其前方设置同步彩色轮的单个微反射镜电路，来实现廉价的彩色设备。然后，利用相同的微反射镜电路来随后执行颜色显示。根据图像频率和构成微反射镜电路的象素的完全寻址时间，可以确定能够用于分解与颜色相对应的灰度电平的二值图像的最大数目。对于在100μs内可完全寻址的电路，根据灰度电平，可以使50Hz的图像频率具有66个左右的二值图像，以及使60Hz的图像频率具有55个左右的的二值图像。

如果考虑到微反射镜电路所允许的最大操作的限制，再现是优异的。另一方面，另一个限制来自存储二值图像的存储器，作为实例，如果将66个二值图像用于具有50Hz图像频率的每个灰度电平，微反射镜电路表示1024个反射镜的768行，则读取模式中的存储器比特率等于：

DR＝768×1024×3×66×50＝7.25Gbits/s。

还必须按照以下速率对该存储器进行写操作：

DW＝768×1024×3×8×50＝900Mbits/s。

作为内容的函数来确定存储器的容量，例如，所述内容对应于两个图像：

M＝768×1024×3×8×2＝36Mbits/s。

如果使用被构造为32比特字的存储器，则其必须以260MHz的频率进行操作。这种存储器非常昂贵。可以通过利用被构造为较长字或将被划分为可交替操作的多个存储体的存储器来降低存储组件的操作频率。因此，降低了存储器的操作频率，但这使得存储器的管理更加复杂并且更加昂贵。如果增加了微反射镜设备的分辨率，则还必须增大比特率。但是，为了降低这种类型的显示设备的成本，关键是降低存储器的比特率。

发明内容

本发明提供了一种用于减小图像存储器的比特率的解决方案，所述图像存储器存储显示在数字显示设备上的二值图像。每组象素存储至少一个二值图像。在显示期间，复制所存储的象素组。

本发明是一种用于在数字显示设备上显示图像的方法，所述数字显示设备包括显示象素图像的显示单元，所述象素只能是导通或截止的，其中将每个图像分解为与发光权重相关联的多个二值图像，在图像显示周期期间，一次或多次显示每个二值图像，在其间在图像的显示周期期间显示二值图像的周期的总和与二值图像的权重成比例。在每组至少两个相似二值数值的象素中，存储显示多次的至少一个二值图像，并且在提供给显示组件之前的每个图像的显示期间，复制其象素。

本发明还是一种数字显示设备，包括：显示组件，用于显示只能是导通或截止的象素的图像；存储装置，存储与发光权重相关联的多个二值图像，所述权重表示其间在显示组件上显示二值图像的周期。在每组至少两个相似二值数值的象素中，存储至少一个二值图像，并且所述设备包括复制装置，用于在显示期间复制每组象素所存储的图像的象素。

根据一个实施例，通过多路复用来复制象素。根据另一个实施例，通过重复读取存储要显示的行的缓冲器来复制象素。

附图说明

当参考附图，阅读以下说明时，能够更好地理解本发明，并且使本发明的其它特征和优点变得显而易见，其中：

图1示出了根据现有技术用于显示灰度电平图像的序列，

图2示出了显示彩色图像的方式，

图3示出了根据本发明用于显示灰度电平图像的序列，

图4示出了根据本发明的显示设备的布局，

图5示出了根据本发明的存储板的典型布局，

图6和7示出了用在本发明中的计算电路的优选典型实施例，以及

图8是示出了用在本发明的一个实施例中的多路复用组件的操作方式。

具体实施方式

图1示出了从现有技术中已知的在微反射镜显示设备上对灰度电平图像的显示。所显示的图像包括64个灰度电平，被分解为权重分别是1、2、4、8、16和32的6个二值图像。将权重是1和2的二值图像显示与其权重成比例的持续时间。将权重是4的二值图像显示与权重2成比例的持续时间的两倍。将权重是8、16和32的二值图像分别显示与权重4成比例的持续时间的2、4和8倍，在图像显示的整个持续时间内，均匀分布各个图像。在图1中其大小与显示的持续时间成比例的长方形中指示了与二值图像相关的权重。

为了表述的清楚，图1中的表述限于64个灰度电平。对于视频系统，通常具有256个灰度电平。然后对权重分别是1、2、4、8、16、32、64和128的8个二值图像进行分解。于是，能够得到类似的分解，其中将权重是4的图像分解为两个权重是2的图像，将权重是8、16、32、64和128的图像分别分解为2、4、8、16和32个权重是4的图像。利用一连串发光权重在1和4之间变化的66个图像，能够实现该图像的显示，所述发光权重与8个所存储的二值图像相对应。

通过参考美国专利No.5 619 228和No.5 986 640，本领域的技术人员注意到，可以进行多种数量的显示图像的其它分解。

为了利用单一的显示组件来获得彩色图像，例如，将图1的发光分布分割为6组A到F。为了使组A到F具有相似的持续时间，已知将其中反射镜没有恢复任何光的持续时间插入到特定的组中。例如，如图2所示交错与颜色的灰度电平相对应的组A到F。组Ar到Fr对应于红色。组Ag到Fg对应于绿色。组Ab到Fb对应于蓝色。与不同组的显示同步的彩色轮通过显示组件的前方并且将灰度电平转换为彩色电平。人眼的合成恢复这些颜色。

图3示出了根据本发明的对作为灰度电平的图像的显示。根据与图1相类似的分布来进行发光分布。但是，这里将权重是32的图像划分为两个权重是16的图像，16a表示权重是16的原始图像，而符号16b和16c表示通过划分权重是32的图像而得到的两个权重是16的图像。对于图像32的显示，交替地实现二值图像16b和16c的显示的时间分布，并且将其分布在图像的整个显示时间上。

根据现有技术，对于显示，二值图像读取的数目是相同的。但是，其中一个二值图像，例如由划分高权重的二值图像得到的图像16c对应于其中每四个象素一组存储象素的二值图像。因此，增大了图像存储器的大小。另一方面，二值图像16c的读取需要比普通二值图像小4倍的比特率。当在此实例中，读取4次二值图像16c时，在读取时间方面省去了三个图像的读取，同时保持了相同的发光分布。

对于每个颜色(红、绿和蓝)使用256个灰度电平的图像，只将权重128的二值图像划分为权重是64的两个二值图像。最高权重128的二值图像的划分被分解为通常存储的权重为64的特定二值图像和每组象素存储的权重64为的公共二值图像。将灰度电平分解为发光权重分别是1、2、4、8、16、32、64a、64b和64c的9个二值图像。根据与图3所示相对应的技术来实现发光分布。对于每种颜色，象素可以取位于0和255之间的256个值。然而，将针对颜色的灰度值分解为等于0或64的公共值和位于0和191之间的特定值。公共值对应于存储图像所使用的象素组公用的值。

对于用于显示视频图像的显示设备，如果象素组限于与相邻两行和相邻两列相对应的相邻象素，则所得到的图像的退化几乎是零。实际上，视频图像的统计研究表明具有128个幅度对比度的影片图像或看上去与影片图像非常类似的图像是罕见的。

在对显示存储器中的图像进行编码期间，针对属于两个相邻列和行的四个象素，比较与同一颜色相对应的灰度电平。如果四个灰度电平大于电平64，则激活权重是64c的公共二值图像的象素，接下来从灰度电平中减去64，并利用特定二值图像，即二值图像1、2、4、8、16、32、64a和64b，对得到的数值进行编码。如果四个灰度电平之一小于64，则将大于电平191的灰度电平截取到电平191，禁用权重是64c的公共二值图像的象素，并利用二值图像1、2、4、8、16、32、64a和64b对灰度电平进行编码。作为实例，下面的表1示出了其中实现了不同编码可能性的三个实例。

灰度电平组	各权重二值图像的状态
										1	2	4	8	16	32	64a	64b	64c
	95112234196	1000	1010	1001	1010	1100	0110	0011	0011										1111
9511216747										1011	1011	1011	1001	1100	0111	1110	0010	0000
	57112234(已编码191)196(已编码191)	1011	0011	0011	1011	1111	1111	0111	0011										0000

表1

在表1中，1电平表示该权重的二值图像的象素是导通的，0电平对应于截止象素。在截断的情况下，已截断的灰度电平通常对应于两个对象之间的转换。可视的缺陷与所考虑的一个或多个象素的微小模糊相对应。如果图像正在移动，则图像的移动掩盖了模糊。

利用图4描述了实现本发明显示技术的显示设备的结构。所示的数字对应于对具有50Hz图像频率的1024个象素的768行的图像格式。

将数字视频信号提供给视频输入。视频信号是累进RGB型信号，包含要显示的一连串象素，例如，将每个象素编码为24比特(每种颜色8比特)，连续逐行地对象素供电。视频信号对应于要显示的信号，并且提前利用已知的装置(未示出)对视频信号执行任意的校正(RGB格式的译码、伽马校正、颜色校正、对比度校正等)。

延迟电路101将视频信号延迟一行。例如，延迟电路101是其容量可以存储一行的存储器，将视频信号提供给24比特总线上的存储器。因此，存储器必须具有24千比特(1千比特＝1024比特)的容量，并且以39.3MHz的频率操作。

图像编码单元102一方面接收数字视频信号，另一方面接收通过延迟电路101延迟了一行的同一信号。编码电路102执行上述编码并将要显示的二值图像记录在显示存储器103中。

显示存储器103是配备有分离的读和写端口的非常快速存储器。该显示存储器103具有页方式读取模式，这可以减少读取访问时间。由编码电路102提供地址@和要写入的数据DATA。由控制电路(未示出)提供用于显示存储器103的读取地址和控制信号。将从显示存储器103读取出的数据提供给读取缓冲器104。每32比特字地处理数据。

例如，读取缓冲器104是构造为32比特的非常快速的FIFO存储器。读取缓冲器104适于调整显示单元103的比特率。读取缓冲器104包括如寄存器等可以执行所存储的公共二值图像的行的复制的装置。在采用新值之前读取存储了公共二值图像的行的寄存器两次。将进入和离开读取缓冲器104的数据构造为32比特字。

将解码电路105设置在读取缓冲器104和微反射镜电路106之间。解码电路105适于对与列有关的公共二值图像的象素的复制。例如，解码电路105由能够作为二值图像的类型的函数而不同地控制数据的多路复用装置。

至于考虑到不同组件的布局，应当详细描述用于适当理解设备所需的几个特征。

图5示出了存储板，例如用于存储二值图像。将这种存储板划分为图像I和J的两个存储板。读取图像I，以便在写入图像J的同时将其显示；然后读取图像J，同时代替图像I，写入下一图像。将每个图像存储板划分为专用于每个颜色红、绿和蓝的颜色存储板。之后，将每个图像存储板划分为权重分别是1、2、4、8、16、32、64a、64b和64c的二值图像。这种设置用于按照页模式或突发模式来执行存储器读取，所述突发模式能够降低存储器读取访问的时间。

读取缓冲器104是尺寸小于显示存储器103的存储器，并且能够具有更快的访问时间。为了计算读取缓冲器104的尺寸，需要考虑多个参数。在优选的典型实施例中，在输出处的存储器102的比特率等于：

DS＝768×1024×(50+16/4)×8×3×50＝5.93Gbits/s。

系数16/4源自在对应于4的存储期间，将公共二值图像显示了16次，而将存储器读取时间除以分组在一起的象素的数目。

在读取缓冲器104的输出处，针对特定二值图像的瞬时比特率等于7.25Gbits/s。在读取缓冲器104的输出处，针对公共二值图像的瞬时比特率等于3.625Gbits/s。但是，缓冲器104复制了象素，并且与存储器102相关的信息比特率等于1.81Gbits/s。

通过使用顺序显示颜色的单一微反射镜设备，两个公共二值图像读取之间的特定二值图像的最大数目能够在2和6之间变化。读取缓冲器应当始终不会为空，并且始终不会饱和。具有容量是2个二值图像，即192千字节的存储缓冲器是合适的。

附带地，本领域的技术人员能够观察到存储器103的比特率是5.93Gbits/s，而不是7.25Gbits/s，即，针对给定架构的操作速度得到了18％的收益。

编码电路102根据之前表述的处理来确定要显示的二值图像。尽管要执行的操作并不十分复杂，但操作速度较高。图6示出了编码电路102的典型实例。两个视频输入是24比特的总线，其中包含与两个相邻行的两个象素相关的信息。将专用于每个颜色的灰度电平送往三个相同的处理电路110、111和112。每个处理电路提供32比特字，表示了同一二值图像的一连串象素。控制电路113将要施加的不同命令提供给处理电路110到112，并且使离开处理电路110到112的字与源自地址产生电路114的地址@同步。地址产生电路114扫描要记录不同二值图像的存储板，以便将每个二值图像的字存储在正确的位置。多路复用器115将源自不同处理电路的字送往数据输出DATA。

图7详细地示出了处理电路110。第一寄存器120和121存储源自两个输入的两个相邻行的灰度电平。比较电路122到125与第一寄存器120和121相连，以便将灰度电平与最小阈值64和最大阈值191进行比较。比较电路将比较的结果提供给控制电路(未示出)。第二寄存器126和127与第一寄存器120和121相连，用于在比较之后存储第一寄存器的内容。之后，第三寄存器128和129存储第二寄存器126和127的内容。当第二寄存器和第三寄存器的内容对应于与公共二值图像有关的组合在一起的四个象素时，计算电路130到134根据由控制电路给出的命令来定义要编码的灰度电平，作为所执行的测试的函数。

为了此目的，每个计算电路包括：结果寄存器140，存储要编码的灰度电平；与结果寄存器140的输入相连的多路复用器141，能够从数值191、灰度电平或利用减法电路142从中减去数值64的灰度电平中选择结果数据。控制电路作为根据之前所解释的处理而执行的不同比较的结果的函数，来确定由多路复用器141进行的选择。

将离开对应于同一行的结果寄存器140的相似权重的比特送往同一移位寄存器1500到1515。每一个移位寄存器1500到1515是具有两个输入的32位寄存器，并且利用时钟的每个激活沿，将数据移位一比特，计算电路在时钟的每两个激活沿，提供新的结果，因此在接收了16组4灰度电平之后，每个移位寄存器1500到1515包含与特定二值图像的32个连续象素相对应32比特字。缓冲寄存器1600到1615在移位寄存器1500到1515包含32比特字之后的时刻，开始存储移位寄存器1500到1515的内容，直到将其写到显示存储器103。移位寄存器1516用于存储与公共二值图像相对应的比特，控制电路作为比较结果的函数来提供所述公共二值图像。移位寄存器1516每次接收单个比特，并只有在与寄存器1500到1515相关的两次中的一次才实现移位。缓冲寄存器1616从移位寄存器1516包含32比特的时刻开始，存储移位寄存器1516的内容，并且直到将其传送给显示存储器103为止。多路复用器134选择缓冲寄存器1600到1616之一，以便将其提供给处理电路110的输出。

解码电路105包括多路复用装置，利用图8描述了其不同的连接。当从显示存储器103读取的二值图像是特定二值图像时，将输入I0到I31直接与输出00到031相连，如图8a所示。当所读取的二值图像是公共二值图像时，解码电路首先采用图8b中的位置，通过复制数据将对应于输入I0到I15的较低权重的16比特转置到32个输出00到032上。多路复用装置从图8b到图8c的位置的简单切换代替了从缓冲器104中读取两个连续字。

本发明的其它变体是可能的。在优选的实例中，使用了具有4象素一组的单一公共二值图像。不言而喻，可以使用与相邻行或列相对应的只有两个象素的组。如果只使用根据相邻列的象素组，则在解码电路中只执行一次复制。如果执行了根据相邻行的组合，则通过从读取缓冲器104中的相同数据的连续读取来单独地执行复制。在这两种情况下，能够简化编码电路102。

还可以使用两个或更多的公共二值图像，以便减少截断误差，每个公共图像是不同组的象素所公用的。可以一个象素组对应于四象素组，而另一组与象素对相对应。在所述的实例中，由于逐个二值图像地执行显示，因此存储缓冲器存储两个二值图像。可以使用图像显示的交错模式或每行组地执行二值图像的显示。于是，对行组执行调整而不是图像。因此，由于只需存储几个行，从而能够减少存储缓冲器。

优选地，选择其发光权重对应于特定二值图像的最高权重的公共二值图像。由于这可以显著减少存储的比特率，却不会造成视频图像的明显缺陷，而做出这种选择。本领域的普通技术人员能够选择不同的值，作为比特率约束和图像质量约束的函数。

优选实施例涉及一种使用微反射镜的设备。本发明还可以用于使用了类似显示技术的其它数字显示设备。此外，参考了具有768×1024的分辨率的系统，该系统使用了基于66个发光权重分段的显示器，针对每个灰度级，所述发光权重位于1和4之间。分辨率和发光分布的改变在本发明的范围之内。

Claims (9)

1.一种用于在数字显示设备上显示图像的方法，所述数字显示设备包括显示象素图像的显示组件(106)，所述象素只能是导通或截止的，其中将每个图像分解为与发光权重相关联的多个二值图像，在图像显示周期期间，一次或多次显示每个二值图像，在其间在图像的显示周期期间显示二值图像的周期的总和与二值图像的权重成比例，其特征在于，在每组至少两个相似二值数值的象素中，存储显示多次的至少一个二值图像(16c，64c)，并且在提供给显示组件之前的每个图像的显示期间，复制其象素。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于通过多路复用来复制象素。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于通过重复读取存储要显示的行的缓冲器来复制象素。

4.根据权利要求1到3之一所述的方法，其特征在于针对其复制象素的图像对应于其权重至少等于其它二值图像的最高权重的图像。

5.一种数字显示设备，包括：

—显示组件(106)，用于显示只能是导通或截止的象素的图像；

—存储装置(103)，存储与发光权重相关联的多个二值图像，所述权重表示其间在显示组件上显示二值图像的周期，

其特征在于，在每组至少两个相似二值值的象素中，存储至少一个二值图像(16c，64c)，并且所述设备包括复制装置(104，105)，用于在显示期间复制每组象素所存储的图像的象素。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于所述复制装置是多路复用装置(105)。

7.根据权利要求5或6所述的设备，其特征在于包括位于显示组件(106)和存储装置(103)之间的存储缓冲器(104)，用于调整信息比特率。

8.根据权利要求7所述的设备，其特征在于存储缓冲器(104)是存储至少一个二值图像行的复制装置之一。

9.根据权利要求5到8之一所述的设备，其特征在于所述显示组件是微反射镜矩阵。

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