CN1643561A - 低性能显示器中的高质量画面 - Google Patents

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Abstract

本发明有关于转换并提供亮度值给显示驱动单元的装置，以及包括所述转换装置的便携式电子装置及显示单元。所述装置包括用于接收表示具有第一字长的亮度电平的第一数字值的输入端(33，35，37)。还包括转换单元(34，36，38)，用于将所述第一数字值转换成第二和第三值。这些值共同表示由第一值所表示的亮度电平并具有第二字长。第二字长较第一字长短。该装置还包括子域控制单元(32)，用于在显示器的帧周期期间，将第二和第三值提供给显示驱动单元。每个经过转换的数值占用的时间是所述帧的子域。第三值的子域长于第二值的子域。

Description

低性能显示器中的高质量画面
技术领域
本发明涉及转换亮度值并将其提供给显示控制装置的方法和装置以及具有这种转换装置的便携式电子装置和显示单元。
背景技术
目前，在通信和通信内容提供者方面，有显示更多信息如视频信息的趋势。这种趋势在移动通信当中也大量存在，终端中包含越来越多的请求应用的信息内容。
这些应用的画面格式应有比较高的分辨率，以能够以较好的色彩分辨率来显示彩色和黑白信息。为了作到这一点，对于每种色彩或灰度，应用都要使用相当大数目的二进制位。但存在的问题是，手持终端的很多显示器都不是以同样的二进制位格式工作，从而导致在便携式终端的显示器上显示视频信息时分辨率下降。当前对于视频应用通常采用的是所谓的5-6-5方案，其中绿色用6位，红色用5位，蓝色用5位。而目前显示器中通常所用的是3-3-2这种较低的分辨率，即绿色用3位，红色用3位，蓝色用2位。因此当将这些较高分辨率的位流提供给低分辨率显示器时，如果不设法提高分辨率，则分辨率会有大的下降。当分辨降低时，还存在量化错误问题，如果不进行校正的话，会在显示器上看到。有方法如Floyd-Steinberg算法能够通过错误分散来降低这些错误的可视度。还有很多方法如抖动能够改善图象质量。但这两类方法都有增大噪声电平的缺点。
US6094243描述了一种液晶显示装置，输入的高分辨率位流被转换成具有驱动显示器象素的不同电压的较低分辨率的信号。输入的高分辨率字节被转换为用于驱动显示器的二进制数据。每一二进制位与一灰度值相关联。它还描述了在用于驱动显示器的帧的子帧周期期间如何提供每一灰度位。还描述了占用不同的帧的时间长度的子帧，根据二进制位的有效性，不同的子帧有1∶2∶4∶8等比例。最高有效位被驱动最长的时间。但是这样会导致有大量不同长度的子帧以及相当复杂的显示驱动方式，这是由于大量的子帧长度造成的。当认识到对一个单独的象素来说，不同的二进制位要通过三个不同的导体施加到显示器上时，这个问题就会更容易理解。文献还提到上述二进制位间的比例关系应避免，应代之以改变施加到显示器子帧上的电压。文献还描述了用较高电压驱动最高有效位而使其中子帧周期缩短。
上述文献当中存在的问题是，它未真正讨论将高分辨率值转换成用于供给显示驱动电路的低分辨率值，只是讨论了将高分辨率值转换成直接驱动显示器的信号的显示驱动电路。这说明上述文献中装置的输入经转换后直接施加到显示器上。通常有一种情形是，具有一个用于显示器的驱动电路，它要求字长小于提供的数据流的字长，在这种情形下，如果不用能够处理这种高分辨率值的显示驱动装置来代替现有的显示驱动装置，则上述文献中所述的方法不能使用。这样作成本很高，并且与具有这种显示器的装置的其他需求也不一致。
通过设置一个单独的转换器，使显示器系统的功能成为可选的。因此需要一种装置将高分辨率的亮度值转换成低分辨率的亮度值，同时，保持高分辨率信息，并且使不同长度子帧的数目较低。
从2001年7月17-19第11届FPD生产技术EXPO第6次会议-会议汇编B3，利用帧的等长扫描将第一高分辨率的亮度值转换成低分辨率的值如6-3，5-3，5-2的方法已为公众所知，其中扫描用于提供具有多个二进制位的低分辨率值，帧是驱动显示器象素所需的时间。在所述的转换方法中，为了获得对应于输入的5-位字的31种电平，需要提供四次连续扫描。四次扫描的数值根据转换表映射到可能的原始亮度电平上。对于所有的扫描或字来说，不使用最低的可能组合000和最高的可能组合111，而将输入电平以增大顺序映射到扫描值上。这说明第四次扫描代表输出字的最低有效位，第一次扫描代表最高有效位。因此利用四次扫描来获得原始的高分辨率信息。
发明内容
本发明旨在解决提供驱动显示器的方案的问题，该方案能够减少所用的子域数目或扫描次数，能够以较低成本和能耗保证低性能显示器具有高质量图象。独立权利要求限定了本发明，从属权利要求限定了最佳
实施方式。
根据本发明的一个方面，因为每帧为每一子域仅定时一次，所以较之4子域方案，本发明能够省电。
本发明的基本构思是提供一种增强的二进制位减少方案，它通过提供不同长度的子域，使信息保持在输入亮度值，同时使驱动显示器的子域数目保持在低水平。
根据本发明所提出的方案，无需使用抖动和减少量化错误这些方法。
根据本发明的一优选实施例，驱动显示器的子域数目达到最小值，以此降低装置的能耗。
根据本发明，权利要求2提供了一种用于驱动子域的增强方案。
根据本发明，权利要求3提供子域大小的确定，以在转换方案中保存多个亮度电平。
权利要求4提供一种转换方案，其中子域长度大小是如此定义的，即对某一特定的二进制位长度减少来说，所有输入电平都能够具有最小数目的子域。
权利要求6提供一种转换方案，其中子域尺寸是如此限定的，即对于另一类的二进制位长度减少来说，所有的输入电平都具有最小数目的子域。
本发明的这些和其他方面通过下文参考具体实施方式的阐述将会更为清楚。
附图的简要说明
图1所示的是具有显示其中视频信息的显示器的蜂窝电话形式的便携式电子装置。
图2是一示意性方框图，示出了本发明的连接到各种图象源、用以驱动显示器象素的显示单元。
图3是一示意性方框图，示出了根据本发明转换并提供亮度值给显示驱动单元的装置。
图4所示的是根据本发明第一实施例用于驱动显示单元的第一定时图。
图5所示的是根据本发明第二实施例用于驱动显示单元的第二定时图。
具体实施方式
图1所示的是蜂窝电话10形式的便携式电子装置，蜂窝电话10有天线14，基带模块16和显示器12。当前的便携式电子装置具有越来越先进的功能，其中之一便是视频显示。由于有这些先进的功能，因此便需要在电话的显示器上显示诸如视频信息等信息。但当前的显示器一般来说与许多视频应用提供方不在同样的分辨率下工作。应当理解的是，蜂窝电话仅是显示器中需要有更好分辨率的便携式电子装置的一种。
图2所示的是用于驱动显示器的装置的示意性方框图，此装置设置在图1的电话中。首先有一个视频源18，例如MPEG-4视频源，发送视频流或图象数据。视频源本身已从电话所连接的网络上接收到视频流。还有一个数据&图形源20，发送数据和图形。这些源连接到视频处理单元22上。由图2可以看到，视频源发送所谓的5-6-5信息，即屏幕上所显示的颜色的红、绿和蓝色分别用5、6和5位进行编码。从图中还可以清楚地看到，数据和图形源发送分辨率为3-3-2的数据，这意味着视频源发送数据的分辨率或对比度高。这些不同类型的数据流都由视频处理单元22进行处理，视频处理单元22通过填充最低有效位将来自数据和图形源20的3-3-2流转换成5-6-5流。然而，应当注意到由于这一点，会造成不好的对比度。只是为了能够对不同类型的数据进行统一的处理才这样作。在视频处理单元中，还可以进行诸如伽玛校正的视频处理。通常是一种非线性函数x＝yn，用于将视频数据转换成亮度值。
视频处理单元22将高分辨率的亮度值(5-6-5)提供给数据转换装置24，数据转换装置24将高分辨率的亮度值转换成适于供给显示器的驱动器的数值(3-3-2)。这些经过转换的数值再输入到包括定时和控制子单元26、列驱动器28和行驱动器30的显示驱动单元中以根据公知的原理驱动LCD12。显示驱动电路可以是已有类型的显示驱动电路，如夏普公司所销售的LCD驱动器LH15A1/155N。
图3所示的是根据本发明的数据转换装置的示意性方框图。数据转换装置包括用于每一亮度颜色值的输入端，其中用于红色的输入端33能够接收5位的亮度值，用于绿色的输入端35能够接收6位的亮度值，用于蓝色的输入端37能够接收5位的亮度值。对于每种颜色，都有一个子帧查询表形式的转换单元34、36和38，用于将输入的高分辨率值分别转换成对应红、绿、蓝分别为3、3、2的较低位构成的值。由查询表可知，这些经转换的亮度值通过每一位单独的导体输入到图2中所示的显示驱动单元中。这些转换数值的定时和控制由子域控制单元32来完成。下面将简要说明控制是如何进行的。
图4所示的是在帧Tframe期间用来驱动显示器12某一绿色象素的定时图。只是为了进行比较，图中包括第一数字值44，它是来自视频处理单元22的输入值。在输入值44下所示的是第二数字值40和第三数字值42。第一数字值实际并不是需要定时的部分，因为为了产生第二和第三值，第一数字值是先前接收到的并已经过处理的。包括第一数字值只是为了更好地理解本发明。第二值是在发送帧Tframe的第一子域SF0期间发送的，第三值42是在第二子域SF1期间发送的，其中帧指的是驱动显示器象素所用的时间。
当在显示器上显示对应绿色的显示器的象素时，数据转换单元24从视频处理单元22接收第一6位亮度值44。该第一值具有6位的字长。子域控制单元32在查询表36中进行查询以对该值进行转换并根据该输入值选择第一和第二输出值。此实例如下表1：
输入              SF0                 SF1                 输出
000000            000                 000                 000000
000001            001                 000                 000001
000010            010                 000                 000010
…………………        …………………            ……………………        ………
…                                …                                    …                                    …
000111            111                 000                 000111
001000            000                 001                 001000
001001            001                 001                 001001
…………………        ……………………        …………………            ………
…                                …                                    …                                    …
111110            110                 111                 111110
111111            111                 111                 111111
表1
根据第一值从表的列SF1和SF0选取第二亮度值40和第三亮度值42。可以看出，第二和第三值具有3位字长。在图4中，输入值为101110时第二值40为110，第三值42为101。子域控制单元32通过三个导体并在驱动象素的不同子域中将这两个数值发送给显示驱动单元。子域具有不同的权数。这表示一个子域供给显示驱动单元的时间比其他子域长。在此例中，SF1是SF0的8倍。如此一来，对第二值和第三值进行逻辑运算，通过移位加减运算获得具有3位字长的数值。其大小等于将第三值42移位一个字长，再将此值加到第二值40上。接着在帧Tframe期间用第二值驱动显示的象素，驱动时间长度等于SF0的长度，第三值被驱动的时间长度等于SF1。因此SF0的长度为Tframe/9，SF1为8*Tframe/9。当在子域长度期间用这些数值驱动显示器时，最终显示的字段经人眼集成后可感知地呈现额外的亮度水平。在此可以看到，不同的子域应如此加权，使得子域之一长于其他子域，并且较长的字段与原始亮度值的较高有效位相关联。
子域控制单元在一帧期间仅使导体或导线给每一子域的显示驱动单元提供一次时钟(即子域控制单元在一帧期间仅使导体或导线接通每一子域的显示驱动单元一次)。由于这个原因，与4次扫描或4子域方案相比，平均时钟频率降低。从而与4子域方案相比较，能耗减半。这对于便携式电子装置来说是极其有利的。
对于红色来说，需要从5位转换到3位。转换方式与上述转换方式相同。但应注意，在上述方案中由于是从5位减少到3位，输出到显示驱动器上的数值多于输入值。多余的数值可以用来向显示驱动器发送多余的信息如对显示器的非线性特性进行补偿等。
对于蓝色需要从5位到2位的转换。因此不能用以上方案，也不能使图象的分辨率保持不变。取而代之的是用图5所示的方案。通过图3的查询表38，第一5位字46被转换成第二2位字48，第三2位字50和第四2位字52。子控制单元32保证在帧Tframe的子域SF0，SF1和SF2期间将这些二进制位发送给显示驱动器。在此，子域SF1和SF2的每一个都是SF0的4倍长，对应于移位2个二进制位。因此SF0是Tframe/9，SF1是4*Tframe/9，SF2是4*Tframe/9。SF1表示SF0移位2位并进行加法运算。但SF0和SF1只占用原始5位中的4位。为了提供第五输入位，设置SF2，其中数值10是触发值，将第五最高有效位设为1。数值00将此位设为0。另外还有附加电平，可以用来发送附加信息。
此时，子域控制单元在一帧期间使导体或导线接通显示驱动单元3次(即，子域控制单元在一帧期间使导体或导线给显示驱动单元提供3次时钟)，与4次扫描法相比节电。
因此显示器的彩色分辨能够大于推荐的5-6-5制编码。当利用较高的输入分辨率或嵌入的伽玛函数时，能够开发附加的彩色分辨率。子域驱动方案能够驱动高至6-6-6水平，等于260K个颜色。
系统还包括一图象帧存储器，该帧存储器根据已知原理工作，本说明书不对其进行进一步的说明。
本发明还可以实现无颜色的灰度操作。在此情况下，根据二进制位数的减少，可以用任何所述方法对红色、绿色和蓝色进行转换。
下面说明实现本发明的方法。首先接收第一高分辨率亮度值。之后将第一值转换成第二和第三低分辨率亮度值。之后分别在用于驱动显示器的一帧的子域SF0和SF1期间将第二和第三亮度值提供给显示驱动单元。提供第三值的子域长于提供第二值的子域，并且第三值表示至少比第二值高的一个较高有效位，第三值优选8倍长。
下面描述将亮度值提供给显示器的另一方法。首先，接收第一高分辨率亮度值。接着，将第一值转换成第二、第三和第四低分辨亮度值。之后，分别在用于驱动显示器的一帧的子域SF0，SF1和SF2期间将第二、第三和第四值提供给显示驱动单元。此时，提供第三值的子域长于提供第二值的子域，第三值表示至少比第二值高的一个较高有效位。第四值具有一个子域，它与第三值的子域一样长，代表一个触发位。
以上已描述了将亮度值提供给显示器的装置和方法。根据本发明提出的方案，无需用抖动和量化差错减少。根据所需电平数和所需减少的二进制位数设置多个具有不同长度的子域。应当认识到根据本发明子域长度不必等于一个字长。它们表示仅移位一个二进制位，此时子域长度关系为2∶1。例如也有这种情形即只有两个长度比例为1∶4的子域。子域的关系可以根据从输入亮度值到输出亮度值需要减少多少位来进行选择。如果用两个输出值无法表示输入值的所有位时，可以设置一个触发位。本发明不限于第一值的二进制位与第二和第三值的二进制位之间是精确的对应关系。可以选择查询表中的其他值，共同至少基本上获得提供第一值亮度所需的结果。因此查询表中可以包括伽玛转换和变换曲线补偿。本发明进一步用于将任一二进制位格式减少为另外一种二进制位格式。
当要求低能耗时，可以跳过SF0变换，这样几乎无寻址周期，因此较少的损耗，并能得到较低的彩色分辨率。
应当意识到，上述实施例仅为了说明本发明，而并非限制本发明，在不背离所附权利要求的范围的情况下，本领域的普通技术人员能够设计出许多替代实施方式。在权利要求书中，置于括号内的任何参考标记都不能被认为对权利要求有限定作用。术语“包括”不排除权利要求中未列出的部件或步骤。部件前的“一”不排除存在多个这样的部件。本发明可通过含有几个不同部件的硬件来实现，也可以由合适的编程计算机来实现。在列举了几个装置的装置权利要求中，这些装置中的部分装置可由硬件中的一个或同类部件实施，在不同从属权利要求中的特定方案不表示这些方案的组合不能用来达到优化的结果。

Claims (12)

1、一种转换并提供用于驱动显示器(12)的象素的亮度值(40，42；48，50；52)给显示驱动单元(26)的装置(24)，所述装置包括：
用于接收至少一个第一数字值(44；46)的输入端(33；35；37)，第一数字值表示具有由一定数目二进制位构成的第一字长的亮度电平；
至少一个转换单元(34；36；38)，用于将所述第一数字值转换成至少是第二数字值(40；48)和第三数字值(42；50)，第二和第三数字值共同至少基本上表示由第一数字值所表示的亮度电平，每一个都具有第二字长，其中第二字长较第一字长短，以及
子域控制单元(32)，用于在显示器的帧周期(Tframe)期间，将第二和第三数字值提供给显示驱动单元，其中这些经过转换的具有第二字长的数值的每一个占用的时间是所述帧的子域(SF0，SF1)，其中子域控制单元设置成使第三值的子域(SF1)长于第二值的子域(SF0)。
2、根据权利要求1所述的装置，其中转换单元设置成为第二值提供至少一个高于第三值的较高有效位。
3、根据权利要求1所述的装置，其中使子域长度的大小确定为能通过显示驱动单元对第二和第三值进行逻辑运算。
4、根据权利要求3的装置，其中逻辑运算包括对第二和第三值之一进行移位和进行相加。
5、根据权利要求1所述的装置，其中子域控制单元设置成在一帧期间每一子域仅对显示驱动单元定时一次。
6、根据权利要求5所述的装置，其中子域控制单元设置成根据子域长度来改变时钟频率。
7、根据权利要求1所述的装置，其中转换单元设置成将子域数目保持在至少基本上表示第一数字值中存在的亮度值所需的最小值。
8、根据权利要求1所述的装置，其中转换单元设置成还能够将第一值(46)转换成第四值(52)，并且子域控制单元设置成为第四值提供一个具有与第三值的子域同样长度的子域(SF2)。
9、根据权利要求8所述的装置，其中第四值用于对第二和第三值中的信息进行触发，用于模拟未由第二和第三值提供的第一值的最高有效位。
10、用于驱动显示器(12)的象素的显示单元，包括：
显示器(12)，
显示驱动单元(26)，和
权利要求1中所述的数据转换装置(24)。
11、便携式电子装置(10)，包括：
显示器(12)，
显示驱动单元(26)，和
权利要求1所述的数据转换装置(24)。
12、一种转换并提供用于驱动显示器的象素的亮度值给显示驱动单元的方法，该方法包括以下步骤：
接收至少一个第一数字值，第一数字值表示具有由一定数目二进制位构成的第一字长的亮度电平；
将所述第一值转换成至少是第二数字值和第三数字值，第二和第三数字值共同至少基本上表示由第一数字值所表示的亮度电平，每一个都具有第二字长，其中第二字长较第一字长短，以及
在显示器的帧周期期间，将所述第二和第三值提供给显示驱动单元，其中这些经过转换的具有第二字长的数值的每一个占用的时间是所述帧的子域，其中第二值的子域长于第三值的子域。
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