CN1662943B - 多媒体设备的色彩调适电路和方法 - Google Patents

Abstract

自适应色彩深度控制器可以从功率模式模块、环境光传感器和/或资源使用监视器中接收输入信号，通过调适提供给显示器的各种三原色的每像素位数来调节系统性能。使用来自功率模式模块、环境光传感器和/或资源使用监视器的输入可以按照类似方式调适空间分辨率。

Description

多媒体设备的色彩调适电路和方法

技术领域

本发明涉及多媒体设备的色彩调适。

背景技术

带有嵌入存储器阵列的微处理器用于各种消费品中。便携式产品的发展趋势需要节省能耗以及降低系统操作电压，节省能耗可以是在设备处理时减少硅片面积降低产品成本来实现。然而，在多媒体应用中使用的微处理器系统会引起另外的问题，尤其在包含显示板以支持视频和图像数据时更是如此。这些系统保存和传递大量图像数据来支持显示板的刷新率。系统带宽主要为从微处理器到存储器的数据流量，以及从存储器到显示板的数据流量所占用。这些手持便携式系统内尤其显著的是由于所述数据流量而引起的功率消耗的增加。

系统的高带宽可以给消费者提供审美舒适的多媒体设备，但也可能引起明显的功率消耗。因此，仍需要更好的方法来提供灵活性多媒体应用，同时保持低的操作功率消耗。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种电路，所述电路包括资源使用监视器，用于监视通信带宽和处理带宽中的至少一个；自适应色彩深度控制模块，通过响应所述通信带宽和处理带宽中的至少一个而改变图像数据的色彩深度，调节耦合到所述电路的输出的总线带宽。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电路，所述电路包括功率模式模块，检测所述电路的功率消耗；环境传感器，检测所述电路的用户的环境照明状况；资源使用监视器，检测通信带宽和处理带宽中的至少一个；以及自适应色彩深度控制模块，其响应于来自所述功率模式模块、环境传感器和资源使用监视器的信号，改变图像数据的色彩深度。

根据本发明的再一个方面，提供了一种方法，所述方法包括监视通信带宽和处理带宽中的至少一个；以及通过响应于所述通信带宽或处理带宽超过一设定使用值而改变图像数据的色彩深度，减少总线上的数据流量。

根据本发明的又一个方面，提供了一种方法，所述方法包括给显示器提供数据用于显示具有第一分辨率的图像；监视通信带宽和处理带宽中的至少一个；通过响应所述通信带宽和处理带宽中的至少一个而改变提供用于显示的图像数据的色彩深度，提供具有低于所述第一分辨率的第二分辨率以减少总线上的数据流量。

附图说明

在说明书的结束部分中具体指出和清楚地要求了被视为本发明的主题。然而，关于结构和操作方法，通过参考下面结合附图的详细描述，可以最好地理解本发明及其目的、特征和优点，其中：

图1是依据本发明的一个实施方案的微处理器核心和存储器模块的框图表示；

图2是进一步图解图1中显示控制模块内控制输入的框图。

将能理解，为了图解的简化和清楚，不必要按比例画出在图中图解的元件。例如为了清楚，相对其他元件扩大某些元件的尺寸。此外，在认为适当的地方，附图标记在这些图中重复以指示相应或相似元件。

具体实施方式

在下面的详细描述中，为了提供对本发明的完整理解而阐述了许多具体细节。然而，本领域技术人员将能理解，如果没有这些具体细节也可以实施本发明。在其他实施例中，没有详细描述公知的方法、程序、部件和电路以便不混淆本发明。

本发明的实施方案可以用在各种应用中。虽然本发明不局限于这个方面，但本文中公开的电路可以用在微控制器、通用微处理器、数字信号处理器(DSP)、精简指令集计算(RISC)、复杂指令集计算(CISC)以及其他电子部件中。然而，应该理解本发明的范围不局限于这些实施例。

本发明的实施方案也可以包括电路模块，它们称为磁心存储器、高速缓存存储器或其他类型存储器，它们保存由微处理器执行的电子指令，保存可以在算术运算中使用的数据，或者保存可以视觉显示的图像数据的其他类型存储器。注意，这些实施方案可以集成在无线电系统或手持便携式设备中。因此，便携式计算机、蜂窝式无线电话通信系统、双向无线通信系统、单向寻呼机、双向寻呼机、个人通信系统(PCS)、个人数字助理(PDA)、照相机、摄像机和其他产品都应被包括在本发明的范围内。

应该理解，电路图示和描述为数字电路，但本发明的原理和教导没有被限制成这样。在许多系统中，数字信号处理是优选的，而其他系统可以包括模拟电路和信号并获得特殊好处。例如，微处理器可以包括调制功能或图形发生器，图形发生器用于提供叠加在视频图像上的图形和/或文本数据，而所述视频图像在模拟领域中实现可能是最佳的。通过组合模拟和数字处理还可以执行其他功能以便从这两种信号的具体优点中受益。

在下面的描述和权利要求书中，可以使用术语“耦合”和“连接”以及它们的派生词。应该理解的是，这些术语不是要作为彼此的同义字。更确切地说，在具体实施方案中，“连接”可以用来表示两个或多个元件彼此直接物理或电接触。“耦合”可能意味着两个或多个元件直接物理或电接触。然而，“耦合”也可能意味着两个或多个元件不是直接彼此接触，但仍然彼此协作或相互作用。

转向图1，系统10可以描述为微处理器核心20，它与外部存储器模块30和输出设备40连接。地址线和控制信号可以从微处理器核心20传递到外部存储器模块30。微处理器核心20包括存储器控制模块50，用于经由总线60给/从存储器模块30传递数据。微处理器核心20还包括内部存储器模块70、显示控制模块80和系统资源模块90，它们经由总线100可以彼此连接并连接到存储器控制模块50。外部存储器模块30和内部存储器模块70可以是静态随机访问存储器(SRAM)或动态随机访问存储器(DRAM)，并且保存用于操作微处理器核心20的软件指令。可选择地，这些存储器模块可以是非易失存储器，例如快闪存储器或铁电存储器，尽管存储器类型不应限定要求保护的主题范围。

典型地，图像捕获系统可以捕获保存在外部存储器模块30或内部存储器模块70内的数据，把图像转换成数字数据，用于按照输出设备40可识别的格式进行存储。感光设备捕获图像并提供像素信号，像素信号的电压可以与光的强度和色彩相关。在色彩系统内，光可以穿过滤色镜而产生代表原色(primary color)分量的像素信号。因此，图像可以被转换成数字化形式，并且按照特定文件格式保存在外部存储器模块30或内部存储器模块70内，所述图像例如是照片、线条画、文本文件或其他图像。

例如，文件格式可以是RGB24图像或BGR24图像，RGB24图像也称为真彩色，BGR24图像与RGB24图像相同但色彩顺序不同(红、绿、蓝)。给显示器提供各种三原色的每像素位数可以用具有任何位数的格式来表示，尽管某些格式可能比其他格式更通用。例如，RGB24格式的每像素位数(bpp)是24，并且用8位数据表示红、绿、蓝各个颜色值。显示控制模块80可以支持少于24bpp的其他格式。提供给输出设备40的图像数据也可具有这样的格式，其中红、绿、蓝的值可以不相同，例如RGB 5:6:5格式。本发明不受提供给显示器的每像素位数所限制，也不受像素色彩是否具有相同或不同位数所限制。

BGR24图像类型的每个像素具有24位数据，即每个像素的8位用于各种三原色：蓝、绿、红。这转换成每种原色的256种暗度(shade)，以便为每个图像提供约16兆种颜色。应该指出，微处理器核心20可以通过处理红、绿、蓝数据在图像文件格式之间进行转换。作为实施例，使用下列公式可以把RGB格式转换成YUV格式：

Y＝(0.257*R)+(0.504*G)+(0.098*B)+16；

Cr＝(0.439*R)-(0.368*G)-(0.071*B)+128；和

Cb＝-(0.148*R)-(0.291*G)+(0.439*B)+128，

其中R、G、B是各种颜色红、绿、蓝的分量，Y相当于亮度，Cr相当于R-Y信号，Cb相当于B-Y信号。依据本发明，色彩空间转换(color space conversion)和缩放引擎(scaling engine)可以用来响应于指示器(如下文解释，从图2的功率模式模块110、环境光传感器120或资源使用监视器130中提供)，把二次采样从YCbCr 4:4:4转换成YCbCr4:2:2，4:2:0或4:1:1，由此，总线BW和存储器的使用将减少。

注意，对于图像文件格式而言存在许多可能选择，其中某些选择与其他选择相比可提供速度增加并更好地压缩。图像文件格式的某些选择可以减少条纹或信号损失。除了图像文件格式之外，微处理器核心20的某些实施方案也可以包括色彩查找表(未图示)以便最优化红、绿、蓝像素的混合，用于在输出设备40上显示图像。应该注意，在系统10内使用的图像文件格式选择和颜色混合最优化方法不应限定要求保护的主题范围。

微处理器核心20可以接收数字图像数据和执行任何各种操作，例如伽玛校正、图像噪声过滤、像素群平均化、色彩加深和对比度增加、数据压缩和输出数据格式化。因此，在某些应用中，系统10可能主要被从系统资源模块90到存储器模块30和70的数据流量，以及从所述存储器到输出设备40用于满足监视器刷新率的数据流量所占用。除了刷新率之外，由微处理器核心20提供给输出设备40的信号带宽通常取决于监视器图像平面的水平和垂直分辨率以及要显示的每像素位数。

通常，输出设备40始终被描述为监视器，例如用于显示视频或图像数据的液晶显示板，但在某些应用中也可以是存储设备，例如盘驱动器或无线通信设备。当实施方案是无线设备时，输出设备40可以包括无线电频率振荡器和调制器，所述振荡器用于产生载波信号，所述调制器用输出图像数据调制载波信号，用于把图像传播给另一通信设备。

图2是进一步图解显示控制模块80内用于管理系统带宽的控制的框图。显示控制模块80包括功率模式模块110、环境光传感器120和资源使用监视器130，它们可以给自适应色彩深度控制模块140提供输入。色彩深度控制模块140给输出控制器模块150提供信号，控制器模块150然后按照适合于输出设备40进行显示的格式提供数字数据。

功率模式模块110可以给自适应色彩深度控制模块140提供输入，指示微处理器核心20或系统10的功率消耗。电池供电的便携式设备的功率消耗可以基于电流负载曲线或电池状态，或者它们两个。

环境光传感器120给自适应色彩深度控制模块140提供输入，指示环境照明状况，所述状况可能会影响用户对输出设备40内LCD板的观察。可以适当放置检测设备来检测环境照明状况，例如光敏二极管或光晶体管。可选择地，可以对电荷耦合器件矩阵内的阵列化像素传感器或光敏半导体设备的部分或全部进行采样来检测环境照明状况。因此，环境光传感器120提供给自适应色彩深度控制模块140的输入可以监视可能会影响LCD板的观察状况的环境照明。通过定期曝光测量算法也可以检测周围环境，其根据光敏元件阵列的响应产生统计量。

资源使用监视器130给自适应色彩深度控制模块140提供输入，指示微处理器核心20内的使用活动性。一个使用指示器可以是由总线100上的内部活动性和/或总线60上的活动性进行监视的通信带宽。总线活动性可以部分基于输出设备40的平板尺寸、可用来在LCD上显示的图像平面数量、以及提供给所述显示器的各种三原色的每像素位数。高通信带宽可能会限制这些总线上的数据流量。这个通信带宽可以通过与总线相关的各种分量来指示，例如获得总线的时间或者花费多长时间进行仲裁。另一使用指示器可以基于系统10在各种应用中的操作，其中某些应用达到了如存储器使用和微处理器使用所指示的高处理带宽条件。高处理带宽可能会防止某些应用在系统10内的运行或防止其他应用在系统10内同时运行。因此，资源使用监视器130可以给自适应色彩深度控制模块140提供输入，监视通信带宽、处理带宽或者它们两个，并且指示微处理器核心20内的使用活动性。

自适应色彩深度控制模块140可以从功率模式模块110、环境光传感器120和/或资源使用监视器130中接收输入信号。这三个输入信号中的任何信号都可以使自适应色彩深度控制模块140通过调适(adaptation)提供给显示器的各种三原色的每像素位数(例如图像文件的色彩深度)，从而调节系统10的性能。

如果没有根据来自功率模式模块110的输入调节色彩深度，电池电源可能不受欢迎地降低到阈电压值之下，或者可能限制微处理器运行某些应用。如果没有根据来自环境光传感器120的输入调节色彩深度，则对于亮照明环境和暗照明环境而言，将不会改变系统10的带宽，因此就不受用户察觉显示图像的能力和显示板提供精确色彩表示的能力的影响。如果没有根据来自资源使用监视器130的输入调节色彩深度，在等待数据时应用可能停止并且这可能潜在地造成用户可以观察到的性能降低或者使应用丢弃数据帧，这可能潜在地造成图像质量可以观察到的降低。

接收到一个或多个输入信号时，自适应色彩深度控制模块140可以减少或增加提供给显示器的每像素位数。作为实施例，来自功率模式模块110的输入可以指示微处理器核心20或系统10的高功率消耗。为了在充电之前延长电池寿命，自适应色彩深度控制模块140可以降低提供给输出设备40的信号色彩深度。从环境光传感器120接收的输入信号可以表示环境是亮照明的，在这种情况下，自适应色彩深度控制模块140可以作用来降低色彩深度，而不会显著地影响在LCD上观察到的图像。另一方面，当环境是暗照明时，自适应色彩深度控制模块140可以增加色彩深度来改善在LCD上观察到的图像。从资源使用监视器130接收的输入信号提供带宽指示，自适应色彩深度控制模块140可以使用这一带宽指示来降低色彩深度，从而改善可用的带宽。

作为实施例，当输出设备40内的LCD监视器具有320×240的图像平面分辨率时，32bpp格式可以提供约2.4兆位/秒的总线带宽。自适应色彩深度控制模块140可以响应于多个输入信号之一而作用以把色彩深度降低到24bpp格式，从而把总线带宽降低到约1.8兆位/秒。自适应色彩深度控制模块140可以响应多个输入信号之一而再次作用以把色彩深度进一步降低到8bpp格式，从而把总线带宽降低到约0.6兆位/秒。此外，应该注意图像数据例如可以从RGB 5:6:5格式变化到RGB 5:5:5格式，提供较小的总线带宽缩减量。

此外，当微处理器核心20在备用模式运行时，可以降低系统10的功率消耗。在备用模式下，LCD板可以每秒刷新约70次，尽管这个刷新率是实施例而不是对要求保护的本发明主题进行限制。参考图1，显示控制模块80可以接收功率模式状态信号，该状态信号把微处理器核心20置于备用模式，使得经由总线提供给输出设备40的图像数据分辨率降低，从而节省系统10的功率消耗。

作为实施例，输出设备40可以是图像平面分辨率约为640×480的LCD板。图像分辨率可以降低约25％，并且在备用模式下还能提供可接受的图像质量。典型地，在备用模式下关闭LCD板的背后照明，进一步减少了用户在图像分辨率降低时注意到太多图像质量降低的可能性。当系统10不再处于备用模式下时，打开背景光，并且显示控制模块80运行以把图像分辨率恢复到原始状态。

作为实施例，当输出设备40内的LCD监视器具有1280×1024的图像平面分辨率时，16bpp格式可以提供约183兆位/秒的总线带宽。显示控制模块80可以响应于备用模式而作用以把分辨率降低到1024×768，从而把总线带宽降低到约110兆位/秒。可选择地，显示控制模块80可以把分辨率降低到约800×600，从而把总线带宽降低到约67兆位/秒。

分辨率的降低通过降低总线带宽和减少LCD驱动器的切换动作(toggling activity)来降低系统10的功率消耗。注意，对图像分辨率降低程度可以进行编程，并且与用户可选择的最低电源电池节约策略或最高系统性能相关联。借助于硬件或软件，通过区段滤波(block filtering)、图像二次采样或插值等等，可以降低分辨率。较低的空间分辨率连同降低的色彩深度一起可以进一步减少系统功率消耗。

除了从功率模式模块110、环境光传感器120或资源使用监视器130中接收的输入之外，自适应色彩深度控制模块140可以响应于操作系统(OS)、输出设备的位置或表示用户是否正在实际观察显示器的指示器，从而改变色彩深度。改变色彩深度可以减少带宽和功率。注意，词组“图像文件”可以涉及保存的信息，但要求保护的主题也适用于系统10未保存的数据流中的信息。

现在应该清楚，已经提供了用于移动多媒体设备的实施方案，它们给用户提供低功率的解决方案，并且同时提供可享受的观看体验。另外，已经提供了不牺牲显示板色彩的带宽调节。

虽然本文中已经图解和描述了本发明的某些特征，但对于本领域技术人员来说现在将想到许多修改、替换、变化和等同物。因此应该理解，附属的权利要求书旨在覆盖落入本发明实质内的所有上述修改和变化。

Claims (21)

1.一种电路，包括：

资源使用监视器，用于监视处理器内部总线以基于总线活动性确定微处理器通信带宽；

自适应色彩深度控制模块，通过响应所述微处理器通信带宽而改变图像数据的色彩深度，来调节耦合到所述电路的输出的总线带宽。

2.如权利要求1所述的电路，其中，一检测到的输入信号输入至所述自适应色彩深度控制模块，该输入信号指示所述电路的功率消耗。

3.如权利要求2所述的电路，其中所述电路的功率消耗基于所述电路的电流负载曲线。

4.如权利要求2所述的电路，其中所述电路的功率消耗基于耦合到所述电路的电池的状态。

5.如权利要求1所述的电路，其中，一检测到的输入信号输入至所述自适应色彩深度控制模块，该输入信号指示周围环境照明状况，其影响用户对所述电路的操作。

6.如权利要求5所述的电路，其中所述检测到的输入信号在环境照明状况为暗照明环境时调节所述总线的带宽来增加带宽，在环境照明状况为亮照明环境时降低所述带宽。

7.如权利要求5所述的电路，其中所述检测到的输入信号在环境照明状况为亮照明环境时调节所述总线的带宽来增加带宽，在环境照明状况为暗照明环境时降低所述带宽。

8.如权利要求1所述的电路，其中所述资源使用监视器指示所述电路内使用的活动性。

9.如权利要求8所述的电路，其中所述通信带宽依赖于存储器使用和微处理器使用。

10.一种电路，包括：

功率模式模块，检测所述电路的功率消耗；

环境传感器，检测所述电路的用户的环境照明状况；

资源使用监视器，监视所述电路内总线上的活动性来确定通信带宽；以及

自适应色彩深度控制模块，其响应于来自所述功率模式模块、环境传感器和资源使用监视器的信号，改变图像数据的色彩深度。

11.如权利要求10所述的电路，其中所述自适应色彩深度控制模块依据所述图像数据的色彩深度的变化，调节耦合到所述电路的输出的总线带宽。

12.如权利要求10所述的电路，其中所述电路的功率消耗基于所述电路的电流负载曲线。

13.如权利要求10所述的电路，其中所述电路的功率消耗基于耦合到所述电路的电池的状态。

14.一种方法，包括：

监视微处理器内部总线上的总线活动性，以确定微处理器通信带宽；以及

通过响应于微处理器通信带宽超过一设定使用值而改变图像数据的色彩深度，减少总线上的数据流量。

15.如权利要求14所述的方法，其中所述改变图像数据的色彩深度还包括把所述图像数据作为数据文件保存在所述微处理器控制的存储器中。

16.如权利要求14所述的方法，其中所述改变图像数据的色彩深度还包括改变数据流内的图像数据，其中所述数据流未保存在所述微处理器控制的存储器中。

17.如权利要求14所述的方法，其中所述改变图像数据的色彩深度还包括依据所述微处理器的功率消耗产生所述检测信号。

18.如权利要求14所述的方法，其中所述改变图像数据的色彩深度还包括依据周围环境照明状况产生检测信号，其中所述周围环境照明状况影响用户对所述微处理器的操作。

19.如权利要求14所述的方法，其中所述改变图像数据的色彩深度还包括监视所述微处理器内使用的活动性以产生所述检测信号。

20.一种方法，包括：

给显示器提供数据用于显示具有第一分辨率的图像；

监视微处理器内部总线上的活动性，以确定微处理器通信带宽；

通过响应所述微处理器通信带宽而改变提供用于显示的图像数据的色彩深度，来提供具有低于所述第一分辨率的第二分辨率的数据以减少总线上的数据流量。

21.如权利要求20所述的方法，还包括：

通过响应所微处理器通信带宽提供具有所述第一分辨率的数据，恢复由所述微处理器提供给所述显示器的数据的带宽。