CN1750095A - 用于生成子场码的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于生成在诸如等离子体显示板(PDP)的一个或多个显示设备上所显示的图像的子场码的方法和装置，其中通过调制每帧的光脉冲或维持脉冲的个数(脉宽调制PWM)来获得显示设备所显示的图像的像素的灰度级，所述帧的每个子场的维持脉冲的个数取决于要显示的图像的平均功率级。首先将所述图像的视频电平码转换成亮度码，然后将其编码成子场码。为了减小执行这个码转换所需要的存储器大小，将亮度码之间的偏移值存储在查找表中，而不存储亮度码。然后在显示设备的控制器中重新生成亮度码。

Description

用于生成子场码的方法和装置
技术领域
本发明涉及一种生成在诸如等离子体显示板(PDP)的一个或多个显示设备上所显示的图像的子场码的方法，其中通过调制每帧的光脉冲或维持脉冲的个数(脉宽调制PWM)来获得显示设备所显示的图像的像素的灰度级。本发明也涉及一种用于执行所述方法的装置。
背景技术
本发明在等离子体显示板(PDP)或其他显示设备的领域中是十分有用的，其中根据绝对编码法，通过位的组合来表示每个视频电平。
这样，当用于提高图像质量的算法是基于诸如查找表(LUT)等的存储在存储器中的数据时，这样的表的大小可能相当大。
将针对PDP来描述本发明，但是也可以将本发明应用到如上所述的其他类型的显示器中。
众所周知，等离子体显示板是由两块封接在一起以形成充满气体的空间的绝缘板所构成。在空间内提供障壁(rib)以形成只能是“ON”或“OFF”的放电室的矩阵排列。而且，与通过模拟控制发光来表示灰度级的诸如CRT(阴极射线管)或LCD(液晶显示器)等的其他显示器不同的是，PDP通过调制每帧的光脉冲的个数来控制灰度级。这些光脉冲也称为维持脉冲。通过人眼在对应于人眼时间响应的周期内合成时间调制。
在视频处理的领域中，亮度级的8位表示法是非常普遍的。在这种情况下，将通过以下8位的组合来表示每个视频电平：
20＝1，21＝2，22＝4，23＝8，24＝16，25＝32，26＝64，27＝128
为了使用PDP技术来实现这样的编码方案，将具有持续时间对频率函数为16ms/60Hz或20ms/50Hz的的帧周期划分成8个称为子场SF的子周期。每个子场SF对应于如图1所示的8位之一。位21＝2的发光的持续时间是位20＝1的两倍，等等。通过这8个子周期的组合，就可以建立256个不同的灰度级。例如，灰度级92将因此具有相应的数字码字00111010＝4+8+16+64。尤其是在已知的等离子体显示技术中，每个子场SF是包含以下时间的周期：
固定长度的写入/寻址周期，其中使等离子体放电室进入具有较高电压的激发状态或进入具有较低电压的中性状态；
取决于子场加权的维持周期，其中通过具有相等幅度和相等持续时间的短电压脉冲或维持脉冲来进行气体放电，脉冲的个数对应于子场加权；
固定长度的擦除周期，其中结束放电室的充电。
此外，可以在帧周期的开始使用引火(priming)脉冲P。这种引火对等离子体放电室进行预激发，使放电室准备好每个子场的均匀写入。
所以，根据子场加权将视频电平映射成一组子场码。因此，通过离散数目的子场分配的离散数目的维持脉冲来生成亮度。如果需要由一帧的子场分配的维持脉冲的个数对应于视频电平的个数，则将如在以上例子中一样直接重新分配，其中需要由允许256个不同亮度值的子场组1-2-4-8-16-32-64-128来分配255个维持脉冲。但是，如果比如需要分配293个维持脉冲，则处理在实质上会更加复杂。不能在给出舍入误差的子场之间整齐地划分维持脉冲。进一步的复杂性是由以下原因导致的：写入和擦除子场的处理还生成一些无论其加权如何而被均匀地添加到每个位子场的亮度。所以，PDP板是稍微非线性的，即，100个维持脉冲将不能产生100倍于单个维持脉冲的亮度。
类似于CRT，PDP要求使用峰值白色加强(PWE，peak white enhancement)电路，其控制峰值白色级作为平均图像功率的函数。峰值白色维持脉冲的个数适应于所述平均图像功率，并且不能如以上所述在子场之间整齐地划分维持脉冲。
由于这些问题(舍入误差、因为在引火、写入和擦除操作期间存在寄生亮度而引起的等离子体非线性)，所以已知的将所需的维持脉冲的个数映射成选定的子场码加权结构的解决方案无疑产生了可明显觉察的灰度级表现非线性。
为了缓和这些非线性，在专利申请EP1353315中提出了一种新的基于亮度码的概念。一种类型的非线性称为“灰度级反转(inversion)”。灰度级反转意味着在某些情况下，视频电平N+1可能会比视频电平N要暗，从而导致干扰灰度级非线性。
可以通过一个例子来简单说明级反转的问题。以下表1给出了对于一个包含12个具有以下加权1 2 3 5 8 13 19 25 32 40 49 58的子场的帧、以及对于以下APL(平均功率级)值0％、20％、40％、60％、80％和100％，一个帧的每个子场的维持脉冲的个数。
加权 1 2 3 5 8 13 19 25 32 40 49 58 ∑＝255
  APL  每个子场的维持脉冲的个数   总计
  0％  5   11   16   27   44   71   104   136   175   218   267   316   ∑＝1391
  20％  3   7   10   17   27   45   65   86   110   137   168   199   ∑＝875
  40％  2   4   6   11   17   28   41   53   68   85   105   124   ∑＝544
  60％  1   3   4   7   11   17   25   33   43   53   66   78   ∑＝341
  80％  1   2   2   4   7   11   16   21   26   33   40   48   ∑＝210
  100％  1   1   1   2   4   6   9   12   16   20   24   28   ∑＝124
                            表1
在表1所示的情况下，对于100％的APL值，视频电平6(111000000000)对应于3个维持脉冲(1+1+1)和3个写入操作。另一方面，视频电平7(010100000000)也将对应于3个维持脉冲(1+2)，但是仅具有2个写入操作。
由于每个写入操作会带来发光(大约一个维持周期的20％)，所以视频电平6将比视频电平7亮。这些反转的出现将取决于APL级，所以对比度、亮度或图像内容的变化将在灰度级表现中引入新的非线性。
为了避免这些干扰，在EP1353315中已经提出了元码的概念。实际上，这个概念是基于诸如引火、擦除、写入和维持等的所有PDP阶段所产生的发光的模式。这个概念还包括对于低图像负载的荧光粉饱和度(高峰值白色)的模式。
为了说明这个概念，将放电室状态以下模式作为例子：
引火操作：0.1cd/m2
维持脉冲：1cd/m2
写入脉冲：0.25cd/m2
引火发光模式的使用是非常重要的，因为这个操作定义了面板的黑色电平，其是伽马曲线定义的关键参数。在PDP中使用的引火操作的次数可以随着不同的供应商而变化，但是，在专利申请EP1250696中提出了在每帧中仅采用单个引火操作，而这将用于简化我们的说明。
从表1中导出用于我们的例子的APL表，并且应该考虑对应于97％的APL值的以下维持表：
1-1-2-3-4-7-10-13-16-20-25-30(∑＝132维持脉冲)
可以将给出码字的亮度模式定义如下：
亮度(码字)＝0.1+0.25×W+1×S
其中W是写入操作的总次数，而S是维持脉冲的总个数。
例如，码字[110110100000]将对应于1次引火操作，5次写入操作和19个维持脉冲(1+1+0+3+4+0+10+0+0+0+0+0)，这就意味着0.1+0.25×5+19＝20.35cd/m2。
对于每个给出的APL值(在我们的例子中为97％)，根据先前定义的模式来进行所有码字的亮度级的计算。在下表中给出了输入视频电平0至6的亮度级：
  个数   SF码字   亮度级cd/m2
  0   0000 0000 0000   0.1+0×0.25+0×1＝0.10
  1   1000 0000 0000   0.1+1×0.25+1×1＝1.35
  2   0100 0000 0000   0.1+1×0.25+1×1＝1.35
  3   1100 0000 0000   0.1+2×0.25+2×1＝2.60
  4   0010 0000 0000   0.1+1×0.25+2×1＝2.35
  5   1010 0000 0000   0.1+2×0.25+3×1＝3.60
  6   0110 0000 0000   0.1+2×0.25+3×1＝3.60
  …
                       表2
图1示出了用于显示视频电平0至255的每个码字的亮度模式的性能。该曲线表示了大量灰度级反转、平稳段(两个连续视频电平相同的亮度)和非线性。
例如，表2示出了已经存在具有相等亮度模式的一些码字，例如对应于个数为1和2的行，或对应于个数为5和6的行。此外，已经可以看出一些灰度级反转，例如在对应于个数为3和4的行之间。因此，必须执行这个表的再排序和修改。
如以上段落所描述的，为了消除反转和平稳段，EP1353315中公开的元码概念的下一个步骤在于码的再排序。为此，选择称为亮度码或元码的新码。表3示出了这个原理：
  个数   SF码字   亮度   亮度码
  0   0000 0000 0000   0.10   #0
  1   1000 0000 0000   1.35   #1
  2   0100 0000 0000   1.35   丢弃
  3   1100 0000 0000   2.60   #3
  4   0010 0000 0000   2.35   #2
  5   1010 0000 0000   3.60   #4
  6   0110 0000 0000   3.60   丢弃
  …
                      表3
在这个阶段，定义不具有任何亮度级的反转或相等的新次序#N。为此，在根据响应保真度和假轮廓特性保持最佳码字的同时，丢弃具有相等亮度级的码字。这就形成了如以下所示的新的基本编码表：
  元码   SF码字   亮度(cd/m2)
  #0   0000 0000 0000   0.10
  #1   1000 0000 0000   1.35
  #2   0010 0000 0000   2.35
  #3   1100 0000 0000   2.60
  #4   1010 0000 0000   3.60
  …
                       表4
本发明是关于码丢弃原理。实施这个方法所遇到的问题是：其需要大量的存储器。以下给出了码丢弃处理的一个例子：
  输入   输出
  0   0
  1   1
  2   4
  3   3
  4   5
  5   7
  6   10
  7   14
  8   15
  9   16
                           表5
表5中所呈现的查找表(LUT)代表了在显示处理中消除级2、6、8、9、11、12、13的码丢弃(codedrop)概念的执行。
通常，这样的LUT需要具有8位输出的256个位置(256×8＝2048位)，并且要用于256个不同的APL值。最后，在外部存储器中一个LUT需要0.5M位(256×256×8)。此外，每个LUT可以因三种色彩而不同，这就将所需要的存储器的总量增加至1.5M位，而这仅仅是用于一种显示模式(例如，60Hz)。而且，这些类型的LUT也因在PDP中所采用的每个模式(例如，60Hz、50Hz、75Hz…)而不同，这会进一步导致对于3个模式，在外部存储器方面的需要增加至4.5M位。
本发明的目的就是提出一种降低所需数据的方法，从而限制在外部存储器和带宽方面的需要。
发明内容
根据本发明，提出在外部存储器中仅存储亮度码之间的偏移值或差值(这些值使用较少的位)，并且在专用于编码视频电平的芯片上重新生成亮度码。
所以，本发明涉及一种用于生成显示设备上所显示的图像中的视频电平的子场码的方法，其中通过调制每帧的光脉冲或维持脉冲的个数来获得所述视频电平，所述方法包括以下步骤：
测量要显示的图像的平均功率级，并且根据所测量的平均功率级和子场加权，在所述帧的子场之间分配每帧的维持脉冲，
将要显示的图像的视频电平映射成亮度码，并且
将亮度码映射成子场码，
其特征在于，为了将视频电平映射成亮度码，为所测量的平均功率级计算第一查找表，所述第一查找表包括多个视频电平的偏移值，每个关于视频电平的偏移值对应于要分配给视频电平的亮度码与另一亮度码之间的差值，并且根据第一查找表计算出用于将亮度码分配给多个视频电平的每个视频电平的第二查找表。
在外部存储器中仅存储第一查找表。本发明保证减少这个查找表的大小，从而减少外部存储器的大小。在专用于编码视频电平的ASIC电路内生成第二查找表，并且将其存储在片内存储器中。对片内存储器的大小没有挑剔，因为在其中最多存储了三个大小为256×8＝2048位的查找表(每个显示模式一个)。
在优选实施例中，关于视频电平n，n＞0的所述偏移值等于关于视频电平n的亮度码与关于视频电平n-1的亮度码之间的差值。
为了再次减少所需要的存储器大小，仅将偏移值分配到第一查找表中，从而降低视频电平的个数。例如，将偏移值分配给N个可能的视频电平之中的M个较低视频电平，其中M＜N，并且将相同的偏移值分配给其他可能的视频电平。
本发明还涉及一种用于执行上述方法的装置，其中所述装置包括：图像平均功率测量电路、用于存储所述第一查找表的存储器、用于读取与所测量的平均功率值相关的第一查找表的存储接口单元、用于从第一查找表生成第二查找表的计算单元、用于将所述第二查找表加载到码转换单元的加载单元和用于将亮度码映射成子场码的子场编码单元，所述码转换单元用于将视频电平映射成亮度码。
附图说明
在附图中说明了本发明的示例性实施例，并且在以下描述中更加详细地解释了本发明的示例性实施例。
在附图中：
图1是表示与每个子场码字相关的亮度的曲线图；
图2是表示现有方法的实施的示意图；以及
图3和图4是表示根据本发明的方法的可能实施的示意图。
具体实施方式
图2示出了一种用于将视频电平编码成子场码的电路布置。采用码转换LUT10将视频电平映射成亮度码。码转换LUT与每个APL值相关，并且如果需要的话，与每个色彩分量和每个显示模式相关。将这些码转换LUT存储在外部存储器中。如先前所描述的，该外部存储器的大小对于具有三种彩色和三种显示模式的256个视频电平必须为4.5M位。通过码转换块11来使用这些码转换LUT10，从而将视频电平映射成亮度码。然后，通过子场编码块12将这些亮度码映射成子场码。
根据本发明，用于将视频电平映射成亮度码的LUT是如图3所示的偏移LUT。在这些LUT的每个中，为每个视频电平存储偏移值而不是亮度码。视频电平n的这个偏移值(称为offset(n))是关于视频电平n的亮度码(称为LC(n))与关于视频电平n-1的亮度码(称为LC(n-1))之间的差值。关于视频电平0的偏移值为0。不需要将偏移值编码成8位。例如，将它们编码成4位，第一位表示符号而其他三位表示偏移幅度。所以，偏移值包含在-7至+7之间。计算块21使用该偏移值来生成要加载到码转换块11中的码转换LUT。通过使用与为这个帧所测量的APL值相关的偏移LUT，在每帧再生成码转换LUT。
因此，在这个具有4位偏移值的例子中，外部存储器所需的大小减少了一半，即，256×4×256×3×3＝2.25M位。
在改进的实施例中，可以将外部存储器的大小再次减小。这是源于这个事实：灰度级反转只与较低和中间灰度级相关；在较高的视频电平中，由于人眼的特性(饱和度…)，所以灰度级反转难以看出。因此，在偏移LUT中没有必要存储256个值。例如，在偏移LUT中仅存储了92个偏移值，其为用于92个较低灰度级的偏移值(0≤n≤91)。对于其他的灰度级n，其中n＞91，offset(n)＝offset(91)。也可能为所有超过92的视频电平存储一个特定的偏移值。
外部存储器的所需大小则变成：92×4×256×3×3＝0.8M位，而不是4.5M位。
这个方法的另一个优势在于减少了加载由计算块21所生成的码转换LUT所需的带宽。要载入码转换块11的数据则仅为368位(92×4)，而不是2048位(256×8)。这在垂直消隐期间执行加载操作时是十分有用的。
可以通过下表来说明应用到在这个说明书的前面部分给出的例子中的本发明的方法：
  视频电平   偏移   计算   亮度码
  0   0   0+0＝0   0
  1   1   0+1＝1   1
  2   3   1+3＝4   4
  3   -1   4-1＝3   3
  4   2   3+2＝5   5
  5   2   5+2＝7   7
  6   3   7+3＝10   10
  7   4   10+4＝14   14
  8   1   14+1＝15   15
  9   1   15+1＝16   16
  …
                             表6
通过图4来说明本发明方法的可能实施。所有的处理块(视频反伽马、子场编码、串并行转换、控制器)都包含在等离子体显示控制器30中，其在多数情况下是ASIC。将所有的查找表存储在外部存储器31上(EPROM或FLASH)，可以通过控制器30来位顺序地读取所述外部存储器31。在正常操作中，在每个帧的末尾，必须根据已经在基于R、G和B信号的视频的激活部分期间计算出的APL值，通过控制器30来下载新的偏移LUT数据。在控制器30内的APL测量块32中计算APL值。控制器30内的偏移LUT的每次刷新操作都是基于三个块：存储接口33，其在外部存储器31内的特定地址简单地读取对应于与块32所测量的APL值相关的偏移值的一定量的位；计算块34(相当于图3的块21)，其建立要存储在控制器30内的码转换LUT；和加载块35，其负责特定码转换LUT的加载。
在垂直消隐期间的每个帧的末尾，通过使用存储器31的引脚SCLK和SDATA将存储在外部存储器31中的查找表发送到存储接口33。实际上，这采用了完整的激活帧来计算加载正确的LUT所需要的APL级，并且不允许在显示激活部分期间改变任何LUT的内容，否则，图像将失去均一性。一旦已经确定了新的APL值，则控制器30向存储器31请求所需的数据，并且将所需的查找表数据加载到存储接口33中。

Claims (8)

1.一种用于生成显示设备上所显示的图像中的视频电平的子场码的方法，其中通过调制每帧的光脉冲或维持脉冲的个数来获得所述视频电平，所述方法包括以下步骤：
测量要显示的图像的平均功率级，并且根据所测量的平均功率级和子场加权，在所述帧的子场之间分配每帧的维持脉冲，
将要显示的所述图像的视频电平映射成亮度码，并且
将亮度码映射成子场码，
其特征在于，为了将视频电平映射成亮度码，为所测量的平均功率级计算第一查找表，所述第一查找表包括多个视频电平的偏移值，每个与视频电平相关的偏移值对应于要分配给所述视频电平的亮度码与另一亮度码之间的差值，并且根据所述第一查找表计算出用于将亮度码分配给所述多个视频电平的每个视频电平的第二查找表。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：与视频电平n相关的所述偏移值等于与所述视频电平n相关的亮度码和与所述视频电平n-1相关的亮度码之间的差值，n＞0。
3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于：所述第一查找表包括对于在N个可能的视频电平中M个较低视频电平的每个的偏移值，以及用于所有其它可能的视频电平的唯一偏移值，其中M＜N。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于：分配给所述其它可能的视频电平的所述偏移值是分配给所述M个较低视频电平之中最高视频电平的所述偏移值。
5.一种用于执行如权利要求1至4所述的方法的装置，其中所述装置包括：图像平均功率测量电路(32)、用于存储所述第一查找表的存储器(31)、用于读取与所测量的平均功率值相关的第一查找表的存储接口单元(33)、用于根据所述第一查找表生成第二查找表的计算单元(34)、用于将所述第二查找表加载到码转换单元(11)的加载单元(35)和用于将亮度码映射成子场码的子场编码单元(12)，所述码转换单元(11)用于将视频电平映射成亮度码。
6.如权利要求5所述的装置，其特征在于：所述图像平均功率测量电路(32)、存储接口单元(33)、计算单元(34)、加载单元(35)、码转换单元(11)和子场编码单元(12)包含在所述显示设备的控制器单元(30)中，并且所述存储器(31)是外部存储器。
7.如权利要求6所述的装置，其特征在于：所述存储器(31)是可以通过所述控制器单元(30)来位顺序地读取的EEPROM存储器。
8.如权利要求5至7中任一权利要求所述的装置，其特征在于：所述存储接口单元(33)在每帧的末尾读取所述存储器(31)中的第一查找表。
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