CN1963902B - 用于显示设备的功率电平控制的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于改善图像的图像质量和减少平均功率耗散的视频处理，其中，根据光发射的占空比调制(脉冲宽度调制)原理，在诸如等离子体显示板(PDP)和各种显示设备之类的显示设备上显示所述图像。支持本发明的基本思想是只产生有效发光的、必需数目的维持脉冲，避免产生不必要的维持脉冲。因此，增大输入视频的视频范围，以与标称范围相等，在8位编码的情况下标称范围是255，并选择具有减少的维持脉冲数的功率电平，以保持图像的亮度恒定。减少了不产生光的维持脉冲的数目。

Description

用于显示设备的功率电平控制的方法和装置

技术领域

本发明涉及一种用于显示设备的功率电平控制的方法，以及用于执行该方法的装置。

更具体地，本发明与一种用于改善图像的图像质量的视频处理密切相关，其中，根据光发射的占空比调制(脉冲宽度调制)原理，在诸如等离子体显示板(PDP)和各种显示设备之类的显示设备上显示所述图像。本发明还用于减少等离子体显示板中的平均功率耗散。

背景技术

当今，等离子体技术使得实现大尺寸(在CRT限制之外)、厚度非常有限、且没有任何视角局限的彩色平板成为可能。像CRT(阴极射线管)技术一样，PDP是产生自身的光的技术。两种技术以相同的方式，使用功率管理(或亮度调节)电路，该电路允许比全白值更高的峰值白色亮度值。

CRT屏使用所谓的ABL(平均光束电流限制器)电路，在视频控制器中，通常用模拟装置实现该电路，该电路按照通常在RC级上测量的平均亮度的函数，来减小视频增益。

等离子体显示板使用所谓的APL(平均功率电平)控制电路，该电路将按照所显示图像的平均功率电平的函数，而产生更少或更多的维持脉冲。APL控制开始于如下反映现象：在等离子体显示器中，更大的峰值白色亮度值必需更多的维持脉冲。另一方面，更多的维持脉冲还与更高的PDP功耗相对应。因此，解决方案是一种根据平均图像功率的函数，产生更多或更少的维持脉冲的控制方法，即，在具有不同功率电平的不同模式之间切换。在国际专利申请WO 00/46782中描述了这种APL控制电路。对于具有相对低的图像功率的图像，即，具有相对低的亮度值的许多像素，因为具有低亮度值的大量像素会限制整体功耗，所以将选择使用高维持脉冲数的模式，以创建不同的视频电平。对于具有相对高的图像功率的图像，即，具有相对高的亮度值的许多像素，因为具有高亮度值的大量像素使得整体功耗较高，所以将选择使用低维持脉冲数的模式，以创建不同的视频电平。因此，为进行良好的功耗管理，可以定义多个功率电平。

如下实现APL控制：首先，计算去伽马之后的输入信号的平均视频电平。这个值是再现输入图像所需的总体亮度功率的良好估计。其次，通过查找表，确定维持脉冲的总数，同时选择对应的子场组织，其中，所述维持脉冲是针对输入图像而产生的，以将功耗保持在许可的范围内。如国际专利申请WO 00/46782中所述，子场组织可以关于一个或多个以下特征而变化：

-维持脉冲的数目；

-子场的数目；

-子场定位。

如前所述，这种APL控制电路允许更高的峰值白色值，而不会使设定的电源过载。但是，在一些操作条件下，这种解决方案不是最优的。例如，如果PDP与视频范围次于标称范围(例如，如果输入视频范围是0到160，而标称范围是针对8位范围的255)的视频源相连，则存在一些根本不会使用的视频电平，并且在产生不会发光的维持脉冲中也浪费了一些供给功率。确实，因为维持脉冲是针对整个板而同时产生的，所以，即使根本不会用到子场，该子场也消耗能量。

发明内容

本发明的目的是公开一种用于功率电平控制的新方法及装置，在视频范围次于标称范围时，本发明降低平均功耗。

支持新功率电平控制方法的基本思想是只产生有效发光的、必需数目的维持脉冲，避免产生不必要的维持脉冲。因此，增大输入视频的视频范围，以与标称范围相等，并选择具有减少的维持脉冲数的功率电平模式，以保持图像的亮度恒定。为增大图像的视频范围，向图像的视频电平施加视频增益。

本发明方法是一种在具有与图像像素相对应的多个发光元件的显示设备中进行功率电平控制的方法，其中，将视频帧的持续时间划分成多个子场，在子场期间，可以以与代表对应像素的视频电平的子场码字相对应的下面称为维持脉冲的小脉冲，激活每个发光元件，使其发射光，为子场编码提供一组功率电平模式，其中特征子场组织属于每个功率电平模式，在帧期间，子场组织关于维持脉冲数是可变化的。

本发明方法包括

-确定要显示的图像的功率电平特有的功率值，以及所述图像的最大视频电平特有的最大视频值的步骤，以及

-将所述最大视频值增加到大致标称值的步骤，以及根据所述功率值和所述最大视频值，选择功率电平模式的步骤，所述功率电平模式具有减少的维持脉冲数，从而保持每个像素的光发射。

通过向要显示的图像的视频电平施加增益，以将图像的最大视频值增加到标称值。

优选地，例如，图像的功率值是所述图像的平均功率值。

有利地，功率值是多幅图像的功率值的平滑值，以及/或者最大视频值也是所述多幅图像的最大视频值的平滑值。

本发明还包括一种在具有与图像像素相对应的多个发光元件的显示设备中进行功率电平控制的装置，其中，将视频帧的持续时间划分成多个子场，在子场期间，可以以与代表对应像素的视频电平的子场码字相对应的下面称为维持脉冲的小脉冲，激活每个发光元件，使其发射光，给子场编码提供一组功率电平模式，其中特征子场组织属于每个功率电平模式，在帧期间，子场组织关于维持脉冲数是可变化的。

该装置包括

-平均图像功率电路，用于确定要显示的图像的功率电平特有的功率值，

-最大视频值电路，用于确定要显示的图像的最大视频电平特有的最大视频值，

-功率电平控制电路，用于将所述最大视频值增加到标称值，并根据所述功率值和所述最大视频值，选择功率电平模式，所述功率电平模式具有减少的维持脉冲数，从而保持每个像素的光发射。

在优选实施例中，功率电平控制电路包括：用于平滑多幅图像的功率值和最大视频值的电路；以及模式选择电路，用于根据所述平滑的功率值和最大视频值，选择功率电平模式，并根据所述平滑的最大视频值，选择增益值。

在优选实施例中，模式选择电路包括

-第一电路，用于将要显示的图像的功率值变换为第一维持脉冲数，

-第二电路，用于将最大视频值变换为要向所述图像的视频电平施加的增益值，

-第三电路，用于用所述最大视频值与标称值之比，乘以所述第一维持脉冲数；所述电路产生第二维持脉冲数，以及

-第四电路，将所述第二维持脉冲数变换为功率电平模式。例如，第一、第二和第四电路是查找表。

附图说明

图中示出了本发明的典型实施例，并在以下描述中对其进行更加详细的解释。图中：

图1示出了现有技术的等离子体显示板的功率电平控制设备的方框图；

图2示出了根据本发明的等离子体显示板的功率电平控制设备的方框图；

图3示出了图2设备的功率电平模式和增益控制电路的方框图；

图4示出了图3设备的平滑电路的方框图；

图5示出了图3设备的模式选择电路的方框图；以及

图6示出了图4平滑电路的滞后电路的行为。

具体实施方式

图1示出了现有技术的等离子体显示板的功率电平控制设备的方框图。如前所述，该设备实现的原理是计算所给图像的平均功率，并针对子场编码，选择适合的功率模式(与子场组织相对应)。

参考图1，在去伽马处理20之后，向平均功率电平计算电路10提供输入视频信号RED[7:0]、GREEN[7:0]和BLUE[7:0]。APL计算电路10输出称作APL[9:0]的10位APL信号，该信号代表显示输入图像所需的总体亮度功率。可以简单地对所有视频输入数据的像素值求和，并将结果除以像素值数目的3倍，来计算图像的平均功率值APL[9:0]。接着，APL模式解码器30使用信号APL[9:0]，将其转换成功率电平模式，称作APL_MODE[9:0]，代表子场组织。实际上，APL模式解码器30是简单的查找表。这里给出功率电平模式的不同示例：

模式204：204个维持脉冲(全白)

模式205：205个维持脉冲

……

模式700：700个维持脉冲

模式1000：1000个维持脉冲

为清楚起见，本示例中给出的功率电平模式的维持脉冲数目与模式序号相同。在视频帧的不同子场中分配维持脉冲。因为这种分配对功耗没有影响，所以不对其进行描述。

在经过帧延迟电路50和去伽马处理60的延迟之后，还将输入视频信号RED[7:0]、GREEN[7:0]和BLUE[7:0]提供给PDP显示引擎40。因为PDP显示引擎40具有线性伽马传递函数(显示的亮度与产生的维持脉冲数成比例)，所以必须对输入视频信号进行去伽马处理。还必须将输入视频信号延迟帧持续时间，以便由解码器30确定的功率电平模式APL_MODE[9:0]与提供给PDP显示引擎40的视频数据相对应。

所以，线性显示引擎40接收三个16位的去伽马的输入视频信号RED[15:0]、GREEN[15:0]和BLUE[15:0]，以及控制要产生的维持脉冲数的10位APL模式值APL_MODE[9:0]。显示引擎40使用由信号APL_MODE[9:0]选择的子场组织，以对视频信号RED[15:0]、GREEN[15:0]和BLUE[15:0]进行编码，接着，将显示引擎40输出的信号提供给PDP驱动器70，以显示对应的图像。

如前所述，该设备没有考虑以下事实：当减小输入视频的视频范围时，一些供给功率浪费在产生不发光的维持脉冲上。根据本发明，增大输入视频的视频范围，以等于标称范围(对于8位编码，是255)，并选择具有减少数目的维持脉冲的功率电平模式，以保持图像的亮度恒定。为增大图像的视频范围，向图像的视频电平施加视频增益。

为实现本发明，修改了图1的设备。图2示出了根据本发明的等离子体显示板的功率电平控制设备的方框图。在两幅图中，对于相同的电路模块，使用相同的参考符号。

参考图2，首先将输入视频信号RED[7:0]、GREEN[7:0]和BLUE[7:0]提供给去伽马电路20，接着提供给电路10’，以计算输入视频图像的平均功率电平APL[9:0]，以及确定所述图像的最大视频值MAX[7:0]。然后，由功率控制模式和增益控制电路30’将这两个信号APL[9:0]和MAX[7:0]转换成代表子场组织的功率电平模式APL_MODE[9:0]以及要向视频输入施加的增益值GAIN[9:0]。将功率电平模式APL_MODE[9:0]选为两个信号APL[9:0]和MAX[7:0]的函数，并且将增益值GAIN[9:0]选为最大值MAX[7:0]的函数。将参考图4，给出功率电平模式和增益值的示例。

另外，首先将PDP显示引擎40用于显示图像的输入视频信号RED[7:0]、GREEN[7:0]和BLUE[7:0]经帧延迟电路50延迟，由去伽马电路60去伽马，并通过乘法器电路80，用选择的增益值GAIN[9:0]将其放大。因此，线性显示引擎40接收三个16位的放大的输入视频信号RED[15:0]、GREEN[15:0]和BLUE[15:0]，以及控制要产生的维持脉冲数的功率电平模式值APL_MODE[9:0]。显示引擎40使用由信号APL_MODE[9:0]选择的子场组织，以对视频信号RED[15:0]、GREEN[15:0]和BLUE[15:0]进行编码，接着，将显示引擎40输出的信号提供给PDP驱动器70，以显示对应的图像。

图3示出了图2设备的功率电平模式和增益控制电路30’的可能方框图。该电路包括2个串联的子电路：

-平滑电路31，用于消除计算值APL[9:0]和MAX[7:0]上的噪声和振荡，以及

-模式选择电路32，用于实现本发明方法，即，如果视频范围低于最大值(例如，对于8位的范围，是255)，则在增加视频电平的同时，减少维持脉冲数。

图4示出了平滑电路31的可能方框图。该电路接收信号APL[9:0]和MAX[7:0]，输出信号APL_SMOOTH[9:0]和MAX_SMOOTH[7:0]。

参考图4，由滞后电路310处理信号APL[9:0]，以产生平滑信号APL_SMOOTH[9:0]，图6示出了滞后电路310的行为。

为产生平滑信号MAX_SMOOTH[7:0]，简单的滞后电路311是不够的。原因在于对所显示图像的轻微修改可能足以剧烈地修改所显示图像的值MAX[7:0]。当在相当暗的图像上显示较小的闪烁的白色字幕时，所发生的情况就是上述原因的示例。在这种情况下，如果没有采取预防措施，功率电平控制设备将会在两个十分不同的功率电平模式之间闪烁。

对值MAX[7:0]进行平滑的原理如下：

-如果值MAX[7:0]正在增加，则不应用平滑。如果不是这种情况，则最大视频值会高于测量的值，这表示视频输入范围会超过测量的范围，很有可能会有部分图像被削除。

-如果值MAX[7:0]正在减小，则应用平滑。电路31的上半部分评估值STEP[7:0]，值STEP[7:0]是APL帧差的函数，APL帧差是两个连续帧的两个连续值APL_SMOOTH[9:0]之差。所述APL帧差由差分电路312计算，并且需要帧延迟313。在这幅图中，使用乘法器电路314，通过将APL帧差与控制值SMOOTH_CTRL[7:0]相乘，来评估STEP[7:0]。如果SMOOTH_CTRL[7:0]较小，STEP[7:0]将会较小，电路31将执行最大平滑。如果SMOOTH_CTRL[7:0]较高，STEP[7:0]也会较高，电路31将实施很少或不实施平滑效果。STEP[7:0]代表在帧期间，平滑值MAX_SMOOTH[7:0]上的最大允许的负间断。电路的下半部分防止在两帧之间，值MAX_SMOOTH[7:0]下降比先前评估的STEP[7:0]值更高的值。

图5示出了模式选择电路32的可能实现。该电路包括第一LUT320，第一LUT320接收从平滑电路31来的值APL_SMOOTH[9:0]，并输出与所述值APL_SMOOTH[9:0]相对应的维持脉冲数。接着，通过乘法器电路321，用除以了256的值MAX_SMOOTH[7:0]，乘以该维持脉冲数。然后，增益查找表322将值MAX_SMOOTH[7:0]转换为要向图像的视频电平施加的增益值GAIN[9:0]。对于最大视频电平x，增益等于255/x。通过具有与LUT320相逆的函数的LUT323，将乘法器321输出的维持脉冲数转换回到代表功率电平模式的APL值APL_MODE[9:0]。

优选地，模式选择32包括装置324，用于在值MAX_SMOOTH[7:0]与下限值LOW_LIMIT[7:0]之间选择最大值，以便由乘法器321输出的维持脉冲数等于或大于不同功率电平模式的维持脉冲的最低数目，即，与全白模式相对应的模式。该值LOW_LIMIT[7:0]取决于由LUT320输出的维持脉冲数。在图5的示例中，该值LOW_LIMIT[7:0]也由LUT320输出。

示例将有助于阐明上述不同信号的意义。在本示例中，维持脉冲的最低数目是200。给定因子F。因子F只是计算因子，表示不产生低于200的最终维持脉冲数的最低乘法因子。

SUST_NB[9:0]	F＝200/SUST_NB[9:0]	LOW_LIMIT[7:0]＝F*256
			200	1.00	256
300	0.67	172
			400	0.50	128
500	0.40	103
			600	0.34	88
700	0.29	75
			800	0.25	64
900	未使用	64
			1000	未使用	64

因为噪声灵敏度的原因，在上面的查找表中，将LOW_LIMIT[7:0]值箝位到64，但这不是强制性的。因此，如果MAX[7:0]的最小值是64，则视频增益GAIN[9:0]的最大值是255*1/64，大约是4。

通过示例来解释模式选择32的功能。假设输入视频具有输入范围0-128，在8位编码的情况下，该范围是范围0-255的子集。如果值APL_SMOOTH[9:0]与具有534个维持脉冲的功率电平模式相对应，LUT320输出值534。乘法器321将该值与128/256相乘。那么，乘法器321输出的维持脉冲数是267，视频增益大约是2。该因子2按照希望将输出视频范围映射回到0到255。接着，LUT323将维持脉冲数267转换回到APL值APL_MODE[9:0]。PDP显示引擎40将使用这个值APL_MODE[9:0]，以在具有维持脉冲总数267的功率电平模式下，对图像的放大视频电平进行编码。

在实际应用中，增益范围可能从1(无放大)直到最大值，大约是4。确实，增益决不应该高于峰值白色值与全白值之比。

这里所述的本发明是对经典PDP功率管理电路的扩展，本发明

-因为平均起来，可用于编码视频输入的离散视频电平的数目更高了，所以改善了图像质量；以及

-通过消除不会直接转换成产生输出光的不必要维持脉冲的产生，从而显著降低了PDP平均功率耗散。对于具有较低平均功率的图像，这一点尤其正确。

可以用适当的计算机程序实现所有图中示出的模块，而不需要用硬件组件。

本发明不限于公开的实施例。

可以进行多种修改，并认为这些修改是落入权利要求的范围之内的，例如，可以使用一组其它的功率电平模式代替这里给出的模式，可以使用其它的平滑电路，或不使用平滑电路，可以使用8位编码之外的其它编码的视频范围等。

本发明可用于使用PWM控制的多种显示器，例如针对灰度级变化而控制光发射。

Claims (14)

1.一种在具有与图像像素相对应的多个发光元件的显示设备中进行功率电平控制的方法，其中，将视频帧的持续时间划分成多个子场，在子场期间，能够以与代表对应像素的视频电平的子场码字相对应的下面称为维持脉冲的小脉冲，激活每个发光元件，使其发射光，其中，给子场编码提供一组功率电平模式，其中特征子场组织属于每个功率电平模式，在帧期间，子场组织关于维持脉冲数是可变化的，所述方法的特征在于包括

-确定要显示的图像的平均功率电平特有的平均功率值，以及所述图像的最大视频电平特有的最大视频值的步骤，以及

-将所述最大视频值增加到标称值(255)的步骤，以及根据所述平均功率值和所述最大视频值，选择功率电平模式的步骤，所述功率电平模式具有减少的维持脉冲数，从而保持每个像素的光发射。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，通过向要显示的图像的视频电平施加增益，将图像的最大视频值增加到标称值(255)。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述功率值是多幅图像的功率值的平滑值，或者最大视频值是所述多幅图像的最大视频值的平滑值。

4.一种在具有与图像像素相对应的多个发光元件的显示设备中进行功率电平控制的装置，其中，将视频帧的持续时间划分成多个子场，在子场期间，能够以与代表对应像素的视频电平的子场码字相对应的下面称为维持脉冲的小脉冲，激活每个发光元件，使其发射光，给子场编码提供一组功率电平模式，其中特征子场组织属于每个功率电平模式，在帧期间，子场组织关于维持脉冲数是可变化的，所述装置具有

-平均图像功率电路(10’)，用于确定要显示的图像的平均功率电平特有的平均功率值，

所述装置的特征在于包括

-最大视频值电路(10’)，用于确定要显示的图像的最大视频电平特有的最大视频值，

-功率电平控制电路(30’)，用于将所述最大视频值增加到标称值(255)，并根据所述平均功率值和所述最大视频值，选择功率电平模式，所述功率电平模式具有减少的维持脉冲数，从而保持每个像素的光发射。

5.根据权利要求4所述的装置，其中，功率电平控制电路(30’)包括：用于平滑多幅图像的平均功率值和最大视频值的电路(31)；以及模式选择电路(32)，用于根据所平滑的功率值和最大视频值，选择功率电平模式，并根据所平滑的最大视频值，选择增益值。

6.根据权利要求4所述的装置，其中，功率电平控制电路(30’)只包括模式选择电路(32)，用于根据所述平均功率值和最大视频值，选择功率电平模式，并根据所述最大视频值，选择增益值。

7.根据权利要求5或6所述的装置，其特征在于模式选择电路包括

-第一电路(320)，用于将要显示的图像的功率值变换为第一维持脉冲数，

-第二电路(322)，用于将最大视频值变换为要向所述图像的视频电平施加的增益值，

-第三电路(321)，用于用所述最大视频值与标称值之比，乘以所述第一维持脉冲数；所述第三电路产生第二维持脉冲数，以及

-第四电路(323)，用于将所述第二维持脉冲数变换为功率电平模式。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，第一、第二和第四电路(320，322，323)是查找表。

9.根据权利要求5或6所述的装置，其中，所述装置被包括在显示设备中。

10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述装置被包括在显示设备中。

11.根据权利要求8所述的装置，其中，所述装置被包括在显示设备中。

12.根据权利要求9所述的装置，其中，所述显示设备是等离子体显示设备。

13.根据权利要求10所述的装置，其中，所述显示设备是等离子体显示设备。

14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述显示设备是等离子体显示设备。

Images