KR20110122223A - 비디오 디스플레이 드라이버를 위한 멀티-픽셀 어드레싱 방법 - Google Patents

비디오 디스플레이 드라이버를 위한 멀티-픽셀 어드레싱 방법 Download PDF

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Abstract

빠른 응답 라이트 요소들, 로우 선택 및 컬럼 선택 스위치들 및 픽셀 데이터 드라이버들로 구성되는 픽셀들의 어레이, 및 선택 라인들과 비디오 데이터를 위한 제어 신호들을 생성하는 연산시스템으로 형성되는 비디오 디스플레이 시스템이 개시된다. 전체 비디오 시스템은 다수의 로우 및 컬럼 라인들을 이용해 선택되는 픽셀들의 그룹에 대해 작용하는 원본 이미지의 직교 이미지 기반 함수 컴포넌트들에 대응하는 이미지들의 서브프레임들을 연속적으로 디스플레이하는 것을 통해 디스플레이되는 비디오 또는 의도된 이미지를 복원한다. 결과적인 시스템은,라이트 요소들에 직접적으로 적용되는 특정 비디오 압축해제 기술을 가능하게 하는 아키텍쳐이며(이들 기술들을 디지털 프로세싱으로 구현하는 것과 반대로), 픽셀들이 개별적으로 어드레싱되는 시스템에 비해 상당히 줄어든 로우(raw) 비디오 데이터 요구조건을 가지며, 유사한 디지털-아날로그-변환기 규격으로부터 얻어지는 것보다 더 높은 다이나믹 레인지를 가능하게 한다. LED 기반 디스플레이들과 함께 실시예들이 개시된다.

Description

비디오 디스플레이 드라이버를 위한 멀티-픽셀 어드레싱 방법{MULTI-PIXEL ADDRESSING METHOD FOR VIDEO DISPLAY DRIVERS}
본 발명은 이미지 및 비디오 디스플레이에 관한 것으로, 상세하게는 정지 이미지 및/또는 비디오 모니터로 사용되는 평판(flat panel) 디스플레이, 및 이러한 디스플레이 디바이스에 이미지 및 비디오 데이터를 생성하고 드라이빙하는 방법에 관한 것이다.
플라즈마, LCD(Liquid Crystal Display), 및 LED(Light-Emitting-Diode) 디스플레이와 같은 평판 디스플레이들은 컬럼(colume) 및 로우(row) 선택 신호들을 통해 필셀들이 개별적으로 어드레스되는 픽셀 어드레싱 스킴(pixel addressing scheme)을 사용한다. 일반적으로, M 로우들와 N 컬럼들로 배열되는 M x N 픽셀들(pixels(or picture elements))에 대해, M개의 로우 선택 라인들과 N개의 컬럼 선택 라인들을 가지게 된다(도 1 참조). 각 프레임에 대해, 비디오 데이터는 로우 선택 신호를 특정 로우에 인가하고 그 로우를 마지막에 도달할 때까지 컬럼 별로 스캐닝(scanning)하는 것에 의해 로드(load)된다. 보통의 LCD 및 LED 기반 구현에 있어서, 비디오 데이터는 싱글 또는 멀티 데이터 소스 디멀티플렉싱(demultiplexing) 디지털-아날로그 컨버터를 사용해 N개의 컬럼에 출력하는 로우 내의 픽셀 각각에 쓰여진다. 각 픽셀에는 요구되는 픽셀 전압 또는 픽셀 전류 정보가 로드된다. 로우의 끝에 도달하면, 로우-선택 신호가 비선택되고(deselected) 다른 로우가 프로그레시브 스캔(progressive scan) 모드 또는 인터레이스 스캔(interlaced scan) 모드에서 선택된다. 일반적인 액티브-메트릭스 타입 LCD 또는 LED 구현에서, 비디오 정보는 특정 필셀에 대해 고유한 캐패시터에 저장되는 전압이다(도 2 참조). 로우 및 컬럼 선택 신호들이 픽셀을 선택하지 않으면, 이미지 정보가 캐패시터 내에 유지된다. 반대로, 패시브-메트릭스 타입 LCD 구현에서, 로우들 및 컬럼들은 서로에 대해 직각의 방식으로 맞추어진 꼭대기 및 바닥 메탈 평면들을 구성하는 전극의 줄무니들로 배열된다(도 3 참조). 싱글 또는 멀티 로우 및 컬럼 라인들은 교차점(crossing point) 또는 즉각적인 비디오 정보를 가지고 있는 픽셀들을 정의하는 점들과 함께 선택된다. 이러한 경우에, 로우 또는 컬럼 신호는 픽셀 정보에 비례하는 전압을 가진다. 패시브 메트릭스 접근의 LED 디스플레이 타입 구현에서, 정보는 픽셀 LED를 통해 흐르는 즉각적인 전류이며, 이는 인가된 전류에 비례하는 빛의 방출을 야기한다. 또는 고정된 전류 소스를 사용하는 구현에서, 인가시간에 비례하는 빛의 방출을 야기한다(이는 펄스 폭 변조(pulse width modulation)라고도 알려져 있음). 언급된 모든 디스플레이 타입들에서, 스크린 픽셀들을 구동하기 위해 요구되는 데이터의 양은 상당하다. 비디오 프레임당 디스플레이에 전달되어야 하는 전체 정보는 M x N x 3 x 비트-폭(bit-width)이 된다. 여기서, 3은 이미지를 구성하는 3원색(적, 녹, 청)으로부터 나온 것이고, 비트-폭은 픽셀 값의 최대 해상도로부터 결정된다. 상용 디스플레이 시스템을 위해 가장 많이 사용되는 픽셀 값 해상도는 색당 8비트이다. 예를 들어, VGA 해상도 디스플레이에서, 전달되어야 하는 전체 정보는 640 x 400 x 3 x 8, 즉 이미지의 프레임당 6Mbits가 되며, 이는 일정한 프레임 리프레쉬 레이트(refresh rate)를 가지고 리프레쉬된다. 프레임 리프레쉬 레이트는 초당 24, 30, 60 등등의 프레임(fps)이 될 수 있다. 스크링늬 빠른 레이트 능력은 LCD 타입 디스플레이들에서 발생하는 모션 블러링을 제거하기 위해 사용되며, 이러한 경우 상용 기기들에서 120 또는 240fps가 사용되는 것을 볼 수 있다. 그레이-스케일 이미지에 대해서는, 오직 빛 정보만이 사용되므로 정보의 양은 계수 3만큼 줄어든다.
저장 및 전송을 위해, 비디오와 스틸 이미지들은 일반적으로 압축된 형태(MPEG2, MPEG4, JPEC2000 등과 같은 포맷 또는 시스템)로 변환된다. 이미지 압축 방법들은 데이터의 직교 함수 분해(orthogonal function decomposition), 데이터 정리(data redundancy), 및 공간(spatial) 및 시간(temporal)적인 특징들에 대한 인간 눈의 민감한 어떤 특성에 기반할 수 있다. 일반적인 이미지 압축 스킴은 JPEG 또는 모션 JPEC에서와 같은 다이렉트 코사인 트랜스폼(Direct Cosine Transform) 또는 이산 월쉬 트랜스폼(Descrete Walsh Transform)을 수반한다. 또한, 비디오 압축은 특정 프레임들을 생략하거나, 앞 또는 뒤의 프레임 예측을 사용하거나, 색 정보를 생략하거나, 또는 이미지의 휘도(luminance)-색차(chrominance) (YCrCb) 표현을 채도 서브샘플링(chroma subsampling) 하는 것 등을 수반할 수 있다. 비디오 디코더는, 이미지 정보(예를 들어, VGA 해상도 디스플레이에서의 프레임당 6Mbits)를 생성하기 위해, 공간적 및 시간적으로 압축된 이미지 정보를 칼라 (RGB) 표현(representation)에서의 로우 및 컬럼 픽셀 정보로 변환하기 위해 사용된다. 그러나, 정보 내용(information content) 측면의 관점에서, 이미지가 압축된 형태로부터 처리되었으므로 이 비디오 정보의 많은 부분은 실제로 공간적으로 버려진다. 또는 인간의 눈에 민감하지 않은 정보 내용을 갖게 된다. 이 모든 기술들은 소프트웨어 또는 디지털 프로세싱 도메인 내의 디스플레이 시스템의 컴포넌트들에 존재하며, M x N 픽셀들로 구성되는 실제 광학 디스플레이의 구조는 픽셀들 및 프레임 레이트의 개수 이외에 비디오 포맷을 위해 사용된 기술들에 의해 영향받지 않는다.
이 분야의 선행 기술은 이미지 압축 및 분해 기술을 직접적으로 어드레스하지 않는다. 데이터는 일반적으로 픽셀 단위 기반으로(pixel-by-pixel basis) 이용 가능하도록 만들어지며, 이와 함께 비디오 시스템은 특정 리프레쉬 레이트로 디스플레이한다. 이미지 및/또는 비디오 압축은 일반적으로 디스플레이를 위한 데이터의 전송, 저장 및 이미지 수리(image reconditioning)에 적용된다(US 등록특허 6,477,279에서와 같이). 패시브 메트릭스 디스플레이에서의 멀티 라인 어드레싱은 역시 구현된 기술이다(Luede, E., "Liquid Crystal Displays Addressing Schemes and Electro-Optical Effects", john Wiley & Sons 2011, pp.176-194, 또는 US 등록특허 6,111,560에서와 같이). 시간-도메인 월쉬 함수 기반 직교 파형들(waveforms)은 컬럼 및 로우들에 적용되고, 로우와 컬럼들의 교차점들이 진폭 변조를 통해 원하는 그레이의 색조(shades)를 생성하게 한다. 이는 비디오 및 이미지 압축에서 사용되는 2-차원 직교 기반 함수 확장(2-dimension orthogonal basis function expansions)의 이용과 대비된다. US 공개특허 2010/0007804에서, 비디오 디스플레이 시스템에 기초한 이미지 구성이 설명되는데, 여기서 전류 어플리케이션 기반 직교 월쉬 함수가 사용된다. 이 기술들의 확장은 개별적인 로우 및 컬럼 제어가 가능한 픽셀들의 파인-어레이에 적용되도록 만들어질 수 있다. 그러므로 공간 빛 모듈레이터(spatial light modulator)가 필요하지 않다.
도 1은 액티브 메트릭스 평판 디스플레이들, 특히 액티브 메트릭스 LCD, 에서 사용되는 픽셀 선택 방법을 도시한다. 각 픽셀은 로우 및 컬럼 선택 신호들에 의해 어드레스되며, 여기서 비디오 정보는 선택 신호들 중 하나를 통해 인가된다. M x N 픽셀 시스템에 있어서, M 개의 로우 선택 신호들과 N 개의 데이터 라인들이 있다. 데이터(비디오 정보)는 디지털-아날로그 컨버터에 의해 생성되고, 전압은 각 픽셀의 캐패시터 내에 저장된다. ITO(Indium Tungstan Oxide)와 같은 투명한 전극으로 구성된 2개의 평행한 판에 전압이 인가된다.
도 2는 픽셀의 로우 및 컬럼 선택 스위치 신호들이 비-선택 되었을 때 캐패시터를 메모리로 사용해 이미지 정보가 유지되는, 일반적인 LCD 및 LED 기반 액티브 메트릭스 픽셀 회로 토폴로지(topologies)를 도시한다.
도 3은 패시브 메트릭스 LCD 디스플레이들에서 사용되는 픽셀 선택 방법을 도시한다. M개의 로우 선택 신호와 N개의 데이터 신호가 있다. 신호의 타이밍이 어느 위치에서 2개의 전극(이 사이의 액체 크리스탈 분자들이 여기에 반응함) 사이에 즉각적인 전압이 인가될 것인지를 결정한다.
도 4는 4 x 4 픽셀 그룹(pixel groupings)을 위한 마스킹 패턴으로 사용되어야 하는 기반 함수들(basis functions)을 나타낸다.
도 5는 8 x 8 픽셀 그룹을 위한 마스킹 패턴으로 사용되어야 하는 기반 함수들을 나타낸다.
도 6은 픽셀 어레이, 매크로-픽셀들에서 동작하는 로우/컬럼 선택 회로, 마스킹 패턴 생성 블록, 이산 월쉬 트랜스폼 계수(discrete Walsh transform coefficients)를 계산하는 이미지 처리를 위한 연산 장치, 및 타이밍 생성 블록들을 포함하는 비디오 디스플레이 시스템의 블록도를 나타낸다.
도 7은 4 x 4 픽셀 그룹을 위한 마스킹 패턴들을 생성하기 위해 사용되는 로우 및 컬럼 선택 테이블을 나타낸다. 일부 상위(high order) 패턴들은 이 타입의 구현 예에서 하나의 선택 단계에서 생성될 수 없다. 이 경우에, 2번째 패턴이, 컬럼 비디오 데이터 신호가 동일하게 유지되면서, 로우 및 컬럼 선택 신호들을 반전하는 것에 의해 생성된다. 만약, 스위칭이 충분히 빠르면, 2개의 패턴들이 하나의 서브프레임(subframe) 안에 들어갈 수 있다. 그렇지 않으면, 2번째 패턴 역시 자신의 서브 프레임을 사용하거나, 다음 프레임에 디스플레이된다.
도 8은 도 2에 도시된 LED 디스플레이 아키택쳐(architecture)에 기반한, 4 x 4 필셀 그룹을 위한 마스킹 패턴들을 생성하기 위한 대안적인 스위치 구조를 나타낸다. 스위치 상태들이 시리얼 데이터 버스를 통해 로드되고, 로컬 레지스터들에 저장된다. 매 서브프레임마다, 픽셀들의 온 또는 오프 상태에 대응하는 16비트가 시리얼로 로드된다. 그리고 공통 비디오 데이터 신호가 4 x 4 픽셀 그룹에 인가된다.
도 9는 3가지의 다른 압축 방법을 나타내는 3가지의 다른 매크로-픽셀들에 대한 서브프레임 패턴들의 예시를 나타낸다. 제1매크로-픽셀은 이미지의 비손실 복원(lossless reconstruction)이다. 이미지는 매 16 서브프레임 구간들마다 리셋된다. 제2매크로-픽셀은 손실 이미지 복원을 사용하고, 완곡한 공간 주파수들(oblique spatial frequencies)에 대한 2차보다 높은 이미지 계수들의 텀들은 무시된다(D21, D12, D13, D31, D22 등). 이 매크로-픽셀들의 실질적인 프레임 레이트(effective frame rate)는 첫번째 것의 2배이며, 매 6 서브프레임 구간들마다 리셋된다. 제3매크로-픽셀은 높은 압축률을 사용하며, 모든 완곡한 공간 주파수들을 무시하고, 다른 2개보다 높은 실질적인 프레임 레이트를 사용한다. 계수들의 차수는 어드레스되는 각 매크로-픽셀의 패턴 및 패턴의 위상과 동일할 필요가 없으며, Duv 계수가 양 또는 음인지에 따라서 다를 수 있다. 결정될 특정한 복원은, 이미지 계수들과 가능한 이전 프레임들을 검사해 스크린에서 콘텐츠가 얼마나 빨리 움직이는지 및 만족스러운 감상을 위해 요구되는 해상도는 어느 정도인지에 의해 결정된다.
본 발명은 도면에 도시된 특정 실시예들로부터 다양한 변형 및 대안형태를 가질 수 있다. 이들 도면은 개시된 특정 실시예들로 발명을 제한하지 않는다. 발명은 하기에 청구된 모든 변형점, 개선점 및 대안 실시예들을 포괄한다.
본 발명은 이미지 컴포넌트들 또는 이미지 컴포넌트들의 합을 높은 프레임 레이트에서 연속적으로 디스플레이하는 것을 통해 이미지 및/또는 디비더를 구성하는 디스플레이 방법 및 시스템이다. 이미지 구성(image construction)은 직교 이미지 계수들을 계산하기 위해 이미지 압축을 사용하고, 픽셀 어레이 내의 이미지 정보의 시간-독립적 공간 마스킹의 사용을 통해 시간 도메인 내의 픽셀 어레이들에 이들 계수들을 비디오 신호들로 구동한다. 본 발명의 목적은 전력 소비를 최소화하기 위해 프레임 레이트 및/또는 비디오 데이터 레이트의 콘텐츠 주도 최적화(contents driven optimization)를 가능하게 하는 것이다. 각 프레임 내에서, 구동되는 소스 이미지는 첫번째로 nx x ny 픽셀들을 구성하는 어떤 사이즈로 그룹지어진다. 예를 들어, 이미지가 4 x 4 또는 8 x 8, 4 x 1, 8 x 1 또는 다른 임의의 그룹 사이즈의 정방형 그룹들(rectangular groupings)로 나누어질 수 있다. 1 x 1그룹의 경우는 일반적인 픽셀 단위(pixel by pixel)의 구동에 대응하며, 어떠한 압축의 이점도 제공하지 않는다. 그룹 사이즈는 프레임 레이트에 의해 제한되며, 이는 차례로 픽셀들의 스위칭 속도, 여기에 개시된 드라이버 컴포넌트 및 이미지 압축 비에 의해 제한된다. 각 이미지 그룹, 또는 앞으로 언급될 매크로-픽셀(macro-pixel),은 특정 직교 이미지 기반 함수들(orthogonal image basis functions)에 비례하는 컴포넌트들로 분해된다. 이들 이미지 함수들은 픽셀들의 로두 선택 및 컬럼 선택 신호들을 마스킹하는 것을 통해 시행되고(implememnted), 이에 의해 직교 이미지 기반 함수들의 원하는 공간적 프로필(spatial profile)이 얻어진다. 이미지 기반 함수들은 도 4에 4 x 4 그리고 도 5에 8 x 8 픽셀 그룹들에 대해 도시된다. 여기에서 도시된 이들 특정 기반 함수들은 일반적으로 월쉬(Walsh) 함수들이라고 알려져 있다. 직접 코사인 트랜스폼 기반 함수들(Direct Ccsine Transform basis functions) 이라고 알려진 다른 함수들 역시 특정 목적을 위해 기반 함수 패턴들을 위해 사용될 수 있다. 4 x 1 또는 8 x 1 그룹에 대해, 기반함수들은 각 도면의 첫번째 로우에 있는 것들이다. 도 4 및 도 5에서, 이미지 압축의 목적을 위해, 기반 함수들은 -1과 +1의 값들을 갖는다(흑 또는 백 지역으로 나타냄). 라이트 소스를 사용하는 이미지의 압축해제 또는 구성을 위해, 음의 라이트 값은 물리적으로 가능하지 않으며, 어두운 지역은 라이트 강도가 0%임을 또는 라이트의 전송을 마스킹함을 나타내며, 백 지역은 이상적으로 100%의 전송을 나타낸다. 고려되어야 할 방법으로, 기반 함수 값들을 위한 (0, +1) 셋을 사용하는 경우의 압축해제된(또는 구성된) 이미지를 수정하기 위한 방법이 개시된다. 4 x 4 픽셀들의 첫번째 그룹에 대해 16개의 기반 함수 패턴들이 존재하며, 8 x 8 픽셀들의 나머지 그룹에 대해 64개의 기반 함수 패턴들이 존재한다. 기반 함수들을 wuv(x,y)로 나타내며, 여기서 u와 v는 기반 함수 인덱스들(indices)이며, x와 y는 픽셀 그룹 차원의 구역으로 걸쳐지는(spanning) 직각 좌표들이다. w* uv(x,y)는 기반 함수들 wuv(x,y)로부터 유도된 공간 함수들(spatial functions)이며, 함수값들은 (0, 1)셋 내에 있도록 한다. 이러한 트랜스폼은 w*=(w+1)/2과 같은 간단한 산술 연산을 통해 이루어질 수 있다. fc(x,y)는 색 컴포넌트를 위한 2차원 이미지 정보를 나타낸다. 여기서, 첨자 c는 적, 녹 또는 청의 색을 나타낸다. 이 방법은 그레이-스케일 이미지들을 위한 방법과 동일하다, 이 경우에 f(x,y)는 이미지의 휘도(luminance, 밝기)에 비례한다. 이미지 분해 기반 스킴(image decomposition based scheme)에 있어서, 라이트 방출 또는 전송은 이미지의 비-제로 공간 컴포넌트들(non-zero spatial components)에 대한 픽셀의 반이 턴오프된다. 비-제로 공간 컴포넌트들 Duvwuv(x,y)에서 계수 Duv는 일반적으로 D00보다 작으며 수학식 1에 도시된다.
어떠한 이미지도 직교 컴포넌트로 분해될 수 있다. 여기서 직교 컴포넌트의 계수들은 이미지 데이터를 도 4와 도 5에 도시된 기반 함수들과 결합하는(integrating) 것에 의해 얻어질 수 있다. 공간적으로 이산 함수(spatially discrete function)인 비디오 픽셀 어레이에 대해, 이 결합은 합의 형태를 가진다. 기반 함수 wuv(x,y)에 관계된 이미지 컴포넌트의 계수를 Duv로 나타낸다. 여기서 u와 v는 2차원에서의 기반 함수 인덱스들이다. 그리고, Duv는 다음의 수학식 1로부터 얻어진다.
Figure pct00001
본 발명은 수학식 1의 역 변환(inverse transform)에 기반한다. 즉, 이미지 f(x,y)는 이미지 컴포넌트 Duv*wuv(x,y)의 합으로 구성될 수 있다.
Figure pct00002
이미지 컴포넌트들의 합은 ,계수 Duv에 비례하는 라이트 세기와 어느 정도의(certain) 서브프레임 구간(duration) τsf과 함께 기반 함수 Wuv에 대응하는 연속적으로 디스플레이되는 패턴들을 통해, 타임 도메인에서 수행된다. 또한, 후술되는 바와 같이, w로부터 기반 함수 셋 w*으로 변환되어, 이미지 컴포넌트들이 모든 x,y에 대해 양이 된다. 인간의 눈은 시간에서 이미지 패턴들을 결합하고, f(x,y)에 대응하는 싱글 이미지를 인식한다. 만약, 픽셀 회로가 픽셀 이미지 데이터가 저장되는 캐패시터를 가지면, 이는 이미지 패턴을 관찰자(viewer)와 함께 결합하도록 사용될 수 있다. 이 경우에, 이미지는 각 패턴과 함께 업데이트되고, 다시 쓰여지지 않는다. 각 단계에서 캐패시터 전압이 리셋되지 않으므로, 각 서브 프레임마다 적은 양의 전하가 캐패시터에 더해질 필요가 있다(이는 데이터 드라이버들의 전력 소모를 줄이게 된다). 펄스-폭-변조(PWM, Pulse-Width-Modulation) 기반 실시예에서, Wuv 패턴에 따르는 선택된 픽셀들의 '온' 시간은 공통이다. 본질적으로, 하나의 PWM 생성기가 픽셀들의 전체 그룹을 위해 사용된다.
일반적인 이산 월쉬 트랜스폼 압축 기술에서 사용되는 직교 함수 구현예에서, 기반 함수들 Wuv(x,y)는 +1 또는 -1의 값을 갖으며, 그렇게 함으로써 직교 특성(orthogonality properties)을 만족시킬 수 있으며, 2개의 다른 기반 함수들의 외적(cross product)의 매크로-픽셀 지역에 걸친 합이 0이 될 수 있다. 즉,
Figure pct00003
(u, v)가 (u', v')와 동일한 것에 대해, 그리고 인덱스들이 매치되지 않는 경우에 0. US 공개특허 2010/0007804에서와 같이, 기반 함수들이 +1 또는 -1 대신에 +1 또는 0으로 맵핑되면, 이는 매크로-픽셀 구역에 걸친 2개의 서로 다른 기반 함수들의 외적의 비-제로 결합 값(non-zero integration value)을 생성한다. 이러한 함수들은, 그들의 비-직교적 성질(non-orthogonal nature) 때문에, 이미지를 컴포넌트들로 해체하는 데에는 사용될 수 없다, 그러므로 +1 또는 -1의 값들을 갖는 원본(original) 직교 기반 함수들이 수학식 1을 이용해 이미지 계수들 Duv를 결정하는데 사용된다. 계수 Duv가 직교 기반 함수들을 사용하여 계산되는 수학식 2를 이용한 이미지 구성(image construction)을 수행하는데 있어서, (Duv*wuv 함수로 주어지는)이미지의 각 컴포넌트들은 매크로-픽셀을 통털어 양 및 음의 값들을 갖게 된다(u,v가 0,0이 아닌 것에 대해). 0,0 이미지 컴포넌트 D00*W* 00(x,y)는 매크로-픽셀에 걸친 이미지의 합과 동일하고, 매프로-픽셀 지역에 걸쳐 실질적으로 이미지 평균된다.
Figure pct00004
0,0이 아닌 u,v 인덱스들을 가지는 각 이미지 컴포넌트는, 매크로-픽셀 평균에 대해 Duv 값의 1/2번째(1/2th)에 기여하므로, 0,0 이미지 컴포넌트를
Figure pct00005
와 동일한 강도(strength)와 함께 디스플레이할 수 있다.
일반적으로, D00은 +1과 0 맵핑을 이용해 유도된 나머지 이미지 컴포넌트들의 합 이상이다. 그러므로, D00으로부터 이들 비-제로 결합 컴포넌트들 각각을 감산하는 것은 0 이상이 된다. D01 컴포넌트의 예에 대해 알아본다. wuv는 +1 및 -1의 값들을 갖는 원본 월쉬 함수를 나타낸다. wuv를 대체하는 (-1과 +1의 값 대신에 0과 1의 값을 갖는)새로운 기반 함수 w*=(w+1)/2를 사용하여, w* uv는 이미지 구성 수학식 2를 다음의 수학식 3으로 변환한다.
Figure pct00006
이미지를 올바르게 재생성하기 위해, 기반 함수가 모든 1의 (woo)와 동일한 경우에, 수학식 3의 2번째 텀(term)과 같이, 컴포넌트 값은 00 컴포넌트를 제외한 모든 Duv에서의 합으로 수정되어야 한다. 만약, 기반 함수의 서브 셋이 손실(lossy) 압축/구성에서 이용되는 경우에, 합은 오직 사용되는 Duv 계수에 걸치면(span) 된다. 이제 이미지 컴포넌트들의 평균의 전체 합이 원본 D00 값과 동일하므로, 업데이트된 D00 계수는 원본 값을 대신하여 이미지 구성에서 사용된다. 아티팩트들(artifacts)을 유발하는 특정한 경우들에서 D00은 음이 될 수 있다. 이는 디스플레이될 우세한 컴포넌트들의 개수를 강하게 제한하거나 더욱 우아한 방법으로 (본질적으로 이미지를 공간적 로우 패스 필터링하는 것에 의해)고주파 콘텐츠를 줄이는 것을 통해 손실 구성 방법으로 처리될 수 있다. 이러한 아티팩트들은 관심있는 구역의 픽셀-그룹 사이즈를 줄이는 것에 의해서도 제거될 수 있다. 예를 들어, 8 x 8 픽셀 구역을 4개의 4 x 4 블록 구역으로 변환하고, 줄어든 픽셀 그룹 사이즈 레벨에서의 알고리즘을 실현할 수 있다. D00에 적용되는 수정 정도가 D00 값에 의해 제한될(bounded) 필요가 있으므로, 이미지 구성에서 작은 개수의 컴포넌트들을 갖는 것은 큰 매크로-픽셀의 경우보다 높은 공간 주파수 대역을 만족하는 이 경계 내에 들어가게 한다.
00 컴포넌트보다 상위(higher order)의 모든 콤포넌트들에 대해, 이미지 계수 Duv는 양 또는 음의 값들을 가질 수 있다. 디스플레이 컴포넌트를 구현하는데 있어서, Duv*w* uv(x,y)의 값은 오직 양만 될 수 있다. '음'의 Duv의 경우에, 이미지 컴포넌트는 Duv의 절대값과 기반 함수 패턴 w* uv(x,y)의 역(inverse)을 이용하여 생성될 수 있다. 역(반전) 패턴은 0 값을 w* uv(x,y)에서의 +1의 값으로 바꾸는 것에 의해 정의될 수 있다. 즉, 직교 기반 함수에 대한 스위치 패턴을 반전(inverting) 또는 뒤바꾸는(reversing) 것에 의해.
도 6은 전체 시스템의 블록도를 나타낸다.
각 프레임에 대해, 비디오 이미지는 다음을 통해 구성된다.
1. 비디오 이미지와 M x N 픽셀들의 디스플레이를 P x Q 매크로-픽셀들(이는 nx x ny 차원(dimsntion)의 픽셀들의 서브어레이들임)로 나눔.
2. 각 매크로-픽셀들에 대해, 그리고 무손실 압축 방법이 고려된다면 각 컴포넌트에 대해 또는 관찰자에 의해 만족스러울 것으로 간주될 컴포넌트들의 서브셋에 대해, 그리고 각 색에 대해, 이미지 f(x,y)와 관련된 이미지 컴포넌트 강도 Duv를 계산함.
3. 이미지 컴포넌트의 uv 인덱스를 디스플레이되도록 설정. 여기서, 각 매크로-픽셀에 대해, 이 인덱스는 다른 매크로-픽셀들과 동일할 필요가 없으며, 다른 매크로-픽셀들이 언제든지 다른 기반 함수들을 디스플레이할 수 있음.
4. 디스플레이에서, 매크로-픽셀 로우들과 매크로-픽셀 컬럼들을 스캐닝하는 것을 통해 매크로-픽셀을 선택함. nx와 ny 사이즈의 픽셀 로우들 및 컬럼들 그룹이 있음.
5. 관심있는 매크로-픽셀에 대한 W* uv(x,y)에 대응하는 라이트 강도 프로필(light intensity profile)을 생성하는 공간 신호 마스크(spatial signal mask)를 인가함. 액티브-메트릭스 구현에서, 이 마스크는 서브프레임 내에서 업데이트되는 픽셀들만을 선택함.
6. 매크로 픽셀에서 온 상태에 있도록 선택된 각 픽셀에 대한 Duv에 비례하는 라이트 방출에 대응하는 전압 또는 전류 신호를 인가함. 칼라 디스플레이들에 서, 픽셀 그룹마다 3가지 색의 라이트 요소(light emements)가 사용됨. 적, 녹, 청 소스들의 라이트 강도는 각 색에 대해 계산된 Duv에 따라 조절됨. Duv 계수들은 실제로 양 또는 음의 값들을 가질 수 있음. 음의 계수의 경우에, 라이트 강도는 계수의 절대값이지만, 이미지의 재구성에 있어서 (2에서 적용된 바와 같이) 마스킹 패턴의 역(반전)을 사용함.
7. 모든 매크로-픽셀들에 대해 반복함.
8. 처리될(다루어질) 다음의 uv 컴포넌트 인덱스를 선택하고 라인 3부터 반복.
매크로-픽셀에 걸치는(spanning) 다수의 로우 및 컬럼들을 선택하는 것에 의해 서브프레임 마스크가 생성될 수 있다. 매크로-픽셀을 형성하는 4 x 4 픽셀 어레이를 가정하자. 도 4의 기반 함수들은 매크로-픽셀 내의 각 픽셀에 대해 선택 라인들을 턴온 또는 오프하는 디지털 함수 생성기를 사용하여 생성될 수 있다. 도 7은 이러한 시스템의 진리표를 보여준다. 일부 계수들은 4 x 4 픽셀 어레이에 대해 2단계로 구현될 수 있으며, 8 x 8 픽셀 어레이에 대해 3 또는 4단계로 구현될 수 있다. 도 8은 시리얼 데이터를 사용하는 마스킹 패턴 생성 함수의 레지스터 기반 구현예를 도시한다.
의도된 이미지의 하나의 프레임에 도달하기 위해, 서브프레임 내의 각 이미지 컴포넌트가 연속적으로 디스플레이된다. 의도된 이미지(이는 모든 디스플레이된 이미지 컴포넌트들의 합임)를 시각적으로 인식하기 위해, 관찰자의 눈은 디스플레이된 이미지 컴포넌트들을 결합한다. 동일한 서브프레임 구간들을 가정하고 수학식 1에서 Duv 계수가 계산된다. 서브프레임 구간은 uv 인덱스에 따라 달라질 수 있는데, 이 경우에 특정 Duv 가 서브프레임 시간 τuv으로 일반화(normalized)될 필요가 있다. 이러한 스킴은 데이터 드라이버의 속도와 정확성 요구를 완화하기 위해 사용될 수 있다. 서브프레임 이미지 결합(integration)은 액티브 메트릭스 픽셀들에 이미지 데이터를 유지할 수 있는 픽셀 구조에서 부분적으로 수행될 수도 있다. 이 경우에, 각 프레임마다 이미지 정보를 리셋하는 것을 대신해, 각 프레임마다 캐패시터에 저장된 대응하는 신호가 업데이트된다. 이는 하기에서 설명된다.
분해에 기초한 손실 압축은 높은 공간 주파수 컴포넌트 계수 Duv를 무시하도록 한다. 이들은 상위의 완곡한 공간 주파수들을 가지는 컴포넌트들이며, 인간의 눈이 이에 대한 민감성이 줄어든다. D00, D01, D02, D03, D10, D11, 등 D33 까지로부터의 계수들, w* 00으로부터 w* 33까지의 변환된 기반 함수들, 이들 함수들의 역들(w* 00의 역을 제외함, 이는 빈 이미지임)을 가지는 4 x 4 픽셀 그룹의 예를 들면, 모든 16 컴포넌트들을 사용한다면 원본 이미지는 정확히 복원될 수 있다(수정된 D00 계수가 음수가 아니라면). 그러나, 일반적인 움직이는 비디오의 경우에, 완곡한 공간 컴포넌트들은 일정 정도 무시될 수 있다. 오직 수평의 그리고 수직의 이미지 컴포넌트들만을 사용하는 디스플레이 시스템은 일부 경우에 만족스러울 수 있다. 이미지 정확성을 개선하기 위해, 계수 D11, D22 및/또는 D33을 갖는 w* 11, w* 22 및/또는 w* 33 와 같은 사선 공간 주파수 기반 함수들의 우세한 것들(dominant)이 추가될 수 있다. w* 12, w* 13, w* 23 등과 같은 완곡한 컴포넌트들은, 그림의 품질이 컴포넌트를 무시할 수 있는 문턱 이하를 적용하는 것에 의해서 만족스러운 경우에, 무시될 수 있다. JPEG와 MPEG2 인트라 프레임 압축과 같은 이미지 및 비디오 압축 기술들에서, 공간 주파수 컴포넌트들의 시퀀스(sequence)는 '지그-재그(zig-zag)' 순서이며, 이는 'EOB(end-of-block, 블록의 마지막)' 신호가 시퀀스에서 남아있는 계수들이 무시할 수 있다는 것을 나타낼 수 있도록 한다. 시퀀스는 EOB가 전송되기까지 w* 00, w* 01, w* 10, w* 20, w* 11, w* 02, w* 03, w* 12, w* 21, w* 30, w* 40 등의 순서가 될 수 있다. EOB 이전의 컴포넌트들은 역시 무시할 수 있는 계수 값을 가질 수 있다. 그러므로 비디오 소스 코딩은 디스플레이 시스템이 매치되는 다양한 시퀀스 길이를 가질 수 있다. 만약, 어떤 컴포넌트도 무시할수 있는 것이 아니면, 매크로-픽셀에 대한 무손실 동작이 수행된다. 서로 다른 매크로-픽셀들은 동일한 시간에 비디오 소스에 따라 다른 레벨의 압축율을 가질 수 있다. 이런 경우는 컴퓨터 모니터의 동작 중에 스크린의 구역에, 움직이지 않는(stagnant) 이미지를 가지지만 텍스트 및 고해상도 이미지를 보여주는 윈도우와 같은 고 정확성이 요구되는 경우, 또는 움직임 보정을 위해 높은 프레임 레이트를 가지고 빠르게 움직이지만 무손실 이미지 복원 스킴은 필요하지않은 이미지를 갖는 부분의 경우에 발생할 수 있다. 건너뛸 수 있는 어떤 이미지 컴포넌트들을 갖는 다른 매크로-픽셀 구역들을 마스킹하는 것에 의해, 또는 매크로-픽셀 이미지를 덜 빈번하게 업데이트하는 것에 의해, 이미지 정확성 및 전력은 최적화될 수 있다. Duv 계수들을 계산하고 이들을 이전 이미지 프레임들에서의 컴포넌트 계수들과 비교하는 것에 의해 어떤 매크로-픽셀이 정확성 모드(accuracy mode)로 동작해야 할 것인지를 결정할 수 있다. 그러므로, 빠르게 움직이는 이미지 vs 느리게 움직이는 또는 움직이지 않는 이미지, 정확한 이미지 vs 손실 압축된 이미지는 구별될 수 있다. 도 8은 스마트 제어기(smart controller)의 사용을 통해, 어떻게 스크린의 다른 구역들 상의 다른 매크로-픽셀들이 다른 실질 프레임 레이트(effective frame rate)를 갖는지를 보여준다.
픽셀 회로가 Duv 계수 값을 유지하는 캐패시터를 가지는 액티브 메트릭스 디스플레이에서, 몇개의 서브 프레임들에서 우세한 컴포넌트들을 분할할 수 있다. 이는 캐패시터 전하가 값이 레셋될 때 변화하지 않도록 한다. 예를 들어, w* 00 컴포넌트로부터 w* 01 컴포넌트로 천이에 있어서, 매크로-픽셀 내부의 픽셀들의 반의 캐패시터 전압은 0으로 리셋되고, 픽셀들의 나머지 반의 캐패시터 전압은 D01 계수 값으로 설정된다. 이는 서브프레임 구간 내에서 완전한 캐패시터 전압까지 전력을 소모하는 컬럼 데이터 드라이버들이 충전 및/또는 방전할 것을 요구한다. 대신에, 데이터가 캐패시터에 유지되는 서브프레임의 개수로 일반화되었다는 조건 하에, 이전 서브프레임 데이터는 프레임의 마지막까지 유지될 수 있다. 이를 설명하기 위해, 각 서브프레임이 동일한 구간을 갖는 16 서브프레임에 걸친 무손실 구성을 갖는다고 가정한다. 프레임에서의 시간 결합된 전압은 수학식 3에 의해 주어진다. 이 식에서, Duv*w* uv 컴포넌트들은 하나의 서브프레임 구간에 대해 ON이라고 가정되고, 서브프레임 구간이 끝났을 때 캐패시터는 다음 컴포넌트 전압으로 리셋된다. 대신에, 각 이전 컴포넌트의 일부는 캐패시터에 남아있을 수 있다. 그러면 w* 00 컴포넌트 구간은 16 서브프레임이되며, 따라서 그 값은 16으로 일반화된다. 두번째 서브프레임이 W* 01D01 컴포넌트라 가정한다. 이 컴포넌트는 15 서브프레임 동안 지속된다. 이 매크로픽셀 캐패시터들은 두번째 서브프레임에서의 전압이 D00w* 00/16+D01w* 01/15와 동일하도록 재충전된다. 프로세스는 각 컴포넌트에 대해 반복되고, 이는 프레임의 마지막까지 남아있는 서브프레임들의 개수로 일반화된다. 디스플레이될 마지막 컴포넌트 w* 33D33은 오직 한 서브프레임 동안만 영향을 주며, 그러므로 그 값은 일반화되지 않는다. 전체 효과(net effect)는 프레임의 마지막에서가 될 것이며, 수학식 3과 동일한 결합된 이미지 정보를 갖게 된다.
4 x 4 픽셀 그룹이 매크로-픽셀들을 정의하고, 초당 30프레임으로 동작하는 VGA 해상도 디스플레이의 예를 든다. 본 발명을 이용하며 VGA 해상도를 만족하는 디스플레이 장치는 다음을 사용한다.
1. 각 색 컴포넌트에 대해 640 x 400 픽셀 어레이는 160 x 100 매크로-픽셀 어레이로 그룹 지어짐.
2. 16개의 직교 기반 패턴들 및 반전(역) 패턴들을 생성하는 패턴 생성기를 마스킹하는 로우 및 컬럼 선택 신호.
3. 각 프레임에서의 VGA 해상도로부터 각 색에 대한 대응하는 Duv 컴포넌트들을 계산하는 연산 장치(computation device).
4. 주요 계수들(key coefficients)을 이전 프레임에 저장된 값들과 비교하는 것에 의해 바람직한 실질 프레임 레이트를 결정.
5. 디스플레이될 Duv에 대응하는 로우 및 컬럼 선택 패턴을 설정.
6. 모든 선택된 픽셀들에 대해, Duv에 비례하는 라이트 신호(light signal)를 인가함.
픽셀 어드레싱 마스크 패턴을 이용하는 것에 의해, VGA 해상도의 디스플레이에서 개별적으로(uniquely) 어드레스되는 픽셀들의 개수는 768000(3가지 색에 대해)에서 48000(3가지 색에 대해)으로 16분의 1만큼 줄어든다. 디스플레이에는 16000 매크로-픽셀들이 존재한다. 로우(raw) 이미지 데이터 레이트(픽셀 이미지 드라이버들의)는 바람직한 이미지 압축 레벨에 의존한다. 무손실 이미지 복원에 대해, 하나의 색의 매크로-픽셀 당 16개의 이미지 컴포넌트가 존재한다. 8비트 칼라 시스템을 고려한다. 만약, 각 컴포넌트 계수 Duv가 8비트 정확도를 가지고 묘사된다면, 184Mbps의 데이터 레이트가 필요하다. 이는 하나의 프레임에서 하나의 색에서 하나의 매크로-픽셀 당 16컴포넌트*8비트=128 bits에 대응된다. 실질적으로, 오직 D00컴포넌트만이 완전한 8비트 정확도를 가질 것이 요구되며, 반면에 상위(higher order) 컴포넌트들은 더 낮은 정확도를 가질 수 있다. 상위 컴포넌트들은 일반적으로 하위 컴포넌트에 대해 0.5의 지수(factor)로 진폭(amplitude)에서 제한된다. 그러므로, 1차(first order) 계수들 D01,D10은 7비트 정확성을 가지고 묘사되고, 2차 계수들 D02, D20, D11은 6비트 정확성 등을 가지고 묘사될 수 있다. 그러므로, 하나의 프레임당 하나의 색당 하나의 매크로-픽셀 당 80비트 이상을 필요로 하지 않으며, 이는 데이터 레이트를 120Mbps 아래로 최적화한다. 비디오 데이터 드라이버의 정확성은 프레임을 통털어 완전한 8-비트 해상도를 만족할 필요가 없으며, 필요하지 않은 경우에 불필요한 컴포넌트들을 턴오프하는 것에 의해 동적인(dynamic) 해상도를 가지도록 만들어질 수 있다. 명확한 설명을 위해 임의의 3개의 압축 레벨들 -무손실, 중간, 고 레벨 압축-을 정의한다. 실제 구현예에서 이들 정의들은 바람직한 이미지 품질에 따라 다른 형태를 가질 수 있다. 중간 압축 레벨에서 w* 12D12, w* 13D13, w* 23D23 등의 완곡한(oblique) 공간 주파수 컴포넌트를 잘라내고, w* 11D11, w* 22D22, w* 33D33은 그렇지 않다고 가정한다. 그러면, 전체 10개의 컴포넌트들과 함께 작업된다. 이들 컴포넌트들은 하나의 프레임에서 하나의 색에서 매크로-픽셀당 60비트를 요구한다. 전체 데이터 레이트는 86Mbps로 줄어든다. 고 압축 레벨을 D11, D22, D33을 무시하는 동작모드로 정의한다. 그러면, 하나의 프레임에서 하나의 색에서 매크로-픽셀당 46비트를 사용하게 된다. 그러면 전체 데이터 레이트는 66Mbps다. 로우 및 컬럼 선택 패턴은, 무손실 압축에 대해서는 각 프레임당 16번 업데이트되어야 하고, 중간 레벨 압축의 경우에는 각 프레임당 10번 업데이트되어야 하고, 고 압축 레벨의 경우에는 각 프레임당 7번 업데이트되어야 한다. 초당 30프레임에 대해, 7서브프레임을 디스플레이하는 것은 초당 210 패턴이 생성될 것이 요구된다(또는 서브프레임당 4.7msec(밀리초)). 10개의 컴포넌트를 사용하면, 초당 300패턴을 생성할 필요가 있다(또는 서브프레임당 3.3msec). 무손실 이미지 복원에 대해, 전체 16 서브프레임이 필요하며, 이는 초당 480패턴과 동일하고, 서브프레임당 2msec를 요구한다. 이들 값들은 데이터 드라이버들에 대한 셋팅 시간 경계(setting time bound)를 제공한다.
본 발명의 특정 실시예에 있어서, LED 기반 액티브-메트릭스 디스플레이 시스템이 고려된다. 그러나 본 발명은 이에 제한되지는 않는다. 디스플레이 시스템은 다음으로 구성된다.
1. 적, 녹, 청 라이트를 생성하는 640 x 480 LED 어레이(100). 전체 768000 액티브 요소들(elements).
2. 매크로-픽셀들에 아날로그 신호들을 출력하는 다수의 비디오 디지털-아날로그 변환기 데이터 드라이버들(110).
3. 매크로-픽셀 어레이를 스캔하고, 마스크 패턴과 비디오 데이터와 함께 로드되어야 할 매크로-픽셀을 선택하는 로우 및 컬럼 스위치 매트릭스(120).
4. 수학식 1을 이용하여 매크로-픽셀 이미지 계수들을 결정하고, 계수의 시간 제어를 수행하는 이미지 프로세싱 연산 장치(130).
5. 디스플레이될 직교 기반 함수에 대응하는 매크로-픽셀 내의 픽셀들을 턴온/오프하는 마스크 패턴 발생 스위치 네트웍(140).
픽셀들은 4 x 4 어레이들로 그룹되며, 각각의 적, 녹, 청 LED는 매크로-픽셀을 정의하며, 이로 인해 3가지 색에 대해 48000 매크로-픽셀들이 존재한다. 컬럼 비디오 데이터가 서로 다른 디지털-아날로그 변환기로부터 전달되므로, 다른 색들에 대한 매크로-픽셀들은 동시에 선택될 수 있다. 충분히 빠른 디지털-아날로그 변환기는 모든 픽셀을 서비스할 수 있다. 또는, 필요하다면, 속도와 구동 요건을 만족시키기 위해 많은 개수의 아날로그-디지털 변환기가 사용될 수 있다.
이미지 프로세서(130)에서, 이미지는 처리를 위해 매크로-필셀 어레이로 나누어진다. 각 매크로-픽셀에 대해, 이미지 분해 알고리즘은 사용되는 각 색의 각 직교 기반 함수에 대응하는 계수들을 결정한다. 분해 계수들 Duv (u와 v는 0에서 3)이 계산된다. 이들 계수들은 대응하는 마스킹 패턴들 wuv에 따른 매크로-픽셀을 포함하는 16 픽셀 값들의 합들이다. 사용되는 분해 계수들의 개수는 1부터 16에서 선택될 수 있다(해상도가 늘어남에 따라). 16 계수의 완전한 셋은 이미지의 무손실 복원이 필요한 경우에 사용된다. 이 모드는 모든 Duv 계수들의 크기가 문턱 값보다 큰 경우에 결정된다. 디스플레이의 일부분은 동작 중에 다른 압축 레벨들을 가질 수 있으며, 이는 이미지 프로세서가 자신이 계산하는 분해 계수에 의존하여 결정할 수 있다. 로우 및 컬럼 선택 블록(120)은 동작될 매크로-픽셀을 스캔하고 선택한다. 마스킹 패턴 발생기(140)는 카운터 기반 로직 또는 룩-업 테이블을 통해 디스플레이될 Duv 계수에 관계된 패턴들을 구동하는 2차적인 스위치 네트웍이다. 2가지 다른 매크로-픽셀 사이즈에 대한 패턴들이 도 4 및 도 5에 도시된다. 매크로-픽셀을 포함하는 4 x 4 어레이에 대해, 패턴들의 시퀀스는 w* 00, w* 01, w* 02, w* 03, w* 10, w* 20, w* 30, w* 11, w* 22, w* 33, w* 12, w* 21, w* 13, w* 31, w* 23 그리고 w* 32 이다. 만약, 분해 계수가 상위 텀들(high order terms)에 대해 무시할 수 있으면, 카운터는 어느 지점에서도 리셋 또는 건너뛸(skip) 수 있으며, 이로 인해 전체 데이터 레이트를 줄일 수 있다.
디스플레이는 매크로-픽셀의 w* 00D00 컴포넌트에서 시작해 각 프레임에서 스캔된다. 도면부호 '140' 에 의해 생성되는 로우 및 컬럼 선택 신호 마스크는 이 경우에 모두 1이며, 이는 4개 로우와 4개 컬럼이 모두 선택되었음을 의미한다. 비디오 데이터 메모리(이는 매크로-픽셀 어레이의 하나의 캐패시터가 될 수 있다)로 필요한 전압 신호가 로드되며, 매크로-픽셀 스캔이 다음 어레이로 진행된다. 서브프레임 스캔은 모든 48000 매크로-픽셀들을 스캔하면 종료된다. 다음 서브프레임은 각 매크로-픽셀로 w* 01D01 컴포넌트를 로드한다. 이 경우에, 마스크 발생기(140)는 4 x 4 픽셀 어레이로 패턴 w01을 로딩하기 위해 필요한 신호들을 생성한다. 만약, Duv 계수가 음수이면, 패턴의 역도 로드될 수도 있다. 스캔 중에 어떤 이미지 계수가 로드되어야 하는지에 대해 제한이 없으므로, 스캔에서 각 매크로-픽셀에 대해 신호 마스크들은 변할 수 있다. 하나의 매크로-픽셀에 특정 Duv와 마스킹 패턴 wuv가 로드될 수 있으며, 반면에 스캔에서의 다음의 매크로-픽셀은 다른 마스킹 패턴을 가지는 다른 컴포넌트가 로드될 수 있다. 이는 하나의 매크로-픽셀에 대해 특정 Duv 텀이 디스플레이되는 것으로부터 무시 및 제거될 수 있으며, 반면에 다른 매크로-픽셀에 대해서는 무시할 수 없을 수 있기 때문이다. 서브프레임 업데이트 레이트가 공통인 동안에, 각 프레임은 다른 개수의 서브프레임을 포함할 수 있다. 비디오 콘텐츠의 특성이 변하는 경우에 매크로-픽셀은 이미지 프로세서에 의해 변경되는 프레임 레이트를 가질 수 있다. 이는 도 9에 도시된 바와 같이 나타날 수 있는데, 이 경우에 배경 이미지는 높은 실질 프레임 레이트를 가질 필요는 없지만 더 많은 Duv 계수들을 이미지 구성에 결합하는 것에 의해 더 높은 정확성을 가지고 표현될 수 있다. 반면에 움직이는 물체는 작은 개수의 Duv 컴포넌트들에 의해 표현되고, 높은 프레임 레이트로 업데이트될 수 있다.
LCD 기반 액티브-메트릭스 디스플레이를 가지는 유사한 실시예 또한 가능하다. 이 경우에, 픽셀 스위칭 속도가 LED 기반 디스플레이보다 상당히 느릴 것이기 때문에, 서브프레임 구간들이 길다. 하나의 프레임에 들어가는 서브프레임의 최대 가능한 개수는 제한될 수 있다. 이러한 경우에, w* uvDuv의 특정 서브셋 컴포넌트들이 하나의 프레임에서 디스플레이되는 구동 모드를 사용할 수 있으며, 나머지 컴포넌트들은 대체 프레임에서 디스플레이될 수 있다. 그러므로, 그림은 최소한의 정확도 손실을 가질 수 있다. 이러한 경우에, Duv 계수들은 적절히 일반화될 필요가 있다.
특정 LED 기반 어레이에서(2007년 9월 19일에 출원된 US provisional application 60/975,772 참조), 또는 MEMS 기반 디지털 마이크로미러 장치(1995년 9월 19일에 출원된 US 출원번호 5,452,024), 라이트 요소들은 오직 온 또는 오프 상태에 있을 수 있다. 바람직한 라이트 값은 펄스폭 변조를 통해 또는 비트플레인 변조(bitplane modulation)를 통해, 결정될 수 있다. 이러한 실시예에서, 픽셀들은 공통 온 시간을 갖는 매크로-픽셀들 그룹으로 어드레스될 수 있다. 그러나 데이터는 알려진 1의 및 0의 기반 함수 패턴으로 AND연산될 수 있다. 서브프레임의 개수는 다시 사용되는 컴포넌트들의 개수와 같아지거나, 매크로-픽셀 사이즈에 적용되는(pertaining) 컴포넌트의 최대 개수와 같아질 수 있다.

Claims (15)

  1. 비디오 시스템에 있어서,
    M x N 픽셀들을 가지는 비디오 디스플레이 -여기서, 각 픽셀들은 칼라 오퍼레이션을 위한 적색, 청색, 녹색 라이트 요소를 가지거나 그레이-스케일 오퍼레이션을 위한 백색 라이트 요소를 가지고, 각각의 라이트 요소의 강도는 전압 또는 전류에 의해 조절 가능함-;
    로우 및 컬럼 선택 스위치들을 통해 상기 비디오 디스플레이의 어느 픽셀을 어드레스하기 위한 스위치 네트웍;
    다수의 매크로-픽셀 그룹들 각각을 선택하고 -여기서, 상기 매크로-픽셀 그룹들은 총괄적으로 상기 M x N 픽셀 비디오 디스플레이를 형성함-, 직교 기반 함수들에 대응하는 스위치 패턴들을 생성하기 위해 각 매크로-픽셀 내부의 픽셀들을 선택하도록 결합된 스위치 드라이버 회로;
    상기 스위치 드라이버 회로에 이미지 정보를 공급하기 위해 결합된 하나 이상의 디지털-아날로그 컨버터 또는 펄스 폭 모듈레이터 회로; 및
    디스플레이될 비디오 정보를 수신하고, 직교 기반 함수들에 대응하는 상기 스위치 패턴들에 대응하는 상기 라이트 요소들과 상기 스위치 드라이버 회로를 제어하는 디지털 연산 디바이스를 포함하고,
    상기 비디오 시스템은 비디오 콘텐츠에 의존하는 프로그램 가능한 해상도를 가지는 스틸 이미지들 및 비디오를 디스플레이하는 것이 가능한
    비디오 시스템.
  2. M x N 픽셀들을 가지는 이미지를 디스플레이하는 방법에 있어서,
    총괄적으로 M x N 픽셀 디스플레이를 형성하는 다수의 매크로-픽셀 그룹들 각각을 선택하는 단계;
    각 매크로-픽셀을 위한 직교기반 함수들의 온-오프 스위치 상태들에 대응하는 스위치 패턴들을 생성하는 단계;
    각각의 스위치 패턴들에 대한 이미지 계수를 결정하는 단계;
    이미지 분해를 위한 상기 직교 기반 함수들에 대응하는 각 매크로-픽셀의 마스킹 패턴들을 생성하기 위해 상기 스위치 패턴들에 의해 스위치 드라이브 네트웍을 제어하는 단계; 및
    상기 각각의 마스킹 패턴에 대한 이미지 계수에 응답하여, 마스킹 패턴들을 위한 매크로-픽셀 내의 픽셀 조명을 제어하는 단계
    를 포함하는 디스플레이 방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    전체 매크로-픽셀에 적용 가능한 평균 이미지 계수 (제로 계수) 를 결정하는 것에 의해, 라이트를 0 또는 1(이산 월쉬 트랜스폼 타입 기반 함수의 적용을 위한 -1 또는 1 대신의 온-오프 스위치 상태들)로 곱하는 직교 기반 함수들에 대응하는 블록킹 패턴들을 사용하는 것에서 발생한 평균의 아티팩트에 대한 수정을 하고, 모든 다른 마스킹 패턴들에 적용가능한 평균 이미지 계수들 (비제로 계수들의 평균들) 을 감산하는 것에 의해, 상기 전체 매크로-픽셀에 적용 가능한 평균 이미지 계수를 수정하는 단계
    를 더 포함하는 디스플레이 방법.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 비제로 계수들의 평균들이 상기 제로계수보다 크면, 상기 비제로 계수들의 평균들의 합을 상기 제로 계수 이하로 유지하기 위해 사용된 각각의 마스킹 패턴들 및 일부 비제로 계수들을 제거하기 위한 공간 주파수 필터링을 하는
    디스플레이 방법.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 비제로 계수들의 평균들이 상기 제로계수보다 크면, 상기 비제로 계수들의 평균들의 합을 상기 제로 계수 이하로 유지하기 위해 상기 매크로-픽셀 그룹 내의 픽셀들의 개수를 줄이는
    디스플레이 방법.
  6. 제 3항에 있어서,
    음수인 이미지 계수들을 위해,상기 각각의 직교 기반 함수들을 위한 스위치 패턴을 반전하는 것에 의해 공간 마스킹 패턴을 블록킹 상태와 패싱 상태 간에서 전환하는 ('0'에서 '1'로 그리고 그 반대로) 단계
    를 더 포함하는 디스플레이 방법.
  7. 제 3항에 있어서,
    인간의 눈에 민감한 이미지 계수들의 서브셋 만이 디스플레되고 사용되고, 인간의 눈에 민감하지 않은 이미지 계수들은 버려지는
    디스플레이 방법.
  8. 제 3항에 있어서,
    이미지를 복원하기 위해 사용되는 이미지 계수들은 이미지 내의 다른 매크로-픽셀들에 따라 그리고 이미지에서 이미지에 따라 달라지는
    디스플레이 방법.
  9. 제 3항에 있어서,
    하위의 이미지 계수들은 상위의 이미지 계수들보다 큰 비트 정확성을 가지는
    디스플레이 방법.
  10. M x N 픽셀들을 가지는 이미지를 디스플레이하는 방법에 있어서,
    총괄적으로 상기 M x N 픽셀 디스플레이를 형성하는 다수의 매크로-픽셀 그룹들 각각을 선택하는 단계;
    각 매크로-픽셀에 대한 직교 기반 함수들의 온-오프 스위치 상태들에 대응하는 스위치 패턴들을 생성하는 단계;
    각각의 스위치 패턴들에 대해 이미지 계수들을 결정하는 단계;
    전체 매크로-픽셀에 적용 가능한 평균 이미지 계수 (제로 계수) 를 결정하는 것에 의해, 라이트를 0 또는 1(이산 월쉬 트랜스폼 타입 기반 함수의 적용을 위한 -1 또는 1 대신의 온-오프 스위치 상태들)로 곱하는 직교 기반 함수들에 대응하는 블록킹 패턴들을 사용하는 것에서 발생한 평균의 아티팩트에 대한 수정을 하고, 모든 다른 마스킹 패턴들에 적용가능한 평균 이미지 계수들 (비제로 계수들의 평균들) 을 감산하는 것에 의해, 상기 전체 매크로-픽셀에 적용 가능한 평균 이미지 계수를 수정하는 단계;
    음수인 이미지 계수들을 위해,상기 각각의 직교 기반 함수들을 위한 스위치 패턴을 반전하는 것에 의해 공간 마스킹 패턴을 블록킹 상태와 패싱 상태 간에서 전환하는 ('0'에서 '1'로 그리고 그 반대로) 단계;
    이미지 분해를 위한 상기 직교 기반 함수들에 대응하는 각 매크로-픽셀의 마스킹 패턴들을 생성하기 위해 상기 스위치 패턴들에 의해 스위치 드라이브 네트웍을 제어하는 단계; 및
    상기 각각의 마스킹 패턴에 대한 이미지 계수에 응답하여, 마스킹 패턴들을 위한 매크로-픽셀 내의 픽셀 조명을 제어하는 단계
    를 포함하는 디스플레이 방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 비제로 계수들의 평균들이 상기 제로계수보다 크면, 상기 비제로 계수들의 평균들의 합을 상기 제로 계수 이하로 유지하기 위해 사용된 각각의 마스킹 패턴들 및 일부 비제로 계수들을 제거하기 위한 공간 주파수 필터링을 하는
    디스플레이 방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 비제로 계수들의 평균들이 상기 제로계수보다 크면, 상기 비제로 계수들의 평균들의 합을 상기 제로 계수 이하로 유지하기 위해 상기 매크로-픽셀 그룹 내의 픽셀들의 개수를 줄이는
    디스플레이 방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    인간의 눈에 민감한 이미지 계수들의 서브셋 만이 디스플레되고 사용되고, 인간의 눈에 민감하지 않은 이미지 계수들은 버려지는
    디스플레이 방법.
  14. 제 10항에 있어서,
    이미지를 복원하기 위해 사용되는 이미지 계수들은 이미지 내의 다른 매크로-픽셀들에 따라 그리고 이미지에서 이미지에 따라 달라지는
    디스플레이 방법.
  15. 제 10항에 있어서,
    하위의 이미지 계수들은 상위의 이미지 계수들보다 큰 비트 정확성을 가지는
    디스플레이 방법.
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