TWI598867B - 可變刷新率系統中之動態圖框複演率 - Google Patents

可變刷新率系統中之動態圖框複演率 Download PDF

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Description

可變刷新率系統中之動態圖框複演率 【優先權主張】
本申請案主張於2014年5月30日申請、名稱為「可變刷新率系統中之動態圖框複演率」之美國臨時申請案第62/005,928號的利益，其整體內容係藉由引用形式而併入本文。
本發明與顯示系統有關，且更特別是與可變刷新率之顯示器有關。
傳統的顯示裝置(例如陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、發光二極體(LED)、有機發光二極體(OLED)、主動矩陣式有機發光二極體(AMOLED)等)係以固定的刷新率運作，例如60Hz、85Hz或120Hz。換言之，顯示裝置係配置為以一特定頻率刷新螢幕的每一個像素。在傳統系統中，傳送至顯示裝置的視頻訊號必須與顯示裝置刷新率的固定頻率匹配。某些顯示裝置能使固定頻率的刷新率根據顯示裝置的配置設定而改變，但是一旦設定改變，顯示裝置所接收的每一個圖框以該固定頻率被拉至螢幕。然而，圖形處理單元(GPU)會以一可變呈現率產生像素資料圖框，該可變呈現率與該顯示裝置的固定刷新率不同步。
舉例而言，當一顯示裝置在60Hz下運作時，顯示器的像素將每隔16.6ms進行刷新；然而，GPU是花費可變的時間量來呈現(render)每一個圖框，因此當某一個圖框是花費12ms來呈現時，具有更複雜幾何形狀的另一圖框可能需花費30ms來呈現。因此，當下一個圖框需經由視頻介面輸出至顯示裝置時，在圖框緩衝區中則仍未準備好完全呈現的圖框。這種情形會使觀看者將影像偽影(artifacts)認為是不連貫的視頻。舉例而言，當輸出至顯示裝置的影像透過圖框而被分道切換(V-SYNC Off)時，則可能會發生影像撕裂(image tearing)。相反地，若輸出至顯示裝置的影像僅於圖框之間切換，則可能會發生影像間斷(image stuttering)，因此導致某些圖框會重複及/或導致某些圖框被跳過(V-SYNC On)。
較新型的顯示裝置可配置以與使用動態刷新頻率的GPU同步運作。舉例而言，某些監視器係與NVIDIA的G-SYNCTM技術相容，其使顯示裝置將顯示圖框的像素元件的刷新與GPU的可變呈現率同步，。GPU係配置以於圖框呈現時經由視頻介面傳送像素資料圖框至顯示裝置，而顯示裝置係配置以回應像素資料圖框的接收刷新顯示裝置的像素，而不是在固定頻率刷新率下運作。換言之，顯示裝置的刷新率並不是固定為一特定頻率，而是動態地調整為從GPU接收的影像資料率。
只要GPU是以合理快速的呈現率來演示影像資料圖框，即可減少與傳統系統相關聯之影像偽影類型。然而，在某些情況下，GPU係因場景的複雜性而無法以合理時間量來呈現特定圖框。舉例而言，可能需花費例如100ms來呈現特定的像素資料圖框，其係對應於10Hz的特定圖框動態刷新頻率。當監視器的有效刷新率在連續圖框之間有大量延時時可能 會發生問題。
舉例而言，針對重製具最大品質之影像，大部分的影像顯示技術(例如LCD面板)都具有顯示器的刷新頻率下限與上限。當顯示器是以固定頻率刷新率驅動時，此操作性限制可輕易被滿足，因為可在顯示器的下限與上限範圍內選擇固定的刷新頻率。然而，當使用可變刷新率技術時，例如NVIDIA的G-SYNCTM技術，GPU可能需要可變且不可預測的時間量來產生要顯示的下一個影像資料。產生要顯示的下一個影像資料圖框所需的時間量在處於顯示器的最小刷新頻率需求之上時，可大於可用時間量。因此，需要解決這些問題及/或與先前技術相關的其他問題。
揭露了一種用於調整一顯示裝置的動態刷新頻率之方法、電腦程式產品與系統。該方法包括下列步驟：取得與一第一影像相關聯之一當前圖框歷時，根據該當前圖框歷時計算一第二影像之複演率數值，以及根據該複演率數值於一顯示裝置上重複該第二影像的演示(presentation)。用於實施該方法之邏輯可包含於一圖形處理單元中或在顯示裝置本身內。
100‧‧‧方法
110、120、130‧‧‧步驟
200‧‧‧系統
210‧‧‧顯示器
212‧‧‧列驅動器
214‧‧‧行驅動器
216‧‧‧LCD面板
218‧‧‧背光光源
220‧‧‧時序控制器
230‧‧‧縮放單元
240‧‧‧介面
250‧‧‧圖形處理單元
301‧‧‧時序圖
302‧‧‧時序圖
303‧‧‧時序圖
401‧‧‧介面
402‧‧‧核心
404‧‧‧顯示控制器
410‧‧‧記憶體
510‧‧‧縮放器
520‧‧‧記憶體
610‧‧‧控制單元
620‧‧‧記憶體
700‧‧‧系統
701‧‧‧中央處理器
704‧‧‧主要記憶體
706‧‧‧圖形處理器
708‧‧‧顯示器
710‧‧‧次要儲存器
712‧‧‧輸入裝置
圖1係根據一個具體實施例說明於顯示裝置上重複影像演示的方法之流程圖；圖2係根據一個具體實施例說明包括可動態刷新頻率的顯示器之系統；圖3A與3B係根據一個具體實施例說明以最小刷新頻率為30Hz進行圖框複演之實例； 圖4係根據一個具體實施例說明圖2之GPU的運作；圖5係根據另一具體實施例說明圖2之縮放單元的運作；圖6係根據另一具體實施例說明圖2之TCON的運作；以及圖7說明了一種例示系統，其中可實施各個前述具體實施例的各種架構及/或功能。
在大部分的可變刷新率顯示器中，每一個新的影像資料圖框的抵達時間是未知的，而可使用以過去事件為基礎之經驗法則來估算下一個影像資料圖框的抵達時間。估算的抵達時間是用來找出顯示裝置上的先前影像資料圖框的應刷新次數，以確保該顯示裝置是在顯示裝置所提供之顯示裝置最小及最大刷新頻率的規格內運作。
圖1係根據一個具體實施例說明於一顯示裝置上重複演示影像之方法100的流程圖。在步驟110，取得與一影像資料圖框相關聯的當前圖框歷時。該當前圖框歷時代表將當前的影像資料圖框呈現至一圖框緩衝區所需之時間，因而也代表將由顯示裝置顯示先前影像資料圖框、同時等待要接收的當前影像資料圖框的時間。當前圖框歷時可針對連續影像中的一或多個影像資料圖框而變化。在一個具體實施例中，顯示裝置中的一時序控制器計算當前圖框歷時之估算值。在另一具體實施例中，顯示裝置中的縮放單元計算該當前圖框歷時之估算值。在另外一個具體實施例中，在顯示裝置外部的一處理器(例如圖形處理單元)計算該當前圖框歷時之估算值。
在大部分的可變刷新率顯示裝置中，每一個新影像的抵達時間將是未知的，因為影像的呈現速率將根據要呈現之場景的複雜性而變化。每一個新影像的抵達時間要成為已知的唯一方式是，若在對顯示裝置傳送前一圖框之前存在有一個圖框延時，則在前一圖框被發送至顯示裝置時，當前圖框的呈現時間即為已知。然而，在互動式應用程式(例如電腦遊戲)中，這樣的延時可能會產生對於某些使用者而言是可觀的延遲。
在一個具體實施例中，可利用基於過去事件(例如一或多個先前影像資料圖框的已知圖框歷時)的經驗法則來估算當前圖框歷時，藉以避免一個圖框的延時。舉例而言，可使用與前一影像資料圖框相關聯之圖框歷時來估算與當前影像資料圖框相關聯之圖框歷時。在另一實例中，可使用與N個先前影像資料圖框相關聯之平均圖框歷時來估算當前影像資料圖框之圖框歷時時間。
在步驟120，係根據當前圖框歷時來選擇一先前影像的複演率數值。可知當給定一顯示裝置刷新頻率之指定下限(其對應於一最大允許圖框歷時)及顯示裝置刷新頻率之指定上限(其對應於一最小允許圖框歷時)時，便總是可決定一影像資料圖框之一整數複演次數，使得與該影像資料圖框相關聯之動態刷新頻率落在顯示裝置的刷新頻率下限與上限內，只要能符合下式：
在式1中，frame_duration max 代表顯示裝置的最大允許圖框歷時，而frame_duration min 代表顯示裝置的最小允許圖框歷時。換言之，最大允許圖框歷時的大小應大於或等於最小允許圖框歷時的2倍。舉例而言， 若顯示裝置的刷新頻率下限為50Hz且刷新頻率上限為135Hz，則式1的結果約為2.7(亦即20ms/7.4ms~2.7)，其係大於2。若影像資料圖框產生過快，則需在將影像資料圖框傳送至顯示裝置之前加入延時，使得顯示裝置的刷新率落在顯示裝置的刷新頻率下限與上限內。然而，若影像資料圖框產生過慢，則影像資料圖框可被重複傳送至顯示裝置一或多次，使得顯示裝置的動態刷新頻率落在顯示裝置的刷新頻率之下限與上限內。可知影像資料圖框的每一次連續傳送之間的時間應大致平均，因而在顯示裝置的任兩次連續刷新之間的中間延時(亦即，瞬時動態刷新頻率)會落在顯示裝置的刷新頻率下限與上限內。
影像資料圖框重複演示於顯示裝置上的實際次數將依據影像的呈現率以及其他條件而定。對於當前圖框歷時的一給定估算值，係以下式計算前一影像資料圖框的最大複演率數值：R max =(frame_duration curr /frame_duration min ).rounded_down-1 (式2)
在式2中，R max 為前一影像資料圖框之最大複演率數值，frame_duration curr 表示當前圖框歷時，而frame_duration min 表示顯示裝置的最小允許圖框歷時。運算子rounded_down係僅將除法運算的中間結果下修至最接近的整數值。藉由下修，最大複演率數值代表一影像圖框在一給定圖框歷時內重複的整數次數，其與小於顯示裝置刷新率上限之動態刷新頻率相應。
同樣地，對於當前圖框歷時的一給定估算值，係以下式計算一先前影像資料圖框的最小複演率數值：R min =(frame_duration curr /frame_duration max ).rounded_up-1 (式3)
在式3中，R min 為前一影像資料圖框之最小複演率數值，frame_duration curr 表示當前圖框歷時，而frame_duration max 表示顯示裝置的最大允許圖框歷時。運算子rounded_up係僅將除法運算的中間結果上修至最接近的整數值。藉由上修，最小複演率數值代表一影像圖框在一給定圖框歷時內重複的整數次數，其與大於顯示裝置刷新率下限之動態刷新頻率相應。
應知根據式2所計算的最大複演率數值及根據式3所計算的最小複演率數值並不包括先前影像資料圖框在顯示裝置上的初始演示，且僅代表先前影像資料圖框應於顯示裝置上被重複刷新的次數。在另一具體實施例中，係移除式2與式3中的「減1」部分，因此最大複演率數值與最小複演率數值即表示將於顯示裝置上刷新先前影像資料圖框的總次數，包括先前影像資料圖框的初始演示、以及先前影像資料圖框的全部後續演示。
複演率數值可被選為在[R min ,R max ]範圍內的任一整數。在一個具體實施例中，複演率數值是被選為最大複演率數值。當以特定影像資料圖框在一給定圖框歷時內重複一整數次數的顯示裝置刷新時，最大複演率將對應於顯示裝置的最大動態刷新頻率，其中任兩次連續刷新之間的歷時為相同分佈。在另一具體實施例中，係選擇最小複演率數值作為複演率數值，以使與新影像圖框的碰撞機會降至最低。
在另外一個具體實施例中，係選擇最小複演率數值與最大複演率數值之間的某一數值作為複演率數值。所計算的最大複演率數值或最小複演率數值不需要一定是先前影像資料圖框在顯示裝置上的實際刷新次數。在某些情況中，當顯示裝置的最大允許圖框歷時和顯示裝置的最小允 許圖框歷時之間存在很大的差距時，則會存在有多個整數數值，表示影像資料圖框能在一給定歷時內的重複次數，其中所產生的顯示裝置動態刷新頻率會落在顯示裝置的刷新頻率的下限與上限內。所選之影像資料圖框的實際重複次數也會依其他考量條件而定。
一個這類考量條件是，在影像品質和要重複先前影像資料圖框、同時又要接收當前影像資料圖框間的碰撞機會之間的折衷(trade-off)。大部分的顯示裝置無法中止影像的持續演示。因此，若於正在刷新前一影像時接收一個新的影像，則必須要在新的影像被顯示於顯示裝置上之前即完全演示該前一影像。接收當前影像資料圖框與完成前一影像資料圖框之間的延時會導致在所產生的視頻串流中有可察覺之間斷量(stutter)。與較高複演率數值相關聯之較高動態刷新頻率將會增加碰撞機會，但較高的動態刷新頻率一般係與較高品質的視頻相關聯。因此，在選擇最高的可能動態刷新頻率和產生某些間斷量的機會之間會有折衷。
在一個具體實施例中，其他考量條件可包括監測與先前影像圖框相關聯之碰撞頻率，並在碰撞頻率上升至高於一臨界值時將複演率數值降低至最大複演率數值以下。在另一具體實施例中，其他考量條件可包括監測與複數個影像圖框有關的圖框歷時變異，並在變異高於一臨界值時將複演率數值降低至最大複演率數值以下。舉例而言，對於以穩定圖框歷時產生影像圖框的電腦遊戲而言，最大複演率數值會是最佳的；但對於以不穩定的圖框歷時產生影像圖框的電腦遊戲而言，則以低於最大複演率數值為較佳。
在步驟130，根據複演率數值來重複前一影像的演示。在一 個具體實施例中，驅動影像資料圖框的顯示之邏輯係重複演示該前一影像數次，使得顯示裝置的動態刷新頻率落在顯示裝置的刷新頻率之下限與上限內。在一個具體實施例中，在GPU內的顯示控制器會藉由將先前影像資料圖框之像素資料重新編碼於視頻訊號中而對顯示裝置重複傳送先前影像資料圖框。在另一具體實施例中，顯示裝置可局部儲存先前影像資料圖框，且顯示裝置可經由縮放單元、或是經由時序控制器使顯示裝置的螢幕以先前影像資料圖框刷新像素數次。
現將提出關於可用以依使用者的需求來實施或不實施前述框架之各種任選架構與特徵的更具例示性之資訊。應特別注意，以下資訊係僅為例示目的而提出，不應被以任何方式解釋為限制。任一下述特徵都可視情況地在排除或不排除所述其他特徵下結合。
圖2係根據一個具體實施例說明包括可動態刷新頻率之顯示器210的一種系統200。在一個具體實施例中，顯示器210包括一LCD面板216，其包括複數個像素元件，每一個像素元件包括與複數個色彩分量(例如紅色分量、綠色分量與藍色分量)對應的複數個液晶元件。顯示器210也包括列驅動器212及行驅動器214，以控制LCD面板216中的每一個像素元件。列驅動器212和行驅動器214可使LCD面板216中的每一個個別像素元件都被定址，並使像素元件的每一個液晶元件都具有一個被施加的電壓，以改變該像素元件所顯示之對應色彩分量的位準。
顯示器210也包括背光光源218，其包括排列在LCD面板216的邊緣周圍的一個或多個緊密型螢光燈(CFLs)、排列在LCD面板216的邊緣周圍的一個或多個LEDs、或是排列在LCD面板216的像素元件後 方之LEDs陣列。應知在某些具體實施例中，顯示器210可為不包括背光光源之OLED面板或AMOLED面板。
顯示器210也包括一時序控制器(TCON)220和一縮放單元230。TCON 220控制列驅動器212和行驅動器214，以於LCD面板216上顯示影像資料圖框。縮放單元230經由一視頻介面240而自一GPU 250接收一視頻訊號。視頻訊號可對應至一特定視頻訊號格式，例如數位視頻訊號格式、或類比視頻訊號格式。例示的數位視頻訊號格式包括DVI(數位視訊介面)、HDMI(高清晰度多媒體介面)等。例示的類比視頻訊號格式包括NTSC(國際電視系統委員會)、PAL(相位交替線路規格)、VGA(視頻圖形陣列)等。
經由視頻介面240而接收的特定視頻訊號具有之解析度並不與LCD面板216的固定解析度匹配。因此，縮放單元230係配置以縮放被編碼於視頻訊號內的影像圖框，以與LCD面板216的固定解析度匹配。縮放單元230可配置以於水平方向及/或垂直方向中縮放影像圖框。在一個具體實施例中，縮放單元230可過濾影像圖框。在另一個具體實施例中，當顯示器210包括一直接驅動式監視器或膝上型電腦中所含之一LCD面板216時，顯示器210可不包含縮放單元230。
縮放單元230也可控制背光光源218。舉例而言，縮放單元230可決定背光光源218應為一給定影像資料圖框提供之特定照明位準，並控制背光光源218以提供該特定照明位準。在一替代具體實施例中，顯示器210係包括控制背光光源218的一獨立電路，因此縮放單元230不需要控制背光光源218。
GPU 250可根據CPU(未特別繪示)上執行的應用程式所定義之3D圖元來呈現影像資料圖框。影像資料圖框可包括儲存於一圖框緩衝區中的像素資料，其中圖框緩衝區為被分派以儲存用以產生於視頻介面240上傳送之視頻訊號的像素資料之記憶體的一部分。在一個具體實施例中，GPU 250可與一雙圖框緩衝區(或乒乓緩衝區)相關聯，其包括圖框緩衝區的一第一部分及圖框緩衝區的一第二部分，其中圖框緩衝區的該第一部分儲存從記憶體讀出且編碼於經由視頻介面240傳送的視頻訊號內之一先前呈現圖框的像素資料，圖框緩衝區的該第二部分係儲存正由GPU 250呈現的當前圖框之像素資料。一旦GPU 250已經完成當前圖框的呈現，則圖框緩衝區的該第一部分和圖框緩衝區的該第二部分的角色便會切換，使得圖框緩衝區的第二部分儲存從記憶體讀出且編碼於經由視頻介面240而傳送之視頻訊號內之最近呈現圖框的像素資料，而圖框緩衝區的該第一部分則儲存GPU 250所要呈現的下一個圖框之像素資料。在每一次圖框被呈現之後，圖框緩衝區的第一和第二部分的角色即交替。
圖3A與3B係根據一個具體實施例說明具有最小刷新頻率為30Hz之圖框複演率的實例。一顯示裝置(例如顯示器210)可具有之最小刷新頻率為30Hz、最大刷新頻率為125Hz。如圖3A中第一組時序圖301所示，一系列的影像資料圖框可被GPU 250所產生，並且經由介面240而被傳送至顯示器210。第一圖框是在第一圖框歷時的一第一部分期間(亦即接收第一影像資料圖框的開始與開始接收第二影像資料圖框之間的時間)被傳送至顯示器210。「EOF」之標示是表示視頻訊號中之圖框結束指示符。圖框結束指示符清楚表示了整個影像資料圖框是以與介面240相關聯之特 定固定頻率傳送，且因此影像資料圖框係於第一圖框歷時結束之前完成傳送。在接收當前影像資料圖框之圖框結束指示符與視頻訊號內下一個影像資料圖框的開始之間的時間可稱為閒置時間，此時影像資料不會經由介面240而被接收。
如圖3A所示，第一組時序圖301包括一輸入訊號。輸入訊號包括顯示器210所接收的三個影像圖框之編碼資料，每一個影像資料圖框大致是每隔25ms抵達，其對應於40Hz之動態刷新頻率。因為顯示器的最小刷新頻率是30Hz，因此在顯示器210處所接收的影像資料圖框是對應於比顯示器210的刷新頻率下限(亦即30Hz)大、且比顯示器210的刷新頻率上限(亦即125Hz)小的動態刷新頻率。因此，編碼於輸入訊號內之影像資料圖框可於影像資料圖框被接收時演示在LCD面板216上，如第一組時序圖301中所含之輸出訊號所說明。換言之，無需為了符合要以顯示器210的刷新頻率之下限和上限內之動態刷新頻率演示的需求而在LCD面板216上多次演示(亦即刷新)影像資料訊框。
相較之下，第二系列的影像資料圖框可由GPU 250以較低速率所產生。圖3A中的第二組時序圖302包括一輸入訊號，其包括顯示器210所接收的兩個影像圖框之編碼資料，每一個資料影像圖框大約每隔50ms抵達，其對應於20Hz之動態刷新頻率。因為顯示器的刷新頻率之下限為30Hz，因此輸入訊號中所接收之影像資料圖框係對應於比顯示器210的刷新頻率之下限(亦即30Hz)更低的動態刷新頻率。因此，編碼於輸入訊號中的每一個影像資料圖框將需要多次演示於LCD面板216上，如第二組時序圖302中所含輸出訊號所說明。在此實例中，每一個影像資料圖框 可被額外多一次刷新至LCD面板216(亦即一次重複)，以產生40Hz之顯示器210的有效動態刷新頻率(相比於20Hz之輸入圖框率)。可知第二組時序圖所描述的複演率數值為1，其落在[1,5]的範圍內，其中R min 為1(亦即(50ms/33.3ms)．round_up-1=1)，R max 為5(亦即(50ms/8ms)．round_down-1=5)。如圖所示，33.3ms為一合適數值，其係與最小刷新頻率為30Hz相對應之三十分之一秒。
如圖3B所示，在某些實例中，在輸入訊號中的連續圖框之間的歷時是足夠大的，使得影像資料圖框需要於LCD面板216上重複刷新一次以上，以符合要落在顯示器210的刷新頻率之下限與上限內的需求。舉例而言，如第三組時序圖303中所含輸入訊號所示，第一圖框歷時為100ms，其對應於10Hz之動態刷新頻率，其完全低於顯示器210的最小刷新頻率。為了符合要落在顯示器210的刷新頻率之下限與上限內之需求，第一影像資料圖框可重複在[2,11]範圍內之次數，其中R min 為2(亦即(100ms/33.3ms)．round_up-1=2)，R max 為11(亦即(100ms/8ms)．round_down-1=11)。第三組時序圖303中所含之一第一輸出訊號顯示了第一影像資料圖框被重複三次，其對應於40Hz之有效動態刷新頻率。第三組時序圖303中所含之一第二輸出訊號顯示，第一影像資料圖框被重複兩次，其對應於30Hz之有效動態刷新頻率。第三組時序圖303中所含的兩個輸出訊號都符合顯示器210的需求。
雖未特別繪示，然其他圖框可依循三組時序圖中每一組中的輸出訊號中所示圖框。此外，雖然所示每一個圖框是以與一固定的動態刷新頻率相關聯的方式重複，但可知圖框之間的時間延時是可變化的，且特 定輸入訊號之圖框係重複不同次數以容許有變化的動態刷新頻率。
圖4根據一個具體實施例說明了圖2之GPU 250的運作。在一個具體實例中，GPU 250監測了由GPU 250所產生之影像資料圖框的呈現率，並藉由對顯示器210重複一或多次傳送每一個影像資料訊框而調整顯示器210的有效動態刷新頻率。在此一具體實施例中，用於調整顯示器210的動態刷新頻率之邏輯係於GPU 250中執行，或是在一專用硬體單元內、在執行軟體程式中所含指令之一可編程邏輯單元內、或在硬體與軟體的某些組合內執行。
如圖4所示，GPU 250係連接至一記憶體410。記憶體410係一同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)，其係配置以儲存可對GPU 250存取之資料。在一個具體實施例中，記憶體410為一專用視頻記憶體，其僅可由GPU 250進行存取。在另一具體實施例中，記憶體410為於CPU和GPU 250之間共享之一系統記憶體。
GPU 250可經由介面401而自CPU接收指令和資料。介面401可為例如PCIe(快速週邊元件互連)介面，其可使GPU 250經由一匯流排(未特別示出)與CPU及/或一系統記憶體通訊。GPU 250也可包括一個或多個核心402，其根據指令處理資料。每一個核心402可為多重線程，以並行處理多重資料。在一個具體實施例中，核心402具有SIMD(單一指令多重資料)架構。在SIMD架構中，複數個處理單元係根據相同指令來處理不同的資料。在另一具體實施例中，核心402具有一MIMD(多重指令多重資料)架構。在MIMD架構中，複數個處理單元係根據每一個處理單元上所排程的不同指令來處理不同的資料。在另外一個具體實施例中， 核心402具有一SIMT(單一指令多重線程)架構。在SIMT架構中，複數個處理單元處理複數個相關線程，每一個線程具有配置以處理不同資料之相同指令，但每一個線程皆可獨立分支。換言之，在SIMT架構中，可掩蔽(mask)個別的線程以避免某些指令的執行。這使與複數個線程相關聯之指令能被條件性執行。GPU 250亦可包括一顯示控制器404，其係配置以根據一特定視頻訊號介面的規格而於介面240上產生視頻訊號。顯示控制器404可自記憶體410中的圖框緩衝區讀取影像資料，並將儲存於圖框緩衝區中的數值轉化為經由介面240傳送之訊號。
在一個具體實例中，GPU 250可經配置以執行圖1所示之方法100。更具體而言，GPU 250可根據於介面240上自CPU所接收之指令和資料來呈現影像圖框。GPU 250可將呈現的影像資料圖框儲存於記憶體410中的圖框緩衝區。在每一個影像資料圖框被呈現後，GPU 250可產生於介面240上傳送之視頻訊號，以使影像資料圖框演示於顯示器210上。呈現至圖框緩衝區的每一個影像資料圖框可被一或多次編碼至視頻訊號中，以調整顯示器210的動態刷新頻率。
GPU 250可將先前影像資料圖框編碼至視頻訊號中，以於顯示器210的LCD面板216上進行先前影像圖框的初始演示。GPU 250可不等待當前影像資料圖框完整呈現至圖框緩衝區中以將下一個影像圖框編碼至視頻訊號中，而是會決定是否應重複先前的影像資料圖框。換言之，GPU 250可配置以估算與正由GPU 250呈現至圖框緩衝區中的一當前影像圖框相關聯之當前圖框歷時，然後根據所估算的當前圖框歷時而將先前影像資料圖框重複編碼於視頻訊號中。GPU 250可使用經驗法則來估算當前圖框 歷時。舉例而言，經驗法則可為基於與一或多個先前影像資料圖框之已知圖框歷時有關的資訊。在本文中，用語「圖框歷時(frame duration)」是指一特定影像資料圖框被呈現在顯示器210的LCD面板216上的時間，其與GPU 250要呈現下一個影像資料圖框所需之時間相關。GPU 250可利用任何可用技術來估算當前圖框歷時。
在一個具體實施例中，GPU 250儲存與呈現至圖框緩衝區的每一個影像資料圖框相關聯之時戳。舉例而言，與每一個圖框的呈現相關聯之一最後指令可存取一系統時脈，並將該系統時脈所代表的時間儲存在一暫存器、本地共享記憶體(例如在GPU 250的矽基板上所含之靜態RAM或SRAM)、或例如記憶體410之一外部記憶體。時戳可用以計算呈現任兩個影像資料圖框之間的時間。
在一個具體實施例中，GPU 250可藉由計算與先前影像資料圖框相關聯之呈現時間而決定當前圖框歷時之一估算值。在一個具體實施例中，是藉由從與恰在先前影像資料圖框前一個的影像資料圖框相關聯之時戳減去與該先前影像資料圖框相關聯之時戳而計算呈現時間。當兩影像圖框的內容類似時，要呈現一視頻串流中的兩個相鄰影像資料圖框所需之呈現時間是相同的，且內容的處理也是類似的，這是非常經常的情況。因此，先前影像資料圖框之呈現時間可為當前影像資料圖框之呈現時間提供良好的估算值，其代表當前圖框歷時。
在另一具體實施例中，GPU 250可藉由計算與N個影像資料圖框相關聯之一平均呈現時間而決定當前圖框歷時之一估算值。平均呈現時間是代表根據與最後N個影像資料圖框相關聯之呈現時間的移動平均 值。在這個具體實施例中，可藉由找出與複數個影像資料圖框中第N個影像資料圖框相關聯之時戳和與複數個影像資料圖框中前一個影像資料圖框相關聯之時戳之間的差異、並將該差異除以數值N來計算該平均呈現時間。可知N個圖框為N個相鄰影像資料圖框，且前一個影像資料圖框係在第N個影像資料圖框之後呈現於顯示器210上的N-1個圖框。平均呈現時間係可被選為該當前圖框歷時之一估算值。
其他經驗法則可用以計算該當前圖框歷時之一估算值。舉例而言，與先前圖框相關聯之圖框歷時可被乘以一因子(例如90%、105%等)，以調整該當前圖框歷時的估算值，以允許在不同的影像資料圖框之間有輕微的呈現時間變化。可預期其他用於估算當前圖框歷時的方法也是在本發明的範疇內。
一旦GPU 250已經計算出當前圖框歷時之估算值，GPU 250可選擇一複演率數值，其落在根據上述式2與式3所計算出的最小及最大複演率數值內。在一個具體實施例中，GPU 250可從顯示器210經由介面240而傳送至GPU 250的EDID(延伸顯示識別資料)資訊中擷取顯示器210的最小和最大允許圖框歷時。在另一具體實施例中，GPU 250可與一驅動器相關聯，其係配置以從一記憶體中擷取顯示器210之最大和最小允許圖框歷時。最小與最大允許圖框歷時可由使用者在配置驅動器時以人工輸入，可經由一網路連接(例如網際網路)而自動擷取，或可包含在與驅動器相關聯之一資料庫中，其中該資料庫係根據製造商規格而使不同顯示器與不同的最小和最大允許圖框歷時相關聯。
在GPU 250已經計算出最小和最大複演率數值且選擇出在 該範圍內的一複演率數值之後，GPU 250係經由顯示控制器404、藉由將先前影像資料圖框編碼至視頻訊號中而於介面240上重新傳送先前影像資料圖框至顯示器210。GPU 250可根據複演率數值而對顯示器210重複地傳送先前影像資料圖框。在一個具體實施例中，GPU 250於介面240上重複傳送先前影像資料圖框數次，其次數等於最大複演率數值。
可知當當前影像資料圖框正在被呈現時，先前影像資料圖框要被呈現在顯示器210上的次數是未知的，因為該當前影像資料圖框之最終呈現時間是未知的。當前圖框歷時之估算值係僅為對於顯示器210將呈現先前影像資料圖框多久之猜測。當該當前圖框歷時被不正確地估算，且該當前影像資料圖框已經比預期更快地呈現至圖框緩衝區時，先前影像資料圖框並不會被重複得如同最初計劃般多次，且顯示器210會盡快呈現當前影像資料圖框。類似地，當該當前圖框歷時被不正確地估算，且該當前影像資料圖框還沒有以預期次數呈現至圖框緩衝區時，先前影像資料圖框會重複比初始計畫更多次(亦即大於複演率數值所給定之次數)。
圖5係根據另一具體實施例說明如圖2所示縮放單元230之運作。在另一具體實施例中，用於確保顯示裝置是在顯示裝置的刷新頻率之下限與上限內刷新LCD面板216之邏輯係實施於顯示裝置內。舉例而言，顯示器210可配置以調整顯示器210的動態刷新頻率，其是藉由重複地使LCD面板216以先前影像圖框之影像資料進行刷新，以使動態刷新頻率保持在顯示器210的刷新頻率之下限與上下內。在此一具體實施例中，GPU 250可僅於介面240上對顯示器210傳送每一個影像圖框一次，然後顯示器210處理用於重複影像圖框演示之邏輯。在一個具體實施例中該邏 輯係於縮放單元230中實施。
再一次地，縮放單元230係配置以縮放編碼於經由介面240所接收之視頻訊號中的影像資料圖框，以與顯示器210的固定解析度匹配。如圖5所示，縮放單元230可包括一縮放器510與一本地記憶體520。縮放單元230可為一固定功能硬體單元，其係具現於顯示器210中所含之一ASIC(專用積體電路)上。在另一具體實施例中，縮放單元230可被包含於包括TCON 220之一較大ASIC上。在一個具體實施例中，本地記憶體520包括一晶片上DRAM，用以儲存影像資料。在另一具體實施例中，該本體記憶體520包括與可由縮放單元230經由介面存取之晶片外DRAM相關聯之快取記憶體。影像資料可儲存於晶片外DRAM中，並依需要而取入到快取記憶體中。
縮放器510可依GPU 250所產生之一解析度接收每一個影像資料圖框。縮放器510可藉由分析視頻訊號(亦即，計數水平同步訊號及/或垂直同步訊號之間的像素數量)而決定影像資料圖框的解析度，或是縮放器510於介面240上自GPU 250接收一組態訊號，其指定在介面240上傳送之影像資料圖框的解析度。縮放器510接著可將影像資料圖框從GPU 250提供的原始解析度縮放至顯示器210的固定解析度。當原始解析度與固定解析度匹配時，即不需要影像資料的縮放。經縮放的影像資料可經由例如對原始影像資料中的一個或多個數值進行內插以產生在原有的解析度下經縮放影像資料中每一個像素位置之數值。影像資料圖框可儲存於本地記憶體520中，並經過濾(例如內插等)以為TCON 220產生經縮放的影像資料，以顯示於LCD面板216上。
在一個具體實施例中，縮放單元230也配置以根據顯示器210的最小和最大允許圖框歷時而管理動態圖框複演率。顯示器210可配置以確保LCD面板216是以落於顯示器刷新頻率之下限與上限之間的速率進行刷新，即使將進的視頻訊號並不需堅守這些需求。在此一具體實施例中，GPU 250可配置以於影像資料圖框已經完全呈現至圖框緩衝區中時僅傳送影像資料圖框至顯示器210。每一個影像資料圖框可僅被傳送至顯示器210一次。一旦縮放單元230已經使一先前影像資料圖框演示於LCD面板216上，縮放單元230可計算當前圖框歷時之一估算值。
在一個具體實施例中，縮放單元230決定與視頻訊號中所含每一個影像資料圖框相關聯之圖框歷時，其是藉由計算在縮放單元230經由介面240而接收的每一個影像資料圖框的開始之間之延時而進行，利用例如顯示器210中所包含之系統時脈以及儲存於記憶體420中與影像資料圖框相關聯之時戳。每一個影像資料圖框的開始可以視頻訊號中所包含之一垂直同步訊號為特徵，該訊號使顯示器210將指示與該影像資料圖框的開始相關聯之一時戳儲存於記憶體420中。
在另一具體實施例中，GPU 250傳送與每一個圖框相關聯之元資料，其包括經由介面240而傳送之視頻訊號中的先前影像資料圖框之圖框歷時。縮放單元230從視頻訊號中讀取圖框歷時，並根據視頻訊號中所接收的一個或多個圖框歷時來決定當前圖框歷時之估算值。一旦縮放單元230已經決定了當前圖框歷時之估算值，縮放單元230即計算先前影像資料圖框之最小及最大複演率數值，以及選擇落在所計算之範圍內的一複演率數值。
然後縮放單元230可使先前影像圖框之縮放影像資料被重複傳送至TCON 220，以使先前影像圖框之縮放影像資料能於LCD面板216上重複地演示。縮放單元230傳送先前圖框之縮放影像資料至TCON 220的次數係根據複演率數值而定。再一次地，若縮放單元230所計算的當前圖框歷時之估算值不正確(亦即，下一個影像資料圖框是在估算的抵達時間之前或之後經由介面240而接收)，則縮放單元230會以小於或大於根據複演率數值而初始計畫次數之次數來將先前影像圖框之縮放影像資料傳送至TCON 220。
圖6根據另一具體實施例說明圖2之TCON 220的運作。在又一具體實施例中，用於確保顯示器會在顯示裝置的刷新頻率下限與上限內刷新LCD面板216之邏輯係於TCON 220內實施，而非於縮放單元230內實施。
TCON 220包括一控制單元610與記憶體620。記憶體620可包括DRAM及/或暫存器。TCON 220可為一固定功能之硬體單元，其係具現於顯示器210中所含之一ASIC(專用積體電路)上。在另一具體實施例中，TCON 220可被包含於含有縮放單元230的一較大ASIC上。控制單元610係配置以根據自縮放單元230接收之縮放影像資料而對列驅動器212及行驅動器214傳送訊號。TCON 220從縮放單元230接收一縮放影像資料圖框，其中縮放影像資料圖框係以例如列主要次序、一次一個元件數值地被接收。控制單元610接著利用列驅動器212和行驅動器214來定址特定像素，以根據縮放影像資料改變LCD面板216中的每一個像素值。
一旦TCON 220已經使先前影像圖框之縮放影像資料圖框 演示於LCD面板216上，TCON 220即以類似於上述縮放單元230所執行的方式來計算當前圖框歷時之估算值。換言之，TCON 220可計算從縮放單元230接收的每一個縮放影像資料圖框之間的延時，然後根據與一個或多個先前縮放影像資料圖框相關聯之延時時間估算當前圖框歷時。TCON 220接著可使用當前圖框歷時之此一估計值來計算先前影像資料圖框之最小與最大複演率數值，以及選擇落在該計算範圍內之一複演率數值。最後，TCON220可使先前縮放影像資料圖框基於最大複演率數值重複地演示於LCD面板216上。
在一個具體實施例中，TCON 220可與一刷新緩衝區相關聯，該刷新緩衝區係於從縮放單元230接收到縮放影像資料時儲存先前影像圖框之縮放影像資料。刷新緩衝區可經實施於記憶體620中的ASIC上。在另一具體實施例中，刷新緩衝區可經實施於可由TCON 220經由記憶體620中之一快取記憶體與一記憶體介面而加以存取之晶片外記憶體。舉例而言，刷新緩衝區可經實施於一外部DRAM內，且部分的刷新緩衝區可依需要而被取入記憶體620中的快取記憶體中。儲存的縮放影像資料接著可被TCON 220讀取，以於LCD面板216上另外演示先前影像圖框一或多次。
可替代地，刷新緩衝區可由縮放單元230管理。在此實施例中，TCON 220不從可由TCON 220存取之記憶體中讀取縮放影像資料，而是配置以傳送訊號至縮放單元230，使縮放單元230對TCON 220再次傳送先前影像圖框之縮放影像資料，使得先前影像圖框被刷新至LCD面板216。換言之，與縮放單元230相關聯之記憶體520可用以執行刷新緩衝區，而不多餘地儲存縮放影像資料。
可知的是，如上文所述，根據當前圖框歷時的估算值調整顯示裝置的動態刷新頻率係可由GPU 250、顯示器210的縮放單元230、或顯示器210的TCON 220執行。此外，上述各種具體實施例也可於系統700的圖形處理器706與顯示器708中實施，如下文所述。
圖7說明了一種例示系統700，各種前述具體實施例之各個架構及/或功能係可於該系統中實施。如圖所示，系統700包括至少一個中央處理器701，其係連接至一通訊匯流排702。通訊匯流排702可使用任何適當協定而經實施，例如PCI(週邊元件互連)、快速周邊元件互連(PCI-Express)、AGP(加速圖形埠)、超傳輸(HyperTransport)、或任何其他匯流排或點對點通訊協定。系統700也包括一主要記憶體704。控制邏輯(軟體)與資料係儲存於主要記憶體704中，其採用隨機存取記憶體(RAM)之形式。
系統700也包括輸入裝置712、圖形處理器706以及顯示器708，亦即傳統CRT(陰極射線管)、LCD(液晶顯示器)、LED(發光二極體)、電漿顯示器等。使用者輸入可接收自輸入裝置712，例如鍵盤、滑鼠、觸控板、麥克風等。在一個具體實施例中，圖形處理器706包括複數個著色器模組、光柵化模組等。每一個前述模組都甚至可位於一單一半導體平台上，以形成一圖形處理單元(GPU)。
在本發明說明書中，單一半導體平台可指單獨的單元半導體式積體電路或晶片。應注意，用語「單一半導體平台」也可指具有增強連接性的多重晶片模組，其係模擬晶片上運作、並對使用傳統中央處理單元(CPU)與匯流排之實施方式產生實質的改良。當然，根據使用者的需要， 各種模組也可獨立地置位(situate)，或位於各種半導體平台組合中。
系統700也可包括一次要儲存器710。次要儲存器710包括：例如一硬碟機及/或一可移除之儲存碟，代表例有軟碟機、磁帶碟機、壓縮碟機、數位通用碟機(DVD)、記錄裝置、通用串列匯流排(USB)快閃記憶體。可移除之儲存碟係以習知方式讀取及/寫入一可移除之儲存單元。
電腦程式或電腦控制邏輯演算法可經儲存於主要記憶體704及/或次要儲存器710中。這類電腦程式在被執行時，致使系統700執行各種功能。記憶體704、儲存器710及/或任何其他儲存器都是電腦可讀取媒體的可能實例。
在一個具體實施例中，各種前述圖式中所示架構及/或功能係可於中央處理器701、圖形處理器706、能夠執行中央處理器701與圖形處理器706兩者的至少一部份功能之積體電路(未示)、晶片組(亦即積體電路群組，其經設計以作為用於執行相關功能等之單元而工作與販售)、及/或與該問題相關之任何其他積體電路上下文中實施。
另外，各種前述圖式中所示架構及/或功能係可於一通用電腦系統、電路板系統、娛樂專用遊戲機系統、專用系統、及/或任何其他所需系統之上下文中實施。舉例而言，系統700可採用桌上型電腦、膝上型電腦、伺服器、工作站、遊戲機、嵌入式系統、及/或任何其他邏輯類型的形式。再另外，系統700可採用各種其他裝置之形式，包括、但不限於：個人數位助理(PDA)裝置、行動電話裝置、電視等。
此外，雖未繪示，但系統700可為通訊目的而耦接至網路(例 如電信網路、區域網路(LAN)、無線網路、廣域網路(WAN)，如網際網路、對等(peer-to-peer)網路、有線網路等)。
雖然上文中已說明了各種具體實施例，但應理解的是，它們係僅作為例示、而非限制而提出。因此，一較佳具體實施例的廣度與範疇並不受上述任一例示具體實施例所限制，而應僅由如附申請專利範圍及其等效例所定義。
100‧‧‧方法
110、120、130‧‧‧步驟

Claims (20)

  1. 一種方法，包括：使用一動態刷新頻率演示在一顯示裝置上的影像資料的一第一圖框，該顯示裝置係設置與設置於產生影像資料用於在該顯示裝置上演示的一處理單元來同步運作；計算用於一當前圖框歷時的一估算值，其中該當前圖框歷時表示被要求，以該處理單元，來呈現影像資料的一第二圖框至一圖框緩衝區的一時間；根據該當前圖框歷時，用於該顯示裝置的一最小允許圖框歷時，及用於該顯示裝置的一最大允許圖框歷時來決定一複演率數值，；及根據該複演率數值於該顯示裝置上重複演示影像資料的該第一圖框。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該顯示裝置係一液晶顯示器(LCD)、一發光二極體(LED)顯示器、一有機發光二極體(OLED)顯示器、及一主動矩陣式OLED(AMOLED)顯示器中之一者。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之方法，其中在該顯示裝置上演示影像資料的該第一圖框包括回應經由一視頻介面接收影像資料的該第一圖框而刷新複數個像素，以及其中在該顯示裝置上重複演示影像資料的該第一圖框包括以影像資料的該第一圖框刷新複數個像素與該複演率數值相同之次數。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中計算用於該當前圖框歷時的一估算值係包括計算與影像資料的該第二圖框相關聯之一呈現時間。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中計算用於該當前圖框歷時的一估計值係包括計算與N個影像資料的先前圖框相關聯之一平均呈現時間。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中決定該複演率數值包括計算一最大複演率數值，其是藉由將該當前圖框歷時除以該顯示裝置之該最小允許圖框歷時以產生一第一中間結果，將該第一中間結果下修至最接近的整數值以產生一第一修整結果，以及自該第一修整結果減1以產生該最大複演率數值。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之方法，其中決定該複演率數值包括計算一最小複演率數值，其是藉由將該當前圖框歷時除以該顯示裝置之該最大允許圖框歷時以產生一第二中間結果，將該第二中間結果上修至最接近的整數值以產生一第二修整結果，以及自該第二修整結果減1以產生該最小複演率數值。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之方法，其中決定該複演率數值包括選擇該複演率數值為大於或等於該最小複演率數值、以及小於或等於該最 大複演率數值之一整數。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該處理單元係一圖形處理單元(GPU)，配置以：計算用於該當前圖框歷時的一估算值；及決定該複演率數值。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之方法，其中該GPU係進一步配置以藉由將與影像資料的該第一圖框重複編碼於經由一介面傳送至該顯示裝置的一視頻訊號中，來使影像資料的該第一圖框的演示能於該顯示裝置上重複。
  11. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該顯示裝置的一縮放單元係配置以：計算用於該當前圖框歷時的一估算值；及決定該複演率數值。
  12. 如申請專利範圍第1項所述之方法，其中該顯示裝置的一時序控制器係配置以：計算用於該當前圖框歷時的一估算值；及計算該複演率數值。
  13. 一種非暫態之電腦可讀取儲存媒體，其儲存有指令，所述指令在由一處理器執行時係使該處理器執行下列步驟，包括：使用一動態刷新頻率演示在一顯示裝置上的影像資料的一第一圖框，該顯示裝置係設置與設置於產生影像資料用於在該顯示裝置上演示的一處理單元來同步運作；計算用於一當前圖框歷時的一估算值，其中該當前圖框歷時表示被要求，以該處理單元，來呈現影像資料的一第二圖框至一圖框緩衝區的一時間；根據該當前圖框歷時，用於該顯示裝置的一最小允許圖框歷時，及用於該顯示裝置的一最大允許圖框歷時來決定一複演率數值；及根據該複演率數值於該顯示裝置上重複演示影像資料的該第一圖框。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之非暫態之電腦可讀取儲存媒體，其中計算用於該當前圖框歷時的一估算值包括計算與影像資料的該第二圖框相關聯之一呈現時間。
  15. 如申請專利範圍第13項所述之非暫態之電腦可讀取儲存媒體，其中決定該複演率數值包括計算一最大複演率數值，其是藉由將該當前圖框歷時除以該顯示裝置之該最小允許圖框歷時以產生一第一中間結果，將該第一中間結果下修至最接近的整數值以產生一第一修整結果，以及自該第一修整結果減1以產生該最大複演率數值。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之非暫態之電腦可讀取儲存媒體，其中決定該複演率數值包括計算一最小複演率數值，其是藉由將該當前圖框歷時除以該顯示裝置之該最大允許圖框歷時以產生一第二中間結果，該第二中間結果上修至最接近的整數值以產生一第二修整結果，以及自該第二修整結果減1以產生該最小複演率數值；且選擇該複演率數值為大於或等於該最小複演率數值、以及小於或等於該最大複演率數值之一整數。
  17. 一種系統，其包括：一處理器，係配置以：演示在一顯示裝置上的影像資料的一第一圖框；使用一動態刷新頻率演示在一顯示裝置上的影像資料的一第一圖框，該顯示裝置係設置與設置於產生影像資料用於在該顯示裝置上演示的一處理單元來同步運作；計算用於一當前圖框歷時的一估算值，其中該當前圖框歷時表示被要求，以該處理單元，來呈現影像資料的一第二圖框至一圖框緩衝區的一時間；根據該當前圖框歷時，用於該顯示裝置的一最小允許圖框歷時，及用於該顯示裝置的一最大允許圖框歷時來決定一複演率數值；及根據該複演率數值於該顯示裝置上重複演示影像資料的該第一圖框。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中計算用於該當前圖框歷時的一估算值包括計算與影像資料的該第二圖框相關聯之一呈現時間。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中該處理單元係為一圖形處理單元(GPU)。
  20. 如申請專利範圍第17項所述之系統，其中該處理器係為該顯示裝置所含之一縮放單元與該顯示裝置所含之一時序控制器中之一者。
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