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CN1963901A - 用于显示设备中的功率电平控制的方法及装置 - Google Patents

用于显示设备中的功率电平控制的方法及装置 Download PDF

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CN1963901A CN200610144520.5A CN200610144520A CN1963901A CN 1963901 A CN1963901 A CN 1963901A CN 200610144520 A CN200610144520 A CN 200610144520A CN 1963901 A CN1963901 A CN 1963901A
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Abstract

本发明涉及一种用于显示设备的功率电平控制的方法，以及执行该方法的装置。经典地，按照要显示的图像的平均功率电平的函数来选择定义要用于子场编码的子场组织的功率电平模式，以保持显示设备的功耗恒定。根据本发明，提出按照输入帧频的函数来选择功率电平模式的方法，从而具有尽可能少的与标称峰值白色和全白值的偏离，同时防止板电源的过载。更具体地，按照输入帧频率的函数来修改视频帧内的维持脉冲数。

Description

用于显示设备中的功率电平控制的方法及装置
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，本发明改善根据光发射的占空比调制(脉冲宽度调制)原理的如等离子体显示板(PDP)之类的显示设备的输入帧频工作范围，同时，保持图像亮度和质量与标称的输入帧频值近似相同。
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，子场组织可以相对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。
针对给定的帧频来优化这种解决方案。确实，输入帧频通常是恒定的，但是，如果板与如处于特技(trick)模式的磁带录像机等非标准视频源相连，则输入帧频可能改变。当板与计算机相连时也是如此。对于一些图形卡，该频率可能显著地偏离标称频率。所以，这使得在没有如电源过载、或减小板的峰值白色和全白值等不希望效果的情况下，难以跟踪帧频的范围。
发明内容
本发明的目的是公开一种用于考虑了要显示的图像的帧频的功率电平控制的新方法和装置。
根据本发明，按照要显示的图像的平均功率电平和帧频的函数，来选择子场组织。
根据本发明，通过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，来实现本发明目的，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，所述方法包括
-确定要显示的图像的功率电平特有的功率值的步骤，以及
-测量输入图像的帧频的步骤，以及
-根据所述功率值和所述帧频，选择功率电平模式的步骤。
实际中，如果输入频率高于标称频率，则减少只按照功率值函数而选择的功率电平模式的维持脉冲数，如果输入频率低于通常为50Hz或60Hz的标称频率，则增加所述维持脉冲数。
图像的功率值优选地是要显示的图像的平均功率值。
本发明还涉及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，所述装置包括
-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，
-频率测量电路，用于测量输入图像的帧频，
-功率电平控制电路，用于根据所述功率值和所述帧频，选择功率电平模式。
在优选实施例中，功率电平控制电路包括：
-第一电路，用于将平均图像功率变换为第一维持脉冲数，
-第二电路，用于将输入图像的帧频变换为最大允许维持脉冲数和维持增益，
-第三电路，用于用所述维持增益乘以第一维持脉冲数，并产生第二维持脉冲数，
-第四电路，用于选择所述第二维持脉冲数与所述最大允许维持脉冲数之间的最小维持脉冲数，
-第五电路，用于将所述最小维持脉冲数变换为功率电平模式。
例如，第一、第二和第五电路是查找表。
本发明还涉及一种包括这种装置的等离子体显示设备。
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；以及
图3示出了图2设备的APL模式解码器的方框图。
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，以使由解码器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，以将视频信号RED[15:0]，GREEN[15:0]和BLUE[15:0]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。
根据本发明，提出了按照输入帧频的函数来选择功率电平模式的方法，从而具有尽可能少的与标称峰值白色和全白值的偏离，同时防止板电源的过载。更具体地，按照输入帧频率的函数来修改视频帧内的维持脉冲数。测量输入帧频。如果测量的帧频低于标称帧频(50或60Hz)，则选择每帧具有更高维持脉冲数的功率电平模式。如果测量帧频高于标称频率，则选择每帧具有更低维持脉冲数的功率电平模式。
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。在图1和2中，相同的参考符号用于相同的电路模块。在图2中，修改了APL模式解码器，现在其参考符号为30’。除了信号APL[9:0]，APL模式解码器30’还接收信号V_PULSE，信号V_PULSE是板的垂直同步信号。
图3示出了APL模式解码器30’的方框图。提出的电路30’包括第一查找表301，用于将APL值APL[9:0]变换为与功率电平模式的维持脉冲数相对应的第一维持脉冲数SUS_NB1[9:0]，其中功率电平模式与所考虑的APL值适配。电路30’还包括帧频测量电路302，用于根据信号V_PULSE来测量输入帧的频率。更具体地，电路30’将V_PULSE序列转换成指定输入视频信号的垂直频率范围的八位编码数字信号FREQUENCY[7:0]。这种测量电路是经典电路，通常包括在每个垂直脉冲处将计数器复位、接着将终端计数值(当紧跟的垂直脉冲再次将计数器复位时)与一组参考值相比较，其中一个参考值是针对每一个可能的频率结果的。然后，可以是查找表的频率控制电路303将频率信号FREQUENCY[7:0]转换成一组两个维持数控制信号：
-信号FREQ_SUST_GAIN[9:0]：维持增益因子，用于减少或增加视频帧内的维持脉冲的总数。当输入帧频低于标称频率(50或60Hz)时，该因子大于1，当输入帧频高于标称频率时，该因子小于1。
-信号FREQ_SUST_HIGH[9:0]：代表针对给定帧频的最高允许维持脉冲数。这很重要，这是因为，如果输入帧频增加，则视频帧的时间更短，从而将减小在视频帧内可产生的维持脉冲的最大数目。
接着，通过乘法器电路304，将维持脉冲数SUS_NB1[9:0]与信号FREQ_SUST_GAIN[9:0]相乘。乘法器电路304产生第二维持脉冲数SUS_NB2[9:0]。在图3的示例中，增益因子FREQ_SUST_GAIN[9:0]等于比率
Figure A20061014452000091
，以便对于不同的输入帧频，增益因子具有足够的精度。因此，在乘法器电路304中，将增益因子FREQ_SUST_GAIN[9:0]除以512。
接着，电路305将第二维持脉冲数SUS_NB2[9:0]与允许维持脉冲数FREQ_SUST_HIGH[9:0]相比较，电路305选择这两个值之间的最小值。然后，维持模式查找表306将电路305输出的参考符号为SUS_NB3[9:0]的维持脉冲数转换为功率电平模式APL_MODE[9:0]。两个查找表301和306的内容使得如果将两者直接相连，则它们的工作与图1的APL模式解码器30所用的查找表等效。
电路30’的工作原理是按照测量的帧频FREQUENCY[7:0]的函数来改变LUT301输出的维持脉冲总数SUS_NB1[9:0]，从而选择适合的功率电平模式APL_MODE[9:0]。
以下给出信号FREQUENCY[7:0]、FREQ_SUST_GAIN[9:0]和FREQ_SUST_HIGH[9:0]的示例。在这个表中，假设视频帧包括针对全白图像的200个维持脉冲和针对峰值白色图像的1000个维持脉冲。为简单起见，示出了标称频率60Hz左右的降低的输入帧频数。
FREQUENCY[7:0]  FREQ_SUST_HIGH[9:0]  FREQ_SUST_GAIN[9:0]
66Hz  900  465(＝512/66*60)
65Hz  800  472
64Hz  960  480
63Hz  970  487
62Hz  980  495
61Hz  990  503
60Hz  1000  512(1/512)
59Hz  1000  520
58Hz  1000  529
57Hz  1000  538
56Hz  1000  548
55Hz  1000  558
54Hz  1000  568(＝512/54*60)
这个表作为示例示出，并且允许一些其它可能的情况。如果输入帧频高于标称频率，则因为减少了用于产生所有标称维持脉冲的时间(更短的帧周期)，所以必须减小最大允许维持脉冲数FREQ_SUST_HIGH[9:0]。如果输入帧频低于标称频率，则由于还没有定义产生多于1000个维持脉冲的功率电平模式APL_MODE[9:0]，所以无法增加最大允许维持脉冲数FREQ_SUST_HIGH[9:0]。
还如表中所示，施加到维持脉冲数SUS_NB1[9:0]上的增益FREQ_SUST_GAIN[9:0]与输入帧频成反比，并且如上所述，等于比率。这样，对于整个所考虑的输入帧频范围，图像亮度保持近似恒定。
PDP制造商将会考虑到PDP控制电路和驱动器的物理限制，仔细地生产这个表。
在此呈现的本发明是对经典功率管理电路的改进。本发明提出了简单、容易的方法，以改进整个输入帧频范围中的功率管理。对于用户的有益之处在于，即使在处理非标准输入视频信号时，也总是存在生成的图像。
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，可以使用最大允许维持脉冲数FREQ_SUST_HIGH[9:0]或增益FREQ_SUST_GAIN[9:0]的其它值，可以使用其它输入帧频范围。
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质量。

Claims (6)

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，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，所述方法包括
-确定要显示的图像的功率电平特有的功率值(APL[9:0])的步骤，以及
所述方法的特征在于还包括
-测量输入图像的帧频(FREQUENCY[7:0])的步骤，以及
-根据所述功率值(APL[9:0])和所述帧频(FREQUENCY[7:0])，选择功率电平模式(APL_MODE[9:0])的步骤。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，图像的功率值是所述图像的平均功率值(APL[9:0])。
3.一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，所述装置包括
-平均图像功率电路(10)，用于确定要显示的图像的功率电平特有的功率值(APL[9:0])，
所述装置的特征在于还包括
-频率测量电路(302)，用于测量输入图像的帧频(FREQUENCY[7:0])，
-功率电平控制电路(301，303，304，305，306)，用于根据所述功率值(APL[9:0])和所述帧频，选择功率电平模式(APL_MODE[9:0])。
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，功率电平控制电路包括：
-第一电路(301)，用于将平均图像功率变换为第一维持脉冲数(SUS_NB1[9:0])，
-第二电路(303)，用于将输入图像的帧频(FREQUENCY[7:0])变换为最大允许维持脉冲数(FREQ_SUST_HIGH[9:0])和维持增益(FREQ_SUST_GAIN[9:0])，
-第三电路(304)，用所述维持增益(FREQ_SUST_GAIN[9:0])乘以第一维持脉冲数(SUS_NB1)，并产生第二维持脉冲数(SUS_NB2)，
-第四电路(305)，用于选择所述第二维持脉冲数(SUS_NB2)与所述最大允许维持脉冲数(FREQ_SUST_HIGH[9:0])之间的最小维持脉冲数(SUS_NB3)，
-第五电路(306)，用于将所述最小维持脉冲数(SUS_NB3)变换为功率电平模式(APL_MODE[9:0])。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，第一、第二和第五电路(301，303，306)是查找表。
6.根据权利要求3到5之一所述的装置，其中，所述装置被包括在显示设备中，特别是在等离子体显示设备中。
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