專利名稱:顯示設(shè)備的功率電平控制方法及實現(xiàn)該方法的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及顯示設(shè)備的功率電平控制方法及實現(xiàn)該方法的裝置。
具體地說，本發(fā)明緊密涉及一種為改進圖像的圖像質(zhì)量所用的視頻處理方法，這些圖像是被顯示在等離子顯示板(PDP)之類的顯示器上的，同時也涉及光發(fā)射/反射/傳輸?shù)恼伎斩日{(diào)制(脈沖寬度調(diào)制)原理為基礎(chǔ)的所有類型顯示器。特定的權(quán)利要求
是在功率電平控制的顯示板溫度估算方面。
背景技術(shù)：
就圖像質(zhì)量來說，白電平峰值是最為重要的。白電平峰值增強系數(shù)(PWEF)可被定義為白電平峰值亮度與通常稱之為全白電平的均勻白電場亮度之間的比。各種顯示器用的CRT的PWEF達到5，第一代PDP的特點是白電平峰值與最大平均亮度之比大約為2。這比在舊有的CRT技術(shù)中所達到的要差得多。
等離子顯示板(PDP)利用僅能“開”或“關(guān)”的放電元件的矩陣。與以光發(fā)射的模擬控制表示灰度級的CRT或LCD不同，PDP是通過調(diào)制每幀光脈沖(保持脈沖)數(shù)量控制灰度級。眼睛將在對應(yīng)眼睛時間響應(yīng)的周期內(nèi)積分這個時間調(diào)制。
較多的保持脈沖對應(yīng)較高的亮度峰值。較多的保持脈沖也對應(yīng)在PDP中流動的較大功率。PDP控制能產(chǎn)生或多或少的作為平均圖像功率函數(shù)的保持脈沖，也就是說，PDP控制是在不同功率電平模式之間進行切換的。在這個文件中，給定模式的功率電平被定義為用于100ire視頻區(qū)域中激活的保持放電的數(shù)量。功率電平模式的可用范圍被認為近似等于PWEF。
申請人:的前一個歐洲專利申請No.99101977.9報告了一項技術(shù)，通過在數(shù)量上和范圍上增加可用功率電平模式的數(shù)量，并在亮度電平選擇控制中引入滯后電路，提高PDP的PWEF。這一技術(shù)使PWEF值達到5。
PDP具有大表面。PWEF是5雖然對圖像質(zhì)量有好處，但有不利的方面，即在某些環(huán)境中，功率消耗長時間集中在顯示板的小表面上。如果這種模式長時間施延(這可能出現(xiàn)在靜止的圖像情況下)，顯示板的局部過熱可能表現(xiàn)出不能接受的值。
在WO 99/30309中已經(jīng)提出，為了功率電平控制的目的，在PDP中除了平均圖像電平檢測器和圖像峰值電平檢測器以外，還提供顯示板溫度檢測器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是進一步改進PDP這樣的顯示器的功率電平控制。
根據(jù)本發(fā)明，為功率電平控制的目的，用局部溫度估算器代替簡單的溫度檢測器。這樣做的優(yōu)點是，在靜止圖像的情況下，僅在小范圍內(nèi)有高亮度值，采用切換至較低功率電平模式的方法，顯示板能可靠地被保護而防止局部溫度過熱。
本發(fā)明能與任何提供高PWEF系數(shù)的白電平峰值增強電路一起被應(yīng)用，而不僅限于PDP。
換句話說，本發(fā)明的一個主要概念是試圖建立一種模式，它將顯示板的局部過熱描述為被顯示的視頻圖像的函數(shù)，并以此信息去控制白電平峰值增強環(huán)路的操作。
本發(fā)明也關(guān)系到為實現(xiàn)本發(fā)明的方法所用的一種有用的裝置。這個裝置包括具有高PWEF顯示器的熱保護電路，并包括下列部件1、局部功率電平確定單元。
2、局部溫度估算單元。
3、最高局部功率電平確定單元。
4、作為被估算的最高局部溫度值函數(shù)的最高可允許功率電平模式的選擇器。這個函數(shù)包括滯后，以防止可覺察的亮度振蕩出現(xiàn)。
5、當(dāng)前功率電平值限幅器，限制所選擇的最高可允許功率電平。這個限幅器實際上執(zhí)行保護功能，因為它確定子域結(jié)構(gòu)和對應(yīng)于確定流入PDP的能量的保持脈沖產(chǎn)生。



本發(fā)明的實施例被圖解于附圖中，并在下面的描述中被更詳細地說明。
在圖中圖1表示用以解釋PDP的子域概念的圖解；圖2表示兩個不同的子域結(jié)構(gòu)，以圖解在白電平峰值增強的不同功率電平模式之間切換的概念；圖3表示等離子顯示裝置，包括例如從EP99101977.9中已知的功率電平控制裝置的方塊圖；圖4表示圖1中所示的裝置中的功率電平選擇所用的滯后曲線；圖5表示包括本發(fā)明功率電平控制裝置的等離子顯示裝置的方塊圖；圖6表示為局部溫度估算，將顯示板劃分為象素塊的第一劃分法；圖7表示為局部溫度估算，將顯示板劃分為象素塊的第二劃分法，允許部分塊重疊；圖8表示為局部溫度估算，將顯示板劃分為象素塊的第三劃分法，允許部分塊重疊；圖9表示最高功率電平極限選擇所用的滯后曲線。
具體實施方式
現(xiàn)在借助于實例解釋本發(fā)明的原理。要特別注意的是，實際執(zhí)行中的數(shù)值可能不同于這里所示的數(shù)值，特別是所用子域的數(shù)目和加權(quán)，和實際的保持脈沖的數(shù)目。
在視頻信號處理領(lǐng)域中，8-位表示亮度電平是很普通的。在這種情況下，每一視頻信號電平將由下列8-位的組合來表示20＝1，21＝2，22＝4，23＝8，24＝16，25＝32，26＝64，27＝128
為了用PDP技術(shù)實現(xiàn)這種編碼方案，幀周期將被分成通常稱為子域的8個子周期，每個子周期與8-位之一相對應(yīng)。用于位21＝2的光發(fā)射持續(xù)時間是位20＝1的兩倍等等。采用這種8個子周期的組合，我們能夠建立256種不同的灰度級。例如，灰度級92將對應(yīng)于數(shù)字碼字％1011100。應(yīng)該了解，在PDP技術(shù)中，子域由每個具有相等幅度和相等間隔的對應(yīng)小脈沖數(shù)組成。當(dāng)沒有運動時，觀察者的眼睛將在約一幀周期內(nèi)積分所有的子周期，并且將有令人滿意的正確灰度級。上述子域結(jié)構(gòu)如圖1所示。注意，圖1在這方面做了些簡化，在尋址(掃描)和保持之后，尋址等離子單元和消除等離子單元的時間周期沒有明確地表示出來。但是，熟悉這方面的人都知道，在等離子顯示技術(shù)中，上述時間周期在每一子域出現(xiàn)。這些時間周期是強制性的，并且對于每一子域它們是常數(shù)。
當(dāng)所有的子域被激勵時，光照期有與255個相對時間單元有關(guān)的相對持續(xù)時間。選擇225這個數(shù)，為的是能夠連續(xù)使用上述8位表示的亮度電平，或者用于PDP的RGB數(shù)據(jù)。圖1中的第二子域具有例如2個相對時間單元的持續(xù)時間。在PDP技術(shù)的域中，子域的相對持續(xù)時間常常稱為子域的‘加權(quán)’，這個措詞在后面也要用到。
一種高效率的白電平峰值增強控制電路要求大量的離散功率電平模式，用于將視頻信號電平(RGB-，YUU-信號)的8位字映射到各個子域碼字。切換不同功率模式之間進行，如申請人在歐洲專利申請99101977.9中所描述的。因此，為公開本發(fā)明，也涉及這個申請的內(nèi)容。
在圖2中，簡單地表示動態(tài)子域結(jié)構(gòu)如何工作的原理。所表示的是具有不同功率電平的兩種模式。
在第一種模式中，子域結(jié)構(gòu)由11個子域SF組成，在第二種模式中，子域結(jié)構(gòu)由9個子域組成。每一子域SF包括尋址周期sc(掃描周期)，其中，由每個象素的碼字確定的對每個等離子單元充電或者不充電；保持周期su，其中，預(yù)充電的等離子單元被激勵發(fā)光；和消除周期er，其中，等離子單元被放電。在9個子域的情況下，尋址(掃描)所需的時間較少，因此，較多的時間用于保持脈沖(黑色的區(qū)域比較大)。子域的消除和掃描時間與相應(yīng)的子域加權(quán)無關(guān)。從圖上可以看出，兩種所示情況的子域位置和子域加權(quán)是不同的。例如，在第一種所示情況下，第七子域的加權(quán)是32，而在第二種情況下，第七子域的加權(quán)是64。所述尋址，消除和保持所用的相對時間持續(xù)期只是示范性的，而在某些實現(xiàn)中可以是不同的。同樣，具有低加權(quán)的子域位于場/幀周期的開始，而具有較高加權(quán)的子域位于場/幀周期的末尾，這一點不是強制性的。
假定一臺PWEF為5的PDP設(shè)備。視頻信號被從0至255進行編碼。在較低功率電平的模式下，對于100ire，功率電平控制產(chǎn)生了最大為5*255個保持脈沖(白電平峰值)，最小為255個脈沖(全白)。
利用4種不同的主要模式來描述解決方案模式112個子域(2*255個保持脈沖)1-2-4-8-16-32-32-32-32-32-32-32模式211個子域(3*255個保持脈沖)1-2-4-8-16-32-32-40-40-40-40模式310個子域(4*255個保持脈沖)1-2-4-8-16-32-48-48-48-48模式49個子域(5*255個保持脈沖)1-2-4-8-16-32-64-64-64這4種模式的每一種又可劃分為16個子模式，它們使用相同的子域數(shù)目，但將100ire編碼為不同的數(shù)值(動態(tài)預(yù)定標(biāo))。總共列出了67個子域模式，對應(yīng)于67個功率電平(100ire的保持脈沖數(shù))，從255逐漸增加到1275。
EP專利99101977.9公開的白電平峰值增強電路表示在圖3中。
RGB數(shù)據(jù)在平均功率測量塊中被分析，該平均功率測量塊將整個圖像所計算的平均功率值(AP)給于PWEF控制塊?？紤]到早先被測量的平均功率值和被存儲的滯后曲線，PWEF控制塊查詢它的內(nèi)部功率電平模式表，并直接產(chǎn)生用于其它處理塊的被選擇模式的控制信號。它選擇將要使用的預(yù)定標(biāo)系數(shù)(PS)和子域編碼參數(shù)(CD)。例如有子域的數(shù)目，子域的定位，子域的加權(quán)和子域的類型。它也控制將RGB象素數(shù)據(jù)寫入幀存儲器(WR)和從第二幀存儲器(RD)讀取RGB子域數(shù)據(jù)，并控制尋址線的串行至并行的轉(zhuǎn)換電路(SP)。最后，產(chǎn)生驅(qū)動PDP驅(qū)動器電路所要求的“掃描”和“保持”脈沖。
在專利申請EP 99101977.9中也曾顯示過的圖4示出作為被測圖像平均功率(ap)的函數(shù)的功率電平選擇的動態(tài)控制。
如所預(yù)料的一樣，當(dāng)圖像功率電平增加時，選擇功率電平減少的模式。有一個控制函數(shù)的滯后環(huán)。當(dāng)圖像平均功率增加時，在頂線上的功率電平模式被選擇。當(dāng)圖像功率減少時，在底線上的功率電平模式被選擇。當(dāng)圖像平均功率向增長方向變化時，兩條線之間的點被選擇。用這種功率電平控制方法，保乎了PDP的功率源。在具有高平均圖像功率值的圖像情況下，功率源的過載被避免。另一方面，在低平均圖像功率值的情況下，產(chǎn)生更多的保持脈沖，功率源可提供所要求的電流而不會過載。
圖5描述帶PDP熱保護電路的白電平峰值增強電路，它是本發(fā)明的核心。所畫的粗線方塊表示組成保護電路的方塊。
這個保護電路以本申請人的另一個歐洲專利申請，申請?zhí)枮?9112906.5中所描述的電路為基礎(chǔ)。
首先，描述局部功率測量塊。主要的概念是把整個顯示面劃分為許多塊Sij，然后，集合(相加)塊中所有象素的輸入視頻信號電平，即對每個象素而言，三種彩色分量的平均值被相加，因此得到PijPij＝∑(k∈Sij)(Rk+Gk+Bk)這里k表示屬于Sij的所有象素。
就熱過載來說，很亮的小點比起具有相同總功率的某些較大的光點來，可能更不適宜。為處理這個因素，建議對RGB象素分量求平方甚至立方，類似下面的等式
Pij＝∑(k∈Sij)(Rk2+Gk2+Bk2)Pij＝∑(k∈Sij)(Rk3+Gk3+Bk3)在圖6中，表示等離子顯示器劃分為塊Sij的第一實例。為了易于形象化，單元用圓角邊表示，但是，在實際實現(xiàn)中最好用矩形。在所示的實例中，有總數(shù)40個單元，但在實際實現(xiàn)中，單元數(shù)目可以更高。
如果使塊重疊，例如在圖7和8中所示，可以改善整個顯示表面的塊Sij的劃分。
如果沒有塊的重疊，當(dāng)亮點出現(xiàn)時，例如，恰好在兩個塊的邊界上，則可能檢測不到。采用單元依次重疊，將總有一個單元包含任意亮點，而與亮點的位置無關(guān)。
下面，說明圖5中的方塊19中的局部溫度估算。如果已經(jīng)計算過被消耗的功率，下一步驟是建立為每個圖像塊分配局部溫度值的模型。需要指出的是，許多種模型都是可能的，某些很簡單，某些相當(dāng)復(fù)雜，這就要去尋找復(fù)雜性的折衷方法。這里，描述一些可能的方法，記住，即使最簡單的近似也比完全沒有保護好。
在第一個近似中，給定塊的溫度等于先前的溫度估算T(i，j)t-1，加上在現(xiàn)行幀周期中塊所消耗的功率a.p(i，j)t，減去相應(yīng)于在每幀時間中給于環(huán)境的熱量耗散項DT(i，j)t＝T(i，j)t-1+a.p(i，j)t-D假定熱消耗正比于實際溫度，這個模型可被改進T(i，j)t＝T(i，j)t-1+a.p(i，j)t-b(i，j)t-1進一步，一些鄰近塊的熱消散也可被考慮T(i，j)t＝T(i，j)t-1+a.p(i，j)t-b.T(i，j)t-1-c.T(i-1，j)t-1-T(i，j)t-1]-
c.T(i+1，j)t-1-T(i，j)t-1]-c.T(i，j-1)t-1-T(i，j)t-1]-c.T(i，j+1)t-1-T(i，j)t-1]-新的被相加項可能或是負的(如果鄰近塊比較冷)或是正的(如果鄰近塊比較熱)。最后，作為最終的更精致的模型，對角線上的熱耗散通過另加四項也被考慮，不過，對于所有的實際用途，所示模型的復(fù)雜性應(yīng)當(dāng)是足夠的了。
上述模型也涉及邊界效應(yīng)。在邊界上的或者在拐角上的一些塊，由于它們有較少的鄰近塊，所以有較少耗散的可能性。對于相同的消耗功率，它們可能較快地過熱，但是采用這里最后表示的模型，它們應(yīng)當(dāng)能被正確地檢測。
下面，說明方塊20中的最大溫度確定。在尋求最高局部溫度MT的方法中，在現(xiàn)用實例中，要求計算方塊18中的40個Pij的數(shù)值(40＝5行*8列)和方塊19中的相應(yīng)的40個Tij的數(shù)值，然后求方塊20中的最大值。這需求每幀用大量并行工作的視頻積分器做很多的操作。
但是加熱是很慢的過程，可使用如下的近似1.對每一幀，計算單一圖像塊的消耗，也就是每40幀為一組(在這個實例中)，每一塊中功率消耗只被估算一次。
2.對于所選圖像塊，計算方塊19中的局部溫度，使用如下表示式T(i，j)t＝T(i，j)t-40+a.p(i，j)t-b.T(i，j)t-40-c.(i-1，j)t-40-T(i，j)t-40]-c.(i+1，j)t-40-T(i，j)t-40]-c.(i，j-1)t-40-T(i，j)t-40]-c.(i，j+1)t-40-T(i，j)t-40]-這里，下標(biāo)t-40表示相應(yīng)的溫度值是先前在最多40幀計算的一個舊值。當(dāng)然，功率消耗項a.p(i，j)t忽略了在相同塊的兩個溫度估算之間來自40個幀的所有功率消耗，這是該模型的缺點。但是已證明，實際上這個誤差對于TV圖像來說是可接受的。對于用作計算機監(jiān)示器的PDP來說，溫度估算花費較多是合理的，因為這里被顯示的多數(shù)圖像是靜止的圖像。
3.在方塊20中更新MT值(最高溫度)。為了完成這一任務(wù)，要求知道用于確定MT值的塊的編號(i，j)t是否與先前求得MT值(MTt-1)的塊的編號(i，j)maxt-1相符。
如果塊的編號相同，((i，j)t＝(i，j)maxt-1)則MTt＝Tij。
如果塊的編號不相同，((i，j)t？(i，j)maxt-1)如果(Tij＞MTt-1)則MTt＝Tij和(i，j)maxt＝(i，j)t其余MTt＝MTt-1上述算法在圖5的方塊20中進行。這一近似將使計算的復(fù)雜性減少到40分之一。
圖9描述最高功率電平選擇電路21的功能。它顯示作為被估算的最高顯示板局部溫度(mt)函數(shù)的最高被允許功率電平(plm)。
對于低的最高局部溫度值，白電平峰值電平不需要減少。對于較高的值，最大白電平峰值電平逐漸被減少。在圖中的限制值，PWEF已從原始值5減小到2(全白色，對應(yīng)于功率電平255)。
象所描繪的滯后曲線那樣某些滯后是內(nèi)置的，以避免主要來源于測量誤差或被顯示的視頻信號噪聲的小幅度振蕩。
溫度估算模型是對被消耗的功率變化緩慢地起反應(yīng)的模型。這是正確的，因為顯示板溫度也是緩慢地對被消耗的功率起反應(yīng)。由于被估算的顯示板溫度的這種緩慢反應(yīng)，保護電路也緩慢地反應(yīng)，如上所述，對多數(shù)應(yīng)用是足夠的；它還有附加優(yōu)點它的操作不被觀看圖像的人感覺到。
最后，將說明功率電平限制方塊22的功能。這個電路是一個簡單的限幅器，它只在危險的局部過熱已被檢測到時才起作用。它不改變白電平峰值增強電路的功能。它只限制可利用于白電平峰值增強控制電路的功率范圍。例如，如果從方塊21輸出的最高功率電平值是765，那么，專利EP 99101977.9中只有前34種功率電平模式可選用。功率電平的其余模式被禁用。
所述電路和算法執(zhí)行保護功能，它的意思是，對于多數(shù)的視頻信號圖像，將是無效的，只在靜態(tài)亮點情況下，白電平峰值增強系數(shù)才被衰減。
本發(fā)明也可用于基于CRT的顯示器，那里的局部過熱可能引起局部拱曲問題。局部拱曲是圖像的彩色失真，因為CRT掩模的局部變形，是由管子彩色掩模的局部過熱而引起的。
沒有保護電路的動態(tài)白電平峰值控制也是可能的。但是圖像的質(zhì)量將是不相同的，因為動態(tài)白電平峰值控制對PWEF將使用有所限制的范圍，以便避免不能接受的局部過熱。
權(quán)利要求
1.一種用于有多個與圖像象素相應(yīng)的顯示單元的顯示設(shè)備中的功率電平控制方法，其中，使用功率電平模式選擇方法提高顯示器的白電平峰值增強系數(shù)，在這個過程中，視頻圖像的功率值被測量，相應(yīng)的功率電平模式被選擇，用以控制顯示器的對比度，其中，圖像被劃分為若干塊(S11-S58)，其中，在每個塊(S11-S58)中，從象素彩色分量的視頻信號電平得出的視頻信號電平或值被求和，以便確定圖像的局部功率值(LP)，其特征在于，根據(jù)所述局部功率值(LP)和先前估算的局部溫度值對顯示器的相應(yīng)塊進行局部溫度估算，其中，在估算的局部溫度值中，選擇顯示器中的最高局部溫度(MT)，其中，根據(jù)最高局部溫度(MT)進行最高功率電平限制(PLM)確定，其中，功率電平限制(PLM)被用來在功率電平模式選擇過程中，將可選擇的功率電平模式的范圍限制為功率電平低于或等于所述功率電平限制(PLM)的各功率電平模式。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1所述的方法，其特征在于，對于一個塊(S11-S58)的局部溫度估算，不僅要考慮這個局部塊(S11-S58)的功率消耗，也要考慮若干鄰近塊(S11-S58)的功率消耗。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1或2所述的方法，其特征在于，確定顯示器中的最高局部溫度是在若干視頻幀中一次進行。
4.根據(jù)權(quán)利要求
3所述的方法，其特征在于，確定局部功率值和估算局部溫度只在一個幀周期內(nèi)的整個圖像的一個或多個被選擇的塊中進行。
5.根據(jù)權(quán)利要求
3或4所述的方法，其特征在于，圖像被劃分為40塊，確定最高局部溫度在40個幀周期內(nèi)一次進行。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1至5之一所述的方法，其特征在于，在相應(yīng)于所確定的最高局部溫度的最高可允許局部功率電平限制之間的切換用功率電平模式對圖像功率兩者的關(guān)系曲線控制，如果圖像功率增加則曲線下落，如果圖像功率降低則曲線上升，如果圖像功率值的變化方向改變，曲線分別地上升和下落，在下落和上升之間有延遲。
7.實現(xiàn)前面權(quán)利要求
之一的方法所用的裝置，該裝置包括功率電平確定和選擇單元(16，17)，局部功率確定單元(18)，其中，一個圖像被劃分為若干塊(S11-S58)，在每一塊(S11-S58)中，由象素的彩色分量視頻信號電平得出的視頻信號電平或值，被相加起來，以便確定圖像的局部功率值(LP)，其特征在于所述裝置進一步包括局部溫度估算器(19)，該估算器(19)根據(jù)所述局部功率值(LP)和先前估算的局部溫度值估算圖像的每塊局部溫度；最高局部溫度選擇器(20)，該選擇器(20)從所估算的局部溫度中選擇最高局部溫度；最高功率電平限制選擇器(21)，該限制選擇器(21)將最高功率電平極限分配給所選擇的最高局部溫度；功率電平限幅器(22)，其中，功率電平限幅器(22)將功率電平模式選擇器(21)中可選的功率電平模式的范圍限制為具有低于或等于所述被選擇的最高功率極極限(PLM)的功率電平的功率電平模式。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7所述的裝置，其特征在于，所述裝置被集成在等離子顯示設(shè)備中。
專利摘要
等離子顯示板(PDP)對TV技術(shù)變得越來越有吸引力。圖像質(zhì)量的一個重要判據(jù)是白電平峰值增強系數(shù)PWEF。在先前的專利申請中，曾提出過顯示中的功率電平控制方法，以此能提高PWEF。PWEF的提高，可能引發(fā)等離子體單元局部過熱的問題。本發(fā)明提出一種保護電路可處理這一問題。為防止等離子顯示器局部過熱，提供一種方法，這種方法進行這些步驟局部功率值確定(18)，局部溫度估算(19)，最高局部溫度確定(20)和最高功率電平極限確定(21)。功率電平限制，影響顯示設(shè)備中的功率電平控制過程(22)，結(jié)果是局部過程被避免，最高的可能PWEF可被使用。本發(fā)明也涉及實現(xiàn)所提出的方法的相應(yīng)設(shè)備。
文檔編號H04N5/66GKCN1313992SQ00812796
公開日2007年5月2日 申請日期2000年7月31日
發(fā)明者卡洛斯·科雷亞, 塞巴斯蒂安·魏特布魯赫, 賴納·茨溫格 申請人:湯姆森許可貿(mào)易公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan