專利名稱：非線性灰度定標(biāo)方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及顯示設(shè)備，尤其涉及顯示設(shè)備的灰度定標(biāo)校正。
通信設(shè)備頻頻升級以提供更強(qiáng)大的功能使設(shè)備接收和處理日益增長的數(shù)據(jù)量。例如，尋呼機(jī)正在達(dá)到一種要求圖形用戶接口(GUI)讓用戶能控制尋呼機(jī)工作的復(fù)雜水平。一種高分辨率的發(fā)射式顯示器例如集成式發(fā)光二極管(LED)顯示器提供可在低功率電平獲得高可見度的GUI，它用于觀察圖形圖像。數(shù)字發(fā)光度數(shù)據(jù)提供使LED顯示器象素照亮到期望亮度水平所需的信息。
組成LED顯示器的LED象素的特征是線性灰度定標(biāo)，其中LED象素在發(fā)光度數(shù)據(jù)的可能數(shù)值范圍用相等發(fā)光度步幅的一個有限序列照亮。亮度與發(fā)光度的區(qū)別在于發(fā)光度可用物理方法度量，而亮度則是人眼觀察發(fā)光度時的主觀感覺。使用LED顯示器的一個問題是從線性的發(fā)光度定標(biāo)得不到線性的亮度定標(biāo)，因為人的眼睛對發(fā)光度有一個非線性的對數(shù)的響應(yīng)。在低發(fā)光度水平時，發(fā)光度的一個小變化容易被感覺成亮度的變化。但是，在高發(fā)光度水平時，同等的發(fā)光度變化則幾乎不產(chǎn)生可感覺得到的亮度變化。亮度步幅在高發(fā)光度水平的壓縮大大縮減了顯示器的亮度動態(tài)范圍，給大多數(shù)圖像以一個不精確的被洗過的形態(tài)。這種不準(zhǔn)確性在那些從圖像源例如互連網(wǎng)下載的圖象上特別容易看出，因為那些圖像為了在其灰度定標(biāo)函數(shù)本來就是非線性的陰極射線管上顯示，一般都是經(jīng)過預(yù)調(diào)的。
因此，有必要校正用于在線性灰度定標(biāo)顯示設(shè)備上觀察的數(shù)字編碼圖像，以便向人眼描繪出更精確的圖像。


圖1是無線通信設(shè)備的一個方框圖；圖2是作為發(fā)光度數(shù)據(jù)的函數(shù)的發(fā)光度和亮度的曲線圖；圖3是耦連到行和列控制電路的顯示設(shè)備原理圖；以及圖4是行驅(qū)動電路的一個方框圖。
圖1示出諸如尋呼機(jī)或蜂窩電話一類無線通信設(shè)備100的一個方框圖。天線102、RF電路104和解調(diào)器106組成無線通信設(shè)備100的接收電路部分。天線102接收所發(fā)射的RF載波信號(一般都是經(jīng)過諸如用于操縱通信設(shè)備100的控制數(shù)據(jù)和表示下載圖像的視頻數(shù)據(jù)一類的數(shù)字信號調(diào)制的)。RF載波信號被耦合到用于調(diào)諧和放大的RF電路104。放大了的RF載波信號被解調(diào)器106接收，以還原為一個在耦連到行控制電路108的數(shù)據(jù)輸入端的四芯輸出總線120上的四位數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流VDATA。輸出總線120的寬度可以隨無線通信設(shè)備100的要求變化，該總線包括以串行方式提供的視頻數(shù)據(jù)流VDATA的單芯導(dǎo)線。視頻數(shù)據(jù)流VDATA包含有數(shù)字控制信息和一個用于在顯示器110上顯示圖形圖像的四位發(fā)光度字流。
顯示器110是一個顯示設(shè)備，包括一個組織成72行和120列的LED器件陣列。顯示器110具有72行，它們被耦合到分支(node)ROW0至ROW71并與行控制電路108的輸出對應(yīng)。顯示器110具有120列，它們被耦合到分支COL0至COL119并與列控制電路112的輸出對應(yīng)。LED象素在選中一個列并且激勵一個行時被照亮。
列控制電路112以列掃描方式工作，在這種方式下，通過在分支COL0至COL119的一個分支上向顯示器110提供列驅(qū)動信號而選出顯示器110的一個列。借助列選擇信號通過諸列重復(fù)鐘控列控制電路112。被選列的LED象素由行控制電路108的相應(yīng)輸出并聯(lián)激勵。視頻數(shù)據(jù)流VDATA的發(fā)光度字通過一般工作于1.25兆赫的系統(tǒng)時鐘Vclock而加載到行控制電路108的各個驅(qū)動元件上。系統(tǒng)時鐘Vclock是一個以相等時間間隔產(chǎn)生脈沖的線性時鐘信號。行控制電路108根據(jù)發(fā)光度字的數(shù)值控制被選象素的發(fā)光度。
圖2示出顯示器110中發(fā)光度和亮度的標(biāo)準(zhǔn)化曲線圖，它們是載有用于驅(qū)動LED象素的發(fā)光度字的視頻數(shù)據(jù)流VDATA的數(shù)值的函數(shù)。發(fā)光度曲線21示出作為發(fā)光度字的函數(shù)的由LED象素產(chǎn)生的發(fā)光度。因此發(fā)光度曲線21表示LED象素在其發(fā)光度在發(fā)光度字的范圍變化時的灰度定標(biāo)陰影(shading)。發(fā)光度曲線21示出發(fā)光度線性地正比于發(fā)光度字，使發(fā)光度字?jǐn)?shù)值的相等增量產(chǎn)生LED象素的發(fā)光度的相等增量。
如上所述，人眼以對數(shù)方式即非線性方式感覺發(fā)光度和亮度被定義為所感覺的發(fā)光度。亮度曲線22示出LED象素在呈現(xiàn)給觀察者時的亮度。事實(shí)上，發(fā)光度曲線21在客觀上表示發(fā)射光的灰度定標(biāo)陰影或色調(diào)，而亮度曲線22則表示觀察者感覺上的主觀灰度定標(biāo)。注意亮度曲線22在高水平處的“變平”，表示人眼的“增益”下降和無能力辨別出發(fā)光度增量。當(dāng)一個圖像的發(fā)光度被線性顯示成如曲線21那樣的發(fā)光數(shù)據(jù)的函數(shù)時，圖像的許多亮度值域被丟失并且圖像看起來似乎被洗過似的。
最好，是LED的亮度而不是它的發(fā)光度呈線性。根據(jù)本發(fā)明，由校正曲線23表示的非線性校正被用于補(bǔ)償亮度曲線22的非線性以產(chǎn)生一個與發(fā)光度曲線21共線的線性亮度函數(shù)。校正曲線23以連續(xù)函數(shù)形式示出一個理想校正。但是，在數(shù)字系統(tǒng)中僅產(chǎn)生出離散的發(fā)光度數(shù)值，其分辨率隨發(fā)光度字的位數(shù)而定。在本發(fā)明的一個實(shí)施例中，其發(fā)光度字由四位組成，LED象素的發(fā)光度產(chǎn)生于16個可能的數(shù)值，它們對應(yīng)于發(fā)光度字的16個可能數(shù)值。本發(fā)明通過生成校正曲線23的一個不連續(xù)近似曲線來實(shí)現(xiàn)四位非線性灰度定標(biāo)色調(diào)，以便在驅(qū)動LED象素之前對激勵信號進(jìn)行預(yù)校正。
參照圖3，圖中示出一個由行和列控制電路108和112驅(qū)動的顯示器110的原理圖。被賦予圖1中使用的同一標(biāo)號的元件提供同樣的功能。顯示器110包括一個按照被組成72行和120列的顯示象素工作的LED器件陣列。每一行耦連到分支ROW0至ROW71之一上，并且每一列耦連到分支COL0至COL119之一上。每個LED象素有一個唯一連接到一個列和一個行的陽極和陰極，用于通過使用列和行驅(qū)動信號驅(qū)動列和行來照亮LED象素。例如，LED202就是通過在分支COL0上提供一個列驅(qū)動信號和在分支ROW1上提供一個行驅(qū)動信號照亮的。
為了將顯示器110上的閃爍減至最小，以60赫芝的速率或者說每16.7毫秒刷新一個幀。大多數(shù)LED顯示器工作于文本方式(在這一方式下，各個LED或者關(guān)斷或者導(dǎo)通到一個固定的亮度水平)，而不是工作于圖形方式(在這一方式下，每個LED象素的亮度可變)。在圖形方式下，視頻數(shù)據(jù)流VDATA包括一個從視頻數(shù)據(jù)流VDATA恢復(fù)的四位發(fā)光度字的序列，用來控制每個LED象素的亮度水平。在文本方式下，視頻數(shù)據(jù)流VDATA中的一個單一位控制一個LED象素在選定了列時是關(guān)斷或是導(dǎo)通一個固定的時間周期。因為在圖形方式下比在文本方式下有更多的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移，故而需要更復(fù)雜的電路。圖形方式還需要有將發(fā)光度字轉(zhuǎn)換為可變的LED象素亮度水平的電路。
本發(fā)明通過利用人眼的綜合響應(yīng)產(chǎn)生出可變的LED象素亮度水平。在16.7毫秒的幀刷新周期期間，120列的每一列被選中差不多140微秒，即16.7毫秒/120。一行工作一個由發(fā)光度字的數(shù)值決定的時間周期。LED象素被照亮一個列被選中和行工作的周期，這樣當(dāng)行工作140微秒時將產(chǎn)生最大的發(fā)光度。例如，如果發(fā)光度字決定在COL0被選中時使行ROW1工作70.0微秒，則LED202被照亮70.0微秒，從而產(chǎn)生一半的最大發(fā)光度。人眼有效地綜合LED202產(chǎn)生的發(fā)光度并覺察出LED202具有一個降低的亮度。
列控制電路112包括一個列計數(shù)器342和一個列解碼器344。列計數(shù)器342包括一個七級計數(shù)器，其計數(shù)值在時鐘輸入端接收每個列選擇信號VCOL脈沖時遞增一個計數(shù)。列選擇信號VCOL具有一個140微秒的周期。在最大計數(shù)值119處，列計數(shù)器342環(huán)回到零計數(shù)值。一個七位的輸出提供一個二進(jìn)制列地址，該地址由列解碼器344解碼以按順序在分支COL0至COL119上維持一個用于選出顯示器110的一個列的列選擇信號。選完COL119之后，就在COL0上維持一個列選擇信號并且重復(fù)循環(huán)。
示出的行控制電路108包括一個數(shù)據(jù)鎖存器304，一個72行驅(qū)動器的堆棧306以及一個非線性時鐘電路302。數(shù)據(jù)鎖存器304構(gòu)造成一個串行加載并行輸出的72級移位寄存器(每級具有四位的數(shù)據(jù)容量)。視頻數(shù)據(jù)流VDATA借助系統(tǒng)時鐘Vclock鐘控制數(shù)據(jù)鎖存器304的串行輸入端，以便當(dāng)數(shù)據(jù)鎖存器304受到列選擇信號VCOL鐘控時在72個四位輸出端產(chǎn)生72個發(fā)光度字。這72個四位輸出端耦連到行驅(qū)動器306的數(shù)據(jù)輸入端。
行驅(qū)動器306是一個脈沖發(fā)生器，它在分支ROW0至ROW71之一上產(chǎn)生一個其脈寬由發(fā)光度字的數(shù)值和非線性時鐘VNLCLOCK決定的非線性脈寬調(diào)制脈沖。非線性脈沖對LED象素作用一段列選擇周期的一部分時間，以產(chǎn)生一個其灰度定標(biāo)色調(diào)已受非線性時鐘VNLCLOCK脈沖的非線性間隔校正過的發(fā)光度。
非線性時鐘電路302是一個時鐘發(fā)生器，包括一個時隙數(shù)據(jù)表362和一個時隙計數(shù)器364。非線性時鐘電路302有一個用于接收在1.25兆赫運(yùn)行的系統(tǒng)時鐘VCLOCK的時鐘輸入端和一個用于向72個行驅(qū)動器堆棧中的每一個行驅(qū)動器306提供一個自由運(yùn)行的非線性時鐘VNLCLOCK的輸出端。在一個列被選中的時間期間，系統(tǒng)時鐘VCLOCK產(chǎn)生174個脈沖，并且非線性時鐘VNLCLOCK對四位發(fā)光度字的每一個數(shù)值1-15生成15個時鐘脈沖。如果發(fā)光度字等于零則不生成任何脈沖。來自VNLCLOCK的15個脈沖被非線性間隔開以提供由時隙數(shù)據(jù)表362中的登記項所決定的亮度校正。
時隙數(shù)據(jù)表362包括用于存儲時隙數(shù)據(jù)字(表示列選擇時鐘VCOL的一個周期期間的系統(tǒng)時鐘VCLOCK的脈沖數(shù))的多個存儲位置。下面是存儲在時隙數(shù)據(jù)表362里面的時隙數(shù)據(jù)字清單以及在非線性時鐘電路302的一個實(shí)施例中非線性時鐘VNLCLOCK的接連脈沖之間的增量間隔，用于說明VNLCLOCK的非線性，如下面的表1所示。
表1VNLCLOCKVCLOCK脈沖的序號 增量變化15 174 2514 149 2213 127 1912 108 1711 91 1510 76 139 63 118 52 107 42 96 33 85 25 74 18 5313 528414400顯而易見，其他的時隙數(shù)據(jù)字可以用來產(chǎn)生一個其脈沖具有不同相互關(guān)系的時鐘以向顯示器提供不同的校正。
時隙計數(shù)器364是一個受系統(tǒng)時鐘VCLOCK鐘控的并行加載自由運(yùn)行的遞減計數(shù)器。時隙計數(shù)器364具有一個當(dāng)選中新列時接收來自列選擇信號的加載脈沖的加載輸入端。列選擇信號VCOL將一個時隙數(shù)據(jù)字加載到時隙計數(shù)器364上。時隙計數(shù)器364由系統(tǒng)時鐘VCLOCK遞減，當(dāng)達(dá)到零計數(shù)值時，在時隙計數(shù)器364的輸出端產(chǎn)生一個非線性時鐘信號VNLCLOCK脈沖并加載下一個時隙數(shù)據(jù)字。在系統(tǒng)時鐘VCLOCK把時隙數(shù)據(jù)字計數(shù)到遞減時隙計數(shù)器為零之后，使用所生成的非線性時鐘VNLCLOCK脈沖來重復(fù)循環(huán)。為了更具靈活性和電路的經(jīng)濟(jì)性，一個替代的實(shí)施例把時隙數(shù)據(jù)表中VNLCLOCK的接連脈沖之間的脈沖數(shù)存儲起來，并且一個獨(dú)立的段數(shù)據(jù)表存儲VNLCLOCK的等間隔脈沖數(shù)。一個并行加載自由運(yùn)行的段計數(shù)器可以借助時隙計數(shù)器的輸出遞減。
圖4示出驅(qū)動分支ROW0的行驅(qū)動器306的進(jìn)一步細(xì)節(jié)，它包括一個脈沖調(diào)制計數(shù)器402，一個比較電路404和一個R-S觸發(fā)器406。脈沖調(diào)制計數(shù)器402是一自由運(yùn)行的遞增計數(shù)器，它根據(jù)非線性時鐘VNLCLOCK由0-15計數(shù)。脈沖調(diào)制計數(shù)器402在四位輸出端產(chǎn)生一個四位二進(jìn)制計數(shù)，它被耦合到比較電路404的第一輸入端。比較電路404的第二輸入端接收一個來自數(shù)據(jù)鎖存器304的發(fā)光度字。
當(dāng)發(fā)光度字的數(shù)值為零時，比較電路404的輸出保持觸發(fā)器406為置零狀態(tài)并防止生成非線性脈沖。當(dāng)發(fā)光度字的數(shù)值為1-15時，列選擇信號VCOL將脈沖調(diào)制計數(shù)器402置到零計數(shù)值并將觸發(fā)器406設(shè)置成在分支ROW0上開始一個非線性脈沖。非線性脈沖在脈沖調(diào)制計數(shù)器402的二進(jìn)制計數(shù)達(dá)到發(fā)光度字的數(shù)值時終止并且比較電路404將觸發(fā)器406復(fù)零。在一個替代實(shí)施例中，脈沖調(diào)制計數(shù)器402被構(gòu)造成并行加載的遞減計數(shù)器，使得發(fā)光度字加載到脈沖調(diào)制計數(shù)器402上，它然后遞減至零使觸發(fā)器406復(fù)原并終止非線性脈沖。根據(jù)系統(tǒng)時鐘VCLOCK的時鐘周期的非線性脈沖的寬度對應(yīng)于非線性時鐘VNLCLOCK的非線性脈沖間隔。非線性脈沖的不相等的增量提供了改善顯示器110上顯示的圖像形象所需要的灰度定標(biāo)校正。
至此，應(yīng)當(dāng)能了解所示出的用于校正線性灰度定標(biāo)顯示設(shè)備的發(fā)光度的，可產(chǎn)生一個表示人眼的非線性響應(yīng)的線性亮度定標(biāo)的方法和電路。非線性時鐘信號是通過計數(shù)時隙和對應(yīng)于逐段線性近似所期望的校正曲線的段數(shù)據(jù)字產(chǎn)生的。非線性時鐘遞增一個計數(shù)，把這個計數(shù)的輸出和用于對應(yīng)的LED象素的圖像發(fā)光數(shù)據(jù)相比較，可產(chǎn)生一個用于照亮LED象素的非線性脈沖。
在示出和敘述完本發(fā)明的特定實(shí)施例的時候，對于那些熟悉這一技術(shù)的人員來說，還會作出各種修改和改進(jìn)。不用說，本發(fā)明并不局限于所示出的特定形式，而所附的權(quán)利要求書的意圖是覆蓋所有不脫離本發(fā)明的精神和范圍的修改。例如本文中敘述的實(shí)施例提供了用于驅(qū)動具有72行和120列的顯示器的校正電路。對有關(guān)技術(shù)具有一般熟練程度的人員可以將適用于本發(fā)明的電路修改為用于驅(qū)動具有不同行數(shù)或列數(shù)的顯示器的電路，或者可以提供一個與本文敘述的不同的校正曲線。
權(quán)利要求
1.一種顯示器驅(qū)動器，其特征在于一個時鐘發(fā)生器(302)，具有一個用于提供非線性時鐘信號(VNLCLOCK)的輸出端；以及一個脈沖發(fā)生器(306)，具有一個響應(yīng)非線性時鐘信號的時鐘輸入端和一個用于提供非線性脈沖以驅(qū)動顯示器象素的輸出端(ROW0)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器驅(qū)動器，其中時鐘發(fā)生器包括一個時隙計數(shù)器(364)，用于對一個表示灰度定標(biāo)等級的時隙字進(jìn)行計數(shù)，以在輸出端產(chǎn)生一個非線性時鐘信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的顯示器驅(qū)動器，其中時鐘發(fā)生器還包括一個時隙數(shù)據(jù)表(362)，用于存儲要加載到時隙計數(shù)器的時隙字。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示器驅(qū)動器，其中脈沖發(fā)生器包括一個脈沖調(diào)制計數(shù)器(402)，后者具有一個響應(yīng)非線性時鐘信號的時鐘輸入端和一耦連到脈沖發(fā)生器輸出的輸出端。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的顯示器驅(qū)動器，其中脈沖發(fā)生器還包括一個比較電路(404)，該比較電路具有一個耦連得用于接收發(fā)光度信號的第一輸入端，一個耦連到脈沖調(diào)制計數(shù)器輸出端的第二輸入端，以及一個耦連得用于驅(qū)動顯示器象素的輸出端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的顯示器驅(qū)動器，其中脈沖發(fā)生器還包括一個觸發(fā)器(406)，該觸發(fā)器具有一個響應(yīng)激勵信號(VCOL)的第一輸入端，一個耦連到比較電路輸出端的第二輸入端，以及一個用于提供非線性脈沖的輸出端。
7.一種用于在顯示器上產(chǎn)生所期望的亮度水平的方法，其特征在于一個用脈寬調(diào)制信號驅(qū)動顯示器象素的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的方法，其特征還在于步驟生成一個非線性時鐘信號(VNLCLOCK)；以及使用非線性時鐘信號對發(fā)光度字進(jìn)行計數(shù)，以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中計數(shù)步驟包括將一個計數(shù)信號與發(fā)光度字相比較。
10.一種無線通信設(shè)備(100)，其特征在于一個射頻(RF)電路(104，106)，具有一個輸入端，用于接收以視頻信號(VDATA)調(diào)制的RF信號，其中RF電路包括一個解調(diào)器(106)，用于在輸出端恢復(fù)視頻信號(VDATA)；一個具有顯示器象素的顯示器設(shè)備(110)；和一個顯示器驅(qū)動器，它包括(a)一個時鐘發(fā)生器(302)，具有一個用于提供一個非線性時鐘信號(VNLCLOCK)的輸出端；以及(b)一個脈沖發(fā)生器(306)，具有一個響應(yīng)非線性時鐘信號(VNLCLOCK)的時鐘輸入端，一個響應(yīng)視頻信號的數(shù)據(jù)輸入端，以及一個用于為驅(qū)動顯示器象素而提供非線性脈沖的輸出端(ROW0)。
全文摘要
一種顯示器驅(qū)動器,通過產(chǎn)生一個用于驅(qū)動顯示器象素(202)的非線性灰度定標(biāo)(它表示人眼的非線性響應(yīng))來校正顯示器(110)的灰度定標(biāo)和增加顯示器(110)的亮度動態(tài)范圍。通過對時隙和表示所期望的灰度定標(biāo)曲線的段數(shù)據(jù)字進(jìn)行計數(shù),產(chǎn)生一個非線性時鐘(V
文檔編號G09G3/20GK1181678SQ97121519
公開日1998年5月13日 申請日期1997年10月23日 優(yōu)先權(quán)日1996年10月24日
發(fā)明者斯考特·丘, 卡倫·E·賈奇莫威茨, 喬治·R·克里 申請人:摩托羅拉公司