專利名稱：用于視頻顯示驅(qū)動器的多像素尋址方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及圖像和視頻顯示器，更特別地涉及用作靜止圖像和/或視頻監(jiān)視器的平板顯示器，以及在此類顯示設(shè)備上生成并驅(qū)動圖像和視頻數(shù)據(jù)的方法。
背景技術(shù)：
諸如等離子體、液晶顯示器(IXD)和發(fā)光二極管(LED)顯示器之類的平板顯示器通常使用像素尋址方案，在該方案中，通過列和行選擇信號獨(dú)立地對像素尋址。一般地，對于布置為M行和N列的M乘N個像素或圖片元素，我們將具有M個行選擇線和N個數(shù)據(jù)線 (參見圖1)。對于每個幀，通過將行選擇信號應(yīng)用于特定行來加載視頻數(shù)據(jù)，然后逐列地掃描行直到到達(dá)末尾為止。在基于普通IXD和LED的實(shí)施例中，使用單個或多個數(shù)據(jù)源將視頻數(shù)據(jù)寫入到該行中的每個像素，所述單個或多個數(shù)據(jù)源將數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器輸出解復(fù)用成N列。利用所需的像素電壓或像素電流信息來加載每個像素。在到達(dá)行的末尾時，對行選擇信號取消選擇，并且以漸進(jìn)掃描模式或交織掃描模式選擇另一行。在一般的有源矩陣類型的LCD或LED實(shí)施例中，視頻信息是存儲在對于特定像素而言唯一的電容器中的電壓 (參見圖2)。當(dāng)行和列信號對像素取消選擇時，圖像信息保留在電容器中。相反，在無源矩陣類型的LCD實(shí)施例中，行和列被布置為電極的條，該電極的條組成以彼此垂直的方式定向的頂部和底部金屬板(參見圖3)。利用限定具有瞬時視頻信息的像素的一個或多個交叉點(diǎn)來選擇單個或多個行和列線。在此類情況中，行或列信號將具有所應(yīng)用的電壓，該電壓與像素信息成比例。在發(fā)光二極管顯示器類型的實(shí)施例中，在無源矩陣方法中，信息是通過像素 LED的瞬時電流，其導(dǎo)致發(fā)出與所應(yīng)用的電流成比例的光，或者，在使用固定電流源的實(shí)施例中，導(dǎo)致發(fā)出與應(yīng)用時間成比例的光，這也稱作脈沖寬度調(diào)制。在提到的所有這些顯示器類型中，驅(qū)動屏幕像素所需的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大。然后，每個視頻幀向顯示器布置傳遞的總信息被給出為MXNX3X比特寬度，其中因子3來自于構(gòu)成圖像的三種基色，S卩，紅、綠和藍(lán)，并且根據(jù)像素值的最大分辨率來確定比特寬度。用于商業(yè)顯示系統(tǒng)的最普通的像素值分辨率是每個顏色8比特。例如，在VGA分辨率顯示器中，需要傳遞的總信息將是640 X 400 X 3 X 8， 等于每個圖像幀6M比特，其是以某個幀刷新速率刷新的。幀刷新速率可以是M、30、60等幀每秒(fps)。屏幕的較快速率能力通常用于消除發(fā)生在LCD類型顯示器中的運(yùn)動模糊，其中120或MO fps的屏幕刷新速率實(shí)現(xiàn)可以在商業(yè)設(shè)備中找到。對于灰度級圖像，信息內(nèi)容減少到三分之一，因?yàn)閮H使用了亮度信息。視頻和靜止圖像通常被轉(zhuǎn)換為壓縮格式以便存儲和傳輸，諸如MPEG2、MPEG4、 JPEG2000等格式和系統(tǒng)。圖像壓縮方法基于數(shù)據(jù)的正交函數(shù)分解，數(shù)據(jù)冗余度以及人眼對空間和時間特征的某些靈敏度特性。普通的圖像壓縮方案涉及如JPEG或運(yùn)動JPEG中的方向余弦變換或離散Walsh變換的使用。此外，視頻壓縮可以涉及略過某些幀并且使用前向或后向幀估計(jì)、略過顏色信息、或圖像的亮度-色度(YCrCb)表示中的色度子采樣等。視頻解碼器用于將空間上和時間上壓縮的圖像信息轉(zhuǎn)換成顏色(RGB)表示中的行和列像素信息以產(chǎn)生圖像信息，如在VGA分辨率顯示器中，這將是例如每幀6M比特。然而，從信息內(nèi)容的觀點(diǎn)看，該視頻信息中的很多實(shí)際上都是空間冗余的，因?yàn)樽畛跻呀?jīng)將圖像處理為壓縮格式，或其具有人眼不敏感的信息內(nèi)容。所有這些技術(shù)都涉及軟件或數(shù)字處理域中的顯示系統(tǒng)的組件，并且除了像素?cái)?shù)目和幀速率之外，由MXN個像素組成的實(shí)際的光學(xué)顯示器的結(jié)構(gòu)不受用于視頻格式的任何技術(shù)的影響。本領(lǐng)域中的現(xiàn)有技術(shù)沒有直接解決圖像壓縮和解壓縮技術(shù)。通常在逐個像素 (pixel-by-pixel)的基礎(chǔ)上數(shù)據(jù)是可用的，視頻系統(tǒng)利用其以某個刷新速率顯示。圖像和/或視頻壓縮通常應(yīng)用于用于顯示的數(shù)據(jù)的傳輸、存儲和圖像修復(fù)(如在美國專利號6，477，279中)。無源矩陣顯示器中的多線尋址也是已建立的技術(shù)(如在Lueder，E.的 "Liquid Crystal Displays-Addressing Schemes and Electro-Optical Effects", John Wiley & Sons 2001，pp. 176-194或美國專利號6，111，560中)?；跁r域Walsh函數(shù)的正交波形被應(yīng)用于列和行，使得行和列中的交叉點(diǎn)將根據(jù)期望通過幅度調(diào)制生成灰度陰影。 這與采用在視頻和圖像壓縮中使用的二維正交基函數(shù)展開形成對比。在美國專利申請公開號2010/0007804中，描述了基于圖像構(gòu)造的視頻顯示系統(tǒng)，其使用基于正交Walsh函數(shù)的當(dāng)前應(yīng)用，針對應(yīng)用使得這些技術(shù)擴(kuò)展到像素的精細(xì)陣列，利用其，獨(dú)立的行和列控制是可能的，并且因此不需要空間光調(diào)制器。


圖1描繪了在有源矩陣平板顯示器、尤其是有源矩陣液晶顯示器中使用的像素選擇方法。通過行和列選擇信號來對每個像素尋址，其中通過選擇信號中的任一個來應(yīng)用視頻信息。對于MXN像素系統(tǒng)，存在M個行選擇信號和N個數(shù)據(jù)線。數(shù)據(jù)(視頻信息)由數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器生成，并且在用于每個像素的電容器中存儲電壓。電壓應(yīng)用于由透明電極 (諸如ITO (氧化鎢銦))組成的兩個平行板。圖2示出了用于基于IXD和LED的顯示器的典型有源矩陣像素電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其中當(dāng)對像素的行和列選擇開關(guān)信號取消選擇時，通過使用作為存儲器設(shè)備的電容器來保留圖像信息。圖3描繪了在無源矩陣LCD顯示器中采用的像素選擇方法。存在M個行選擇信號和N個數(shù)據(jù)信號。信號定時確定哪個位置將具有應(yīng)用在兩個電極之間的瞬時電壓，其間的液晶分子將對其進(jìn)行反應(yīng)。圖4示出了需要針對4X4像素分組實(shí)施為掩模圖案的基函數(shù)。圖5示出了需要針對8X8像素分組實(shí)施為掩模圖案的基函數(shù)。圖6示出了視頻顯示系統(tǒng)的框圖，該視頻顯示系統(tǒng)采用像素陣列、對宏像素進(jìn)行操作的行/列選擇電路、掩模圖案生成塊、計(jì)算離散Walsh變換系數(shù)的用于圖像處理的計(jì)算設(shè)備以及定時發(fā)生器塊。圖7示出了用于生成針對4X4像素分組的掩模圖案的行和列選擇表。注意，在具有該類型實(shí)施方式的單個選擇步驟中，可以不生成某些高階圖案。在這些情況中，利用行和列選擇信號的逆(inverse)生成第二圖案，其中列視頻數(shù)據(jù)信號保持相同。如果開關(guān)足夠快，則兩個圖案可以擠在一個子幀中，如果不足夠快，則第二圖案可以使用其自己的子幀或在下一幀中被顯示。圖8示出了基于如圖2所示的LED顯示器架構(gòu)的替代開關(guān)結(jié)構(gòu)，該開關(guān)結(jié)構(gòu)用于生成針對4X4像素分組的掩模圖案。通過串行數(shù)據(jù)總線來加載開關(guān)狀態(tài)并且將開關(guān)狀態(tài)存儲在本地寄存器中。在每個子幀處，串行地加載對應(yīng)于像素的接通(on)或斷開(off)狀態(tài)的16比特。然后，將公共視頻數(shù)據(jù)信號應(yīng)用于4X4像素分組。圖9示出了用于展現(xiàn)三個不同壓縮場景的三個不同宏像素的示例子幀圖案。第一宏像素是圖像的無損重構(gòu)。每16個子幀持續(xù)時間重置圖像。第二宏像素采用有損圖像重構(gòu)，使得忽略用于傾斜空間頻率的高于第2階的圖像系數(shù)項(xiàng)(021、012、013、1)31、1^2等)。該宏像素的有效幀速率是第一個的兩倍，因?yàn)槊?個子幀持續(xù)時間重置圖像。第三宏像素采用較高壓縮，并且忽略所有傾斜空間頻率、展現(xiàn)比其他兩個更高效的幀速率。系數(shù)的順序無需相同，因?yàn)榭梢詫γ總€宏像素的圖案唯一地尋址并且圖案的相位也可以不同，這取決于Duv 系數(shù)是正還是負(fù))。通過檢驗(yàn)宏像素的圖像系數(shù)來確定要被決定的特定重構(gòu)，并且可能通過檢驗(yàn)之前的幀來確定內(nèi)容多快地移動穿過屏幕和令人滿意的觀看所需的分辨率量。根據(jù)圖中描繪的具體實(shí)施例，本發(fā)明可以具有各種修改和替代形式。這些圖不會將本發(fā)明限制為所公開的具體實(shí)施例。本發(fā)明涵蓋以下要求保護(hù)的所有修改、改進(jìn)和替代實(shí)施方式。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是通過連續(xù)地以高幀速率顯示圖像分量或圖像分量的和來構(gòu)造圖像和/ 或視頻的顯示方法和系統(tǒng)。該圖像構(gòu)造使用圖像壓縮來計(jì)算正交圖像系數(shù)，并且通過使用像素陣列內(nèi)的圖像信息的與時間有關(guān)的空間掩模而在時域中將這些系數(shù)作為視頻信號驅(qū)動到像素陣列。本發(fā)明的目的是使得能夠?qū)俾屎?或視頻數(shù)據(jù)速率進(jìn)行內(nèi)容驅(qū)動最優(yōu)化，以便最小化功率消耗。在每個幀中，首先將要被驅(qū)動的源圖像一起分組成包括
素的某個大小。例如，我們可以將圖像劃分為4X4或8X8像素、4X1、8X1、或任何其他任意分組大小的矩形分組。1X1分組情況對應(yīng)于傳統(tǒng)的逐像素驅(qū)動，并且不提供壓縮益處。 分組大小受到幀速率限制，幀速率接著又受到像素的開關(guān)速度和在此描述的驅(qū)動器部件以及圖像壓縮比限制。然后，將每個圖像分組或?qū)⒁诖颂幪峒暗暮晗袼胤纸鉃榕c某些正交圖像基函數(shù)成比例的分量。通過掩模像素的行選擇和列數(shù)據(jù)信號來實(shí)施這些圖像函數(shù)，使得實(shí)現(xiàn)正交圖像基函數(shù)的期望的空間分布。在圖4中示出了 4X4的圖像基函數(shù)并且在圖 5中示出了 8X8像素分組的圖像基函數(shù)。示出的這些特定基函數(shù)通常也稱作Walsh函數(shù)。 諸如方向余弦變換基函數(shù)之類的其他基函數(shù)也可以用于具有某些規(guī)定的基函數(shù)圖案。對于 4X 1或8X 1分組，基函數(shù)是每個圖的第一行中的那些函數(shù)。在圖4和圖5中，出于圖像壓縮目的，基函數(shù)取值-1和+ 1，由黑色和白色區(qū)域表示。對于圖像解壓縮，或使用光源的圖像構(gòu)造，負(fù)的光值在物理上是不可能的，并且公開了黑色區(qū)域表示光強(qiáng)0%或光透射的掩模并且白色區(qū)域表示理想的100%透射的實(shí)施方式。在此描述了當(dāng)針對基函數(shù)值使用(0，+1) 集合時考慮并且修正解壓縮的(或構(gòu)造的)圖像的方法。對于4X4像素的第一分組，存在 16個基函數(shù)圖案，而對于8 X 8像素的后一個分組，存在64個基函數(shù)圖案。將基函數(shù)表示為
wuv<x,y),其中u和ν是基函數(shù)索引，并且x、y是跨越像素分組維度的區(qū)域的矩形坐標(biāo)。將表示為從基函數(shù)wuv(x,y:>導(dǎo)出的空間函數(shù)，使得函數(shù)值在(0，1)集合中。此類變
換可以通過簡單算術(shù)運(yùn)算容易地完成，如w:!: = +1 η。將F(x，y)表示為針對顏色分量的二維圖像信息。這里，上標(biāo)c表示紅色、綠色或藍(lán)色。對于灰度級圖像而言，方法是相同的，在該情況中，f《x，y)將與圖像的亮度成比例。對于基于圖像分解的方案，針對圖
像的非零空間分量DuvWuv(XJ),在一半的像素中斷開光的發(fā)出或透射，其系數(shù)1^通常小于Dtltl,在等式1中對其進(jìn)行了描述。 可以將任何圖像分解為正交分量，通過對具有圖4和圖5所示基函數(shù)的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行積分來找到它們的系數(shù)。對于視頻像素陣列(其是空間上的離散函數(shù))，該積分采用求
和的形式。將與基函數(shù)Win^yl有關(guān)的圖像分量的系數(shù)表示為Duv，其中u和ν是二維中的基函數(shù)索引。然后，根據(jù)下式確定
本發(fā)明基于等式1的逆變換，即，可以將圖像f(x、y)構(gòu)造為圖像分量q^m^x.y)的求
和，在時域中通過連續(xù)顯示對應(yīng)于具有與系數(shù)Dm和某個子幀持續(xù)時間1 成比例的光強(qiáng)度的基函數(shù)wUV的圖案來執(zhí)行圖像分量的求和。而且，如下所述，我們從W變換為基函數(shù)集合Wi,使得圖像分量對于所有X、y都是正的。人眼將在時間方面積分圖像圖案，
并且感知對應(yīng)于flx.y)的單個圖像。如果像素電子器件具有存儲像素圖像數(shù)據(jù)的電容器， 則其也可以在積分圖像圖案連同觀看者中使用。在該情況中，利用每個圖案更新而不是重寫圖像。由于在每個步驟處不重置電容器電壓，所以需要在每個子幀處向電容器添加較小量的電荷，這將導(dǎo)致降低數(shù)據(jù)驅(qū)動器的功率消耗。在基于脈沖寬度調(diào)制(PWM)的實(shí)施方式
中，符合趴_圖案的所選像素的“接通”時間是公共的。本質(zhì)上，單個PWM發(fā)生器用于整個
像素組。在傳統(tǒng)離散Walsh變換壓縮技術(shù)中使用的正交函數(shù)實(shí)施方式中，基函數(shù)wllvdy:>
取值+1或-1，從而它們可以滿足正交性特性，其中對兩個不同基函數(shù)的叉積的宏像素區(qū)域的積分是零，即
等式1
等式2 O對于iuM等于并且當(dāng)索引不匹配時是零。當(dāng)基函數(shù)被映射到+1或0而不是 +1或-1時，如在美國專利申請公開號2010/0007804中，這在宏像素區(qū)域上產(chǎn)生了兩個不同基函數(shù)的叉積的非零積分值。由于此類函數(shù)的非正交性質(zhì)，它們可以在將圖像解構(gòu)為分量
中使用，因此具有值+1或-1的原始正交基函數(shù)在使用等式1確定圖像系數(shù)Duv中使用。
在使用等式2執(zhí)行圖像構(gòu)造中，其中使用正交基函數(shù)來計(jì)算系數(shù)Dm ,由函數(shù)Du/wtlv給
出的圖像的每個分量將貫穿宏像素針對除0，0之外的u，ν分量具有正值和負(fù)值兩者。當(dāng)我們限制圖像分量為非負(fù)時，通過使用+1，0域中的基函數(shù)，我們引入了平均偽像。顯示圖像
分量l>llv5Hv\vdy:>將針對除0，0之外的U，V產(chǎn)生0. 5X Dw的平均值。0，0圖像分量
Α*廣‘oyix.y丨等于宏像素上的圖像之和，并且實(shí)際上是在宏像素區(qū)域上最終達(dá)到平均的圖像。 由于具有除0，0之外的U，ν索引的每個圖像分量現(xiàn)在將對宏像素平均貢獻(xiàn)Duv 值的二分之一，所以我們真正應(yīng)該顯示具有等于以下等式的強(qiáng)度的0，0圖像分量
通常，Dc 大于或等于使用+1和0映射導(dǎo)出的其余圖像分量的和。因此，從‘減去這些非零積分分量中的每個將大于或等于零?？紤]例如Dtll分量。將Wuv表示為具有值+1
和-1的原始Walsh函數(shù)。使用新的基函數(shù)= (w+n/2,代替可以取值0和1而不是-1 和+1的Wliv , Wlirliv將圖像構(gòu)造等式2變換為
為了正確地再現(xiàn)圖像，當(dāng)基函數(shù)等于所有都是1的(Wcitl)時，必須利用除了作為等式3 的第二項(xiàng)中的00分量之外的所有 \、的和來修正分量值。注意，如果基函數(shù)的子集用在有
損壓縮/構(gòu)造中，則求和將需要僅跨越被使用的系數(shù)。在圖像構(gòu)造中使用代替原始值的更新的Dtltl系數(shù)，因?yàn)楝F(xiàn)在圖像分量的平均的總和將等于原始Dcitl值。Dcitl可以在某些情況中為負(fù)，這將引起偽像。可以通過硬限制要顯示的主導(dǎo)分量的數(shù)目或以更優(yōu)雅的方式減少高頻內(nèi)容(本質(zhì)上是在空間上對圖像的低通濾波)來以有損構(gòu)造的方式對待該情況。也可以通過針對感興趣的區(qū)域減少像素分組大小來消除此類偽像。例如，將8X8像素區(qū)域變換為四個4X4塊區(qū)域并且以減少的像素分組大小級別來實(shí)施算法。由于應(yīng)用于Dc 系數(shù)的修正量需要由Dcitl值界定，所以在圖像構(gòu)造中具有較小數(shù)目的分量將導(dǎo)致在該界定中滿足比較大宏像素情況更高的空間頻率帶寬。圖像系數(shù)Dlrt.針對具有比00分量更高階的所有分量而具有正值或負(fù)值。在實(shí)施顯示分量中，l.)llv*w:iwU,y啲值可以僅是正的。在“負(fù)” Dw的情況中，使用Dltv的絕對
值和基函數(shù)圖案的逆來生成圖像分量。通過在w\v〖x,y)圖案中將0值與+1
值互換來定義逆圖案，即針對該正交基函數(shù)對開關(guān)圖案求逆或反轉(zhuǎn)。在圖6中示出的是整個系統(tǒng)的框圖。對于每個幀，通過以下來構(gòu)造視頻圖像
1.將MXN個像素的顯示和視頻圖像劃分為PXQ個宏像素，其是！^父 維度的像素的子陣列。2.針對每個宏像素計(jì)算與圖像f(x，y)有關(guān)的圖像分量強(qiáng)度》U、，并且如果尋求無損壓縮方法則針對每個分量進(jìn)行計(jì)算，或針對觀看者視為滿意的分量的子集進(jìn)行計(jì)算，并且針對每個顏色進(jìn)行計(jì)算。3.設(shè)置要被顯示的圖像分量的^^索引，注意對于每個宏像素，該索引無需與其他宏像素相同，并且可以處于任何時間處的不同宏像素顯示不同的基函數(shù)。4.在顯示器中，通過掃描宏像素行和宏像素列來選擇宏像素。這些是 和！^大小分組的像素行和列。5.應(yīng)用空間信號掩模，其生成對應(yīng)于感興趣宏像素的Wism.彳？i.y》的光強(qiáng)分布。在
有源矩陣類型的實(shí)施例中，該掩模將僅選擇將在子幀中更新的像素。6.應(yīng)用將對應(yīng)于光發(fā)射的電壓或電流信號，該光發(fā)射與被選擇在宏像素中處于接
通狀態(tài)的每個像素的An成比例。對于彩色顯示器，每個像素分組使用三色光元素。根據(jù)針
對每個顏色計(jì)算的Dm來調(diào)整紅、綠和藍(lán)源的光強(qiáng)。D 系數(shù)實(shí)際上可以取正值或負(fù)值。在
負(fù)系數(shù)的情況中，光強(qiáng)是系數(shù)的絕對值，但是在圖像的重構(gòu)中，我們使用掩模圖案的逆(如在上述步驟2中應(yīng)用的)。7.針對所有宏像素進(jìn)行重復(fù)。8.選擇要被處理的下一 ^zr分量索引并且從線3重復(fù)?？梢酝ㄟ^選擇跨越宏像素的多個行和列來生成子幀掩模。假設(shè)4X4像素陣列形成宏像素。圖4的基函數(shù)可以通過使用數(shù)字函數(shù)發(fā)生器來生成，該函數(shù)發(fā)生器針對宏像素中的每個像素接通或斷開選擇線。圖7示出了用于此類系統(tǒng)的真值表。注意，可以在兩個步驟中針對4X4像素陣列實(shí)現(xiàn)某些系數(shù)，并且針對8X8像素陣列在三個或四個步驟中實(shí)現(xiàn)某些系數(shù)。圖8示出了使用串行數(shù)據(jù)的掩模圖案生成函數(shù)的基于寄存器的實(shí)施方式。為了到達(dá)預(yù)期圖像的單個幀，連續(xù)地顯示子幀中的每個圖像分量。觀察者的眼睛將積分顯示的圖像分量以便視覺上感知所預(yù)期的圖像，其是所有所顯示的圖像分量的和。 在等式1中計(jì)算的系數(shù)假設(shè)相等的子幀持續(xù)時間。該子幀持續(xù)時間可以隨UV索引而改變，在該情況中，將需要利用子幀時間"Cuv來歸一化特定》m。此類方案可以用于放寬數(shù)據(jù)驅(qū)動器的速度和精度需求。子幀圖像積分也可以部分地在像素結(jié)構(gòu)中執(zhí)行，該像素結(jié)構(gòu)可以保留圖像數(shù)據(jù)，如在有源矩陣像素中那樣。在該情況中，代替在每個子幀處重置圖像信息，在每個子幀處更新存儲在電容器中的相應(yīng)信號。這在下面解釋?；谟袚p壓縮的分解允許人們忽略較高的空間頻率分量系數(shù)Duv。這些通常
是具有高階傾斜空間頻率的分量，人眼對這些分量具有降低的敏感度。就4X4像素分組來舉例，其將具有16個圖像分量，該16個圖像分量具有從Dqq、D01, D02, DQ3、D10, D11等
直到D33的系數(shù)和經(jīng)過變換的基函數(shù)W^3,以及這些函數(shù)的逆(除了是空白圖
像的WtW的逆之外)，如果我們使用所有16個分量則將準(zhǔn)確地重構(gòu)原始圖像，假設(shè)修正
的Dtltl系數(shù)保持非負(fù)。然而，在一般的移動視頻情況中，某種程度上可以忽略傾斜空間分量。在某些情況中，僅使用水平和豎直圖像分量的顯示系統(tǒng)可能是令人滿意的。為了改進(jìn)圖像準(zhǔn)確度，也可以添加對角空間頻率基函數(shù)的主導(dǎo)分量，諸如具有系數(shù)Dn、和/或
D33的W"n、W:e22和或W*33。如果通過應(yīng)用閾值(我們將忽略閾值以下的分量)圖片
質(zhì)量被視為滿意，則諸如W^2. w’3. W41;等的傾斜分量也可以忽略。在比如JPEG和 MPEG2幀內(nèi)壓縮的圖像和視頻壓縮技術(shù)中，空間頻率分量的序列是處于“zig-zag”順序，這允許“Ε0Β”(塊結(jié)尾)信號表示序列中剩余的系數(shù)是可忽略的。序列列出為Wic00, Ws01,
W4:10. W+Ilh Wvtli, w'*(>2. Wli03. W^12. w%|, w"3!>, W540等直到發(fā)送了 EOB 為止。EOB之前的
分量也可以具有可忽略的系數(shù)值。視頻源編碼因此可以具有可變序列長度，顯示系統(tǒng)將與該可變序列長度匹配。如果沒有分量是不可忽略的，則我們將對宏像素采用無損操作。還要注意，取決于相同時間的源視頻，不同的宏像素可以具有不同的壓縮級別。此類情況例如可以發(fā)生在計(jì)算機(jī)監(jiān)視器中，其中在操作期間，屏幕的區(qū)域可以具有停滯的圖像，但是需要高準(zhǔn)確度，諸如示出文本和高分辨率圖像的窗口，或者我們需要高幀速率用于運(yùn)動補(bǔ)償?shù)灰欢ㄐ枰獰o損圖像再現(xiàn)方案的、具有快速移動圖像的部分。通過掩模其中我們可以略過某些圖像分量的不同宏像素區(qū)域，或不太頻繁地更新宏像素圖像，可以最優(yōu)化圖像準(zhǔn)確度
和功率。我們可以通過計(jì)算Duv系數(shù)并且將它們與較早圖像幀中的分量系數(shù)進(jìn)行比較來
決定哪個宏像素運(yùn)行哪個準(zhǔn)確度模式。因此可以區(qū)分快速移動的圖像對慢慢移動的圖像或停滯圖像，以及準(zhǔn)確的圖像對有損壓縮的圖像。圖8示出了通過使用智能控制器，屏幕不同區(qū)域上的不同宏像素可以如何具有不同的有效幀速率。在有源矩陣顯示器中，其中像素電路可以具有保持系數(shù)值的電容器，我們可
以分割若干子幀上的主導(dǎo)分量。這使得當(dāng)我們重置值時電容器電荷不會改變太多。例如，
在從^"0<>分量到Ws01分量的轉(zhuǎn)變中，宏像素中一半像素上的電容器電壓將被重置為零，
并且剩余一半像素上的電容器電壓將被設(shè)置為Dtll系數(shù)值。這需要列數(shù)據(jù)驅(qū)動器在子幀持續(xù)時間內(nèi)充電和/或放電多達(dá)全電容器電壓，其損失功率。代替地，可以保持之前的子幀數(shù)據(jù)直到幀的末尾為止，前提是利用子幀的數(shù)目對將保持在電容器上的數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化。為了闡明該情況，假設(shè)我們對16個子幀進(jìn)行無損構(gòu)造，每個子幀具有相等的持續(xù)時間。對幀的時間積分電壓由等式3給出。在該等式中，假設(shè)分量Du^于一個子幀持續(xù)時間處于接通，并且當(dāng)子幀持續(xù)時間結(jié)束時將電容器重置為下一分量電壓。代替地，可以在電容器上保持每個之前分量的一部分。分量持續(xù)時間于是將是16個子幀，因此其值將通
過16歸一化。假設(shè)第二子幀是W^1 Dtll分量。該分量將持續(xù)15個子幀。將對該宏像素電容器重新充電，使得第二子幀處的電壓等于〖)冊WsW16 + l)m W*01/1 S0針對每個分量重復(fù)該過程，將利用剩余子幀的數(shù)目對其進(jìn)行歸一化直到幀的末尾為止。將顯示最后的分量，We33H3J將僅針對一個子幀有效，因此其值不被歸一化。凈效應(yīng)將是在幀的末尾處，我們具有與等式3相同的積分圖像信息。就以每秒30幀進(jìn)行操作的VGA分辨率顯示器以及4X4像素分組來定義宏像素為例，滿足采用本發(fā)明的VGA分辨率的顯示設(shè)備將使用
1. 640X400像素陣列，針對每個顏色分量其被分組為160X100宏像素陣列。2.行和列選擇信號掩模圖案發(fā)生器，其將生成十六個正交基圖案和逆圖案。3.計(jì)算設(shè)備，其在每個幀處根據(jù)VGA分辨率圖像計(jì)算針對每個顏色的相應(yīng)分量。4.通過將關(guān)鍵系數(shù)Dm.與之前幀的所存儲的值進(jìn)行比較來確定期望的有效幀速率。5.設(shè)置對應(yīng)于要被顯示的Dm系數(shù)的行和列選擇圖案。6.將與Duv成比例的光信號應(yīng)用于所有選擇的像素。通過使用像素尋址掩模圖案，對于VGA分辨率顯示器，唯一尋址的像素的數(shù)目從 768000 (對于三個顏色)減小16倍，即下降到48000 (對于三個顏色)。在顯示器中存在 16000個宏像素。像素驅(qū)動的原始圖像數(shù)據(jù)速率取決于所期望的圖像壓縮的級別。對于無損圖像重構(gòu)，每個顏色每個宏像素存在16個圖像分量?？紤]8比特顏色系統(tǒng)。如果描述
具有8比特準(zhǔn)確度的每個分量系數(shù)Din，我們將需要184Mbps數(shù)據(jù)速率。這對應(yīng)于每幀每
個顏色每個宏像素16個分量X8比特=1 比特。在現(xiàn)實(shí)中，僅Dcitl分量需要具有全8比特準(zhǔn)確度，而較高階的分量可以具有較小的準(zhǔn)確度。較高階的分量通常將在幅度上通過因子0. 5限制到較低階的分量。因此，可以描述具有7比特精度的第一階系數(shù)Dtll和Dltl，可以描述具有6比特精度的第二階系數(shù)知、^、D11,等等。因此，我們將不需要每幀每個顏色每個宏像素超過80比特，這將數(shù)據(jù)速率最優(yōu)化降低到120Mbps。視頻數(shù)據(jù)驅(qū)動器精度不需要滿足整個幀的全8比特分辨率，并且通過當(dāng)不需要時斷開不需要的分量來使得其具有動態(tài)的分辨率。出于清楚的目的來任意定義三個壓縮級別無損壓縮、中級和高級壓縮。在實(shí)際的實(shí)施方式中，這些定義可以基于期望的圖像質(zhì)量而具有不同的形式。假設(shè)在中等壓
縮級別中，我們切去傾斜空間頻率分量，諸如W^2D12, w:lBl)13. W^3D23等，但不切去
Wi22D22.然后，我們利用總共10個分量進(jìn)行工作。這些分量將需要
每幀每個顏色每個宏像素總共60比特?？倲?shù)據(jù)速率降低到86Mbps。定義高壓縮級別作為操作模式，其中我們忽略Dn、D22、D33。然后，我們將使用每幀每個顏色每個宏像素46比特。 那么總數(shù)據(jù)速率是66Mbps。針對無損壓縮情況，每幀需要更新行和列選擇圖案16次、針對中級壓縮情況每幀需要更新10次、并且針對高級壓縮情況每幀需要更新7次。對于每秒30 幀，顯示7個子幀需要每秒生成210個圖案，或每子幀4. 7msec。使用10個分量，我們將需要每秒生成300個圖案，或每子幀3. :3msec。對于無損圖像再現(xiàn)，需要總共16個子幀，這等于每秒480個圖案，需要每子幀ansec。這些值為數(shù)據(jù)驅(qū)動器提供了穩(wěn)定時間界限。在本發(fā)明的特定實(shí)施例中，考慮基于LED的有源矩陣顯示系統(tǒng)，但是本發(fā)明不限于此。該顯示系統(tǒng)包括
1. 640X400的紅色、綠色和藍(lán)色光生成的LED 100的LED矩陣，總共768000個有源元
ο2.許多視頻數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器數(shù)據(jù)驅(qū)動器110，其向宏像素輸出模擬信號。3.行和列開關(guān)矩陣210，其掃描宏像素陣列，利用掩模圖案和視頻數(shù)據(jù)選擇將加載的宏像素。4.使用等式1確定宏像素圖像系數(shù)的圖像處理計(jì)算設(shè)備130和系數(shù)的定時控制。5.掩模圖案生成開關(guān)網(wǎng)絡(luò)140，其接通/斷開宏像素內(nèi)的對應(yīng)于將顯示的正交基函數(shù)的像素。像素以4X4陣列分組，因此每個紅色、綠色和藍(lán)色LED定義了宏像素，從而針對三個顏色存在48000個宏像素?？梢酝瑫r選擇不同顏色的宏像素，因?yàn)榱幸曨l數(shù)據(jù)來自于不同的數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器。足夠快的數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器可以服務(wù)所有像素，或更大數(shù)目的數(shù)字一模擬轉(zhuǎn)換器可以被采用以便放寬速度和驅(qū)動需求，如果需要的話。在圖像處理器130中，將圖像劃分為宏像素陣列以便進(jìn)行處理。對于每個宏像素，圖像分解算法確定對應(yīng)于將使用的每個顏色的每個正交基函數(shù)的系數(shù)。計(jì)算分解系數(shù)Dw ,其中u和ν從0運(yùn)行到3。這些系數(shù)是包括根據(jù)相應(yīng)掩模圖案Wuv的宏像素的16個像素值的和。在增加的分辨率中，可以從一到十六選擇將使用的分解系數(shù)的數(shù)目。當(dāng)需要圖像的無損重構(gòu)時，使用十六個系數(shù)的全集。當(dāng)所有1\、系數(shù)在幅度上都大
于閾值時確定該模式。顯示器的多個部分也可以在操作期間具有不同的壓縮級別，圖像處理器可以根據(jù)其計(jì)算的分解系數(shù)值來決定所述壓縮級別。行和列選擇塊120掃描并選擇將對其進(jìn)行操作的宏像素。掩模圖案發(fā)生器140是次級開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，其驅(qū)動通過基于計(jì)數(shù)器的邏輯或查找表而顯示的與系數(shù)有關(guān)的圖案。針對兩個不同的宏像素大小在圖
4和圖5中示出了圖案。對于包括宏像素的4X4陣列，圖案的序列是^脅卜
w..',決 Wil,), w%0-I-w、2* %v"H- w 'l.v w'j]. W、,》禾口、ν:,_12。卞艮據(jù)實(shí)施方
式和視頻統(tǒng)計(jì)，特定順序可以不同。例如，通常在圖像壓縮中使用zig-zag掃描順序，在該情況中，該順序?qū)⑹莣'Hl· W+Cll^ w"il· wVh W'2I· ^!2、w、2-
V31. W^2. W^3和w\;,。如果對于較高階項(xiàng)忽略分解系數(shù)，則在任何點(diǎn)處計(jì)數(shù)器可以重置或略過，從而降低總數(shù)據(jù)速率。
在以宏像素的^twOw分量開始的每個幀處掃描顯示器。由140生成的行和列選
擇信號掩模在該情況中全是1，意味著選擇了所有4行和4列。將所需的電壓信號加載到視頻數(shù)據(jù)存儲器中，所述視頻數(shù)據(jù)存儲器可以是用于宏像素陣列的單個電容器，并且宏像素掃描前進(jìn)到下一陣列。子幀掃描可以在訪問所有48000個宏像素的時候結(jié)束。下一子幀將向每個宏像素加載《、，1>則分量。在該情況中掩模發(fā)生器140將生成所需的信號用于將圖案Wtll加載到4X4像素陣列。如果伐《系數(shù)是負(fù)的，則其也可以加載圖案的逆。在掃描中，信號掩模可以針對每個宏像素改變，因?yàn)閷τ谠趻呙杵陂g將加載哪個圖像系數(shù)不存在限制?？梢岳镁哂蠾uv的掩模圖案的特定》來加載一個宏像素，而可以利用具有不同
掩模圖案的不同分量來在掃描中加載下一宏像素，因?yàn)閷τ谝粋€宏像素而言，特定項(xiàng)可能可從顯示中忽略并消除，而對于另一宏像素而言其可能是不可忽略的。每個宏像素可以具有不同的有效幀速率。而子幀更新速率是公共的，因?yàn)槊總€幀可以包括不同數(shù)目的子幀。宏像素也可以具有在視頻內(nèi)容的性質(zhì)改變時由圖像處理器改變的其幀速率。這可能如圖9中所示的那樣發(fā)生，在該情況中，背景圖像無需具有高效的幀速率，但是可以通過在圖像構(gòu)造中合并更多的Α 系數(shù)而以較高的準(zhǔn)確度被表示，而可以通過較小數(shù)目的系數(shù)來表示移動對象、但是以較高的幀速率來更新該移動對象。具有基于IXD有源矩陣顯示器的類似實(shí)施例也是可能。在該情況中，由于像素開關(guān)速度可能大大慢于基于LED顯示器的像素開關(guān)速度，所以子幀持續(xù)時間更長?？梢员粩D在幀中的子幀的最大可能數(shù)目將受到限制。在此類情況中，人們可以采取驅(qū)動模式，其中
分量的某個子集被顯示在幀中，并且剩余的分量被顯示在替代幀中，使得圖片將
具有最小失真。在此類情況中，將需要適當(dāng)?shù)貙ο禂?shù)進(jìn)行歸一化。在某些基于LED的陣列(參見2007年9月27日提交的美國臨時專利申請?zhí)?60/975, 772)或基于MEMS的數(shù)字微鏡設(shè)備(1995年9月19日提交的美國專利申請?zhí)?5，452，024)中，光元素僅可以處于接通或斷開狀態(tài)?？梢酝ㄟ^脈沖寬度調(diào)制或通過比特平面(bitplane)調(diào)制來確定期望的光值。在此類實(shí)施例中，可以作為具有公共接通時間持續(xù)時間的宏像素的組來對像素尋址，但是利用1和0的已知基函數(shù)圖案對數(shù)據(jù)進(jìn)行 “與”(AND)。子幀的數(shù)目再次等于使用的分量數(shù)目，或者最大的分量數(shù)目涉及宏像素大小。
權(quán)利要求
1.一種視頻系統(tǒng)，包括視頻顯示器，其具有M乘N個像素，每個像素都具有用于顏色操作的紅、藍(lán)和綠光元素， 或用于灰度級操作的白光元素，每個光元素的強(qiáng)度能夠由電壓或電流來控制；開關(guān)網(wǎng)絡(luò)，其被耦合以通過行和列選擇開關(guān)對視頻顯示器的任何像素尋址；開關(guān)驅(qū)動器電路，其被耦合以選擇多個宏像素分組中的每一個，所述宏像素分組共同地形成M乘N像素視頻顯示器，并且選擇每個宏像素內(nèi)的像素以生成對應(yīng)于正交基函數(shù)的開關(guān)圖案；至少一個數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器或脈沖寬度調(diào)制器電路，其被耦合以向所述開關(guān)驅(qū)動器電路供應(yīng)圖像信息；數(shù)字計(jì)算設(shè)備，其被耦合以接收要被顯示的視頻信息并且控制所述開關(guān)驅(qū)動器電路和對應(yīng)于所述開關(guān)圖案的光元素，所述開關(guān)圖案對應(yīng)于正交基函數(shù)；由此所述視頻系統(tǒng)能夠根據(jù)視頻內(nèi)容利用可編程分辨率來顯示視頻和靜止圖像。
2.—種顯示具有M乘N個像素的圖像的方法，包括選擇共同形成M乘N像素顯示器的多個宏像素分組中的每一個；生成開關(guān)圖案，所述開關(guān)圖案對應(yīng)于每個宏像素的正交基函數(shù)的接通一斷開開關(guān)狀態(tài)；確定用于各個開關(guān)圖案的圖像系數(shù)；通過所述開關(guān)圖案控制開關(guān)驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)以生成對于每個宏像素的對應(yīng)于圖像分解的正交基函數(shù)的掩模圖案；以及響應(yīng)于相應(yīng)掩模圖案的圖像系數(shù)來控制對于掩模圖案的宏像素內(nèi)的像素亮度。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，還包括通過確定適用于整個宏像素的平均圖像系數(shù)(零系數(shù))來修正平均偽像，所述平均偽像由于使用對應(yīng)于正交基函數(shù)的阻塞圖案而產(chǎn)生，所述正交基函數(shù)將光乘以0或1(接通一斷開開關(guān)狀態(tài)代替對于離散Walsh變換類型基函數(shù)實(shí)施方式的-1或1 )，并且通過減去適用于所有其他掩模圖案的平均圖像系數(shù)(非零系數(shù)的平均值)來修正適用于整個宏像素的平均圖像系數(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中當(dāng)非零系數(shù)的平均值大于零系數(shù)時，則進(jìn)行空間頻率濾波以消除某些非零系數(shù)和所采用的各個掩模圖案以保持非零平均值的和等于或小于所述零系數(shù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中當(dāng)所述非零系數(shù)的平均值大于所述零系數(shù)時，則減少所述宏像素分組中的像素?cái)?shù)目以保持非零平均值的和等于或小于平均分量項(xiàng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，還包括對于為負(fù)的圖像系數(shù)，通過對所述各個正交基函數(shù)的所述開關(guān)圖案求逆來將空間掩模圖案從阻塞狀態(tài)反轉(zhuǎn)到通過狀態(tài)(“0”到“1”)，并且反之亦然。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中僅顯示使用人眼敏感的圖像系數(shù)的子集，并且丟棄人眼不敏感的圖像系數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中將用于重構(gòu)圖像的圖像系數(shù)針對圖像內(nèi)的不同宏像素并且逐個圖像地改變。
9.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中較低階圖像系數(shù)具有比較高階圖像系數(shù)更高的比特精度。
10.一種顯示具有M乘N個像素的圖像的方法，包括選擇共同形成M乘N像素顯示器的多個宏像素分組中的每一個；生成開關(guān)圖案，所述開關(guān)圖案對應(yīng)于每個宏像素的正交基函數(shù)的接通一斷開開關(guān)狀態(tài)；確定用于各個開關(guān)圖案的圖像系數(shù)；通過確定適用于整個宏像素的平均圖像系數(shù)(零系數(shù))來修正平均偽像，所述平均偽像由于使用對應(yīng)于正交基函數(shù)的阻塞圖案而產(chǎn)生，所述正交基函數(shù)將光乘以0或1(接通一斷開開關(guān)狀態(tài)而不是對于離散Walsh變換類型基函數(shù)實(shí)施方式的-1或1 )，并且通過減去適用于所有其他掩模圖案的平均圖像系數(shù)(非零系數(shù)的平均值)來修正適用于整個宏像素的平均圖像系數(shù)；對于為負(fù)的圖像系數(shù)，通過對所述各個正交基函數(shù)的所述開關(guān)圖案求逆來將空間掩模圖案從阻塞狀態(tài)反轉(zhuǎn)到通過狀態(tài)(“0”到“1”)，并且反之亦然；通過所述開關(guān)圖案控制開關(guān)驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)以生成對于每個宏像素的對應(yīng)于圖像分解的正交基函數(shù)的掩模圖案；以及響應(yīng)于所述各個掩模圖案的圖像系數(shù)來控制對于掩模圖案的宏像素內(nèi)的像素亮度。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中當(dāng)非零系數(shù)的平均值大于零系數(shù)時，則進(jìn)行空間頻率濾波以消除某些非零系數(shù)和采用的各個掩模圖案以保持非零平均值的和等于或小于所述零系數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中當(dāng)所述非零系數(shù)的平均值大于所述零系數(shù)時， 則減少所述宏像素分組中的像素?cái)?shù)目以保持非零平均值的和等于或小于平均分量項(xiàng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中僅顯示使用人眼敏感的圖像系數(shù)的子集，并且丟棄人眼不敏感的圖像系數(shù)。
14.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中將用于重構(gòu)圖像的圖像系數(shù)針對圖像內(nèi)的不同宏像素并且逐個圖像地改變。
15.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中較低階圖像系數(shù)具有比較高階圖像系數(shù)更高的比特精度。
全文摘要
描述了一種視頻顯示系統(tǒng)，該系統(tǒng)由像素陣列和計(jì)算子系統(tǒng)形成，所述像素陣列包括快速響應(yīng)光元素、行選擇和列選擇開關(guān)以及像素?cái)?shù)據(jù)驅(qū)動器，所述計(jì)算子系統(tǒng)生成用于選擇線的控制信號和視頻數(shù)據(jù)。整個系統(tǒng)通過連續(xù)顯示對應(yīng)于原始圖像的正交圖像基函數(shù)分量的圖像的子幀來重構(gòu)要被顯示的預(yù)期圖像或視頻，該原始圖像的正交圖像基函數(shù)分量對使用多個行和列線選擇的像素的分組起作用。結(jié)果得到的系統(tǒng)是這樣的架構(gòu)其使得人們直接在光元素上實(shí)施某個視頻解壓縮技術(shù)(與在數(shù)字處理中實(shí)施這些技術(shù)相反)，并且可以具有比其中對像素進(jìn)行獨(dú)立尋址的系統(tǒng)相當(dāng)多地減小的原始視頻數(shù)據(jù)需求，并且使得能夠利用類似的數(shù)字－模擬轉(zhuǎn)換器規(guī)范來實(shí)現(xiàn)較高的動態(tài)范圍。在此描述了具有基于LED的顯示器的實(shí)施例。
文檔編號G09G3/20GK102414734SQ201080019853
公開日2012年4月11日 申請日期2010年3月5日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月5日
發(fā)明者E. 岡塞 S. 申請人:奧斯坦多科技公司