可變刷新率系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)幀重復(fù)的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】可變刷新率系統(tǒng)中的動(dòng)態(tài)幀重復(fù)
[0001]本申請(qǐng)要求享有2014年05月30日提交的序列號(hào)為62/005，928的、題為“DynamicFrame Repetit1n in a Variable Refresh Rate System”的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)的優(yōu)先權(quán)，其全部?jī)?nèi)容通過(guò)援弓I整體并入本文。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明涉及顯示系統(tǒng)，更具體地，涉及可變刷新率顯示器。
【背景技術(shù)】
[0003]傳統(tǒng)的顯示設(shè)備(例如，陰極射線管(CRT)顯示設(shè)備、液晶顯示設(shè)備(LCD)、發(fā)光二極管(LED)顯示設(shè)備、有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示設(shè)備、有源矩陣有機(jī)發(fā)光二極體(AMOLED)顯示設(shè)備等)在固定刷新率例如60Hz、85Hz、或120Hz下操作。換句話說(shuō)，顯示設(shè)備配置為在特定頻率下刷新屏幕的每個(gè)像素。在傳統(tǒng)的系統(tǒng)中，傳輸?shù)斤@示設(shè)備的視頻信號(hào)必須與顯示設(shè)備的刷新率的固定頻率匹配。一些顯示設(shè)備能夠基于顯示設(shè)備的配置設(shè)置而改變固定頻率的刷新率，但是一旦該設(shè)置被改變，由顯示設(shè)備接收到每個(gè)幀在固定頻率下繪制到屏幕。然而，圖形處理單元(GPU)在可變渲染速率下可以生成像素?cái)?shù)據(jù)的幀，可變渲染速率異步于顯示裝置的固定刷新率。
[0004]例如，當(dāng)顯示設(shè)備以60Hz運(yùn)行時(shí)，每16.6ms顯示器的像素進(jìn)行刷新。然而，每個(gè)幀需要占用不同的時(shí)間通過(guò)GPU進(jìn)行渲染，因此當(dāng)一幀可能需要12ms的時(shí)間來(lái)渲染，具有更加復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)的另一幀可能需要30ms的時(shí)間來(lái)渲染。因此，當(dāng)下一幀需要經(jīng)由視頻接口輸出到顯示設(shè)備時(shí)，完全渲染的幀可能在幀緩沖區(qū)中還沒(méi)準(zhǔn)備好。這種情況會(huì)導(dǎo)致圖像偽影，觀眾可能會(huì)察覺(jué)到不連貫的視頻。例如，如果被輸出到顯示設(shè)備的圖像通過(guò)幀而部分地切換(垂直同步關(guān)閉)，那么圖像撕裂(tearing)可能發(fā)生。相反地，如果被輸出到顯示設(shè)備的圖像僅在幀之間切換，從而導(dǎo)致一些幀被重復(fù)和/或造成一些幀被跳過(guò)(垂直同步開(kāi)啟)，那么圖像殘跡可能發(fā)生。
[0005]更新的顯示設(shè)備利用動(dòng)態(tài)刷新頻率可以被配置為與GPU同步運(yùn)行。例如，一些監(jiān)視器可以與NVIDIA’s G-SYNC?技術(shù)兼容，使顯示設(shè)備能夠同步像素單元的刷新以顯示具有可變渲染速率的GPU的幀。GPU被配置為隨著幀被渲染的同時(shí)通過(guò)視頻接口傳遞顯示設(shè)備的像素?cái)?shù)據(jù)的幀，并且顯示設(shè)備被配置為響應(yīng)于接收到像素?cái)?shù)據(jù)而刷新顯示設(shè)備的像素，而不是以固定頻率的刷新率。換目之，顯不設(shè)備的刷新頻率不固定于一特定頻率，而是動(dòng)態(tài)地調(diào)整為從GPU接收?qǐng)D像數(shù)據(jù)的速率。
[0006]只要GPU以合理的快速渲染速率來(lái)渲染圖像數(shù)據(jù)的幀，與傳統(tǒng)系統(tǒng)相關(guān)聯(lián)的圖像偽影的類(lèi)型就可以減少。然而，在某些情況下，由于場(chǎng)景的復(fù)雜性GPU可能無(wú)法在合理的時(shí)間內(nèi)清染特定的幀。例如，像素?cái)?shù)據(jù)的特定的幀可能需要例如10ms的時(shí)間來(lái)清染，對(duì)于該特定的幀動(dòng)態(tài)刷新頻率相當(dāng)于10HZ。當(dāng)連續(xù)幀之間有大的延遲時(shí)，監(jiān)視器的有效刷新率可能會(huì)成為大問(wèn)題。
[0007]例如，大多數(shù)圖像顯示技術(shù)(例如，LCD面板)具有上限和下限的刷新頻率，在刷新頻率內(nèi)顯示設(shè)備可以重現(xiàn)高質(zhì)量的圖像。當(dāng)在固定頻率刷新率下驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)備時(shí)，很容易滿(mǎn)足操作限制，因?yàn)榭梢栽陲@示設(shè)備上下限之間選擇固定刷新率。然而，當(dāng)使用可變刷新率技術(shù)時(shí)，例如NVIDIA’ s G-SYNC?技術(shù)，GPU可能需要可變的和不可預(yù)測(cè)的時(shí)間產(chǎn)生接下來(lái)的圖像數(shù)據(jù)用于顯示。產(chǎn)生用于顯示的圖像數(shù)據(jù)的下一幀需要的時(shí)間可能長(zhǎng)于停留在顯示所要求的最小刷新頻率的可用時(shí)間。因此，存在對(duì)于解決與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的這些和/或其他問(wèn)題的需要。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]公開(kāi)了用于調(diào)整顯示設(shè)備的動(dòng)態(tài)刷新頻率的方法、計(jì)算機(jī)程序產(chǎn)品和系統(tǒng)。該方法包括以下步驟，獲取與第一圖像相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間，基于所述當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間來(lái)計(jì)算用于第二圖像的重復(fù)值，以及基于所述重復(fù)值在顯示設(shè)備上重復(fù)顯示所述第二圖像。用于實(shí)施該方法的邏輯可以包括在圖形處理單元或顯示設(shè)備本身內(nèi)。
【附圖說(shuō)明】
[0009]圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、在顯示設(shè)備上重復(fù)呈現(xiàn)圖像的方法的流程圖；
[0010]圖2示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、包括能夠動(dòng)態(tài)刷新頻率的顯示器的系統(tǒng)；
[0011]圖3A和圖3B示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、具有30HZ的最小刷新頻率的幀重復(fù)的示例；
[0012]圖4示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、圖2中GPU的操作；
[0013]圖5示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的、圖2中縮放單元的操作；
[0014]圖6示出了根據(jù)另一個(gè)實(shí)施例的、圖2中TCON的操作；以及
[0015]圖7示出了在其中可以實(shí)現(xiàn)各種前述實(shí)施例中的各種架構(gòu)和/或功能的示范性系統(tǒng)。
【具體實(shí)施方式】
[0016]在大多數(shù)可變刷新率顯示器中，圖像數(shù)據(jù)的每個(gè)新的幀的到達(dá)時(shí)間是未知的，并且基于過(guò)去的事件的啟發(fā)可以用來(lái)估計(jì)圖像數(shù)據(jù)的下一個(gè)幀的到達(dá)時(shí)間。估計(jì)出的到達(dá)時(shí)間被用來(lái)找出圖像數(shù)據(jù)的先前幀應(yīng)該在顯示設(shè)備上被刷新的次數(shù)，以確保顯示設(shè)備在顯示設(shè)備具有的、關(guān)于顯示設(shè)備的最小和最大刷新頻率的規(guī)范內(nèi)操作。
[0017]圖1示出了根據(jù)一個(gè)實(shí)施例的、在顯示設(shè)備上重復(fù)呈現(xiàn)圖像的方法100的流程圖。在步驟110，獲取與圖像數(shù)據(jù)的幀相關(guān)聯(lián)的當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間。該當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間表示將圖像數(shù)據(jù)的當(dāng)前幀渲染進(jìn)入幀緩沖區(qū)所需要的時(shí)間，以及相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)的先前幀通過(guò)顯示設(shè)備被顯示同時(shí)等待圖像數(shù)據(jù)的當(dāng)前幀被接收的時(shí)間。當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間對(duì)于圖像序列中的圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)幀可以是變化的。在一個(gè)實(shí)施例中，顯示設(shè)備中的時(shí)序控制器計(jì)算當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間的估計(jì)。在另一個(gè)實(shí)施例中，顯示設(shè)備中的縮放單元計(jì)算當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間的估計(jì)。在再一個(gè)實(shí)施例中，顯示設(shè)備之外的處理器，例如圖形處理單元計(jì)算當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間的估計(jì)。
[0018]在大多數(shù)可變刷新率顯示設(shè)備中，每個(gè)新圖像的到達(dá)時(shí)間將是未知的，因?yàn)閳D像的渲染速率根據(jù)被渲染的場(chǎng)景的復(fù)雜性而變化。每個(gè)新圖像的到達(dá)時(shí)間可知的唯一的方式是，如果在先前幀傳送到顯示設(shè)備之前有一幀的延遲使得當(dāng)先前幀被傳送到顯示設(shè)備時(shí)當(dāng)前幀的渲染時(shí)間是已知的。然而，這類(lèi)延遲對(duì)于一些交互式應(yīng)用如計(jì)算機(jī)游戲用戶(hù)可能導(dǎo)致顯而易見(jiàn)的滯后。
[0019]在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過(guò)使用基于過(guò)去事件的啟示來(lái)估計(jì)當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間從而避免一幀的延遲，比如已知的圖像數(shù)據(jù)的一個(gè)或多個(gè)先前幀的幀持續(xù)時(shí)間。例如，與圖像數(shù)據(jù)的先前幀相關(guān)聯(lián)的幀的持續(xù)時(shí)間可以被用于估計(jì)與圖像數(shù)據(jù)的當(dāng)前幀相關(guān)聯(lián)的幀的持續(xù)時(shí)間。在另一個(gè)示例中，與圖像數(shù)據(jù)的N個(gè)先前幀相關(guān)聯(lián)的平均幀持續(xù)時(shí)間可以被用于估計(jì)圖像數(shù)據(jù)當(dāng)前幀的幀持續(xù)時(shí)間。
[0020]在步驟120中，基于當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間來(lái)選擇用于先前圖像的重復(fù)值。應(yīng)當(dāng)理解的是，給定對(duì)應(yīng)于允許的最大的幀持續(xù)時(shí)間的顯示設(shè)備刷新頻率的特定的下限，以及對(duì)應(yīng)于允許的最小的幀持續(xù)時(shí)間的顯示設(shè)備刷新頻率的特定的上限，那么確定圖像數(shù)據(jù)的幀的整數(shù)的重述次數(shù)始終是可能的，使得與圖像數(shù)據(jù)的幀相關(guān)聯(lián)的動(dòng)態(tài)刷新頻率落在顯示設(shè)備的刷新頻率的下限和上限內(nèi)，只要滿(mǎn)足以下公式:
[0021](frame_durat1nmax/frame_durat1nmin) ^ 2 (公式 I)
[0022]在公式I中，frame_durat1n_/f^表顯示設(shè)備允許的最大幀的持續(xù)時(shí)間，frame_durat1nmin代表顯不設(shè)備允許的最小的幀持續(xù)時(shí)間。換目之，允許的最大的幀的持續(xù)時(shí)間的大小應(yīng)該大于或等于允許的最小的幀持續(xù)時(shí)間的大小的2倍。例如，顯示設(shè)備具有下限為50Hz的刷新頻率和上限為135Hz的刷新頻率，那么公式I的結(jié)果約為2.7(即，20ms/7.4ms?2.7)，其大于2。如果圖像數(shù)據(jù)的幀生成的太快，那么在圖像數(shù)據(jù)的幀傳送到顯示設(shè)備之前應(yīng)該加上延遲，這樣顯示設(shè)備的刷新頻率落在顯示設(shè)備刷新頻率的下限和上限內(nèi)。然而，如果圖像數(shù)據(jù)的幀生成的太慢，則圖像數(shù)據(jù)的幀會(huì)被一次或多次重傳送到顯示設(shè)備，這樣顯示設(shè)備的動(dòng)態(tài)刷新頻率落在顯示設(shè)備的刷新頻率的下限和上限范圍內(nèi)。應(yīng)當(dāng)理解的是，連續(xù)傳送的圖像數(shù)據(jù)的幀之間的時(shí)間應(yīng)該近似地相等，以便顯示設(shè)備的任意兩個(gè)連續(xù)的刷新之間的中間延遲(即，瞬時(shí)動(dòng)態(tài)刷新頻率)落在顯示設(shè)備的刷新頻率的下限和上限范圍內(nèi)。
[0023]圖像數(shù)據(jù)的幀重復(fù)呈現(xiàn)在顯示設(shè)備上的實(shí)際次數(shù)取決于圖像的渲染速度以及其他方面的考慮。對(duì)于給定的當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間的估計(jì)，圖像數(shù)據(jù)的先前幀的最大重復(fù)值可以通過(guò)以下公式計(jì)算獲得:
[0024]Rmax= (frame_durat1n curr/frame_durat1nmin).rounded_down-l (公式 2)
[0025]在公式2中，Rfflax為圖像數(shù)據(jù)的當(dāng)前幀的最大重復(fù)值，frame_durat1n eulT代表當(dāng)前幀的持續(xù)時(shí)間，frame_durat i onmin代表顯示設(shè)備允許的最小的幀持續(xù)時(shí)間。操作符rounded_down(向下舍入)簡(jiǎn)單地將除法運(yùn)算的中間結(jié)果向下舍入為最接近的整數(shù)值。通過(guò)向下舍入，最大重復(fù)值代表在給定的幀的持續(xù)時(shí)間內(nèi)圖像幀重復(fù)的次數(shù)的整數(shù)值，所述給定的幀的持續(xù)時(shí)間對(duì)應(yīng)于低于