专利名称：等离子体显示屏的功耗自动调整装置及方法
技术领域：
本发明涉及应用于导电栅网板型等离子体显示屏带功耗自动调整的显示驱动装置及方法，尤其是利用功耗自动调整，提高峰值亮度，并将整机功耗稳定在一个安全的范围内，以提高导电栅网板型等离子体显示屏驱动电路稳定性的方案设计。
背景技术：
如图1所示，导电栅网板型等离子体显示屏的结构主要由后基板101、导电栅网板103和前基板102构成。后基板101包括后衬底玻璃基板104，在后衬底玻璃基板104上形成的第一电极105(寻址电极)，在后衬底玻璃基板104上形成的介质层106，在介质层106上形成的保护膜107；前基板102包括前衬底玻璃基板108，在前衬底玻璃基板108下表面上形成与后基板101上的第一电极105成空间垂直正交的第二电极109(扫描电极)，在第二电极109的下表面上形成的介质层110，在介质层110上形成的保护膜111；扫描电极和寻址电极在前、后基板装配完成后呈垂直分布；夹在前后基板101、102之间的栅网板103是一块包含网孔阵列的导电板(公共电极)，它可以是金属板，亦可以是表面镀上金属导电层或内部有导电添加材料的介质板。栅网板上的网孔与扫描电极和寻址电极的交叉点位置一一对应，在网格孔中充以一定气压的所需工作气体，就成为该等离子体显示屏的放电单元空间。
导电栅网板型等离子体显示屏要完成如电视或电脑显示终端一类的全彩色动态影像的显示用途，必需有一种可靠的灰度级显示方式。图3给出了能显示256级灰度的带多个子场的存储式显示方式的时序。按照通常的视频显示要求，动态影像按每秒50帧的速度进行图像显示，即每20毫秒显示一帧静止图象。存储式时序方式将一帧图像的显示时间再分为若干个子场，每个子场包含一个寻址期、一个维持期和一个擦除期。图4给出了传统导电栅网板型等离子体显示屏在存储式时序工作方式下单个子场的各电极工作波形。在寻址期中，扫描电极按照依次或跳跃式的顺序产生一个寻址脉冲，寻址电极针对这个子场和这一行上所有的像素应该产生的亮暗效果分别决定每一个寻址电极是否产生与寻址脉冲极性相反的脉冲，由于两个脉冲同时产生，且电压差超过点火电压，使该行所有应选择到的像素进入被点火状态，所有行依次产生寻址脉冲后则完成该子场寻址期对整屏像素的寻址；在维持期中，由扫描电极产生一定幅度的正负交替的脉冲，由于壁电荷的存在，使得被点火的单元在维持脉冲的作用下不断放电；在擦除期中，行上加一个幅度从零到一定电压的斜波脉冲，使所有单元产生弱放电，擦除所有单元的壁电荷。
等离子体显示屏发光主要是在维持期间，其系统功耗也主要消耗在维持发光期间。因此要调整系统功耗，就必须知道系统功耗主要和那些因素密切相关。不难通过试验得到一下的结论在显示静态图像的情况下，也就是在屏的显示亮度等级不变的情况下，如图5所示，维持总脉冲数和系统功耗大致呈线性关系，维持脉冲总数越大，系统功耗越大，而在每帧维持脉冲数不变的情况下，如图6所示，亮度等级和系统功耗同样大致呈线性关系，亮度等级越高，系统功耗越大。因此，系统功耗是由亮度等级和维持脉冲数共同决定的，要调整系统功耗，使之稳定在一个安全的范围内，就可以根据不同的亮度等级通过调整维持脉冲总数来调整系统的总功耗。
功耗过大一直是等离子体显示屏存在的主要问题，导电栅网板型等离子体显示屏作为一种新型结构的等离子体显示屏，也存在同样的问题，因此必须针对导电栅网板型等离子体显示屏的特性，采用一种功耗调整的方法来降低功耗。
发明内容
技术问题本发明的目的是提供一种针对导电栅网板型等离子体显示屏的自动功耗调整装置及方法，该方法根据视频图像输入自动调整系统功耗，将系统功耗稳定在一个安全的范围内，提高显示屏峰值亮度。
技术方案本发明的等离子体显示屏的自动功耗调整装置中的视频处理器和主控制器的输入端分别接视频信号，主控制器的输出端接行驱动波形发生器，行驱动波形发生器的输出端接导电栅网板型等离子体显示屏；视频处理器的输出端接列驱动波形发生器，列驱动波形发生器的输出端接导电栅网板型等离子体显示屏；外部存储器与视频处理器相接。在主控制器中功耗自动调整电路的输入亮度等级计算电路的输出端接比较电路的输入端，比较电路的输出端接亮度控制电路的输入端，亮度控制电路的输出端接亮度等级计算电路的输入端，亮度等级计算电路的输出端分别接自动功耗控制电路和比较电路的输入端，自动功耗控制电路的输出端分别接只读存储电路和行驱动波形发生器。
等离子体显示屏自动功耗调整方法为a、计算输入亮度等级，b、判断是否与输出亮度的等级一致，c、如果一致，则保持输出亮度等级，d、确定输出维持脉冲个数，结束；e、在步骤“b”如果判断与输出亮度的等级不一致，则计算亮度等级差值，f、计算亮度等级调整步长，g、修正输出亮度等级，h、确定输出维持脉冲个数，结束。
输入亮度等级计算方法中计算所得的亮度等级与用单种颜色点亮全屏时的功耗的大小成正比。检测亮度变化的方法是一个带反馈的比较方法，即不是比较输入亮度等级本身的变化情况，而是将它和当前输出亮度等级进行比较。功耗控制方法是根据输出亮度等级，在只读存储器中查表得到当前应该输出的维持脉冲信息，将该信息输出给行驱动波形发生器；在只读存储器中保存的是亮度等级和维持脉冲个数的对应关系，即关系曲线信息。
视频处理器对输入视频信号进行处理，以优化图像显示质量，并将数据信号按子场的方式存入外部存储器中，同时提供列驱动波形发生器数据信息。行驱动发生器用于产生各种行驱动波形。主控制器用于自动功耗调整。它首先计算输入亮度等级(每帧输入视频图像亮度等级)，然后和输出亮度等级(当前输出给屏的亮度等级)做比较，根据差值通过一滤波算法确定下一帧的输出亮度等级，然后由这个亮度等级查表得到这个亮度等级所对应的维持脉冲数目，并将这个数值输出给行驱动波形发生器。列驱动波形发生器产生行驱动波形，包括寻址扫描脉冲，擦除脉冲和维持脉冲。维持脉冲的输出个数由主控器决定。
输入亮度等级计算模块计算当前输入视频信号的输入亮度等级。这里所说的输入亮度等级具有特殊的含义，它和等离子体显示屏工作时的功耗相关联，亮度等级越大，系统功耗越大，反之，功耗越小。亮度等级是由亮度决定的。在本发明中，亮度等于将一帧中所有RGB数据按权重相加后的总和。将当前亮度除以全屏最亮时候的亮度值，就得到了当前的亮度比率。亮度比率乘上最大亮度等级级数再取整，就得到了当前的亮度等级了。如果视频输入分辨率为852×480那么亮度l，最大亮度L、亮度比率 以及亮度等级Y的计算公式如下表示 l^=l/L]]>Y=(int)(l^×YMax)]]>其中l表示亮度，L表示最大亮度， 表示亮度比率，Y表示亮度等级，YMax表示最大亮度等级级数，α、β、γ分别表示红、绿、蓝颜色信号的权重系数，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别表示在屏上(i，j)坐标处红色、绿色和蓝色的象素数据。每种颜色的数据权重都是不同的，该权重系数的取值和屏的结构以及各色荧光粉的特性有关。值得注意的是，这里算出来的亮度等级越高，并不一定代表屏点亮时人眼看到的亮度越高，但能说明功耗越高。
输出亮度等级计算模块用于确定当前的输出亮度等级，从而由自动功耗控制电路确定下一帧的维持脉冲个数。它数值的变化由亮度等级控制电路决定。比较电路将输入亮度等级和输出亮度等级做比较，并将结果传给亮度控制电路。
亮度控制电路根据比较电路的输出信息，通知输出亮度等级电路如何取得新的显示亮度等级。亮度控制电路实际上可以看作是一个信号滤波器，该滤波器控制着当前显示亮度等级如何随着外部输入亮度等级的变化而变化。如果该滤波器是直通的，那么输出亮度等级电路直接根据比较电路的比较信息，调整当前显示亮度等级的值，使之和输入亮度等级一致，这样显示亮度等级和输入亮度等级的变化是一致的，只不过是迟滞了一帧的时间。这样的方式容易会引起图像质量的降低，为改善图像质量，本发明根据比较电路的输出信息，改变显示亮度等级值修正的步长，差值越大，步长越大，差值越小，步长越小。
自动功耗控制电路根据输出亮度等级，查表确定维持脉冲数。输出亮度等级和维持脉冲数的对应关系保存在只读存储电路中。导电栅网板型等离子体显示屏的功耗，和亮度以及维持脉冲数都大致呈正比关系，根据这种关系，为了使保证峰值亮度参数的情况下将功耗稳定在安全功耗范围内，本发明用以下两条非线性曲线来确定亮度和维持脉冲数的关系曲线。
n^=A/l^---(n^=n/N)]]>--------曲线方程1n^=B-C×l^2---(l^=l/L)]]>--------曲线方程2其中 是维持脉冲率，即归一化后的维持脉冲， 是亮度率，即归一化后的亮度，n是维持脉冲数，N为最大维持脉冲数，L是最大亮度值。A是功耗调整系数，其值小于1，其具体数值大小由安全驱动功耗值(SPV)和最大驱动功耗值决定。B是方程2的调整系数，C用于调整低亮度时的维持脉冲个数。
为保持关系曲线的光滑以防止视频图像的失真，让这两个曲线切线相连。这样就可以得到B＝(2A2C)1/3+(A2C/4)1/3。为使亮度为0的时候，能输出最大维持脉冲数，以提高峰值亮度，将维持脉冲率范围调整到0到1，这样得到最后的亮度和维持脉冲数的关系曲线方程如下。
关系曲线如图11所示。
由于亮度等级的级数是有限的，而最大维持脉冲数也是有限的，所以在具体的应用中，将这个关系曲线转换为一个离散关系式
其中N为最大维持脉冲数，YMax表示最大亮度等级级数，n为维持脉冲数，Y亮度等级，A是功耗调整系数，B是方程调整系数，C用于调整低亮度时的维持脉冲个数。。根据这个对于关系式，将维持脉冲数和亮度等级关系做成一个查找表，存在只读存储器205中，就可以方便的进行亮度等级到维持脉冲数的转换了。
有益效果本发明具有以下优点①定义了的一种新的亮度计算方法，使亮度值的大小直接反映了系统功耗的大小，从而有利于更有效地进行功耗调整。②在进行亮度变化检测时，亮度比较的不是连续帧的输入亮度，而是输入亮度和输出亮度，这种比较方法是一种带反馈的比较，它更合理地发映了亮度地变化趋势，从而使功耗调整更精确、合理。③在进行亮度控制时，亮度的变化不是突变的，而是用一种自适用滤波算法进行控制，使得输出亮度的变化比较平滑连续，这样保证了图像的连续性④根据导电栅网板型等离子体显示屏和其驱动电路的特性，用一条非线性曲线来确定亮度等级和维持脉冲个数的关系，该曲线由两条曲线分段组合而成，并且这两条曲线在交点处相切，因此由它们组成的这条曲线是光滑连续的，这样能更精确地控制功耗，并且曲线的连续性保证了图像的连续性，由于只要确定几个和屏相关的参数就可以确定整条曲线，因此该方法应用起来比较方便。
图1为导电栅网板型等离子体显示板的结构示意图，图2为导电栅网板型等离子体显示屏电极相对位置分布示意图，图3为传统存储式驱动方案时序安排示意图，图4为传统方式下单个子场各电极工作波形示意图，图5为显示图像不变时功耗和维持脉冲个数关系示意图，图6为维持脉冲总数不变时功耗和视频输入亮度关系示意图，图7为本发明带自动功耗调整电路的系统驱动示意图，图8为功耗自动调整工作原理示意图，图9为功耗自动调整工作流程示意图，图10为两种亮度调整方法比较示意图，图11为亮度比率和维持脉冲比率关系曲线示意图。
以上的图中有导电栅网板型等离子体显示屏100、主控制器200、视频处理器300、行驱动波形发生器400、列驱动波形发生器500、外部存储器600、输入亮度等级计算电路201、输出亮度等级计算电路202、比较电路203、亮度控制电路204、只读存储电路205、自动功耗控制电路206。
后基板101、前基板102、导电栅网板103、衬底玻璃基板104、第一电极105、介质层106、保护膜107、前衬底玻璃基板108、第二电极109、介质层110、保护膜111。
具体实施例方式
在上述发明的基础上进一步考虑具体实施方案，提出以下实施例。
该装置视频处理器300和主控制器200的输入端分别接视频信号，主控制器200的输出端接行驱动波形发生器400，行驱动波形发生器400的输出端接导电栅网板型等离子体显示屏100；视频处理器300的输出端接列驱动波形发生器500，列驱动波形发生器500的输出端接导电栅网板型等离子体显示屏100；外部存储器600与视频处理器300相接。在主控制器200中功耗自动调整电路的输入亮度等级计算电路201的输出端接比较电路203的输入端，比较电路203的输出端接亮度控制电路204的输入端，亮度控制电路204的输出端接亮度等级计算电路202的输入端，亮度等级计算电路202的输出端分别接自动功耗控制电路206和比较电路203的输入端，自动功耗控制电路206的输出端分别接只读存储电路205和行驱动波形发生器400。
导电栅网板型等离子体显示板的结构主要由后基板101、栅网板103和前基板102构成。后基板101包括后衬底玻璃基板104，在后衬底玻璃基板104上形成的薄膜第一电极105(寻址电极)，在后衬底玻璃基板104上形成的介质层106，在介质层106上形成的保护膜107；前基板102包括前衬底玻璃基板108，在前衬底玻璃基板108下表面上形成与后基板101上的第一电极105成空间垂直正交的第二电极109(扫描电极)，在第二电极109的下表面上形成的介电层110，在介质层110上形成的保护膜111；夹在前后基板101、102之间的栅网板103是一块包含网格孔阵列的导电板(公共电极)。在网格孔中充以一定气压的所需工作气体，就成为该等离子体显示屏的放电单元空间。
显示屏以每16.6毫秒的时间显示一帧图像，在显示每帧图像过程中又分为若干个子场，如图3所示，每一子场中都包括扫描期，维持期和擦除期，其中扫描期和维持期的波形如图4所示，擦除期的波形如图5所示。假设显示屏的分辨率为852×480，则480条扫描电极按由上而下的顺序依次发出寻址脉冲，每个寻址脉冲时间内各寻址电极根据该子场该行图像的亮暗效果决定是否出与寻址脉冲等脉宽的数据脉冲，每个寻址脉冲宽度为1.5微秒，则每个子场的寻址期约为720微秒；每个擦除期由扫描电极给出一个斜波脉冲，其电压幅度与维持脉冲组中的正负脉冲幅度相同。这就构成了该等离子体显示屏驱动波形。
维持期的维持脉冲个数由自动功耗调整电路根据本发明说明的方法给出，不同亮度给出的脉冲个数不同。首先输入亮度计算电路201根据本发明给出的计算公式计算出输入亮度等级，然后和当前输出亮度等级(当前输出给屏的亮度等级)做比较，将比较信息输出给亮度控制电路204，亮度控制电路204根据差值信息决定输出亮度等级调整步长，输出亮度等级计算电路202根据这个步长确定下一帧的输出亮度等级，最后自动功耗控制电路206根据输出亮度等级在只读存储电路205中查表得到这个亮度等级所对应的维持脉冲数目，并将这个数值输出给行驱动波形发生器。只读存储电路205中存储的是亮度等级和维持脉冲数的对应关系，其对应关系为一非线性分段曲线，曲线方程如下 其中A和C是确定的参数，A是功耗调整系数，C是低亮度区维持脉冲调整系数，B＝(2A2C)1/3+(A2C/4)1/3，N为最大维持脉冲数，YMax表示最大亮度等级级数，n为维持脉冲数，Y是亮度等级。
亮度等级取256级，即根据不同的亮度，一共有256种不同的脉冲个数输出方法，这样就能比较精确的控制系统功耗，同时也保证了图像显示的连续性。这就构成了本发明的具体实施例。
该等离子体显示屏自动功耗调整方法具体为计算输入亮度等级，判断是否与输出亮度的等级一致，
如果一致，则保持输出亮度等级，确定输出维持脉冲个数，结束；在步骤“b”如果判断与输出亮度的等级不一致，则计算亮度等级差值，计算亮度等级调整步长，修正输出亮度等级，确定输出维持脉冲个数，结束。
输入亮度等级计算方法中计算所得的亮度等级与用单种颜色点亮全屏时的功耗的大小成正比。检测亮度变化的方法是一个带反馈的比较方法，即不是比较输入亮度等级本身的变化情况，而是将它和当前输出亮度等级进行比较。功耗控制方法是根据输出亮度等级，在只读存储器中查表得到当前应该输出的维持脉冲信息，将该信息输出给行驱动波形发生器；在只读存储器中保存的是亮度等级和维持脉冲个数的对应关系，即关系曲线信息。
权利要求
1.一种等离子体显示屏的自动功耗调整装置，其特征在于该装置视频处理器(300)和主控制器(200)的输入端分别接视频信号，主控制器(200)的输出端接行驱动波形发生器(400)，行驱动波形发生器(400)的输出端接导电栅网板型等离子体显示屏(100)；视频处理器(300)的输出端接列驱动波形发生器(500)，列驱动波形发生器(500)的输出端接导电栅网板型等离子体显示屏(100)；外部存储器(600)与视频处理器(300)相接。
2.如权利要求1所述的等离子体显示屏的自动功耗调整装置，其特征在于在主控制器(200)中功耗自动调整电路的输入亮度等级计算电路(201)的输出端接比较电路(203)的输入端，比较电路(203)的输出端接亮度控制电路(204)的输入端，亮度控制电路(204)的输出端接输出亮度等级计算电路(202)的输入端，输出亮度等级计算电路(202)的输出端分别接自动功耗控制电路(206)和比较电路(203)的输入端，自动功耗控制电路(206)的输出端分别接只读存储电路(205)和行驱动波形发生器(400)。
3.一种用于权利要求1所述的等离子体显示屏的自动功耗调整装置的自动功耗调整方法，其特征在于该等离子体显示屏自动功耗调整方法为i、计算输入亮度等级，j、判断是否与输出亮度的等级一致，k、如果一致，则保持输出亮度等级，l、确定输出维持脉冲个数，结束；m、在步骤“b”如果判断与输出亮度的等级不一致，则计算亮度等级差值，n、计算亮度等级调整步长，o、修正输出亮度等级，p、确定输出维持脉冲个数，结束。
4.如权利要求1所述的等离子体显示屏的自动功耗调整方法，其特征在于输入亮度等级计算方法中计算所得的亮度等级与用单种颜色点亮全屏时的功耗的大小成正比。
5.如权利要求3所述的等离子体显示屏的自动功耗调整方法，其特征在于检测亮度变化的方法是一个带反馈的比较方法，即不是比较输入亮度等级本身的变化情况，而是将它和当前输出亮度等级进行比较。
6.如权利要求3所述的等离子体显示屏的自动功耗调整方法，其特征在于功耗控制方法是根据输出亮度等级，在只读存储器中查表得到当前应该输出的维持脉冲信息，将该信息输出给行驱动波形发生器；在只读存储器中保存的是亮度等级和维持脉冲个数的对应关系，即关系曲线信息。
全文摘要
等离子体显示屏的自动功耗调整装置及方法是利用功耗自动调整，提高峰值亮度，并将整机功耗稳定在一个安全的范围内，以提高导电栅网板型等离子体显示屏驱动电路稳定性的方案设计。该装置主控制器的输出端通过行驱动波形发生器接导电栅网板型等离子体显示屏；视频处理器的输出端通过列驱动波形发生器接导电栅网板型等离子体显示屏；外部存储器与视频处理器相接。自动功耗调整方法为计算输入亮度等级；判断是否与输出亮度的等级一致；如果一致，则保持输出亮度等级；确定输出维持脉冲个数，结束；在步骤“b”如果判断与输出亮度的等级不一致，则计算亮度等级差值；计算亮度等级调整步长；修正输出亮度等级；确定输出维持脉冲个数，结束。
文档编号G09F9/313GK1619612SQ2004100652
公开日2005年5月25日 申请日期2004年11月3日 优先权日2004年11月3日
发明者沈建于, 汤勇明 申请人:东南大学