专利名称：彩色等离子显示屏自适应亮度逻辑控制波形产生方法
技术领域：
本发明涉及气体放电技术中逻辑控制，特别是涉及通过统计图像平均亮度水平、查表和控制延时的方法来产生的一种AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法。
背景技术：
交流型等离子显示板(AC Plasma Display Panel)利用气体放电实现图像显示，在大屏幕平板显示领域有着巨大的竞争力。目前，AC PDP普遍采用多子场技术来实现图像的多灰度等级显示，即将一帧图像分为多个子场来显示，不同的子场具有不同的权重，不同权重的子场对应于不同的亮度权重(对应到电路实现中既是维持放电脉冲的次数)，通过对不同权重的子场的组合可以实现图像的多等级灰度显示。
在采用子场技术实现多灰度等级的显示装置中，会产生所谓的动态伪轮廓(Dynamic False Contour)的图像失真。产生动态伪轮廓的原因一方面是由采用子场技术造成的，同时也是人眼的积分效应的消极后果。
目前已经提出了各种方法来减小动态伪轮廓对图像显示的影响，包括自适应亮度控制法、分割达权重子场法、调整子场显示顺序法、补偿脉冲法、误差扩散法等。不同的方法都有其优点和不足之处。其中，自适应亮度控制法根据图像本身的亮度水平来调整子场数和子场脉冲数，在减小动态伪轮廓和增加图像显示对比度方面有着明显的优势。
基于子场分离显示技术，自适应亮度控制的基本原理是统计前面的若干帧图像的亮度水平，对这个亮度水平划分等级；当统计画面平均亮度水平较低时，减少当前帧的子场数目，进而可以增加发光脉冲总数；此时因为平均亮度水平较低，所以动态伪轮廓现象不明显，发光脉冲总数的增加还可以增强图像的对比度。相反，当统计画面平均亮度水平较高时，增加当前帧的子场数目；子场数目增加，由于每子场中初始期、寻址期和擦除期的时间都不变，必然会减少维持期的总时间，进而减少总的维持脉冲数，使当前帧的图像亮度水平有所降低。同时，子场数目的增加使得相同灰度等级下各子场的权重均匀分配，从而从根本上使动态伪轮廓现象得到有效抑制。
在AC PDP显示器件领域，自适应亮度控制法主要通过产生相应的逻辑控制波形来实现。传统的自适应亮度控制法将图像亮度水平化分为几个等级，每个等级对应于一种子场模式，每种子场模式的逻辑控制波形数据存储在一个存储器里；通过前面若干帧图像的亮度水平统计结果来确定当前帧图像的子场模式，然后选择对应的一个波形数据存储器，得到相应的逻辑控制波形。这样，多个存储器必然会占用很多逻辑资源，而且设计或修改波形时也非常复杂。
同时，传统的自适应亮度控制法中，波形数据存储器里的波形数据(这里指二进制数)的最高位设定为波形状态延时标志，用以判断该波形数据是波形状态还是波形状态的延时。这样，在波形地址产生模块中必须要加入相应的一些模块来判断并处理波形数据。这对设计和修改逻辑控制波形也很不利。
此外，传统的自适应亮度控制法中，子场中准备期、寻址期、维持期、擦除期的波形状态数据是连续存储的，中间没有间隔；在设计中，如果要增加或减少一个或几个逻辑控制波形状态数据，则后面所有的波形状态数据的序号都需要做调整。这样非常不利于快速设计和调整逻辑控制波形。
发明内容
本发明的目的是提出一种AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，根据前面帧图像的亮度水平来动态调整下一帧图像的子场显示模式，其中包括子场数和维持脉冲数，并通过查表和控制延时的方法来产生逻辑控制波形，可以方便地作为嵌入式系统直接应用到AC PDP控制系统中，实现具有抑制动态伪轮廓现象和增强画面对比度的图像显示控制功能。
为了实现以上目的，本发明采用的技术方案为一种AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，图像亮度统计模块A对各个帧图像的亮度水平进行统计，计算出图像的亮度水平编码，并送给逻辑控制波形地址产生模块B；逻辑控制波形地址产生模块B根据图像的亮度水平编码来确定子场数，并根据子场数和当前子场序号从子场维持脉冲数存储器D中读取当前子场的维持脉冲数；逻辑控制波形地址产生模块B按照逻辑顺序产生波形状态数据存储器E和子场波形状态延时存储器F的查找地址；从波形状态数据存储器E中读出的数据就是输出数据，即各控制信号的组合数据；从子场波形状态延时存储器F中读出的数据送给波形状态延时扩展判断模块C，波形状态延时扩展判断模块C对该数据进行减法计数，当计数值为零时将允许地址变化的标志送给逻辑控制波形地址产生模块B，再由逻辑控制波形地址产生模块B来决定下一时刻波形状态数据存储器E和子场波形状态延时存储器F的查找地址；采用分段的方式来分别存储一个子场中准备期、寻址期、维持期和擦除期的逻辑控制波形状态数据，其中逻辑控制波形状态数据存储在波形状态数据存储器E中。
采用分段方式分别存储一个子场中准备期、寻址期、维持期和擦除期的逻辑控制波形状态；根据若干帧图像信号的亮度统计特性确定当前一帧图像信号的子场数目和子场维持脉冲数目，进而通过查找表产生相应的逻辑控制波形。
所说的图像亮度统计模块A是对图像信号中的所有子像素的点亮状态进行统计并进行加权求和运算，运算结果取其二进制数的高几位作为相应的图像亮度水平编码。
所说的采用分段的方式来分别存储一个子场中准备期、寻址期、维持期和擦除期的逻辑控制波形状态，是将各波形状态数据采用分段的方式存储到子场波形状态数据存储器E中，各段的地址之间没有重叠，同时也不连续。
所说的子场维持脉冲数存储器D存储各种子场模式下的不同维持脉冲数，子场模式对应于图像亮度水平编码。
所述的图像亮度统计模块A对各个帧图像的亮度水平进行统计，计算出图像的亮度水平编码是指，图像亮度统计模块A中的计数模块Counter对每帧图像信号中的所有子像素按位进行计数，并进行加权求和运算，输出8bit计数结果，该计数结果就是图像亮度统计模块A的统计结果，即图像亮度水平编码。
所述的亮度水平编码来确定子场数是逻辑控制波形地址产生模块B根据图像的亮度水平编码二进制数的高两位来确定子场数，即如果该编码的高两位为“00”，则采用八子场模式，如果为“01”，采用九子场模式，如果为“10”，采用十子场模式，如果为“11”，则采用十一子场模式。
本方法可以采用中低端的FPGA芯片来实现，只需相应的VHDL语言程序以及相应的图像数据处理程序即可实现。
本发明使用非常少的逻辑资源实现了较复杂的图像自适应亮度控制功能，并且采用了分段式、参数化的波形状态存储结构，使得控制波形设计灵活、简单。采用本发明对于缩短AC PDP控制波形设计的开发周期，有效降低开发成本都有积极的意义。
图1是本发明的组成模块关系框图；图2是图像亮度统计模块的内部结构框图；图3是子场波形状态数据存储器中的数据存储结构示意图，其中横坐标表示时间，纵坐标表示存储器的地址；具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
参照图1所示，说明本发明中各模块之间的关系。其中，图像亮度统计模块A对若干帧图像的亮度水平进行统计，计算出图像的亮度水平编码，并送给逻辑控制波形地址产生模块B；逻辑控制波形地址产生模块B根据图像的亮度水平编码来确定子场数，并根据子场数和当前子场序号从子场维持脉冲数存储器D中读取当前子场的维持脉冲数；逻辑控制波形地址产生模块B按照一定的逻辑顺序产生波形状态数据存储器E和子场波形状态延时存储器F的查找地址；从波形状态数据存储器E中读出的数据就是输出数据，即各控制信号的组合数据；从子场波形状态延时存储器F中读出的数据送给波形状态延时扩展判断模块C，波形状态延时扩展判断模块C对该数据进行减法计数，当计数值为零时将允许地址变化的标志送给逻辑控制波形地址产生模块B，再由逻辑控制波形地址产生模块B来决定下一时刻波形状态数据存储器E和子场波形状态延时存储器F的查找地址。
一个逻辑控制波形地址产生模块B，该模块与子场波形状态数据存储器相连接，分别设置了准备期、寻址期、维持期和擦除期的开始地址和结束地址标志信号，根据这些标志，分别产生各个阶段的控制信号波形。逻辑控制波形地址产生模块B根据图像亮度水平编码信号来读取子场维持脉冲数存储器中的数据，从而产生维持期的周期性脉冲。同时，该模块根据波形状态延时扩展判断模块的输出来决定是否将波形变换到下一个波形状态。
一个子场维持脉冲数存储器D，存储各种子场模式下的不同维持脉冲数，这里子场模式对应与图像亮度水平编码。
一个子场波形状态数据存储器E，存储逻辑控制波形的各个不同状态，该存储器的输出也是本系统的输出。该表按照准备期、寻址期、维持期和擦除期四个阶段的波形状态分别存储于不同的物理地址段，各段之间留有一定的空间，供将来修改波形状态时使用。
一个波形状态延时存储器F，存储各个不同波形状态的延时数据，与子场波形状态数据存储器中的数据一一对应。
一个波形状态延时扩展判断模块C，根据波形状态延时存储器的输出产生波形状态延时扩展判断信号。
参照图2所示，说明图像亮度统计模块A的原理。图中R[7..0]、G[7..0]、B[7..0]分别表示组成图像的红、绿、蓝三基色的8位二进制数，该数可以表征红、绿、蓝三基色的灰度值。而对于一个8位二进制数，其最高两位可以表征其灰度值的75％，所以对R[7..0]、G[7..0]、B[7..0]高两位进行统计，就可以基本表征图像的亮度水平，且结构比较简单。假定图像的分辨率为m*n，1帧图像的亮度分为L个亮度水平，计数器CountH和计数器CountL分别为N进制和2N进制的加法计数器，这里N＝m*n/L；分别对R[7..0]、G[7..0]、B[7..0]的最高位和次高位的‘1’的个数进行计数，其进位端c作为后面计数器CountS的计数输入。当计数器CountH计数到N时，其输出进位端c由’0’变为’1’；计数器CountS在时钟上升沿时检测CountH的进位端c，当检测到c为’1’时则进行计数，否则不计数；由于权重的不同，CountH为N进制计数器，而CountL为2N进制计数器；加法器ADDer对6个计数器CountS的计数结果求和输出，得到图像亮度统计模块A的统计结果，就得到统计图像的亮度水平。
参考图3所示，说明逻辑控制波形地址产生模块的原理。首先，将每个子场的驱动波形分为四个时期，分别为准备期、寻址期、维持期和擦除期。每个时期的控制波形数据存储在波形状态数据存储器E中的一段连续的存储空间中，并且各个时期的地址即不重叠也不相邻，中间有一段预留的存储空间，以方便在其中某个波形时期内增加或减少控制波形状态而不同修改其它波形时期的波形数据。图3中的纵坐标为逻辑控制波形地址产生模块中的地址计数器的值，该地址计数器从每个子场的准备期开始地址开始计数，一直到准备期结束地址；当地址计数器的值等于准备期结束地址时，将寻址期开始地址赋给地址计数器，然后地址计数器从此地址继续计数，一直到寻址期结束地址；当地址计数器的值等于寻址期结束地址时，将维持期开始地址赋给地址计数器并对子场计数器进行计数，然后地址计数器从此地址继续计数，一直到周期脉冲开始地址。由于在维持期中，中间的维持脉冲具有周期性，所以产生周期脉冲的控制波形数据只存储一个周期的就可以了。地址计数器从周期脉冲开始地址计数，当等于周期脉冲结束地址时，对维持脉冲计数器进行计数；此时，如果维持脉冲计数器的值等于子场开始时从子场维持脉冲数存储器D中读取的当前子场维持脉冲数，则地址计数器继续计数，直到维持期结束地址，否则地址计数器跳转到周期脉冲开始地址重新计数。当地址计数器的值等于维持期结束地址时，地址计数器跳转到擦除期开始地址进行计数，直到擦除期结束地址。当地址计数器的值等于擦除期结束地址时，如果子场计数器的值等于图像亮度统计模块A送过来的该场的子场数时，则地址计数器保持当前值，否则地址计数器跳回到准备期开始地址，继续下一子场控制波形的产生。
下面以逻辑控制波形地址产生模块B(简称地址产生模块)为核心来说明整个系统的工作原理。图像亮度统计模块A统计前面若干场图像的亮度水平，并将亮度编码送给逻辑控制波形地址产生模块B，用来控制当前场的显示模式，包括子场数和维持脉冲数；地址产生模块在场同步信号的上升沿开始工作，产生初始地址，即准备期开始地址，同时接收图像亮度统计模块A送过来的亮度编码；然后顺序产生准备期的控制波形地址；在准备期结束时将地址跳到寻址期开始地址，然后顺序产生寻址期的控制波形地址；在寻址期结束之前，地址产生模块根据图像亮度统计模块A的统计结果从子场维持脉冲数存储器中读取该子场的维持脉冲数，作为对维持期维持脉冲的计数初值；当寻址期结束后，地址产生模块将地址跳到维持期开始地址；由于维持期的特点是在前后各有一个不规则的宽脉冲，中间的若干脉冲为周期性脉冲，所以将波形分为三段存储；同样，在维持期结束之后，产生擦除期的控制波形地址。控制波形数据由子场波形状态数据存储器输出，其中每个波形状态的延时长度则由波形状态延时存储器中相应的值来表示。波形状态延时扩展判断模块对该值进行减法计数，当计数为0时，输出延时结束判断信号ext_end为1，地址产生模块只有在该信号为1时才允许产生下一个控制波形地址。这样，通过相同的控制方法，只要调整存储器D、E、F中的数据就可以产生理想的、具有自适应亮度控制功能的AC PDP逻辑控制波形。
权利要求
1.一种AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，其特征在于图像亮度统计模块(A)对各个帧图像的亮度水平进行统计，计算出图像的亮度水平编码，并送给逻辑控制波形地址产生模块(B)；逻辑控制波形地址产生模块(B)根据图像的亮度水平编码来确定子场数，并根据子场数和当前子场序号从子场维持脉冲数存储器(D)中读取当前子场的维持脉冲数；逻辑控制波形地址产生模块(B)按照逻辑顺序产生波形状态数据存储器(E)和子场波形状态延时存储器(F)的查找地址；从波形状态数据存储器(E)中读出的数据就是输出数据，即各控制信号的组合数据；从子场波形状态延时存储器(F)中读出的数据送给波形状态延时扩展判断模块(C)，波形状态延时扩展判断模块(C)对该数据进行减法计数，当计数值为零时将允许地址变化的标志送给逻辑控制波形地址产生模块(B)，再由逻辑控制波形地址产生模块(B)来决定下一时刻波形状态数据存储器(E)和子场波形状态延时存储器(F)的查找地址；采用分段的方式来分别存储一个子场中准备期、寻址期、维持期和擦除期的逻辑控制波形状态数据，其中逻辑控制波形状态数据存储在波形状态数据存储器(E)中。
2.根据权利要求1所述的AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，其特征在于采用分段方式分别存储一个子场中准备期、寻址期、维持期和擦除期的逻辑控制波形状态；根据若干帧图像信号的亮度统计特性确定当前一帧图像信号的子场数目和子场维持脉冲数目，进而通过查找表产生相应的逻辑控制波形。
3.根据权利要求1所述的AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，其特征在于所说的图像亮度统计模块(A)是对图像信号中的所有子像素的点亮状态进行统计并进行加权求和运算，运算结果取其二进制数的高几位作为相应的图像亮度水平编码。
4.根据权利要求1所述的AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，其特征在于所说的采用分段的方式来分别存储一个子场中准备期、寻址期、维持期和擦除期的逻辑控制波形状态，是将各波形状态数据采用分段的方式存储到子场波形状态数据存储器(E)中，各段的地址之间没有重叠，同时也不连续。
5.根据权利要求1所述的AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，其特征在于所说的子场维持脉冲数存储器(D)存储各种子场模式下的不同维持脉冲数，子场模式对应于图像亮度水平编码。
6.根据权利要求1所述的AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，其特征在于所述的图像亮度统计模块(A)对各个帧图像的亮度水平进行统计，计算出图像的亮度水平编码是指，图像亮度统计模块(A)对每帧图像信号中的所有子像素按位进行计数，加法器ADDer对计数输出进行求和运算，得到图像亮度统计模块(A)的统计结果，即图像亮度水平编码。
7.根据权利要求1所述的AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，其特征在于所述的亮度水平编码来确定子场数是逻辑控制波形地址产生模块(B)根据图像的亮度水平编码二进制数的高两位来确定子场数，即如果该编码的高两位为“00”，则采用八子场模式，如果为“01”，采用九子场模式，如果为“10”，采用十子场模式，如果为“11”，则采用十一子场模式。
全文摘要
本发明的目的是提出一种AC PDP自适应亮度逻辑控制波形产生方法，根据前面帧图像的亮度水平来动态调整下一帧图像的子场显示模式，其中包括子场数和维持脉冲数，并通过查表和控制延时的方法来产生逻辑控制波形，可以方便地作为嵌入式系统直接应用到AC PDP控制系统中，实现具有抑制动态伪轮廓现象和增强画面对比度的图像显示控制功能。
文档编号G09F9/313GK1750091SQ2005100961
公开日2006年3月22日 申请日期2005年10月14日 优先权日2005年10月14日
发明者贾俊明 申请人:彩虹集团电子股份有限公司