专利名称：非线性灰度定标方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及显示设备，尤其涉及显示设备的灰度定标校正。
通信设备频频升级以提供更强大的功能使设备接收和处理日益增长的数据量。例如，寻呼机正在达到一种要求图形用户接口(GUI)让用户能控制寻呼机工作的复杂水平。一种高分辨率的发射式显示器例如集成式发光二极管(LED)显示器提供可在低功率电平获得高可见度的GUI，它用于观察图形图像。数字发光度数据提供使LED显示器象素照亮到期望亮度水平所需的信息。
组成LED显示器的LED象素的特征是线性灰度定标，其中LED象素在发光度数据的可能数值范围用相等发光度步幅的一个有限序列照亮。亮度与发光度的区别在于发光度可用物理方法度量，而亮度则是人眼观察发光度时的主观感觉。使用LED显示器的一个问题是从线性的发光度定标得不到线性的亮度定标，因为人的眼睛对发光度有一个非线性的对数的响应。在低发光度水平时，发光度的一个小变化容易被感觉成亮度的变化。但是，在高发光度水平时，同等的发光度变化则几乎不产生可感觉得到的亮度变化。亮度步幅在高发光度水平的压缩大大缩减了显示器的亮度动态范围，给大多数图像以一个不精确的被洗过的形态。这种不准确性在那些从图像源例如互连网下载的图象上特别容易看出，因为那些图像为了在其灰度定标函数本来就是非线性的阴极射线管上显示，一般都是经过预调的。
因此，有必要校正用于在线性灰度定标显示设备上观察的数字编码图像，以便向人眼描绘出更精确的图像。
图1是无线通信设备的一个方框图；图2是作为发光度数据的函数的发光度和亮度的曲线图；图3是耦连到行和列控制电路的显示设备原理图；以及图4是行驱动电路的一个方框图。
图1示出诸如寻呼机或蜂窝电话一类无线通信设备100的一个方框图。天线102、RF电路104和解调器106组成无线通信设备100的接收电路部分。天线102接收所发射的RF载波信号(一般都是经过诸如用于操纵通信设备100的控制数据和表示下载图像的视频数据一类的数字信号调制的)。RF载波信号被耦合到用于调谐和放大的RF电路104。放大了的RF载波信号被解调器106接收，以还原为一个在耦连到行控制电路108的数据输入端的四芯输出总线120上的四位数字视频数据流VDATA。输出总线120的宽度可以随无线通信设备100的要求变化，该总线包括以串行方式提供的视频数据流VDATA的单芯导线。视频数据流VDATA包含有数字控制信息和一个用于在显示器110上显示图形图像的四位发光度字流。
显示器110是一个显示设备，包括一个组织成72行和120列的LED器件阵列。显示器110具有72行，它们被耦合到分支(node)ROW0至ROW71并与行控制电路108的输出对应。显示器110具有120列，它们被耦合到分支COL0至COL119并与列控制电路112的输出对应。LED象素在选中一个列并且激励一个行时被照亮。
列控制电路112以列扫描方式工作，在这种方式下，通过在分支COL0至COL119的一个分支上向显示器110提供列驱动信号而选出显示器110的一个列。借助列选择信号通过诸列重复钟控列控制电路112。被选列的LED象素由行控制电路108的相应输出并联激励。视频数据流VDATA的发光度字通过一般工作于1.25兆赫的系统时钟Vclock而加载到行控制电路108的各个驱动元件上。系统时钟Vclock是一个以相等时间间隔产生脉冲的线性时钟信号。行控制电路108根据发光度字的数值控制被选象素的发光度。
图2示出显示器110中发光度和亮度的标准化曲线图，它们是载有用于驱动LED象素的发光度字的视频数据流VDATA的数值的函数。发光度曲线21示出作为发光度字的函数的由LED象素产生的发光度。因此发光度曲线21表示LED象素在其发光度在发光度字的范围变化时的灰度定标阴影(shading)。发光度曲线21示出发光度线性地正比于发光度字，使发光度字数值的相等增量产生LED象素的发光度的相等增量。
如上所述，人眼以对数方式即非线性方式感觉发光度和亮度被定义为所感觉的发光度。亮度曲线22示出LED象素在呈现给观察者时的亮度。事实上，发光度曲线21在客观上表示发射光的灰度定标阴影或色调，而亮度曲线22则表示观察者感觉上的主观灰度定标。注意亮度曲线22在高水平处的“变平”，表示人眼的“增益”下降和无能力辨别出发光度增量。当一个图像的发光度被线性显示成如曲线21那样的发光数据的函数时，图像的许多亮度值域被丢失并且图像看起来似乎被洗过似的。
最好，是LED的亮度而不是它的发光度呈线性。根据本发明，由校正曲线23表示的非线性校正被用于补偿亮度曲线22的非线性以产生一个与发光度曲线21共线的线性亮度函数。校正曲线23以连续函数形式示出一个理想校正。但是，在数字系统中仅产生出离散的发光度数值，其分辨率随发光度字的位数而定。在本发明的一个实施例中，其发光度字由四位组成，LED象素的发光度产生于16个可能的数值，它们对应于发光度字的16个可能数值。本发明通过生成校正曲线23的一个不连续近似曲线来实现四位非线性灰度定标色调，以便在驱动LED象素之前对激励信号进行预校正。
参照图3，图中示出一个由行和列控制电路108和112驱动的显示器110的原理图。被赋予图1中使用的同一标号的元件提供同样的功能。显示器110包括一个按照被组成72行和120列的显示象素工作的LED器件阵列。每一行耦连到分支ROW0至ROW71之一上，并且每一列耦连到分支COL0至COL119之一上。每个LED象素有一个唯一连接到一个列和一个行的阳极和阴极，用于通过使用列和行驱动信号驱动列和行来照亮LED象素。例如，LED202就是通过在分支COL0上提供一个列驱动信号和在分支ROW1上提供一个行驱动信号照亮的。
为了将显示器110上的闪烁减至最小，以60赫芝的速率或者说每16.7毫秒刷新一个帧。大多数LED显示器工作于文本方式(在这一方式下，各个LED或者关断或者导通到一个固定的亮度水平)，而不是工作于图形方式(在这一方式下，每个LED象素的亮度可变)。在图形方式下，视频数据流VDATA包括一个从视频数据流VDATA恢复的四位发光度字的序列，用来控制每个LED象素的亮度水平。在文本方式下，视频数据流VDATA中的一个单一位控制一个LED象素在选定了列时是关断或是导通一个固定的时间周期。因为在图形方式下比在文本方式下有更多的数据转移，故而需要更复杂的电路。图形方式还需要有将发光度字转换为可变的LED象素亮度水平的电路。
本发明通过利用人眼的综合响应产生出可变的LED象素亮度水平。在16.7毫秒的帧刷新周期期间，120列的每一列被选中差不多140微秒，即16.7毫秒/120。一行工作一个由发光度字的数值决定的时间周期。LED象素被照亮一个列被选中和行工作的周期，这样当行工作140微秒时将产生最大的发光度。例如，如果发光度字决定在COL0被选中时使行ROW1工作70.0微秒，则LED202被照亮70.0微秒，从而产生一半的最大发光度。人眼有效地综合LED202产生的发光度并觉察出LED202具有一个降低的亮度。
列控制电路112包括一个列计数器342和一个列解码器344。列计数器342包括一个七级计数器，其计数值在时钟输入端接收每个列选择信号VCOL脉冲时递增一个计数。列选择信号VCOL具有一个140微秒的周期。在最大计数值119处，列计数器342环回到零计数值。一个七位的输出提供一个二进制列地址，该地址由列解码器344解码以按顺序在分支COL0至COL119上维持一个用于选出显示器110的一个列的列选择信号。选完COL119之后，就在COL0上维持一个列选择信号并且重复循环。
示出的行控制电路108包括一个数据锁存器304，一个72行驱动器的堆栈306以及一个非线性时钟电路302。数据锁存器304构造成一个串行加载并行输出的72级移位寄存器(每级具有四位的数据容量)。视频数据流VDATA借助系统时钟Vclock钟控制数据锁存器304的串行输入端，以便当数据锁存器304受到列选择信号VCOL钟控时在72个四位输出端产生72个发光度字。这72个四位输出端耦连到行驱动器306的数据输入端。
行驱动器306是一个脉冲发生器，它在分支ROW0至ROW71之一上产生一个其脉宽由发光度字的数值和非线性时钟VNLCLOCK决定的非线性脉宽调制脉冲。非线性脉冲对LED象素作用一段列选择周期的一部分时间，以产生一个其灰度定标色调已受非线性时钟VNLCLOCK脉冲的非线性间隔校正过的发光度。
非线性时钟电路302是一个时钟发生器，包括一个时隙数据表362和一个时隙计数器364。非线性时钟电路302有一个用于接收在1.25兆赫运行的系统时钟VCLOCK的时钟输入端和一个用于向72个行驱动器堆栈中的每一个行驱动器306提供一个自由运行的非线性时钟VNLCLOCK的输出端。在一个列被选中的时间期间，系统时钟VCLOCK产生174个脉冲，并且非线性时钟VNLCLOCK对四位发光度字的每一个数值1-15生成15个时钟脉冲。如果发光度字等于零则不生成任何脉冲。来自VNLCLOCK的15个脉冲被非线性间隔开以提供由时隙数据表362中的登记项所决定的亮度校正。
时隙数据表362包括用于存储时隙数据字(表示列选择时钟VCOL的一个周期期间的系统时钟VCLOCK的脉冲数)的多个存储位置。下面是存储在时隙数据表362里面的时隙数据字清单以及在非线性时钟电路302的一个实施例中非线性时钟VNLCLOCK的接连脉冲之间的增量间隔，用于说明VNLCLOCK的非线性，如下面的表1所示。
表1VNLCLOCKVCLOCK脉冲的序号 增量变化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显而易见，其他的时隙数据字可以用来产生一个其脉冲具有不同相互关系的时钟以向显示器提供不同的校正。
时隙计数器364是一个受系统时钟VCLOCK钟控的并行加载自由运行的递减计数器。时隙计数器364具有一个当选中新列时接收来自列选择信号的加载脉冲的加载输入端。列选择信号VCOL将一个时隙数据字加载到时隙计数器364上。时隙计数器364由系统时钟VCLOCK递减，当达到零计数值时，在时隙计数器364的输出端产生一个非线性时钟信号VNLCLOCK脉冲并加载下一个时隙数据字。在系统时钟VCLOCK把时隙数据字计数到递减时隙计数器为零之后，使用所生成的非线性时钟VNLCLOCK脉冲来重复循环。为了更具灵活性和电路的经济性，一个替代的实施例把时隙数据表中VNLCLOCK的接连脉冲之间的脉冲数存储起来，并且一个独立的段数据表存储VNLCLOCK的等间隔脉冲数。一个并行加载自由运行的段计数器可以借助时隙计数器的输出递减。
图4示出驱动分支ROW0的行驱动器306的进一步细节，它包括一个脉冲调制计数器402，一个比较电路404和一个R-S触发器406。脉冲调制计数器402是一自由运行的递增计数器，它根据非线性时钟VNLCLOCK由0-15计数。脉冲调制计数器402在四位输出端产生一个四位二进制计数，它被耦合到比较电路404的第一输入端。比较电路404的第二输入端接收一个来自数据锁存器304的发光度字。
当发光度字的数值为零时，比较电路404的输出保持触发器406为置零状态并防止生成非线性脉冲。当发光度字的数值为1-15时，列选择信号VCOL将脉冲调制计数器402置到零计数值并将触发器406设置成在分支ROW0上开始一个非线性脉冲。非线性脉冲在脉冲调制计数器402的二进制计数达到发光度字的数值时终止并且比较电路404将触发器406复零。在一个替代实施例中，脉冲调制计数器402被构造成并行加载的递减计数器，使得发光度字加载到脉冲调制计数器402上，它然后递减至零使触发器406复原并终止非线性脉冲。根据系统时钟VCLOCK的时钟周期的非线性脉冲的宽度对应于非线性时钟VNLCLOCK的非线性脉冲间隔。非线性脉冲的不相等的增量提供了改善显示器110上显示的图像形象所需要的灰度定标校正。
至此，应当能了解所示出的用于校正线性灰度定标显示设备的发光度的，可产生一个表示人眼的非线性响应的线性亮度定标的方法和电路。非线性时钟信号是通过计数时隙和对应于逐段线性近似所期望的校正曲线的段数据字产生的。非线性时钟递增一个计数，把这个计数的输出和用于对应的LED象素的图像发光数据相比较，可产生一个用于照亮LED象素的非线性脉冲。
在示出和叙述完本发明的特定实施例的时候，对于那些熟悉这一技术的人员来说，还会作出各种修改和改进。不用说，本发明并不局限于所示出的特定形式，而所附的权利要求书的意图是覆盖所有不脱离本发明的精神和范围的修改。例如本文中叙述的实施例提供了用于驱动具有72行和120列的显示器的校正电路。对有关技术具有一般熟练程度的人员可以将适用于本发明的电路修改为用于驱动具有不同行数或列数的显示器的电路，或者可以提供一个与本文叙述的不同的校正曲线。
权利要求
1.一种显示器驱动器，其特征在于一个时钟发生器(302)，具有一个用于提供非线性时钟信号(VNLCLOCK)的输出端；以及一个脉冲发生器(306)，具有一个响应非线性时钟信号的时钟输入端和一个用于提供非线性脉冲以驱动显示器象素的输出端(ROW0)。
2.根据权利要求1所述的显示器驱动器，其中时钟发生器包括一个时隙计数器(364)，用于对一个表示灰度定标等级的时隙字进行计数，以在输出端产生一个非线性时钟信号。
3.根据权利要求2所述的显示器驱动器，其中时钟发生器还包括一个时隙数据表(362)，用于存储要加载到时隙计数器的时隙字。
4.根据权利要求1所述的显示器驱动器，其中脉冲发生器包括一个脉冲调制计数器(402)，后者具有一个响应非线性时钟信号的时钟输入端和一耦连到脉冲发生器输出的输出端。
5.根据权利要求4所述的显示器驱动器，其中脉冲发生器还包括一个比较电路(404)，该比较电路具有一个耦连得用于接收发光度信号的第一输入端，一个耦连到脉冲调制计数器输出端的第二输入端，以及一个耦连得用于驱动显示器象素的输出端。
6.根据权利要求5所述的显示器驱动器，其中脉冲发生器还包括一个触发器(406)，该触发器具有一个响应激励信号(VCOL)的第一输入端，一个耦连到比较电路输出端的第二输入端，以及一个用于提供非线性脉冲的输出端。
7.一种用于在显示器上产生所期望的亮度水平的方法，其特征在于一个用脉宽调制信号驱动显示器象素的步骤。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征还在于步骤生成一个非线性时钟信号(VNLCLOCK)；以及使用非线性时钟信号对发光度字进行计数，以产生脉宽调制信号。
9.根据权利要求8所述的方法，其中计数步骤包括将一个计数信号与发光度字相比较。
10.一种无线通信设备(100)，其特征在于一个射频(RF)电路(104，106)，具有一个输入端，用于接收以视频信号(VDATA)调制的RF信号，其中RF电路包括一个解调器(106)，用于在输出端恢复视频信号(VDATA)；一个具有显示器象素的显示器设备(110)；和一个显示器驱动器，它包括(a)一个时钟发生器(302)，具有一个用于提供一个非线性时钟信号(VNLCLOCK)的输出端；以及(b)一个脉冲发生器(306)，具有一个响应非线性时钟信号(VNLCLOCK)的时钟输入端，一个响应视频信号的数据输入端，以及一个用于为驱动显示器象素而提供非线性脉冲的输出端(ROW0)。
全文摘要
一种显示器驱动器,通过产生一个用于驱动显示器象素(202)的非线性灰度定标(它表示人眼的非线性响应)来校正显示器(110)的灰度定标和增加显示器(110)的亮度动态范围。通过对时隙和表示所期望的灰度定标曲线的段数据字进行计数,产生一个非线性时钟(V
文档编号G09G3/20GK1181678SQ97121519
公开日1998年5月13日 申请日期1997年10月23日 优先权日1996年10月24日
发明者斯考特·丘, 卡伦·E·贾奇莫威茨, 乔治·R·克里 申请人:摩托罗拉公司