增强型带宽数据编码方法

专利名称：增强型带宽数据编码方法
技术领域：
本发明涉及数据的编码和发送，尤其涉及使用向用户或读取系统呈现或发送 信息的多维元件阵列的系统所用的寻址和定时技术。
背景技术：
数据编码算法在电子视频显示器领域，尤其在平板显示器系统方面有很广的 应用范围。虽然绝不是将本发明或相关现有技术限于该应用，但列出这类示例性应 用的特征以示出现有技术是如何发展和被应用的是有启发性的。该方法附在紧随其 后的讨论中。
这类编码算法的应用的第一说明性示例是使用自显示器表面发射的顺序脉动 的红、绿、蓝色光脉冲串来产生全色图像的直视平板显示器系统。人类视觉系统有 效地集成来自光源的脉动光以形成一定光强级的感知。通过令像素(视频显示器上 的图像元件)阵列以适当脉动的方式放射或发射光，就可以构成全色显示器。通常 用来定义该技术的术语被称为场序制彩色(以下被称为FSC),并且题为"Optical Display (光学显示器)"的美国专利第5，319，491号(Selbrede)使用该现象作为 平板显示器的基础，并通过引用包括于此。
在显示器表面上每一点处产生的灰度级与该像素在原色亚帧时间te。^期间为 "ON"的时间百分比成比例。其发生的帧速率高到足以造成图像连续稳定而不闪 烁的错觉。在每个原色的一定时间长度U^期间，原色的色度(shade)可以通过
使其相关联的像素在te。k的适当的一部分时间里打开来规定。例如，产生24位编
码颜色需要为每个原色规定256 (0-255)个色度。如果一个像素要求50%的红色 色度，则该像素将被指定为色度128 (128/256 = 0.5)并且停留的50%的时间。 这种形式的数据编码假定要在屏幕上调制大小恒定的光源。此外，它通过将tc。^ 均匀地细分成片段时间分量来实现灰度。
为了从该具体的基于视频的应用推广到更广的合适应用，定义在本公开全文 中使用的术语是合适的。从传入数据的观点来看对应于阵列元件的各个视频像素用 于调制(通过开/关选通)呈现在显示器屏幕内的光。屏幕内的光(其总量通过在 每个阵列元件处选通来调制)以一定的强度发射一定的持续时间。该具有已知强度 和持续时间的物理效应此后将被称为发射脉冲。阵列内要通过编码数据来调制的是 量。由此，照射视频显示器的光是可使用本文所公开的方法来数学地编码和控制的 更大的一类可量化实体的代表。由于编码方法的应用范围远远宽于视频显示器领 域，因此由术语"发射脉冲"象征的所述可量化实体不一定是光能强度。
其它技术使用FSC和脉宽调制(以下称为PWM)寻址方案来构建基于投影 的系统(相对于以上所参照的直视系统)。这种基于投影的显示器可见于德州仪器 (Texas Instruments)的Digital Light Processor (数字光处理器DLP)中，所述 光处理器是使用在Digital Micromirror Device (数字微反射镜设备DMD)的专利 中公开的微反射镜阵列的专利投影仪系统(分别参见美国专利5，278，652和 5,778,155号)。在DMD中，反射镜向一个方向倾斜以使光反射穿过投影显示系 统中的镜头，而向反方向倾斜以防止光反射穿过投影镜头。通过对反射镜何时被定 向成反光以及被定向成反光多长时间进行精确的定时，DMD反射恒定原色光源或 通过使用连续旋转的色轮滤色的白色光源的正确色度或亮度。与Selbrede公开的用 于直视设备的等持续时间片策略相对地，在这些德州仪器(Texas Instruments)的 设备中实现的编码策略将周期时间分为不等的片段。不等片段的持续时间在时间上 成2的升幂的比例(例如，第二片段的长度是第一片段的两倍；第三片段的长度是 第二片段的两倍，直到所构想的最大片段)。

发明内容
本发明系统化了一种用于诸如视频显示器系统等应用但并不限于此的编码数 据方法。其效用对如下的视频系统最为明显，该视频系统采用例如对视频数据帧进 行脉宽调制以控制输入(照射)光源和组成了由可用逐行和/或逐子阵列方式寻址
的像素元件阵列构成的空间光调制器(SLM)的各个像素的方法。该编码方法还 可应用于其中每个像素的状态可由或不由唯一的晶体管或其它有源开关装置来控 制的SLM像素阵列。该阵列形式的像素以逐子阵列的方式被寻址以便将像素转为 "ON"(即，发射、反射或放射光)。这些子阵列可以由阵列的一行、若干行、 或所有行组成。像素的整个阵列、或若干行的子阵列也可以在屏幕刷新或复位期间 被同时地设为相同的状态(ON或OFF)。在像素阵列的寻址过程中，用于发射光 穿过像素的光源被独立地控制。
本发明将增强定向到适合于此类增强的系统的信息的编码，这样的系统有例 如由使用受抑全内反射(TIR)构造通过FSC法产生颜色的透射型显示器的光闸构 成的视频显示器设备。早先参照的示例性显示器系统(Selbrede)称为时间复用光 闸(TMOS)。然而，本发明还可以应用于其它显示器架构，诸如采用脉动光源和 其光属性源于所述脉动光源的光透射或反射元件或像素。本发明的应用领域远远超 出在此为示例目的所使用的视频显示器设备。
本发明尤其适于在己述TMOS示例内的应用，因为在其实用性范围之内， TMOS使用每像素一个部分(one-part per pixel)架构，由此全色光谱被发射穿过 每个像素。许多显示器系统使用三部分像素(即，构成彼此空间上各异的子像素的 红、绿、和蓝区域)，它们以一定的比例组合从而在远离屏幕观看时产生所需的颜 色。用于照射TMOS系统的光源或灯独立于根据程序内容视需要被激励的屏上像 素来控制。与开始所提出的定义相一致，照射TMOS显示器的原色光源的顺序激 活构成了"发射脉冲"事件的示例。发射脉冲由可控像素阵列空间调制，所述像素 允许或禁止将出自显示器的光耦合以传播到随时间并根据FSC原理感知显示器表 面上的彩色视频图像观察者。
大多基于FSC的系统所用的编码机制预先假设某种形式的双稳态的记忆或持 续效应，诸如作为众多示例中一个可能示例在通过引用全部包括于此的专利提交 "Simple Matrix Addressing (简单矩阵寻址)"(Derichs)中所公开的那样。该记 忆效应可以用或者不用诸如CMOS存储单元或晶体管等单个的、和/或离散的存储 元件产生。例如，TMOS的一个实施例假定每个像素是一微机电系统(MEMS)可 变电容器，其被配置成在从期间没有向像素施加电压或电荷的默认的未激活状态激 活期间，可以减小每个像素的气隙中导体之间的间距。在所述示例中，在该电容器 上施加电压将通过库仑引力迫使上电极靠近下电极，由此减小气隙距离并同时增大 象素的电容。在该示例中，当施加了足够的电压Vt时，在称为吸合(pull-in)或 咬合(snap-down)的效应下，移动的上导体层将收縮从而与下导体层相接触(除 3F匕iu放未兰闺i4^fB9n贝7r丌j 。》j j r厶、丌rd讦仵、现匕iu廿曰b'丌v页)ZJ曰J的按 触，电容器电压需要达到小于V,的第二电压V2。所有未被寻址的行保持在电压范 围V^V〈V,之内。因此，无需改变未被寻址行中的像素(或电容器)的状态就可 以激励被寻址行的像素。这种控制方法利用了为可变电容器的像素的迟滞特性。本 发明与这种特定设备兼容并适于应用于这种特定设备。
本数据编码发明还可应用于例如能够将一行像素电容器的放电速率从高(当 寻址该行时)改为低(当没有寻址该行时)的其它控制方法。在满足适用性的合适 的前提的情况下，本发明在最优化数据的编码方面提供显著的实用性。
为了能更好地理解以下对本发明的实施例的详细说明，上面非常宽泛地简述 了本发明的一个或多个实施例的特征和技术优点。构成权利要求的主题的本发明的 实施例的其它特征和优点将在此后进行说明。


当结合附图考虑以下详细说明时能够更好地理解本发明，在附图中
图1说明了在显示器应用中使用本发明的示例，示出了每原色5位色的二进
制加权FSC彩色方案的原色亚帧的定时图2说明了在显示器应用中使用本发明的示例，示出了逐行顺序地寻址元件 阵列所需的时间包括用于加载数据的时间以及其后用于激活被寻址行中的像素所
需的脉动这些行的时间；
图3说明了在显示器应用中使用本发明的示例，示出了定时图并为使用FSC 寻址像素阵列定义了相关术语，其中用于生成色度的每个亚帧是等持续时间的；
图4说明了在显示器应用中本发明的示例性部署，示出了每原色6位的二进 制FSC编码方法；
图5说明了依照本发明实施例的包括发射脉冲强度控制的每原色6位的双二 进制编码方法；
图6说明了根据本发明的一个实施例的编码6位数据的双二进制编码方法的 示例性定时脉冲图7说明了根据本发明的一个实施例的用于数据编码方案的算法，其中当数 据被加载进阵列和从其卸载时，发射脉冲为"ON";
图8说明了在显示器应用中部署的本发明的一个示例，示出了在全强度下使
用PWM灯控制的每原色6位混合二进制FSC编码方法的图解；
图9说明了在显示器应用中部署的本发明的一个示例，示出了在具有清屏和 PWM灯控制的使用每原色6位二进制FSC方案的系统中部署的本发明的示例性图 解；
图IO说明了根据本发明的一个实施例的用于数据编码方案的算法，其中当数 据被加载进阵列或从其卸载时，发射脉冲为"OFF"。
具体实施例方式
本发明是一种对与任何维度的、其内容的值可以改变的任意大小的元件阵列 相关联的数据进行编码的方法，其中允许以不同的方法以及在相对于数据被加载的 不同的时间来呈现该数据。阵列元件能够呈现多个离散状态，二进制为2个，三进 制为3个，四进制为4个，依此类推。要被加载到元件阵列的输入数据流一般包含 可由阵列在时间上的任一瞬间呈现、存储或转换的信息更多的信息。因此，可以按 时间次序来使用数据子集从而向用户呈现全部的信息。在阵列中呈现的每个单个数 据子集或在元件阵列中呈现的后续时间次序的数据子集然后在所讨论的应用专属 设备内提供输入数据流的全部信息内容。期间每个信息子集被顺序地呈现在阵列中 的时间将持续称为子集时间的某个一定的持续时间。通常预期每个数据子集填满阵 列并且可以将其进一步分解为可以在不同时间加载和呈现的子阵列。在一些视频应 用中，所传送的数据仅反映了信息内容上的变换，从而整个矩阵在每个子集时间里 不一定要重载。本发明应用于预期的核心应用以及其任意此类变体。需要注意的是， 本发明的原理并不局限于视频显示器设备领域。还需要注意的是，本领域的普通技 术人员将能够将这些原理应用到其它应用。
本发明的一个可能的应用是通过在由二维像素阵列构成的视频显示器系统中 使用FSC来发射视觉信息帧。在这一实际示例中， 一帧是确定构成正由观看者观 看的视频显示的每个像素的颜色和亮度的一组信息。帧由多个数据子集或亚帧组 成，这通常由要被混合以形成所需输出的原色的数目来规定(在此例中，所谓的三 激励色一红、绿和蓝一是最常用的原色)。然后全色信息被解析到每个原色的单独 的数据通道。然后每个亚帧将对与作为原色全强度的分数的适当原色相关联的不同 色度进行编码。这些色度(在该数据中，为不可约简的和离散的原色的分数)代表 用于显示的最低数据子集。使用FSC技术，可以通过将给定像素(阵列元件)处 原色的放射时间选择性地限制在与其原色色度值在时间上成比例的一定的时间分
数，即子集时间，来显示所需的色度。每个全色视频帧所允许的总时间为tframe = 1/(每秒帧数)。在一个实施例中，每个组成原色所允许的时间为tcoiur-tfr咖e/N^。r(图 l的lOl)，其中N^m表示原色的数目(对于大多数视频应用一般设为3原色，但是并不局限于3，就此而言也并不限于原色)。对于60fps以及Noo^-3的红、绿 和蓝原色灯，时间Uiur-5.56msec。
图1示出了部署本发明的具有每原色5位信息的亚帧101的显示器应用的二 进制色度和定时序列的代表性示例，其中一般地101代表数据子集时间。构成FSC 编码方案的每个原色都将重复该序列一次。显示器的光源是应用于元件阵列的一般 转换方法的具体实现。即，在光被开启时，用户能够在显示器表面上看到编码图像 的信息内容，而在被关闭时，用户不能观看或读取信息(因为从显示器表面没有放 射光)。图1示出发射脉冲110在对应于5位信息和相应的5个子集的5个不同时 间段上是开启的。最高有效位(以下称为MSB) 102时间最长，而最低有效位(以 下称为LSB) 103时间最短。103持续了总光发射时间的l/2n"，其中n为位数。第 二最高有效位104持续2*103，第三最高有效位105持续4*103，第四最高有效位 104持续8*103，而第五最高有效位或MSB 102持续16*103。再次需要注意的是， 所提供的示例是用作说明的目的，而无意限制本发明的适用性和实用性的范围。
由于阵列元件本身的时间约束以及构成所讨论的系统的其它物理部件的固有 等待时间，所以元件阵列中呈现的信息的数据子集需要一定的非零阵列时间107 用来加载和存储108以及一定的非零时间用来从阵列卸载和清除109。可以同时为 所有的元件加载和清除数据，或者通过一次处理一个子阵列的元件(诸如两维阵列 中的一行)来递增地加载和清除数据。如由发射脉冲110在时间和持续时间上规定 的，数据独立于加载脉冲序列111以及卸载或清除112脉冲序列被视觉地呈现给用 户，在此公开的示例的发射脉冲110是未调制(全强度)的。数据可以在其被加载 111和清除112时被呈现，或者在阵列所有数据的已经完毕后呈现。
作为使用FSC的示例性显示器应用，发射脉冲110指示光源何时开启。在图 1中，由脉冲108构成的数据加载脉冲序列111表示显示器像素何时被激励到 "ON"，而数据清除脉冲109由清除脉冲序列112触发以将像素转为"OFF"。 需要注意的是如果有足够的时间可用，则脉冲108可以在一般阵列元件之间触发状 态改变(ON， OFF等)。因此，在所提供的显示器应用示例中，脉冲序列lll可 以由将一些像素转为"ON"然后将一些像素转为"OFF"或反之的脉冲组成。
图2描绘了数据加载脉冲108更为详细的分解来示出一种可能的以逐子阵列方式向阵列元件加载数据的方法。本发明允许一次为阵列的一维(例如， 一行)或
多维(例如，多行和多列)子阵列加载数据。数据加载脉冲201发生在每个元件子 阵列被激活之前，并且它们时常被临时存储在例如移位寄存器中。当第一元件子阵 列的脉冲201结束后，由脉冲202将数据移位到第一子阵列。为了向整个元件阵列 加载数据，由脉冲201继续为数据子阵列2 (203)、数据子阵列3 (204)、数据 子阵列4 (205)以及所有数据子阵列加载数据直到处理完数据子阵列'm-r (206)以及最后的数据子阵列'm' (207)。数据的每次加载和移位需要子阵列 时间208为来完成该子阵列。因此，在用于寻址每个子阵列的持续时间相等的示例 中，移位信息子集中的全部数据的总耗时为111*208。
根据元件阵列背后的控制方案，在一个给定子阵列的单个寻址事件期间，元 件在寻址下一子阵列前可以(1)仅被转至一定程度的"ON"状态，(2)仅被转 至"OFF"，或(3)被转至适当的"ON"状态和"OFF"状态。这三种可能性中 的每一种规定不同的带宽要求以适当地处理输入数据。应当注意，以下讨论是针对 像素元件为二进制的实施例。然而，本发明的原理可以应用于三进制的像素元件。 每个编码方案中最大的时钟速度以Neydes/107来计算，其中Neydes为每阵列地
址的时钟周期数。NeydM等于Ne^e^/(每时钟周期的输入位数)，其中Nelements为该
阵列中元件的个数。考虑将本发明的应用于由N，行和1SU列像素组成的代表性 视频显示器。如果Nc。^ 1024且N隨- 768，则Nekments = NrowNcol。如果以每时钟 周期32个输入位来输入数据，则这些参数得到Neydes = 24,576。该FSC显示器应 用所需的时钟速度大致由用以寻址显示器(假定为逐行寻址)的时间107确定。例 如，如果107 = 300 nsec，则最大所需时钟速度约为Neydes/107 = 82 MHz。峰值带 宽(BW)以BW-(每时钟周期的位数)(最大时钟速度)形式与时钟速度相关。对于 每时钟周期32位的当前示例，峰值BW为2.6 Gbit/sec。本发明固有的实用性在于 其通过使107最大化和/或使其适当可变从而将带宽最小化。
等时编码
概念上最简单(但远不是带宽效率最高)的编码方案将指定每个子集时间为 等持续时间。如果每个子阵列是等大小的，则子阵列时间也是相等的。在这种情况 下，阵列时间311可以用311-310/]SUset来求解，其中N,u^是子集的个数而310 是数据集时间。在这种情况下相应的子阵列时间(图2的208)计算为311/Nsubarray，
其中N,^^y是每子集的子阵列个数。
图3示出了用于显示器的等时间亚帧FSC应用的图解，其中沿平行四边形的 斜坡移动所需的时间是寻址二维行乘列阵列的所有像素的时间107。平行四边形的 无阴影部分(在此情形中为每个平行四边形的整个部分)指示发射脉冲为"ON" 的时间。例如，为了构建每原色6位色，有65 = 64+ 1个子集305 ( 26 = 64)。因 此，假定在这种情况下三种原色光302、 303以及304顺序地提供三个分离的发射 脉冲，在该应用中有总计65*3 - 195个子集305落在帧时间301内。 一种用来处 理FSC显示器的等时间编码的适当方法是在每个原色时间310期间仅在该子集内 适当的点处将所有的像素转至"ON" —次来实现所需的色度。然后在301的末尾， 阵列的最后一次寻址期间，每个像素将在其子阵列被寻址时转至"OFF"。这对应 于连接的单个的"ON"点和一个公共的同步的"OFF"点。相反的方法也完全可 行，其中每个具有非零数据内容的像素初始被转至"ON"，进而在310期间每个 像素在适当的时间分别地被转至"OFF"。在后一种情况下，公共的同步的"ON" 点与连接的单个的"OFF"点并置。
为说明目的使用部署本发明的视频显示器应用，考虑对于等时FSC显示器应 用(60fps, N^。r-3) ， 311 =310/65= 168 psec (其中，65根据6位色(26)力口 1 得到)并且N，-Nsuba^y- 768，子阵列时间为219nsec。在这一实施例中，寻址 阵列的时间311与LSB时间相同，从而使得第一行的发射脉冲(例如光源)为"ON" 的时间量与最后一行的相同。这就是310内有65个子集305而不是64个的原因， 因为它确保由顶(第一)行中的像素产生的颜色色度与从底(最后)行中的像素产 生的色度一样。在子阵列时间期间，可以将子阵列中所有需要的像素转为"ON" 或"OFF"。这种等子集时间FSC实施例(Nrow = 768， N。。, 1024)所需的主时钟 速度为289 MHz，对应于每个子阵列32位深度的输入的9.2 Gbit/s的峰值带宽。
1.全二进制编码
图4作为示例描绘了使用6位实现二进制编码方案的定时序列。该方法的优 点是它通过减少在数据子集时间410期间阵列被寻址的次数来减小实现等时编码 方案所需的带宽。二进制编码方案仅在图4中所示的平行四边形的边缘处寻址阵 列。平行四边形的无阴影部分(在此情形中为每个平行四边形的整个部分)指示发 射脉冲为"ON"的时间。MSB 401被显示在左边，并且较低有效位402、 403、 404 以及405朝LSB 406向右层叠。平行四边形的斜坡隐含地反应了允许寻址阵列的 时间411，在此情形中它等于LSB406的时间。
与在等亚帧时间编码方法中将一个元件转为"ON" —次并等待直到401的末 尾将其转至"OFF"不一样，二进制编码方法需要在图4的任意位期间在"ON" 和"OFF"状态之间切换元件的能力。换言之，在数据集时间410期间不连续的像 素状态改变是二进制编码的前提。即各发射脉冲间或之间的不连续的像素状态改变 是二进制编码的前提。例如，如果元件值为20，则它在位402 (值为16)和404 (值为4)期间分别为"ON"而在值32、 8、 2、和1的位401、 403、 405、和406 期间分别为"OFF"。以这种二进制的且潜在不连续的方式呈现数据，需要一种能 够在寻址子阵列的每个时间段411期间激活和去活元件的架构。
在该FSC视频显示器应用示例中，像素为"ON"的时间段401到406表示向 观看者显示的原色的色度。被分配位值20的像素将具有所可能的全亮度的20/63， 并且只在图4的亚帧402和404期间为"ON"。将这些结果与先前的等亚帧时间 FSC示例相比，考虑该二进制FSC编码方案将有411 = 410/65 = 85 psec而子阵列 时间为lllnsec，即因还有65个等阵列寻址时间411而匹配等时亚帧FSC方法的 值。实际上，在这种情形中所需的像素响应比等时亚帧FSC的更为苛刻，因为现 在像素在子阵列时间里被转为"ON"并转为"OFF"(而不是仅开启或仅关闭)。 对于二进制编码方案，由于在阵列寻址之间的时间长度成二进制比例，所以 阵列不是以规律的时间间隔被寻址。虽然阵列被寻址的次数比在等子集时间方法中 少，但是由于它们各自具有相同的阵列访问时间一即图4中的411和图3中的3U， 所以它以相同的速度被寻址。因此，该示例的主时钟速度保持在289MHz。
双二进制编码(LSB发射强度降低)
双二进制编码被设计成改善在诸如本公开全文中用作说明性示例的系统中的 带宽和元件定时要求。图5中示出了使用三原色的6位数据深度的、被应用于具有 发射脉冲强度控制的视频显示器系统的双二进制编码方法的代表性图解。在时间 509期间，以(假设的)最大强度级向用户发射数据，而在时间510期间，由存储 在阵列中的位数来控制以较低的强度级向用户发射数据。510和509因此代表了数 据值的产生过程中两个连续的阶段，它们主要由发射脉冲(在该示例中由照射视频 显示器的光源来代表)的不同强度来区分。最高有效位501到503在509期间产生， 而最低有效位505到507在510期间产生。作为在从生成MSB到生成LSB或反之 的数据编码的两个阶段之间进行移位的前提条件，时间段504和508每个都用于清 除整个数据矩阵。在发射脉冲强度为高时进行MSB生成，而在发射脉冲强度己经
将状态改为较低的预定值时进行LSB生成。如果在两个阶段之间没有以这种方式 清除数据，则数据的发射将因两个连续的阶段之间固有强度级差产生的时间串扰而 被破坏。数据的发射强度是1/2"72，其中n是数据中存在的位数。在图5中示出的 任意使用6位数据深度的示例中，第二阶段强度级(在510期间)是第一阶段(509 期间)独有的全强度级的1/8。
如果该双二进制编码被部署在先前说明全二进制编码系统的相同视频应用 中，则关键参数的比较值为512= 18*511，从而511 = 309 |tisec而子阵列时间为402 nsec，其中512是数据子集时间，而511是阵列访问时间。与先前所述的全二进制 和等时编码方法相比，这些值代表寻址显示器的一行中的像素可用的时间有非常理 想的数量级增长。通过减慢寻址屏幕的速度，采用发射强度控制的双二进制编码方 法将主时钟速度降低为79 MHz并且将峰值比特率降为2.5 Gbit/s。这将时钟速度降 低了一个数量级。
实现较慢的寻址时间和降低的带宽要求的代价是总计绝对发射大小(即，509 和510期间的强度之和小于509的值的两倍，后者的值在全二进制和等时编码方法 中是很普遍的)较低。由于在509和510之间分割数据由此实现两个二进制编码方 案分担工作量的双二进制地址，所以现在对于LSB的寻址可能较慢。使用图5作 为指导，509和510期间的每个二进制方案在它们的互补部分之间使用相同的内部 定时细分。换言之，501的持续时间等于505的持续时间，502的持续时间等于506 的持续时间，并且503、 504、 507和508的持续时间都等于寻址元件阵列一次所用 的时间。与这些相等相应地，601的持续时间等于605的持续时间，602的持续时 间等于606的持续时间，并且603、 604、 607和608的持续时间都彼此相等并且等 于阵列访问时间620。用于加载数据和寻址阵列的时间长度由数据脉冲串612决定。
双二进制编码和单二进制编码之间的差异(参考图6)在于，发射脉冲611 不是一直都为全强度。数据子集时间的一半(即，在时间段610期间)，发射强度 是为609期间的目标发射强度的全强度的1/2"72。为了在代表性示例应用示出其分 歧，考虑使用给定光源数的视频显示器应用。对于这种系统，在所提供的说明性示 例中所建议的位深度下，双二进制编码需要与灯一直处于全强度开启的屏幕相比为 56%的绝对输出强度。换言之，对于每原色6位色的FSC屏幕，与FSC分别使用 等时或纯二进制编码方法相比，使用该双二进制FSC方案(在610期间光强度降 低)将使具有最大颜色(色度63)的像素产生56。/^的亮度。由于驱动该系统的功 率也降低了 56%，所以该系统的净功率效率没有受到影响。
图7描绘了当在发射脉冲为"ON"的情况下在向阵列中加载数据和/或从其卸 载数据时寻址阵列的算法。图7还适用于任何编码方案，或编码方案的一部分，诸 如图8的非PWM部分等。逐模块对图7的定时算法说明分解如下。首先，根据数 据流的约束设置初始阵列参数。块卯l指定数据子集时间Ub被确定。在Ub己知 情况下，如902所示可以计算出需要多长时间寻址子阵列，从而可计算出阵列寻址 时间ta^y (907)。在卯3对数据子集位深度k的初始化允许在908计算LSB。块 904指定发射脉冲的个数Np，其对于迄止所用的实现红绿蓝FSC制式的视频显示 器示例为3。数据子集的个数Nsub在905中设定，其等于二进制编码方案中的子集 位深度。框卯1到905、 907和卯8的规定允许在906中计算每个发射脉冲的长度 Sij。当达到此点时，预计算完成。然后可以如算法9卯的循环分支所描绘的那样编 码数据和寻址阵列。
为发射脉冲初始化递增索引j (920)。将第j个发射脉冲转至"ON" (921)， 并在向阵列加载和卸载数据(923)前初始化递增索引i (922)。根据加载和卸载 数据所花时间的长度，在加载下一子集前可能花费一些额外时间来处理当前数据子 集(924)。递增数据子集(926)并且重复步骤923和924，直到已经处理好所有 的数据子集(925)。 一旦所有的数据子集都已被寻址和发射，在关闭当前发射脉 冲(928)之前通过确定是否已经完成了最后一个子阵列的数据加载和/或卸载来对 系统进行测试以便结束发射(927)。为每个发射脉冲重复步骤921-929，并将下 一发射脉冲转至"ON" (930)，直到当前发射脉冲的所有数据子集Np都已被处 理(929)。当最后一个发射脉冲已被转至"OFF"时，下一数据子集已就绪可供 处理920。
具有PWM LSB发射脉冲控制的二进制编码
图8示出了描绘对3个最低有效位(LSB)具有PWM发射脉冲控制的二进制 编码方法的一个实施例的图解。施加于发射脉冲的PWM意味着通过数字手段(在 成适当比例的开和关状态之间快速循环脉冲)而不是模拟手段(例如，降低产生脉 冲的功率，由此降低其强度)来调节其总计强度。需要注意的是，该编码方案可对 任意个数的LSB (例如，l或4个)使用PWM发射脉冲控制，而不一定是3个或 总位数的一半。该源于数字的方法是在通常的模拟方法到具有发射脉冲强度控制的 双二进制编码方法的改进。期间阵列被寻址的每个时间段填充等于LSB时间的相 同时间量Uay。这里t^y在构成全二进制方法的基础的相同假设下处理在阵列时
间期间，被寻址的子阵列中的元件具有被转至"OFF"和转至"ON"的能力。图8 中的MSB为831、 832、以及833，其中834被用来清除阵列。时间833、 834、 838、 以及839等于子阵列访问时间830。图8中的LSB被标为835、 836、以及837，
它们的比例精确地按照关于MSB和其自身的二进制比率方案。用于处理LSB的总 时间841由式(1)控制，其中NtsB为时间841中LSB的个数。其它所有位都在 840期间发射和/或处理。
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(式l)
不同地处理LSB和MSB的原因在于阵列地址时间830比LSB的跨度花费的时间 更长。因此，在为LSB寻址阵列时，发射脉冲可以为"OFF"，并且(在该说明 性示例中)用户将不会看到该数据太长时间。当阵列己被完全寻址时，则发射脉冲 被脉动为"ON"恰当的时间，然后在合适的时间被脉动为"OFF"。
对于图8中的所示的6位数据编码实施例，具有PWM发射脉冲控制的二进 制编码方法具有由842= 14*830确定的阵列寻址时间，其中830 = 397 usee (使用 与等时编码示例中相同的屏幕参数)。在N^^二768时子阵列时间为517nsec。子 阵列访问时间比先前的具有发射脉冲强度控制方案的双二进制编码方法有略微的 增加。图8的平行四边形的阴影区域表示发射脉动为"OFF"，而白色区域表示发 射脉冲为"ON"。在双二进制方案下使用对LSB的PWM发射控制将所提供的说 明性示例所需的时钟速度降低为61 MHz并且将相应的比特率降为2.0 Gbit/s。
在显示器应用中，对于图8中所绘的方案，可以很容易地理解用于FSC的二 进制PWM编码方案的结果光源在约为^830-4LSB的持续期，或者时间的29 %里为"OFF"。因此，使用这种编码方案来驱动的显示器的绝对光输出强度是在 发射脉冲保持未调制的情况下(对于MSB和LSB都处于全强度)所实现的输出的 71%。
全PWM 二进制编码
图9中示出了用于6位编码实施例的全PWM二进制编码方法。这里，阵列 元件只在发射脉冲为"OFF"时被激励(经选择性可控状态改变)。在图9中，在 每个加权位801、 802、 803、 804、 805、以及806的开始和结束处，发射脉冲在时 间811里为OFF。图9中在每个平行四边形的末尾用阴影部分描绘了发射脉冲 "OFF"状态。MSB为801， LSB为806。数据子集时间为810。由于在元件被激
励和去激励时发射脉冲为"OFF"，所以元件能够以最快的方式移动而不会有数据 伪影。(这种伪影源于在阵列不应该产生输出时来自阵列的可测量输出。)阵列控 制电路能够被设计成使得单个脉冲能够将每个输出设为相同的值(例如，1或0)。 因此，示例性实施例可以向整个阵列发送相同的信号从而使得在811的确定的部分 期间以最小的时钟周期数将每个元件重置为"OFF"。
在使用该PWM二进制编码方案时，两个基本的时间段，107和LSB806不相 等。时间811是阵列访问时间，意味着它是寻址阵列一次、将元件激活为"ON" 和"OFF"所需的时间，包括任何阵列重置时间。将LSB806指定为控制二进制灯 脉冲的加权的基本时间单元。在之前所述的所有其它编码方案中，不需要在两个不 同的定时之间进行区分，因为它们是固有相等的。根据强加于编码方案的约束，811 可以小于或大于806。
图10示出了一种不论数据是否以二进制方式输入都使用全PWM编码来寻址 阵列的算法。图10还适用于任何编码方案或编码方案的一部分，诸如图8的PWM 部分，其中数据在发射脉冲为"OFF"时被加载进阵列。
用于实现图9中的编码方案的算法由图10中替换了图7的9卯的991示出。 从直到卯6的预计算得到的所有信息被用作991的输入。寻址屏幕始于为发射脉冲 初始化索引j (940)以及为数据子集初始化索引i (941)。块942表示使用重置 实现(通常全局地应用)将所有的阵列元件转至"OFF"所花的时间。然后向阵列 加载当前数据子集并激活所需元件至"ON" (943)。需要注意的是，通常942 和943可以每个通过逐子阵列地触发重置事件来处理。一旦所有的当前子集元件均 为"ON"，发射脉冲在944被转为"ON"并持续预定的时间间隔sy (945)。在 时间间隔s,j过去后，发射脉冲在946被转至"OFF"。子集索引由948递增从而为 发射脉冲j的所有数据子集重复942到946的处理，直到在947中子集索引等于数 据子集的个数。 一旦脉冲j的所有数据子集已经被加载和处理，则递增发射脉冲j (950)直到所有的发射脉冲都已被激活(949)。在949中一旦j-Np，则为下一 数据集重复9卯中的算法。
根据图9的6位示例，810 = 63*LSB + 8*811 = 63*806 + 8*811 ，或者对于每 原色n位的系统，810 = (2n-l)LSB + n*811。因此，阵列的定时取决于两个时间段 811和LSB 806。用来对阵列进行寻址的时间811可以表示成811 = Nsubarrayton + W。
时间U和Wf取决于阵列元件的固有物理性质、阵列控制电子机制以及预计的阵列 定时，其中t。。是为了将元件转为"ON"而寻址子阵列所需的时间，而Wf是清除阵列以将所有元件设为"OFF"所需的时间。包括在U和toff两者中的是与加载必
要数据相关联的时间和阵列元件的响应时间。在为W和toff选择合适的值后，然后
可以求解LSB，其中(2、1)LSB是发射(在该编码方法的视频显示器应用的情形中， 是显示给观看者)数据的时间量。因此，随着时间U和toff (由此811)变短，阵 列变得数据效率更高，因为数据被呈现了更大百分比的时间。
一个示例性计算示出在使用FSC的显示器应用中该编码方法的重要益处。假 定"- 0.5 wec， 1^= 10|Lisec，视频显示器被配置成发射18位色，并且Ncd。r = 3 以及Nrows = 768以产生图1和2中所示的两个未最优化编码方法的近58%的绝对 光输出。将本发明应用于FSC使用此全PWM 二进制编码的显示器节约了极大地 减慢了的像素基本响应时间，其代价是牺牲了绝对光输出，而不是牺牲功率效率或
导致更少的屏幕颜色(即更少的信息)。激活像素越快(即，减小ton或toff)，屏
幕的绝对最大输出强度越高，但是显示器仍产生相同数目的颜色(例如图9中所体 现的示例为18位色)并且每瓦特电输入功率的光输出保持不变。其它编码方案由 于寻址阵列(屏幕)直接依赖于LSB所需的信息量(颜色数目)所以不具有这一 优点。本发明的编码方案能够在811 < LSB 806或811 > LSB 806时成功地实现。
所需的最终时钟速度取决于输入数据中所存在的位数以及将数据分送到控制 线的移位寄存器的存储器。换言之，实际应用的紧急性而不是本发明专有的因素确 定最终时钟速度。然而，时钟速度明显可以通过使用在此公开的全PWM二进制编 码来最小化。因为寻址阵列的速度可以变化，所以发送数据的时钟速度也可以变化。
权利要求
1. 一种对通过n维阵列向用户或读取系统发射的数据集进行编码的方法，所述方法包括所述数据集由填充所述阵列的信息内容的一个或多个数据子集组成；按时间顺序呈现多个数据子集以完成所述数据集的发射；将所述数据子集加载到具有多个离散状态的阵列元件；以及规定何时由所述用户或所述读取系统读取或诠释数据子集的一个或多个发射源，其中所述发射源是独立于所述数据集和数据子集被控制的。
2. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述阵列元件具有独立的控制线。
3. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，在单个数据集的发射期间，每个 发射源在单段时间里连续为"ON"。
4. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射源光源的输出强度级在 它们为"ON"的任意给定时间改变。
5. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射源的"ON"和"OFF" 是通过PWM来控制的。
6. 如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述发射源在所述阵列元件改变 状态日寸为"OFF"。
7. 如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述发射源在二进制加权方案中 是PWM。
8. 如权利要求7所述的方法，其特征在于，采用了位分解技术以将发射最高 有效位的总时间分为更小的时间增量。
9. 如权利要求l所述的方法，其特征在于，所述阵列元件是使用与所述阵列 在每个维度中长度的和相等数目的控制线来控制的。
10. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，在单个数据集的发射期间，每 个发射源在单段时间里连续为"ON"。
11. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发射源光源的输出强度级 在它们为"ON"的任意给定时间改变。
12. 如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发射源的"ON"和"OFF" 通过PWM来控制。
13.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述发射源在所述阵列元件改 变状态时为"OFF"。
14. 如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述发射源在二进制加权方案 中是PWM。
15. 如权利要求14所述的方法，其特征在于，采用了位分解技术以将发射最 高有效位的总时间分为更小的时间增量。
全文摘要
用于许多应用的数据编码和处理在编码方法能够独立地操纵两个或更多的参数时能够更易处理，所述参数相结合能精确地将数据值准确地传递到期望的位置。从数据的观点来看，这需要将n宽度的数码字分为分散的片段字并且连续且独立地处理这些子集，其中这些片段字之间的区别与生成的信息有明确的关系。例如，8位字可以被分解为两个4位字，其中一半在发射源处于全强度时被处理，另一半在发射源处于1/16强度时被处理，由此恢复原始8位字的整个动态范围，同时降低由输入信号驱动的换能器所需的带宽和周期速度。
文档编号H04Q3/06GK101208963SQ200580031394
公开日2008年6月25日 申请日期2005年9月13日 优先权日2004年9月17日
发明者C·金 申请人:单方图素显示股份有限公司