用于控制空间光调制器显示器中的驱动信号的系统和方法

专利名称：用于控制空间光调制器显示器中的驱动信号的系统和方法
技术领域：
本发明涉及具有背光和显示调制层的显示器。特定实施例提供了用于控制背光和 /或显示调制层以对于背光和/或显示调制层的响应特性进行调整的系统和方法。
背景技术：
在空间光调制器显示器中，来自背光的光可以指向显示调制层并且由显示调制层空间调制，以将图像提供给观者。在这样的显示器中，背光可以具有光源阵列(例如发光二级管(LED)阵列)，并且显示调制层可以具有像素阵列(例如液晶显示器(IXD)像素)。对于双重调制显示器，可以驱动LED以对指向显示调制层的光的强度进行空间调制， 并且可以驱动IXD像素以对透过像素的光的量进行调制。双重调制显示器的一些示例公开于2005年5月10日发布的题为“High Dynamic Range Display Devices”的美国专利 No. 6891672、2008 年 7 月 22 日发布的标题为 “High Dynamic Range Display Devices” 的美国专利No. 7403332、以及2008年7月31日公布的标题为"Rapid Image Rendering on Dual-Modulator Displays” 的美国专利申请公开 No. 2008/0180466。驱动值基于图像数据而生成，并且输出到背光和显示调制层以控制显示器上显示的图像。例如，在光源是LED并且显示调制层是IXD像素阵列的情况下，LED驱动值可以驱动LED来发射具有特定发光强度(luminous intensity)的光，并且IXD像素驱动值可以驱动IXD像素来表现特定透射状态。IXD像素从与一个IXD像素驱动值关联的一个透射状态切换为与另一 IXD像素驱动值关联的另一透射状态所花费的时间(即IXD像素的阶跃响应(st印response)时间) 典型地远大于LED在ON状态与OFF状态之间的切换或从与一个LED驱动值关联的一个发光强度水平到与另一 LED驱动值关联的另一发光强度水平的切换所花费的时间(即LED的阶跃响应时间)。例如，LCD像素的阶跃响应时间可以为数毫秒或更高的量级，LED的阶跃响应时间可能短得多，例如10至100纳秒。在一些情况下，IXD像素可能花费多于一个帧时段来从当前透射状态转变到与特定驱动水平关联的期望透射状态。LED和/或IXD像素的响应特性可能影响显示的图像，例如，导致图像模糊、闪烁、 晕轮或观看者可感知的其它视觉伪像。描述了解决可与显示器中的背光和/或LCD像素的响应特性关联的类型的图像显示问题的尝试的一些参考文献是2007年12月13日公布的美国专利申请公开No. 2007/0285382 (Feng)；2007年5月10日公布的美国专利申请公开No. 2007/0103424 (Huang)；2008年2月21日公布的美国专利申请公开No. 2008/0042968 (Oh)；2007年3月15日公布的美国专利申请公开No. 2007/0057900 (Huang)；
2008年4月3日公布的美国专利申请公开No. 2008/0079686 (Cernasov)；2005年11月10日公布的美国专利申请公开No. 2005/0248553 (Feng等人)；2007 年 2 月 6 日发布的美国专利 No. 7173599 (Nishimura)；2006年6月15日公布的美国专利申请公开No. 2006/0125771 (Inuzuka等人)；2007年12月25日发布的美国专利No. 7312777 (Miyata等人)；以及2008年5月15日公布的美国专利申请公开No. 2008/0111835 (Hu)。存在对于提供如下这样的显示器的普遍期望，该显示器提供了高质量观看体验。 存在对于提供用于改善和/或克服与显示器中的背光和/或显示调制层的响应特性有关的图像显示问题的系统和方法的普遍期望。

发明内容
结合意图为示例性和说明性而不是限制范围的系统、工具和方法来描述并且示出以下实施例及其方面。在各个实施例中，已经减少或消除了以上问题中的一个或多个，而其它实施例针对其它改进。除了以上描述的示例性方面和实施例之外，通过参照附图并且研究以下详细描述，其它方面和实施例将变得清楚。


在示出非限制性实施例的附图中，图IA和图IB是示出IXD像素的阶跃响应的作为时间的函数的IXD像素的透射率 G的曲线图；图2是将IXD像素驱动值映射到阶跃响应时间的曲线图；图3描述了处于运动对象的路径中的帧区域中的四个LED ；图4是根据示例性实施例的方法的流程图；图5是根据另一示例性实施例的方法的流程图；图6是根据又一示例性实施例的方法的流程图；以及图7示意性示出可以用于实现如图4、图5和图6的方法的系统。
具体实施例方式贯穿以下描述，阐述特定细节以对于本领域技术人员提供更透彻的理解。然而，可以不详细示出或描述公知元件，以免不必要地使得本发明模糊。相应地，描述和附图被看作是说明性而不是限制性的。如上所述，具有背光和显示调制层的显示器可能经受与背光和显示调制层的不同响应特性(例如阶跃响应时间)有关的图像显示问题。例如，在具有用于显示调制层的LCD 像素阵列和用于背光的LED阵列的显示器中，IXD像素的阶跃响应时间可以远大于LED的阶跃响应时间。本发明特定实施例提供用于控制背光和/或显示调制层以对于背光和显示调制层的响应特性进行调整的系统和方法。在此描述的实施例可以应用于具有结合有 LED (或具有相对快阶跃响应时间的其它光源)的阵列的背光以及结合有LCD像素(或具有相对慢阶跃响应时间的其它像素)的阵列的显示调制层的显示器。在特定实施例中，背光是空间调制光源层(例如，LED可被调制以将空间变化光图案提供给显示调制层)。图像数据用于确定背光的光源的发光强度以及显示调制层中的像素的透射率从一个帧到下一帧应如何改变。在一些实施例中，在显示调制层像素的透射率的实际改变相对缓慢地发生的情况下，可以控制光源，从而减缓光源强度从当前强度水平到下一强度水平的改变(例如，光源强度可以随着时间而倾斜)。显示调制层像素从第一透射率状态改变到第二透射率状态所需的实际时间量可以取决于第一透射率状态和第二透射率状态。在一些实施例中，显示调制层像素的期望透射率的改变量通过用于光源和/或显示调制层像素的驱动值的函数被识别。在一些实施例中，显示调制层像素的透射率的指定改变可能需要相对长的时间的情况通过光源和/或显示调制层像素的驱动值的大的改变被识别。在一些实施例中，基于从图像数据确定的背光的光源(例如LED)的驱动值而识别期待显示调制层像素的透射率的相对慢改变的情况。用于确定光源的驱动值的技术可以包括最近相邻内插等，并且可以基于诸如图像数据指定的强度或色彩的因素。2008年7月31日公布的标题为“Rapid Image Rendering on Dual-Modulator Displays”的美国专利申请公开No. 2008/0180446中描述了示例技术。 对于每一光源，将对于图像数据的新帧的驱动值(即新光源驱动值)与和图像数据的旧帧或先前帧对应的驱动值(即旧光源驱动值)进行比较。如果新光源驱动值与旧光源驱动值之间的差超过预定阈值，则调整用于图像数据的新帧的光源驱动信号，并且调整后的光源驱动信号输出到光源。在特定实施例中，调整光源驱动信号以使得光源的发光强度倾斜。可以使得发光强度向上或向下倾斜，以达到与新光源驱动值关联的发光强度水平。可以基于新光源驱动值与旧光源驱动值之间的差和/或显示调制层响应特性而确定倾斜。倾斜可以在与光源对应的显示调制层像素达到或停留在与新像素驱动值关联的透射率状态所花费的时间段上出现。如果新光源驱动值与旧光源驱动值之间的差不超过预定阈值，则对于图像数据的新帧的光源驱动信号可输出到光源，而无需上述调整。在一些实施例中，每一光源将不可忽略量的光提供给若干显示调制层像素。在这些实施例中，可能不总是必须以大的量改变用于显示调制层像素的驱动水平以实现用于所显示的图像的期望输出亮度图案。例如，对于一些帧，仅对与显示调制层像素对应的光源的强度进行调制以实现期望输出亮度图案可能是足够的。对于其它帧，连同对与显示调制层像素对应的光源的强度进行调制一起以小的量调制显示调制层像素的透射率以实现期望输出亮度图案可能是足够的。显示调制层像素的透射率可能花费尤其长的时间以转变到新值的情况可通过像素的期望输出亮度值P被识别。可以从图像数据确定这样的输出亮度值。在特定实施例中，可以通过将输出亮度值P与新帧或新帧的区域的平均输出亮度值Pave new 间的差 (即APnewftaJ和输出亮度值P与旧帧或旧帧的区域的平均输出亮度值Pave。ldftame之间的差(即AP。ldfMJ进行比较。在背光结合有多个光源(例如LED)的情况下，在其上将输出亮度值P平均的每一帧区域可以与单个光源对应。例如，可以将帧划分为处于LED的分辨率的帧区域。在其它实施例中，可以将帧划分为处于与LED不同分辨率的帧区域(例如，处于比LED低的分辨率，从而每一帧区域与多个光源对应)。如果差I ΔPnewframe-ΔP。ldfMJ超过阈值，则可以识别显示调制层像素的透射率的大的改变。在其它特定实施例中，如果在特定帧区域中的像素上求和的差I ΔΡ_ frame-APold frame超过阈值，则可以识别显示调制层像素的透射率的大的改变。如果识别出显示调制层像素的透射率的大的改变，则可以如上所述调整用于图像数据的新帧的光源驱动信号(例如，可以随时间使得光源强度倾斜)。调整后的光源驱动信号被输出到光源。在一些实施例中，对于一系列帧比较差I APnew frame-APold frame|,以识别帧之间的亮度值的改变速率。所述改变速率可以用于识别帧或帧区域中的运动。例如，如果在显示调制层像素的期望输出亮度中存在大的增加(其触发了光源的发光强度的向上倾斜)，随后是显示调制层像素的期望输出亮度的大的减少(其触发了光源的发光强度的向下倾斜)， 则可以识别到运动。运动的识别可以触发以下进一步详细描述的光源的消隐(blanking)。在一些情况下，用于所选帧区域的光源的消隐可以提供更好的观看体验(例如， 从而显示运动对象的更锐利图像或没有晕轮和其它视觉伪像的图像)。例如，消隐可对于快速运动对象、小运动对象；和/或移动穿过暗背景的亮对象提供更好的观看体验。消隐可以包括在帧的一部分期间关闭光源或使得光源明显变暗。根据特定实施例，如果对于其中存在超过预定阈值量的运动的帧区域、和/或处于相对于暗背景移动的亮对象的路径中的帧区域、和/或处于小运动对象的路径中的帧区域，光源提供不可忽略量的光(在此称为“消隐条件”)，则消隐图案被应用于光源驱动值。 在特定实施例中，可以通过确定从图像数据所确定的像素的期望输出亮度值P的改变速率来识别超过预定阈值量的运动。可以通过对于一系列帧比较I APnewftanre-APtjldfranJ的值来确定期望输出亮度值P的改变速率。可以基于运动量、运动的类型或消隐条件(例如，快速运动对象、小运动对象、或亮对象)和/或显示调制层响应特性而确定消隐图案。根据特定实施例，可以基于期望输出亮度值P的改变速率确定消隐图案。可以根据显示调制层响应特性来调整消隐图案。消隐图案应用于可如上所述使用合适技术从图像数据计算出的光源驱动值。在一些实施例中，分离的消隐信号可以应用于光源以启用以及禁用光源。对于与其中运动量不超过预定阈值量的帧区域对应的光源，可以在没有消隐的情况下将光源驱动值输出到光源。根据特定实施例，倾斜和/或消隐应用于光源驱动值。可以将新光源驱动值与旧光源驱动值进行比较。如果新光源驱动值与旧光源驱动值之间的差超过预定阈值，则倾斜图案应用于用于图像数据的新帧的光源驱动值，从而使得光源的发光强度倾斜。发光强度可以在LCD像素阶跃响应时间上向上或向下倾斜，以达到与新光源驱动值关联的发光强度水平。除了倾斜图案之外，如果对于光源满足(如上所述)一个或多个消隐条件，则可将消隐图案应用于光源驱动值。如上所述，可以基于运动量、运动的类型或消隐条件和/或显示调制层响应特性确定消隐图案。倾斜图案和消隐图案应用于光源驱动值，并且所得到的驱动信号输出到光源。图7示出根据本发明特定实施例的双重调制显示系统20。显示系统20可以操作为显示图像数据23。显示系统20可以被配置为执行本发明的方法。显示系统20包括显示器21。在一些实施例中，显示器21包括高亮度和/或高动态范围(HDR)显示器。例如，显示器21可以具有400至10，OOOcd/m2范围中的最大亮度值。显示器21可以具有200，000 1 或更大的对比度比率。在所示实施例中，显示器21包括具有光源调制层21A和显示调制层 21B的双重调制显示器。系统20还包括处理器22，该处理器22可以包括一个或多个中央处理单元(CPU)、 一个或多个微处理器、一个或多个现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、它们的逻辑电路组合、或包括能够如在此描述地起作用的硬件和/或软件的任何其它合适的处理单元。处理器22处理图像数据23，以生成用于驱动光源调制层21A的光源调制器控制值 25A，并且生成用于驱动显示调制层21B的显示调制器控制值25B。在特定实施例中，光源调制层21A包括LED矩阵。在这些实施例中，提供给光源调制层21A的控制值25A可以包括数字LED驱动值，该数字LED驱动值可以被转换为模拟LED驱动值(例如驱动电流)或脉宽调制(PWM)信号等。在一些实施例中，显示调制层21B包括IXD像素阵列。在这些实施例中，提供给显示调制层21B的控制值25B可以包括对应的IXD像素驱动值，该IXD像素驱动值可以被转换为模拟LCD驱动值。处理器22可以通过执行软件功能28提供的软件指令而实现根据本发明实施例的方法。在所示实施例中，在程序存储器27中存储软件功能28，但这不是必需的。可以在处理器22内的或处理器22可访问的其它合适的存储位置存储软件功能28。在一些实施例中，可替代地，可通过合适配置的硬件实现软件功能28的全部或一部分。在所示实施例中，处理器22访问如所示实施例所示可以存储在合适的数据储存器(data store)中的显示调制层响应数据或IXD响应传递模型31。显示调制层响应数据 31可以包括诸如显示调制层21B的IXD像素的阶跃响应时间(例如与特定IXD像素驱动值变化相关联的阶跃响应时间，如图2所示以及以下进一步详细描述)的信息。在所示实施例中，处理器22访问可被存储在合适的数据储存器中的倾斜数据34 和消隐数据35。倾斜数据34可以包括关于如何将LED (或其它光源)从一个特定LED驱动值倾斜到另一特定LED驱动值的信息(例如LED倾斜的时间段)。消隐数据35可以包括关于对于帧区域中检测到的特定运动类型或运动量或消隐条件如何控制LED驱动信号的消隐的信息(例如消隐率、消隐持续时间等)。在一些实施例中，可以将(合适的数据储存器中存储的)倾斜数据34和消隐数据35直接提供给系统20。在其它实施例中，处理器22 可以访问显示调制层响应数据31，并且使用该数据来生成倾斜数据34和消隐数据35。在一些实施例中，处理器22可以使用由合适的硬件和/或软件实现的传递函数来生成倾斜数据34和消隐数据35。在所示实施例中，处理器22还访问可存储在合适的数据储存器中的先前驱动水平32的信息(例如先前控制值25A和/或先前控制值25B)。如以下更详细解释的那样，处理器22可以使用先前驱动水平32、倾斜数据34、消隐数据35和/或显示调制层响应数据 31，以确定并且调整用于图像数据23的新帧的控制值25A和/或控制值25B。在一些实施例中，可以查找表(LUT)的形式来提供显示调制层响应数据31、倾斜数据34和消隐数据35。合适的关键字(key)可被用于从LUT访问数据。例如，新光源驱动值与旧光源驱动之间的差可以用作用于从包含倾斜数据34的LUT访问数据的关键字。帧区域中的运动量(例如，运动矢量表示的运动对象的速度)可以用作用于从包含消隐数据 35的LUT访问数据的关键字。
在其它实施例中，可通过由硬件和/或软件实现的传递函数确定倾斜数据34和消隐数据35。先前驱动水平32(例如先前控制值25A和/或先前控制值25B)以及用于图像数据23的新帧的控制值25A和/或控制值25B可以用作传递函数的输入。倾斜数据34和 /或消隐数据35是传递函数的输出。连同其它考虑一起，IXD像素的阶跃响应时间可以用于确定显示调制层响应数据 31、倾斜数据34和/或消隐数据35。图IA和图IB示出作为时间t的函数30A、30B的示例性IXD像素的透射率G。在图IA中，IXD像素开始于与第一驱动值关联的第一透射状态 G10在时间、，与第二透射状态G2对应的第二驱动值应用于IXD像素，使得IXD像素经过时间段Δ t (即阶跃响应时间)转变到第二透射状态G2。IXD像素在时间t2达到第二透射状态G2。在图IB中，IXD像素开始于与第二驱动值关联的第二透射状态G2。在时间t3，与第三透射状态G3对应的第三驱动值应用于IXD像素，使得IXD像素经过时间段At'(即阶跃响应时间)而转变到第三透射状态G3。IXD像素在时间t4达到第三透射状态G3。时间段At'(图1B)可以不同于时间段At(图1A)。IXD像素驱动值之间的阶跃响应时间可以根据以下中的一个或多个而变化LCD像素驱动值的改变量(即，LCD像素透射状态之间的阶跃的大小)、改变的方向(即，是朝向更高透射状态还是朝向更低透射状态驱动LCD像素)、初始透射状态、特定显示LCD响应特性以及其它考虑。在此描述的方法可以监控这些因素中的一个或多个。在一些实施例中，监控像素驱动值之间的改变量是足够的。图2示出IXD像素阶跃响应时间与驱动水平的改变量之间的关系。图2示出对于代表性显示调制层的将(以伏特为单位测量的)LCD像素驱动值映射到(以毫秒为单位测量的)LCD像素阶跃响应时间的曲线40。图2中的阶跃响应时间表示LCD像素从与驱动值零关联的透射率状态转变为与图2 “驱动水平”轴上的IXD像素驱动值关联的透射率状态所花费的时间量。如图2所示，阶跃响应时间通常随着LCD像素驱动值增加而增加。图4示出根据特定实施例的用于处理用于光源调制层21A的控制值25A的方法 100。可通过用于双重调制显示器21上的显示的显示系统20实现图4所示的方法(图7)。 可通过其他合适的图像处理硬件和/或软件实现该方法。方法100表示用于处理对于图像数据23的新帧用于光源调制层21A的光源(例如LED)的控制值25A的方法。可以对于光源调制层21A的每一 LED执行方法100，以确定对于图像数据23的新帧用于光源调制层21A 的所有LED的控制值25A。可以对于图像数据23的多个帧重复方法100，以确定用于光源调制层21A的控制值25A。如以下更详细解释，可以根据调整后的LED驱动信号而图像数据 23的每帧多次更新用于LED的控制值25A (例如，从而使得LED的发光强度倾斜)。方法100从将与图像数据23的新帧对应的LED驱动值(即，在块103，新LED驱动值)和与图像数据23的旧帧或先前帧对应的LED驱动值(S卩，在块102，旧LED驱动值) 进行比较开始。可以从图像数据23的新帧确定在块103的新LED驱动值。可以通过访问包含先前驱动水平32的数据储存器而获得在块102的旧LED驱动值(图7)。在已经对于特定帧更新而完成了方法100之后，可以在包含先前驱动水平32的数据储存器中存储在帧更新结束时确定的新的调整后的LED驱动值，以便将来用作“旧”LED驱动值(例如，用于处理对于图像数据23的下一帧的控制值25A)。
如果在块104，新LED驱动值与旧LED驱动值之间的差超过阈值，则在块105，调整用于新帧的LED驱动信号。在块106，调整后的LED驱动信号输出到LED。可以考虑显示调制层响应数据31 (例如IXD像素阶跃响应时间)而设置在块104考虑的阈值。通常，IXD阶跃响应时间随着新LCD像素驱动值与旧LCD像素驱动值之间的差增加而增加(例如，见图 2)。新LED驱动水平与旧LED驱动水平之间的大的差值可以识别出新IXD像素驱动值与旧 IXD像素驱动值之间的大的差值。阈值可以是可编程的。在特定实施例中，在块105调整LED驱动信号，以使LED发光强度倾斜。可以调整 LED驱动信号，以使得发光强度经过LCD像素阶跃响应时间向上或向下倾斜到与新LED驱动值关联的发光强度水平。在倾斜时段上的LED的发光强度可被控制以按与LCD像素的透射率的预期改变速率至少大致对应的速率改变(例如，见图1A、图1B)。在一些实施例中，将新LED驱动值与旧LED驱动值之间的差钳位到最大值(即，对新LED驱动值进行钳位，从而仅允许LED驱动值从一个帧到下一帧改变最大值)。可以调整 LED驱动信号，以使得发光强度从与旧LED驱动值关联的水平倾斜到与新的被钳位的LED驱动值关联的水平。根据特定实施例，倾斜图案108可以基于新LED驱动值与旧LED驱动值之间的差。 新LED驱动值与旧LED驱动值之间的大的差可以识别出IXD像素驱动值的大的阶跃或改变。LCD像素阶跃响应时间趋向于随着LCD像素驱动值的改变增加而增加(例如，见图2)。 相应地，新LED驱动值与旧LED驱动值之间的差可以用于确定要发生倾斜的时间段。在方法100的块105，可以将时间段结合在应用于调整LED驱动信号的倾斜图案108中。可通过实现合适的软件功能28A(图7)的处理器22执行在方法100的块105的 LED驱动信号的调整(例如，从而使得LED发光强度在LCD像素阶跃响应时间上倾斜)。功能28A可以使得处理器22访问先前驱动水平32、倾斜数据34和/或显示调制层响应数据 31，以确定将应用于LED驱动值的倾斜图案108。可通过任何合适的技术实现LED发光强度的倾斜。例如，可以通过以下技术中的一个或它们的组合来完成倾斜· PWM(例如，通过改变LED驱动信号的PWM占空周期)；·幅度调制(例如，通过改变应用于驱动LED的电流)；·交流(AC)驱动相位角调制(例如，通过以全波整流的AC形式来驱动LED)； 脉冲密度调制(PDM)；·等等。如果新LED驱动值与旧LED驱动值之间的差不超过预定阈值，则可能不必对于IXD 响应特性调整LED驱动信号。在所示实施例中，如果新LED驱动值与旧LED驱动值之间的差不超过预定阈值，则在方法100的块107，新LED驱动值被输出到光源，而没有进行上述调整(例如倾斜)。根据一些实施例，作为在块104比较用于单个LED的新驱动值与旧驱动值之间的差的替代或者附加地，可以在块104将用于帧区域内的多个邻近LED的新驱动值与旧驱动值之间的累积差与预定阈值进行比较。这可以增强对于诸如图3所示的情形的情形的LED 驱动信号的处理。图3示出对于帧区域41提供光的四个邻近LED 42A、42B、42C和42D (统称为LED 42)。每一 LED 42向四个LED 42之间的中央区域44贡献了数量不可忽略的光。对象被示出穿过帧区域41在路径43中移动。随着对象沿着路径43移动，在不同位置Pp P2和P3以点划线来表示它。在位置P1处，对象靠近LED 42A。对于在其中对象正沿着路径 43移动到以及远离位置P1的帧，用于LED 42A的新驱动值与旧驱动值之间的差大，并且可能超过预定阈值，由此触发用于LED 42A的LED驱动信号的倾斜。相似地，对于在其中对象正移动到以及远离位置P3 (在其处对象接近LED 42C)的帧，用于LED42C的新驱动值与旧驱动值之间的差大，并且可能超过预定阈值，由此触发用于LED 42C的LED驱动信号的倾斜。在(位置P1与P3之间的)位置P2处，对象穿过中央区域44。因为中央区域44具有来自全部四个LED 42的不可忽略的光贡献，所以对于在其中对象正移动穿过中央区域 44的帧用于LED 42中的每一个的新驱动值与旧驱动值之间的差可以单独小得足以低于用于评价用于单独LED的新驱动值与旧驱动值之间的差的阈值。然而，累积地，在这些帧期间用于LED 42的新驱动值与旧驱动值之间的差可以足够大，从而可能希望LED信号的倾斜。 根据特定实施例，将用于四个LED 42中的每一个的新驱动值与旧驱动值之间的差进行组合(例如，通过求和)，并且将结果与阈值(其可以与用于比较用于单独LED的新驱动值与旧驱动值的阈值不同)进行比较。如果该组合的改变超过阈值，则对于四个LED 42中的每一个确定倾斜图案108，并且将其应用于LED驱动信号。根据一些其它实施例，可以基于像素的期望输出亮度值P的“中间”下采样来确定 LED发光强度的倾斜。将处于LCD像素的分辨率的(从图像数据获得的)像素的期望输出亮度值P下采样为小于LCD像素分辨率并且大于物理LED分辨率的中间分辨率。例如，可以将期望输出亮度值P下采样为是物理LED分辨率的四倍的分辨率(例如，每一 LED与输出亮度值P的四个下采样的数据样本对应)。然后评价经下采样的数据，以确定LED发光强度的倾斜是否应发生。例如，可以将经下采样的数据样本中的每一个的新值与旧值之间的差与阈值进行比较。数据的下采样使得能够进行LED区域限定的区域内的运动或亮度改变的更精细检测。如果基于经下采样的数据确定LED发光强度的倾斜应发生，则倾斜图案可以基于经下采样的数据的新值和旧值的改变或它们之间的差。可以对经中间下采样的数据进行进一步下采样，以匹配物理LED分辨率，从而确定LED驱动值。倾斜图案应用于LED驱动值。图5示出根据另一实施例的用于处理用于光源调制层21A的光源(例如LED)的控制值25A的方法200。可通过用于双重调制显示器21 (图7)上的显示的显示系统20实现图5所示的方法。可通过其他合适的图像处理硬件和/或软件实现该方法。方法200所示的步骤可以应用于图像数据23的一系列帧，以确定用于光源调制层21A的控制值25A。方法200从在块212处接收与一系列帧对应的图像数据开始。在块214，检测一个或多个帧区域中的运动。在块214的运动检测可以评估对于光源调制层21A的LED是否满足以下消隐条件中的一个或多个*LED对于在其中存在超过预定阈值量的运动的帧区域提供了不可忽略量的光。图像数据可以包含运动信息。例如，MPEG压缩的数据包括运动矢量。在一些实施例中，来自图像数据的运动信息可以用于确定并且量化运动。在其它实施例中，可以基于图像数据的一些其它特性(例如在一系列帧上的期望输出亮度值P的改变速率)，或通过监控在一系列帧上帧区域中的LCD像素驱动值或LED驱动值的改变量来检测运动。· LED对于位于亮对象相对于暗背景移动的路径中的帧区域提供了不可忽略量的光。· LED对于位于小运动对象(例如相对于光源的点扩散函数的小对象)的路径中的帧区域提供了不可忽略量的光。可通过实现合适的软件功能28B (图7)的处理器22执行在块214的运动检测。例如，在使用结合在图像数据中的运动信息检测运动的实施例中，功能28B可以使得处理器 22评价图像数据23中的运动矢量以确定运动。例如，在以MPEG格式提供图像数据的情况下，可以评价MPEG运动矢量，以识别可能希望消隐的LED或其它光源。可以逐个LED地对于帧区域确定消隐。评估在块214检测到的运动以确定消隐是否应该应用于LED。通常，在运动对象的前面的和尾随的区域中，消隐可以应用于LED。消隐确定可以考虑这样的事实多个LED可以对于在其中检测到运动的帧区域贡献不可忽略量的光。例如，在所示实施例中，在块215，可以通过量化所检测到的运动并且将运动的量与阈值量进行比较来执行消隐确定。在特定实施例中，可以通过考虑图像数据中的运动矢量表示的运动对象的速度而量化运动。在其它实施例中，可以通过考虑从图像数据确定的像素的期望输出亮度值P的改变速率来量化运动。例如，如上所述，可以通过考虑|ΔΡΜ fr-e-APold frame来确定期望输出亮度值P的改变速率。如果帧区域中的运动量超过阈值量，则在块216，基于运动量、运动的类型和/或显示调制层响应特性确定用于帧区域的消隐图案。块216消隐图案可以具有与“开(on)” 或激活信号交替的“消隐”或“关(off)”信号。块216消隐图案可以使得帧区域对于帧时段的一部分或多个部分被消隐。块216消隐图案可以使得与“开”信号交替的多个“消隐” 信号在帧时段期间输出到LED。可以通过帧时段内插入的“消隐”信号的数量(即消隐率 (blanking rate))、各“消隐”信号的持续时间、和/或连续“消隐”信号的开始之间的持续时间来表征消隐图案。LED的消隐优选地是人类观看者不可检测的(例如，消隐率充分高， 和/或帧时段内的消隐信号的插入可被随机化)。根据特定实施例，可以基于期望输出亮度值P的改变速率确定消隐图案。例如，消隐率可以与期望输出亮度值P的改变速率成比例 (即，较高的改变速率可以与较高的消隐率关联)。可以根据显示调制层响应特性来调整消隐图案。例如，消隐率可以对于较慢的转变(例如当像素驱动值中存在大的改变时)而增大，并且对于较快转变(例如当像素驱动值中存在小的改变时)而减小或禁用。在特定实施例中，可以通过使得LED变暗而不是关断LED来完成消隐。在其它实施例中，可以通过使得LED变暗以及关断LED的组合来完成消隐。可通过实现合适的软件功能28C(图7)的处理器22来执行块216消隐图案的确定。功能28C可以使得处理器22访问图像数据23、消隐数据35和/或显示调制层响应数据31，以确定要应用于光源驱动值的消隐图案。在块217，块216消隐图案应用于LED驱动值，可以使用合适的技术从图像数据计算LED驱动值。在块218，所得的消隐后的LED驱动信号输出到LED。可以逐个帧地确定消隐。可以根据(例如，通过将新期望输出亮度值与先前期望输出亮度值P进行比较而确定的)输出亮度值的改变速率或图像数据中包含的运动矢量， 对于每一帧建立不同的块216消隐图案。在新期望输出亮度值与先前期望输出亮度值P之间的比较被用于确定消隐图案的情况下，可以在存储器中存储在帧更新结束时的新期望输出亮度，以便稍后在处理图像数据的下一帧时用作“先前”期望输出亮度值。在所示实施例中，如果在块215，帧区域中检测到的运动量不超过预定阈值量，则在块218，在没有消隐的情况下，LED驱动值输出到LED。图6示出根据还另一个实施例的用于处理用于光源调制层21A的控制值25A的方法300。可通过用于双重调制显示器21上的显示的显示系统20 (图7)实现图6所示的方法。可通过其他合适的图像处理硬件和/或软件实现该方法。方法300在一些方面与方法 100和200相似。方法300的与方法100或200的方面相同或相似的方面使用相似标号，只是在方法300中，标号前缀是“3”而不是“1”或“2”。方法300表示用于对于图像数据23 的新帧处理用于光源调制层21A的光源(例如LED)的控制值25A的方法。可以对光源调制层21A的每一 LED执行方法300，以对于图像数据23的新帧确定用于光源调制层21A的所有LED的控制值25A。可以对于图像数据23的多个帧重复方法300，以确定用于光源调制层21A的控制值25A。可以根据调整后的LED驱动信号图像数据23的每帧多次更新控制值25A (从而使得LED的发光强度倾斜)。方法300从接收图像数据312的新帧而开始。在块303新LED驱动值可以从图像数据312的新帧被确定。在块302旧LED驱动值可以通过访问包含先前驱动水平32的数据储存器(图7)而被获得。在块304，将新LED驱动值303与旧LED驱动值302之间的差和预定阈值进行比较。如果新LED驱动值303与旧LED驱动值302之间的差超过预定阈值， 则在块322确定倾斜图案，以使得LED发光强度倾斜。可以使得发光强度向上或向下倾斜， 以达到与新LED驱动值关联的发光强度水平。通过实现合适的软件功能28A(图7)的处理器22可以执行方法300的块322倾斜图案的确定。功能28A可以使得处理器22访问先前驱动水平32、倾斜数据34和/或显示调制层响应数据31，以确定要应用于LED驱动值的倾斜图案322。如果新LED驱动值与旧LED驱动值之间的差不超过预定阈值，则LED驱动信号可以不需要针对LCD响应特性的调整。在所示实施例中，如果新LED驱动值与旧LED驱动值之间的差不超过预定阈值，则用于图像数据的新帧的LED驱动信号不倾斜。方法300包括可以与上述倾斜确定并行地执行的消隐。如果在块313启用消隐， 则方法300通过检测一个或多个帧区域中的运动而前进到块314。可通过实现合适的软件功能28B(图7)的处理器22执行在块314的运动检测。功能28B可以使得处理器22处理图像数据23，以检测并且量化一个或多个帧区域中的运动。方法300前进到块315，在块315，确定LED是否对于其中存在超过阈值量的运动的一个或多个帧区域提供了不可忽略量的光。如果是，则在块316确定消隐图案。块316 消隐图案可以基于运动量、运动的类型和/或显示调制层响应特性(例如LCD像素阶跃响应时间)。可通过实现合适的软件功能28C(图7)的处理器22执行块316消隐图案的确定。功能28C可以使得处理器22访问图像数据23、消隐数据35和/或显示调制层响应数据31，以在块317确定要应用于新LED驱动值的消隐图案。根据一些实施例，不同类型的运动或消隐条件可以在块314被检测，并且在块315 被评估。这些运动或消隐条件可以与以上对于图2中的块214描述的那些相似。在图6的所示实施例中，如果在块315确定LED对于其中存在超过预定阈值量的运动的帧区域没有提供不可忽略量的光，则LED不被消隐。
块322倾斜图案(如果可应用)以及块316消隐图案(如果可应用)应用于LED 驱动信号。在块320，经倾斜的和/或消隐的驱动信号输出到LED。在特定实施例中，可以对于每一 LED提供两条并行控制路径(即，对于倾斜和消隐中的每一个各一条控制路径)。消隐可以由用户禁用，或在满足特定条件的情况下被禁用。根据特定实施例，如果在块303的新LED驱动值与在块302的旧LED驱动值之间的差不超过预定阈值(即，如果块322倾斜图案没有被确定并且应用于LED驱动信号)，则在块313禁用消隐。因此，根据这些具体实施例，LED的消隐仅当LED的发光强度被倾斜时发生。如图7可见，显示系统20可以被配置用于执行根据本发明的方法。在所示实施例中，处理器22调用软件功能28，例如用于确定将应用于光源驱动值的倾斜图案的功能28A、 用于检测一个或多个帧区域中的运动的功能28B、以及用于确定将应用于光源驱动值的消隐图案的功能28C。在一些实施例中，处理器22可以调用软件功能28D，以生成用于填充(populate) 包含倾斜数据34的LUT的数据项。处理器22也可以调用软件功能28E，以生成用于填充包含消隐数据35的LUT的数据项。可以基于显示调制层响应数据31而生成倾斜数据34和消隐数据35。在其它实施例中，可以用数据预先填充包含倾斜数据34或消隐数据35的LUT，从而处理器22不必生成这些数据。在另外其它实施例中，可通过硬件和/或软件实现的传递函数来确定倾斜数据34或消隐数据35。先前驱动水平32 (例如先前控制值25A和/或先前控制值25B)以及用于图像数据23的新帧的控制值25A和/或控制值25B可以用作传递函数的输入。在一些实施例中，功能28可以实现为处理器22可访问的程序存储器27中包含的软件。处理器22可以通过执行程序存储器27中包含的软件所提供的软件指令来实现图4、 图5或图6的方法。在其它实施例中，可以通过合适地配置的数据处理硬件来执行功能28 中的一个或多个或功能28的部分。还以程序产品的形式提供本发明的各方面。程序产品可以包括承载包括指令的计算机可读信息集合的任何介质，所述指令当由数据处理器执行时使得数据处理器执行本发明的方法。根据本发明的程序产品可以是多种形式中的任一种。程序产品可以包括例如物理介质(例如包括软盘、硬盘驱动器的磁数据存储介质、包括CD ROM的光数据存储介质、包括ROM、闪RAM的电子数据存储介质等)。可以可选地压缩或加密程序产品上的计算机可读 fn息ο在以上引述组件(例如设备、处理器、光源调制层、显示调制层、光源、LED、IXD像素等)的情况下，除非另外指示，对该组件的引用(包括对“装置”的引用)应理解为包括作为该组件的等同物的执行所描述的组件的功能的任何组件(即功能上等同)，包括结构上不等同于所公开的结构的执行本发明所示示例性实施例的功能的组件。本领域技术人员应清楚，根据前面的公开，在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在本发明的实践中很多替换和修改是可能的。例如 在此描述的系统和方法可以应用于处理用于如下这样的空间光调制器显示器的控制值，该空间光调制器显示器具有包括光源阵列(例如LED)的背光以及包括LCD像素阵列的显示调制层。在此描述的系统和方法通常可应用于其中显示调制层的响应特性与背光的响应特性不同的任何类型的显示器(例如TV、影院屏幕、计算机监视器等)。·在此描述的系统和方法中的一些将新光源驱动值与旧光源驱动值进行比较，以确定对于LCD像素响应特性是否应调整光源驱动信号。在其它实施例中，不是将光源驱动值进行比较，而是可以将新IXD像素驱动值与旧IXD像素驱动值进行比较，以确定对于IXD 像素响应特性是否应调整光源驱动信号。·在包括在一个或多个帧区域上的光源的消隐的在此描述的实施例中，可以可选地按比例放大光源的发光强度，以补偿消隐导致的帧区域的亮度的整体减少，和/或对于 LCD像素的阶跃响应时间进行调整(例如，表示正快速移动穿过暗背景的亮对象的LCD像素可能尚不具有时间来转变到它们的最终透射状态)。以上描述了很多实施例和变型。本领域技术人员应理解，任何上述实施例的各个方面可以通过合适的修改而结合到其它上述实施例的任一个中。虽然以上已经讨论了大量示例性方法和实施例，但本领域技术人员应认识到其的特定修改、变换、添加和部分组合。因此，意图是所附权利要求被解释为在它们的真实精神和范围内那样的包括所有这些修改、变换、添加和部分组合。
权利要求
1.一种用于处理对于显示调制层的背光的控制值的方法，所述背光具有光源阵列，所述方法包括对于每一光源，接收对于新帧的图像数据；至少部分地基于图像数据的新帧确定新控制值；确定所述新控制值与用于图像数据的旧帧的旧控制值之间的差；至少部分地基于控制值的所述差而生成新控制信号；以及将所述新控制信号输出到所述光源。
2.如权利要求1所述的方法，其中，生成所述新控制信号包括 确定倾斜图案；确定与控制值的所述差相关联的时间段；以及在所述时间段上将所述倾斜图案应用于所述新控制值。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述新控制信号驱动所述光源，从而使得所述光源的发光强度按与所述显示调制层的透射率的改变速率对应的速率而改变。
4.如权利要求3所述的方法，其中，只有当控制值的所述差大于预定阈值时，生成所述新控制信号。
5.如权利要求4所述的方法，其中，生成所述新控制信号包括 检测所述图像数据的新帧与所述图像数据的旧帧之间的运动； 确定在其中所检测到的运动超过预定阈值量的一个或多个帧区域； 确定所述光源是否对于所述一个或多个帧区域提供不可忽略量的光；如果所述光源对于所述一个或多个帧区域提供不可忽略量的光，则至少部分地基于所检测到的运动确定消隐图案；以及将所述消隐图案应用于所述新控制值。
6.如权利要求5所述的方法，其中，所述消隐图案包含在帧时段上的一个或多个消隐信号。
7.如权利要求6所述的方法，其中，检测运动至少部分地基于从对于所述图像数据的新帧的期望输出亮度值P与对于所述图像数据的旧帧的期望输出亮度值P之间的差所确定的亮度值的改变速率。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述帧时段上的所述一个或多个消隐信号的数量与亮度值的改变速率成比例。
9.如权利要求6所述的方法，其中，检测运动至少部分地基于所述图像数据的新帧和所述图像数据的旧帧中所结合的运动矢量。
10.如权利要求6所述的方法，其中，所述光源包括LED，并且所述显示调制层包括IXD 像素阵列。
11.一种显示系统，包括显示器，具有光源调制层和显示调制层； 第一数据储存器，用于存储显示调制层响应特性的数据； 第二数据储存器，用于存储图像数据的先前帧的光源调制层控制值；以及处理器，被连接以从图像数据源接收图像数据，从所述第一数据储存器和第二数据储存器接收数据，并且将驱动控制值发送到所述光源调制层，所述处理器被配置用于执行如权利要求1所述的方法中的任一个。
12.—种计算机可读介质，包括指令，所述指令当由合适配置的处理器执行时使得所述处理器执行一种用于处理对于显示调制层的背光的控制值的方法，所述背光具有光源阵列，所述方法包括对于每一光源，接收对于新帧的图像数据；至少部分地基于图像数据的新帧确定新控制值；确定所述新控制值与用于图像数据的旧帧的旧控制值之间的差；至少部分地基于所述控制值的差而生成新控制信号；以及将所述新控制信号输出到所述光源。
13.如权利要求12所述的计算机可读介质，其中，所述方法包括对于每一光源 确定倾斜图案；确定与所述控制值的差关联的时间段；以及在所述时间段上将所述倾斜图案应用于所述新控制值。
14.如权利要求13所述的计算机可读介质，其中，所述新控制信号驱动所述光源，使得所述光源的发光强度按与所述显示调制层的透射率的改变速率对应的速率而改变。
15.如权利要求14所述的计算机可读介质，其中，只有当所述控制值的差大于预定阈值时，生成所述新控制信号。
16.如权利要求15所述的计算机可读介质，其中，生成所述新控制信号包括 检测所述图像数据的新帧与所述图像数据的旧帧之间的运动；确定在其中所检测的运动超过预定阈值量的一个或多个帧区域； 确定所述光源是否对于所述一个或多个帧区域提供不可忽略量的光； 如果所述光源对于所述一个或多个帧区域提供不可忽略量的光，则至少部分地基于所检测的运动确定消隐图案；以及将所述消隐图案应用于所述新控制值。
17.如权利要求16所述的计算机可读介质，其中，所述消隐图案结合帧时段上的一个或多个消隐信号。
18.如权利要求17所述的计算机可读介质，其中，检测运动至少部分地基于从对于所述图像数据的新帧的期望输出亮度值P与对于所述图像数据的旧帧的期望输出亮度值P之间的差所确定的亮度值的改变速率。
19.如权利要求18所述的计算机可读介质，其中，所述帧时段上的所述一个或多个消隐信号的数量与亮度值的改变速率成比例。
20.如权利要求17所述的计算机可读介质，其中，检测运动至少部分地基于所述图像数据的新帧和所述图像数据的旧帧中所结合的运动矢量。
全文摘要
提供用于处理用于显示器的背光和/或显示调制层的控制值的方法和系统。基于新控制值与旧控制值之间的差确定倾斜图案。基于帧区域中检测的运动确定消隐图案。倾斜图案或消隐图案可以考虑显示调制层响应特性。倾斜图案和/或消隐图案被应用于用于背光和/或显示调制层的控制值。
文档编号G09G3/36GK102472905SQ201080031504
公开日2012年5月23日 申请日期2010年7月13日 优先权日2009年7月13日
发明者N·W·迈斯米尔 申请人:杜比实验室特许公司