专利名称:显示设备的功率电平控制方法及实现该方法的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及显示设备的功率电平控制方法及实现该方法的装置。
具体地说，本发明紧密涉及一种为改进图像的图像质量所用的视频处理方法，这些图像是被显示在等离子显示板(PDP)之类的显示器上的，同时也涉及光发射/反射/传输的占空度调制(脉冲宽度调制)原理为基础的所有类型显示器。特定的权利要求
是在功率电平控制的显示板温度估算方面。
背景技术：
就图像质量来说，白电平峰值是最为重要的。白电平峰值增强系数(PWEF)可被定义为白电平峰值亮度与通常称之为全白电平的均匀白电场亮度之间的比。各种显示器用的CRT的PWEF达到5，第一代PDP的特点是白电平峰值与最大平均亮度之比大约为2。这比在旧有的CRT技术中所达到的要差得多。
等离子显示板(PDP)利用仅能“开”或“关”的放电元件的矩阵。与以光发射的模拟控制表示灰度级的CRT或LCD不同，PDP是通过调制每帧光脉冲(保持脉冲)数量控制灰度级。眼睛将在对应眼睛时间响应的周期内积分这个时间调制。
较多的保持脉冲对应较高的亮度峰值。较多的保持脉冲也对应在PDP中流动的较大功率。PDP控制能产生或多或少的作为平均图像功率函数的保持脉冲，也就是说，PDP控制是在不同功率电平模式之间进行切换的。在这个文件中，给定模式的功率电平被定义为用于100ire视频区域中激活的保持放电的数量。功率电平模式的可用范围被认为近似等于PWEF。
申请人:的前一个欧洲专利申请No.99101977.9报告了一项技术，通过在数量上和范围上增加可用功率电平模式的数量，并在亮度电平选择控制中引入滞后电路，提高PDP的PWEF。这一技术使PWEF值达到5。
PDP具有大表面。PWEF是5虽然对图像质量有好处，但有不利的方面，即在某些环境中，功率消耗长时间集中在显示板的小表面上。如果这种模式长时间施延(这可能出现在静止的图像情况下)，显示板的局部过热可能表现出不能接受的值。
在WO 99/30309中已经提出，为了功率电平控制的目的，在PDP中除了平均图像电平检测器和图像峰值电平检测器以外，还提供显示板温度检测器。
发明内容
本发明的目的是进一步改进PDP这样的显示器的功率电平控制。
根据本发明，为功率电平控制的目的，用局部温度估算器代替简单的温度检测器。这样做的优点是，在静止图像的情况下，仅在小范围内有高亮度值，采用切换至较低功率电平模式的方法，显示板能可靠地被保护而防止局部温度过热。
本发明能与任何提供高PWEF系数的白电平峰值增强电路一起被应用，而不仅限于PDP。
换句话说，本发明的一个主要概念是试图建立一种模式，它将显示板的局部过热描述为被显示的视频图像的函数，并以此信息去控制白电平峰值增强环路的操作。
本发明也关系到为实现本发明的方法所用的一种有用的装置。这个装置包括具有高PWEF显示器的热保护电路，并包括下列部件1、局部功率电平确定单元。
2、局部温度估算单元。
3、最高局部功率电平确定单元。
4、作为被估算的最高局部温度值函数的最高可允许功率电平模式的选择器。这个函数包括滞后，以防止可觉察的亮度振荡出现。
5、当前功率电平值限幅器，限制所选择的最高可允许功率电平。这个限幅器实际上执行保护功能，因为它确定子域结构和对应于确定流入PDP的能量的保持脉冲产生。
本发明的实施例被图解于附图中，并在下面的描述中被更详细地说明。
在图中图1表示用以解释PDP的子域概念的图解；图2表示两个不同的子域结构，以图解在白电平峰值增强的不同功率电平模式之间切换的概念；图3表示等离子显示装置，包括例如从EP99101977.9中已知的功率电平控制装置的方块图；图4表示图1中所示的装置中的功率电平选择所用的滞后曲线；图5表示包括本发明功率电平控制装置的等离子显示装置的方块图；图6表示为局部温度估算，将显示板划分为象素块的第一划分法；图7表示为局部温度估算，将显示板划分为象素块的第二划分法，允许部分块重叠；图8表示为局部温度估算，将显示板划分为象素块的第三划分法，允许部分块重叠；图9表示最高功率电平极限选择所用的滞后曲线。
具体实施方式
现在借助于实例解释本发明的原理。要特别注意的是，实际执行中的数值可能不同于这里所示的数值，特别是所用子域的数目和加权，和实际的保持脉冲的数目。
在视频信号处理领域中，8-位表示亮度电平是很普通的。在这种情况下，每一视频信号电平将由下列8-位的组合来表示20＝1，21＝2，22＝4，23＝8，24＝16，25＝32，26＝64，27＝128
为了用PDP技术实现这种编码方案，帧周期将被分成通常称为子域的8个子周期，每个子周期与8-位之一相对应。用于位21＝2的光发射持续时间是位20＝1的两倍等等。采用这种8个子周期的组合，我们能够建立256种不同的灰度级。例如，灰度级92将对应于数字码字％1011100。应该了解，在PDP技术中，子域由每个具有相等幅度和相等间隔的对应小脉冲数组成。当没有运动时，观察者的眼睛将在约一帧周期内积分所有的子周期，并且将有令人满意的正确灰度级。上述子域结构如图1所示。注意，图1在这方面做了些简化，在寻址(扫描)和保持之后，寻址等离子单元和消除等离子单元的时间周期没有明确地表示出来。但是，熟悉这方面的人都知道，在等离子显示技术中，上述时间周期在每一子域出现。这些时间周期是强制性的，并且对于每一子域它们是常数。
当所有的子域被激励时，光照期有与255个相对时间单元有关的相对持续时间。选择225这个数，为的是能够连续使用上述8位表示的亮度电平，或者用于PDP的RGB数据。图1中的第二子域具有例如2个相对时间单元的持续时间。在PDP技术的域中，子域的相对持续时间常常称为子域的‘加权’，这个措词在后面也要用到。
一种高效率的白电平峰值增强控制电路要求大量的离散功率电平模式，用于将视频信号电平(RGB-，YUU-信号)的8位字映射到各个子域码字。切换不同功率模式之间进行，如申请人在欧洲专利申请99101977.9中所描述的。因此，为公开本发明，也涉及这个申请的内容。
在图2中，简单地表示动态子域结构如何工作的原理。所表示的是具有不同功率电平的两种模式。
在第一种模式中，子域结构由11个子域SF组成，在第二种模式中，子域结构由9个子域组成。每一子域SF包括寻址周期sc(扫描周期)，其中，由每个象素的码字确定的对每个等离子单元充电或者不充电；保持周期su，其中，预充电的等离子单元被激励发光；和消除周期er，其中，等离子单元被放电。在9个子域的情况下，寻址(扫描)所需的时间较少，因此，较多的时间用于保持脉冲(黑色的区域比较大)。子域的消除和扫描时间与相应的子域加权无关。从图上可以看出，两种所示情况的子域位置和子域加权是不同的。例如，在第一种所示情况下，第七子域的加权是32，而在第二种情况下，第七子域的加权是64。所述寻址，消除和保持所用的相对时间持续期只是示范性的，而在某些实现中可以是不同的。同样，具有低加权的子域位于场/帧周期的开始，而具有较高加权的子域位于场/帧周期的末尾，这一点不是强制性的。
假定一台PWEF为5的PDP设备。视频信号被从0至255进行编码。在较低功率电平的模式下，对于100ire，功率电平控制产生了最大为5*255个保持脉冲(白电平峰值)，最小为255个脉冲(全白)。
利用4种不同的主要模式来描述解决方案模式112个子域(2*255个保持脉冲)1-2-4-8-16-32-32-32-32-32-32-32模式211个子域(3*255个保持脉冲)1-2-4-8-16-32-32-40-40-40-40模式310个子域(4*255个保持脉冲)1-2-4-8-16-32-48-48-48-48模式49个子域(5*255个保持脉冲)1-2-4-8-16-32-64-64-64这4种模式的每一种又可划分为16个子模式，它们使用相同的子域数目，但将100ire编码为不同的数值(动态预定标)。总共列出了67个子域模式，对应于67个功率电平(100ire的保持脉冲数)，从255逐渐增加到1275。
EP专利99101977.9公开的白电平峰值增强电路表示在图3中。
RGB数据在平均功率测量块中被分析，该平均功率测量块将整个图像所计算的平均功率值(AP)给于PWEF控制块。考虑到早先被测量的平均功率值和被存储的滞后曲线，PWEF控制块查询它的内部功率电平模式表，并直接产生用于其它处理块的被选择模式的控制信号。它选择将要使用的预定标系数(PS)和子域编码参数(CD)。例如有子域的数目，子域的定位，子域的加权和子域的类型。它也控制将RGB象素数据写入帧存储器(WR)和从第二帧存储器(RD)读取RGB子域数据，并控制寻址线的串行至并行的转换电路(SP)。最后，产生驱动PDP驱动器电路所要求的“扫描”和“保持”脉冲。
在专利申请EP 99101977.9中也曾显示过的图4示出作为被测图像平均功率(ap)的函数的功率电平选择的动态控制。
如所预料的一样，当图像功率电平增加时，选择功率电平减少的模式。有一个控制函数的滞后环。当图像平均功率增加时，在顶线上的功率电平模式被选择。当图像功率减少时，在底线上的功率电平模式被选择。当图像平均功率向增长方向变化时，两条线之间的点被选择。用这种功率电平控制方法，保乎了PDP的功率源。在具有高平均图像功率值的图像情况下，功率源的过载被避免。另一方面，在低平均图像功率值的情况下，产生更多的保持脉冲，功率源可提供所要求的电流而不会过载。
图5描述带PDP热保护电路的白电平峰值增强电路，它是本发明的核心。所画的粗线方块表示组成保护电路的方块。
这个保护电路以本申请人的另一个欧洲专利申请，申请号为99112906.5中所描述的电路为基础。
首先，描述局部功率测量块。主要的概念是把整个显示面划分为许多块Sij，然后，集合(相加)块中所有象素的输入视频信号电平，即对每个象素而言，三种彩色分量的平均值被相加，因此得到PijPij＝∑(k∈Sij)(Rk+Gk+Bk)这里k表示属于Sij的所有象素。
就热过载来说，很亮的小点比起具有相同总功率的某些较大的光点来，可能更不适宜。为处理这个因素，建议对RGB象素分量求平方甚至立方，类似下面的等式
Pij＝∑(k∈Sij)(Rk2+Gk2+Bk2)Pij＝∑(k∈Sij)(Rk3+Gk3+Bk3)在图6中，表示等离子显示器划分为块Sij的第一实例。为了易于形象化，单元用圆角边表示，但是，在实际实现中最好用矩形。在所示的实例中，有总数40个单元，但在实际实现中，单元数目可以更高。
如果使块重叠，例如在图7和8中所示，可以改善整个显示表面的块Sij的划分。
如果没有块的重叠，当亮点出现时，例如，恰好在两个块的边界上，则可能检测不到。采用单元依次重叠，将总有一个单元包含任意亮点，而与亮点的位置无关。
下面，说明图5中的方块19中的局部温度估算。如果已经计算过被消耗的功率，下一步骤是建立为每个图像块分配局部温度值的模型。需要指出的是，许多种模型都是可能的，某些很简单，某些相当复杂，这就要去寻找复杂性的折衷方法。这里，描述一些可能的方法，记住，即使最简单的近似也比完全没有保护好。
在第一个近似中，给定块的温度等于先前的温度估算T(i，j)t-1，加上在现行帧周期中块所消耗的功率a.p(i，j)t，减去相应于在每帧时间中给于环境的热量耗散项DT(i，j)t＝T(i，j)t-1+a.p(i，j)t-D假定热消耗正比于实际温度，这个模型可被改进T(i，j)t＝T(i，j)t-1+a.p(i，j)t-b(i，j)t-1进一步，一些邻近块的热消散也可被考虑T(i，j)t＝T(i，j)t-1+a.p(i，j)t-b.T(i，j)t-1-c.T(i-1，j)t-1-T(i，j)t-1]-
c.T(i+1，j)t-1-T(i，j)t-1]-c.T(i，j-1)t-1-T(i，j)t-1]-c.T(i，j+1)t-1-T(i，j)t-1]-新的被相加项可能或是负的(如果邻近块比较冷)或是正的(如果邻近块比较热)。最后，作为最终的更精致的模型，对角线上的热耗散通过另加四项也被考虑，不过，对于所有的实际用途，所示模型的复杂性应当是足够的了。
上述模型也涉及边界效应。在边界上的或者在拐角上的一些块，由于它们有较少的邻近块，所以有较少耗散的可能性。对于相同的消耗功率，它们可能较快地过热，但是采用这里最后表示的模型，它们应当能被正确地检测。
下面，说明方块20中的最大温度确定。在寻求最高局部温度MT的方法中，在现用实例中，要求计算方块18中的40个Pij的数值(40＝5行*8列)和方块19中的相应的40个Tij的数值，然后求方块20中的最大值。这需求每帧用大量并行工作的视频积分器做很多的操作。
但是加热是很慢的过程，可使用如下的近似1.对每一帧，计算单一图像块的消耗，也就是每40帧为一组(在这个实例中)，每一块中功率消耗只被估算一次。
2.对于所选图像块，计算方块19中的局部温度，使用如下表示式T(i，j)t＝T(i，j)t-40+a.p(i，j)t-b.T(i，j)t-40-c.(i-1，j)t-40-T(i，j)t-40]-c.(i+1，j)t-40-T(i，j)t-40]-c.(i，j-1)t-40-T(i，j)t-40]-c.(i，j+1)t-40-T(i，j)t-40]-这里，下标t-40表示相应的温度值是先前在最多40帧计算的一个旧值。当然，功率消耗项a.p(i，j)t忽略了在相同块的两个温度估算之间来自40个帧的所有功率消耗，这是该模型的缺点。但是已证明，实际上这个误差对于TV图像来说是可接受的。对于用作计算机监示器的PDP来说，温度估算花费较多是合理的，因为这里被显示的多数图像是静止的图像。
3.在方块20中更新MT值(最高温度)。为了完成这一任务，要求知道用于确定MT值的块的编号(i，j)t是否与先前求得MT值(MTt-1)的块的编号(i，j)maxt-1相符。
如果块的编号相同，((i，j)t＝(i，j)maxt-1)则MTt＝Tij。
如果块的编号不相同，((i，j)t？(i，j)maxt-1)如果(Tij＞MTt-1)则MTt＝Tij和(i，j)maxt＝(i，j)t其余MTt＝MTt-1上述算法在图5的方块20中进行。这一近似将使计算的复杂性减少到40分之一。
图9描述最高功率电平选择电路21的功能。它显示作为被估算的最高显示板局部温度(mt)函数的最高被允许功率电平(plm)。
对于低的最高局部温度值，白电平峰值电平不需要减少。对于较高的值，最大白电平峰值电平逐渐被减少。在图中的限制值，PWEF已从原始值5减小到2(全白色，对应于功率电平255)。
象所描绘的滞后曲线那样某些滞后是内置的，以避免主要来源于测量误差或被显示的视频信号噪声的小幅度振荡。
温度估算模型是对被消耗的功率变化缓慢地起反应的模型。这是正确的，因为显示板温度也是缓慢地对被消耗的功率起反应。由于被估算的显示板温度的这种缓慢反应，保护电路也缓慢地反应，如上所述，对多数应用是足够的；它还有附加优点它的操作不被观看图像的人感觉到。
最后，将说明功率电平限制方块22的功能。这个电路是一个简单的限幅器，它只在危险的局部过热已被检测到时才起作用。它不改变白电平峰值增强电路的功能。它只限制可利用于白电平峰值增强控制电路的功率范围。例如，如果从方块21输出的最高功率电平值是765，那么，专利EP 99101977.9中只有前34种功率电平模式可选用。功率电平的其余模式被禁用。
所述电路和算法执行保护功能，它的意思是，对于多数的视频信号图像，将是无效的，只在静态亮点情况下，白电平峰值增强系数才被衰减。
本发明也可用于基于CRT的显示器，那里的局部过热可能引起局部拱曲问题。局部拱曲是图像的彩色失真，因为CRT掩模的局部变形，是由管子彩色掩模的局部过热而引起的。
没有保护电路的动态白电平峰值控制也是可能的。但是图像的质量将是不相同的，因为动态白电平峰值控制对PWEF将使用有所限制的范围，以便避免不能接受的局部过热。
权利要求
1.一种用于有多个与图像象素相应的显示单元的显示设备中的功率电平控制方法，其中，使用功率电平模式选择方法提高显示器的白电平峰值增强系数，在这个过程中，视频图像的功率值被测量，相应的功率电平模式被选择，用以控制显示器的对比度，其中，图像被划分为若干块(S11-S58)，其中，在每个块(S11-S58)中，从象素彩色分量的视频信号电平得出的视频信号电平或值被求和，以便确定图像的局部功率值(LP)，其特征在于，根据所述局部功率值(LP)和先前估算的局部温度值对显示器的相应块进行局部温度估算，其中，在估算的局部温度值中，选择显示器中的最高局部温度(MT)，其中，根据最高局部温度(MT)进行最高功率电平限制(PLM)确定，其中，功率电平限制(PLM)被用来在功率电平模式选择过程中，将可选择的功率电平模式的范围限制为功率电平低于或等于所述功率电平限制(PLM)的各功率电平模式。
2.根据权利要求
1所述的方法，其特征在于，对于一个块(S11-S58)的局部温度估算，不仅要考虑这个局部块(S11-S58)的功率消耗，也要考虑若干邻近块(S11-S58)的功率消耗。
3.根据权利要求
1或2所述的方法，其特征在于，确定显示器中的最高局部温度是在若干视频帧中一次进行。
4.根据权利要求
3所述的方法，其特征在于，确定局部功率值和估算局部温度只在一个帧周期内的整个图像的一个或多个被选择的块中进行。
5.根据权利要求
3或4所述的方法，其特征在于，图像被划分为40块，确定最高局部温度在40个帧周期内一次进行。
6.根据权利要求
1至5之一所述的方法，其特征在于，在相应于所确定的最高局部温度的最高可允许局部功率电平限制之间的切换用功率电平模式对图像功率两者的关系曲线控制，如果图像功率增加则曲线下落，如果图像功率降低则曲线上升，如果图像功率值的变化方向改变，曲线分别地上升和下落，在下落和上升之间有延迟。
7.实现前面权利要求
之一的方法所用的装置，该装置包括功率电平确定和选择单元(16，17)，局部功率确定单元(18)，其中，一个图像被划分为若干块(S11-S58)，在每一块(S11-S58)中，由象素的彩色分量视频信号电平得出的视频信号电平或值，被相加起来，以便确定图像的局部功率值(LP)，其特征在于所述装置进一步包括局部温度估算器(19)，该估算器(19)根据所述局部功率值(LP)和先前估算的局部温度值估算图像的每块局部温度；最高局部温度选择器(20)，该选择器(20)从所估算的局部温度中选择最高局部温度；最高功率电平限制选择器(21)，该限制选择器(21)将最高功率电平极限分配给所选择的最高局部温度；功率电平限幅器(22)，其中，功率电平限幅器(22)将功率电平模式选择器(21)中可选的功率电平模式的范围限制为具有低于或等于所述被选择的最高功率极极限(PLM)的功率电平的功率电平模式。
8.根据权利要求
7所述的装置，其特征在于，所述装置被集成在等离子显示设备中。
专利摘要
等离子显示板(PDP)对TV技术变得越来越有吸引力。图像质量的一个重要判据是白电平峰值增强系数PWEF。在先前的专利申请中，曾提出过显示中的功率电平控制方法，以此能提高PWEF。PWEF的提高，可能引发等离子体单元局部过热的问题。本发明提出一种保护电路可处理这一问题。为防止等离子显示器局部过热，提供一种方法，这种方法进行这些步骤局部功率值确定(18)，局部温度估算(19)，最高局部温度确定(20)和最高功率电平极限确定(21)。功率电平限制，影响显示设备中的功率电平控制过程(22)，结果是局部过程被避免，最高的可能PWEF可被使用。本发明也涉及实现所提出的方法的相应设备。
文档编号H04N5/66GKCN1313992SQ00812796
公开日2007年5月2日 申请日期2000年7月31日
发明者卡洛斯·科雷亚, 塞巴斯蒂安·魏特布鲁赫, 赖纳·茨温格 申请人:汤姆森许可贸易公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan