电子纸显示器上的视频回放的制作方法

专利名称：：电子纸显示器上的视频回放的制作方法
技术领域：
：本发明一般涉及电子纸显示器(electronicpaperdisplay)领域。更具体地，本发明涉及在电子纸显示器上显示视频。
背景技术：
：近来已引入了多种技术，来在可电子更新的显示器中提供一些纸张属性。这类显示器试图实现的纸张的一些期望属性包括低功耗、柔性(flexibility),宽视角、低成本、轻重量、高分辨率、高对比度以及室内和室外的可读性。因为这些显示器试图模仿纸张的特征，因此在本申请中将这些显示器称为电子纸显示器(EPD)。这类显示器的其它名称包含类纸(paper-like)显示器、零功率(zeropower)显示器、电子纸(e-paper)、双稳态显示器以及电泳(electrophoretic)显示器。EPD与阴极射线管(CRT)显示器或液晶显示器(LCD)的比较表明通常，EPD需要更少的电源且具有更高的空间分辨率，但是，其具有较慢的更新速率、较低精度的灰度电平(graylevel)控制以及较低的色彩分辨率的缺点。当前，许多电子纸显示器仅是灰度级(grayscale)设备。通常，通过滤色器的添加，色彩设备变得可用，这往往会降低空间分辨率及对比度。通常，电子纸显示器为反射型，而不是透射型。因此，它们能够使用环境光，而在设备中不需要光源。这使得EPD可在不使用电源的情况下维持图像。因为可持续地显示黑色或白色像素，并且仅当从一种状态改变到另一种时才需要电源，所以有时将其称为"双稳态"。然而，许多EPD设备在多个状态处都是稳定的，并且因此在无功耗的情况下支持多个灰度电平。一种称为微嚢电泳(MEP，microencapsulatedelectrophoretic)显示器的EPD将几百个粒子移动通过粘性流体以更新单个像素。当没有施加电场时，粘性流体限制了粒子的运动，并且赋予EPD能够在不使用电源的情况下保持图像的性能。当施加电场时，该流体也限制了粒子运动，并且导致与其它类型的显示器相比较，该显示器更新非常慢。虽然电子纸显示具有许多优点，但是当显示视频时存在许多问题(1)更新速度慢(也称为更新滞后(latency));(2)累积的误差；以及(3)之前显示图像的可见度(visibility)(例如,重影(ghosting))。第一个问题在于与传统的CRT或LCD显示器相比较，多数EPD技术需要相对长的时间来更新图像。典型的LCD大约花费5毫秒以改变到正确值，支持上至200帧/秒的帧速(可实现的帧速通常受限于显示驱动器电子设备修改显示器中的所有像素的能力)。相反，许多电子纸显示器(例如，EInk显示器)花费300—1000毫秒数量级的时间来将像素值从白色变化到黑色。虽然对于电子书所需的翻页来说，该更新时间通常是足够的，但是对于与用户界面的交互应用以及视频显示来说，这是重大的问题。当显示视频或动画时，对于视频帧的持续期(即，直到接收到下一请求的反射率为止)，理论上，每个像素都应处于期望的反射率。然而，在对于特定反射率的请求与实现该反射率的时间之间，每个显示都呈现出一些滞后。如果视频以10帧/秒(由于通常电影的视频帧速是30帧/秒，因此已将其降低)运行，并且改变像素所需的时间为10毫秒，那么像素将显示正确的反射率90毫秒，效果将如所期望的那样。如果改变像素花费100毫秒，那么将像素改变到另一反射率的时间正好为像素实现先前帧的正确反射率的时间。最后，如果像素改变花费200毫秒，那么，除非在像素原先已非常接近正确反射率(即，緩慢地改变映像)的情况下，否则像素将不会具有正确的反射率。因此，尚未使用EPD来显示视频。第二个问题是累积的误差。由于施加了不同值以驱动不同的像素至不同的光学输出电平，因此取决于施加到像素以将其从一种具体光学状态移至另一种的具体信号或波形而引入了误差。该误差往往会随着时间积累。典型的现有技术解决方案将会把所有像素驱动至黑色，然后至白色，然后回到黑色。然而，因为不具有10(或更多)帧/秒的时间，所以关于视频，其不可完成，所产生的视频图像中可见的点(point)。第三个问题涉及更新滞后，这是由于通常没有足够的帧来将一些像素设置到它们期望的灰度电平。这在回放期间(尤其在高运动视频段中)产生可见的视频伪像(artifact)。类似地，由于帧之间没有时间来将像素驱动至合适的光学状态(其中，像素之间存在对比度)，因此EPD所产生的光学图像中没有足够的对比度。这还涉及EPD的特性，其中，在像素值的端点(黑色与白色)附近，显示器需要更多的时间来在光学状态(例如，不同的灰度电平)之间转变。
发明内容本发明通过提供用于在电子纸显示器上显示视频的系统和方法，克服了现有技术的缺陷和限制。具体地，本发明的系统和方法降低了电子纸显示器上的视频回放伪像。本系统包括电子纸显示器、视频代码转换器、显示控制视频代码转换器处理视频流，并生成提供给显示控制器的像素数据。视频代码转换器调节并重新编码视频流，以便于在电子纸显示器上更好显示。在一个实施例中，视频代码转换器包含一个或多个以下处理使用控制信号(而不是期望图像)来编码视频，使用仿真数据来编码视频，缩放及平移视频以便于对比度增强，以及通过使用仿真反馈、以前的像素和未来的像素来降低误差。根据本发明的实施例，提供了用于在电子纸显示器上显示视频的方法，该方法包括接收包含像素数据的视频流；确定视频数据的像素的期望值；确定视频数据的该像素的未来值；以及处理视频数据的像素的所述期望值以及视频数据的该像素的所述未来值，以为电子纸显示器生成一个或多个控制信号。根据本发明的实施例，提供了用于在电子纸显示器上显示视频的系统，该系统包括电子纸显示器；显示控制器，其具有多个输入和一输出，该显示控制器被适配为接收信号并且对电子纸显示器施加控制信号，该显示控制器的输出被耦合至电子纸显示器；以及编码器，其被适配为接收视频流并且输出控制信号，该编码器处理视频数据的像素的期望值以及视频数据的像素的未来值以生成一个或多个控制信号，该编码器被耦合至该显示控制器的输入。根据本发明的实施例，提供了用于在电子纸显示器上显示视频的设备，该设备包括存储器，用于存储视频数据的像素的期望值以及视频数据的该像素的未来值；以及视频转换器，其具有一输入和一输出，该视频转换器的输入被耦合至该存储器，该视频转换器根据该像素的期望值与该像素的未来值生成控制信号。在附图的图中，通过示例的方式、而不是限制的方式来图解本发明，其中，使用相同的标号来指示类似的要素。图1图解根据本发明的实施例的示例电子纸显示器的一部分的剖面视图。图2图解根据本发明的一个实施例的典型电子纸显示器的模型。图3示出根据本发明的一个实施例的电子纸显示器的控制系统的框图。图4示出根据本发明的一个实施例的视频转换器的框图。图5示出根据本发明的一个实施例的、取得视频帧的当前像素的灰度电平值以及之前重构的灰度电平值的查找表的图。图6示出根据本发明的一个实施例的、与使用未来像素来将误差最小化的视频代码转换器的输出相比较的现有技术的输出的图。图7示出根据本发明的一个实施例的示例电子纸显示器的像素的可实现变化率的图。图8图解根据本发明的一个实施例的、与用以增强对比度而偏移的视频代码转换器的输出相比较的现有技术的输出的图。图9示出根据本发明的一个实施例的、与用以增强对比度而缩放的视频代码转换器的输出相比较的现有技术的输出的图。图10示出根据本发明的一个实施例图解用于在电子纸显示器上显示视频的方法的流程图。具体实施例方式描述用于在电子纸显示器上显示视频的系统和方法。在以下描述中，为了说明，阐述了许多具体细节，以便于提供对于本发明的彻底理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实施本发明。在其它例子中，为了避免使得本发明难于理解，以框图形式示出了结构和设备。应该注意的是，根据以下讨论，在不脱离所要求的原理的情况下，可以将这里所公开的结构和方法的可替代实施例欣然地认作为可能采用的可行替代方案。例如，下面以灰度级(grayscale)和电泳显示器的情境来描述本发明，然而，本领域的技术人员应明白，本发明的原理适用于任何双稳态显示或色彩序列。说明书中对于"一个实施例"或"实施例"的引用意味着结合实施例描述的具体特性、结构或特征包含在本发明的至少一个实施例中。不同位置中措辞"在一个实施例中"的出现并不必然都指相同的实施例。如这里所使用的那样，术语"包括"、"包含"、"具有"或其任何其它变形旨在覆盖非排它的相容。例如，包括要素列表的处理、方法、物品或装置并不必然仅局限于那些要素，而是可以包含并未专门列出或该处理、方法、物体或装置所固有的其它要素。进一步，除非有相反的特别规定，否则"或"指相容的或，而不是指排它的或。例如，以下任何一个都满足条件A或B:A为真(或存在)且B为假(或不存在)、A为假(或不存在)且B为真(或存在)、以及A和B两者均为真(或存在)。另外，此处"一"的使用用于描述实施例的要素和组件。这么安排仅是为了方便以及给出本发明的一般意义。除非其明显另有所指，否则应该将该描述读作包括一个或至少一个，并且单数也包括多个。以下详细描述的一些部分是根据关于计算机存储器内的数据位的操作的算法和符号表示呈现的。这些算法描述和表示是数据处理领域的技术人员用于最有效地将其工作的主旨传达给本领域的其它技术人员的方式。通常，这里的算法被构思为导致期望结果的自一致序列步骤。该步骤是需要物理量的物理操作的那些步骤。虽然并不必然，但是通常这些量采取能够被存储、传递、组合、比较及其它操作的电或磁信号的形式。已经证实在主要为了公共使用的原因而将这些信号称作比特、值、要素、符号、字符、项、数字等的时候是方便的。然而，应该牢记，所有这些及相似术语都与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便的标签。除非另有特别规定，否则从以下讨论中显而易见的是，应该理解，贯穿本描述，利用诸如"处理"或"计算"或"确定"或"显示"等之类的术语的描述是指计算机系统或类似电子计算设备的动作和处理，其中，所述计算机系统或类似电子计算设备将计算机系统的寄存器以及存储器中的被表示为物理(电子)量的数据操作和转换为计算机系统存储器或寄存器或其它这种信息存储、传输或显示设备中的被类似表示为物理量的其它数据。9一些实施例可能使用措辞"耦合"和"连接"以及其衍生而加以描述。应该理解的是，这些术语并不意指彼此的同义词。例如，可能使用术语"连接"来描述一些实施例，以表示两个或多个要素彼此直接物理或电气接触。在另一实施例中，可能使用术语"耦合，，来描述一些实施例，以表示两个或多个要素直接物理或电气接触。然而，术语"耦合"还可意味着两个或多个要素并不〗皮此直接接触，而仍然;波此配合或交互。实施例不局限于本上下文中。本发明还涉及用于执行此处操作的装置。该装置可以是为了所需目的而特别构造，或者其可以包括通过存储在计算机中的计算机程序来选择性地激活或重新配置的通用计算机。这种计算机程序可以存储在计算机可读存储介质中，诸如(但不限于)每一个均被耦合至计算机系统总线的任何类型的盘(包含软盘、光盘、CD-R0M以及磁光盘)、只读存储器(R0M)、随机存取存储器(RAM)、EPR0M、EEPR0M、磁或光卡片，或适合于存储电子指令的任何类型的介质。最后，此处所提出的算法和显示器并不固有地涉及任何具体计算机或其它装置。根据这里的示教，可通过程序来使用各种通用系统，或者其可能证实构造更专门的装置来执行所要求的方法步骤是方便的。根据以下描述，将呈现对于这些系统的变形的所要求结构。另外，本发明并不是参考任何特定编程语言而加以描述。应该理解，可以使用各种编程语言来实施此处所描述的本发明的示教。设备概述图1图解根据一些实施例的示例性电子纸显示器100的一部分的剖面视图。电子纸显示器100的组件被夹在顶部透明电极102和底部底板116之间。顶部透明电极102是透明材料的薄层。顶部透明电极102使得允许观看电子纸显示器100的微嚢118。透明电极102正下方是微嚢层120。在一个实施例中，微嚢层120包含紧密填充的微囊118,该孩i嚢118具有透明液体108、一些黑色粒子112以及白色粒子110。在一些实施例中，微嚢118包含带正电的白色粒子IIO和带负电的黑色粒子112。在其它实施例中，微嚢118包含带正电的黑色粒子112和带负电的白色粒子110。在又一些其它实施例中，微嚢118可包含一种极性的色彩粒子和相反极性的不同色彩粒子。在一些实施例中，顶部透明电极102包含诸如ITO(indiumtinoxide,氧化锡铟)之类的透明导电材料。布置在微嚢层120下面的是下电极层114。该下电极层114是用于将微嚢118驱动至期望光学状态的电极网络。该电极网络被连接至显示电路，该显示电路通过对特定电极施加电压来"开启，，或"关闭"特定像素处的电子纸显示器。对电极施加负电荷使得将带负电的粒子112排斥到微嚢118的顶部，这将带正电的白色粒子110强行移至底部并且赋予像素黑色的外观。反向电压具有相反的效果一带正电的白色粒子110被强行移至表面，这赋予像素白色的外观。当施加电压时，EPD中像素的反射率(亮度)发生改变。像素的反射率变化量可取决于对其施加的电压量与时间长度两者，在零电压的情况下使得像素的反射率不变化。可以将层120的电泳微嚢单独地激活至诸如黑色、白色或灰色之类的期望光学状态。在一些实施例中，该期望的光学状态可以是任何其它规定的色彩。层114中的每个像素可以与微嚢层120包含的一个或多个微嚢118相关联。每个微嚢118包含悬浮在透明液体108中的多个微小粒子110和112。在一些实施例中，该多个微小粒子110和112悬浮在透明液相聚合体中。在底板116的顶部上布置着下电极层114。在一个实施例中，电极层114与底板层116集成。底板层116是塑料或陶瓷背衬层(backinglayer)。在其它实施例中，底板116是金属或玻璃背衬层。电极层114包含可寻址的像素电极的阵列以及支撑电子设备(supportingelectronics)。图2图解根据一些实施例的典型电子纸显示器的模型200。模型200示出电子纸显示器的三个部分反射图像202、物理介质220以及控制信号230。对于最终用户，最重要的部分是反射图像202,其为在显示器的每个像素处所反射的光的量。高反射率导致如左边204A上所示的白色像素，而低反射率导致如右边204C上所示的黑色像素。一些电子纸显示器能够维持导致灰色像素(如中间的204B中所示)的反射率的中间值。电子纸显示器具有能够维持状态的一些物理介质。在电泳显示器的物理介质220中，该状态是流体中的粒子或粒子群206(例如，暗流体中的白色粒子)的位置。在使用其它类型显示器的其它实施例中，该状态可以由两种流体的相对位置、或者由粒子的旋转或者由一些结构的定向(orientation)来确定。在图2中，该状态由粒子206的位置表示。如果粒子206在物理介质220的顶部222(白状态)的附近，那么反射率高，并且像素被察觉为白色。如果粒子206在物理介质220的底部224(黑状态)的附近，那么反射率低，并且像素被察觉为黑色。与确切设备无关，对于零功耗，都必须在没有任何电源的情况下可以维持该状态。因此，必须将如图2中所示的控制信号230看作为了使物理介质抵达所指示的位置所施加的信号。因此，施加具有正电压的控制信号232以将白色粒子朝着顶部222驱动(白状态)，而施加具有负电压的控制信号234以将黑色粒子朝着顶部222驱动(黑状态)。当施加电压时，EPD中的像素的反射率改变。像素的反射率变化量可取决于对其施加的电压量与时间长度两者，而零电压保持像素的反射率不变化。系统概述图3图解根据本发明的一个实施例的电子纸显示器100的控制系统300的框图。该系统包含电子纸显示器IOO、视频代码转换器304、显示控制器308以及波形模块310。视频代码转换器304接收信号线312上的视频流302以用于呈现在显示器1GQ上。视频代码转换器3Q4处理视频流3G2，并在信号线314上生成提供给显示控制器308的像素数据。视频代码转换器304调节(adapt)并重新编码视频流，以便于在EPDIOO上更好显示。例如，视频代码转换器304包含一个或多个以下处理使用控制信号(而不是期望图像)来编码视频，使用仿真数据来编码视频，缩放及平移(translate)视频以便于对比度增强，以及通过使用仿真反馈、以前的像素和未来的像素来降低误差。下面参考图4-10提供关于视频代码转换器304的功能性的更多信息。显示控制器308包含用于接收诸如像素数据之类的信息的主机接口。显示控制器308还包含处理单元、数据存储数据库、电源以及驱动器接口(未示出)。在一些实施例中，显示控制器308包含温度传感器和温度转换模块。在一些实施例中，用于一些电子纸显示器中的合适的控制器是由EInk公司制造的控制器。显示控制器308被耦合至信号线314以传递用于视频帧的数据。信号线314还可以用于向显示控制器308传递更新视频帧的通知，或者视频帧速是多少的通知，以便于显示控制器308相应地更新屏幕。显示控制器308还由信号线316耦合至视频代码转换器304。如有必要，该通道实时地更新12查找表404(如下面参考图4描述的那样)。例如，如果用户提供实时反馈或者室温变化，或者如果存在测量所显示灰度电平精度的方法，那么显示控制器308可使用该信号线316实时地更新查找表404。形。在一些实施例中，每个波形包含五个帧，其中每个帧占用20毫秒(ms)时间片(timeslice),并且电压幅值对于所有帧均恒定。电压幅值是15伏(V)、0V或-15V。在一些实施例中，256帧是可为特定显示控制器存储的帧的最大数量。视频代码转换器304可以以多种方式实施视频代码转换器304以实施下面参考图4-IO所描述的功能性。例如，在一个实施例中，其为处理器(未示出)可执行的软件处理和/或固件应用。该处理和/或固件被配置为在通用微处理器或控制器、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其组合之上操作。可替代地，视频代换转码器304包括被配置为处理描述事件的数据的处理器，并且可包括各种计算架构，包含复杂指令集计算机架构、精简指令集计算机(RISC)架构或者实施指令集的组合的架构。视频代码转换器304可包括单个处理器或多个处理器。可替代地，视频代码转换器304包括运行在通用计算机硬件设备上的多种软件或固件处理。本领域的技术人员应该明白，在一个实施例中，视频代码转换器304和其组件实时地处理输入视频流302,使得可将数据输出至显示控制器308,以便于在显示器IOO上生成输出。然而，在可替代实施例中，可将视频代码转换器304的输出存储在存储设备或存储器(未示出)中以便于稍后使用。在这种实施例中，视频代码转换器304用作代码转换器来预处理视频流302。这具有以下优点使用其它计算资源，而不使用用以生成显示的那些计算资源，这使得允许更好品质以及在显示之前改善的最筒化(improvedminimization)。现在参考图4,示出视频代码转换器304的实施例。视频代码转换器304包括视频转换器402、查找表404、仿真模块406、偏移模块408、缩放模块410以及数据緩冲器412。为了图解的目的，图4将视频转换器402、查找表404、仿真模块406、偏移模块408、缩放模块410以及数据緩冲器412示出为分立模块。然而，在各种实施例中，可以以任何数量的方式来组合;f见频转换器402、查找表4G4、仿真模块406、偏移模块4Q8、缩放模块410以及数据緩冲器412。这允许单个模块执行一个或多个上述模块的功能。视频转换器402具有输入和输出，并且被适配为在信号线312上接收来自任何视频源(未示出)的视频流302。视频转换器402调节并重新编码视频流302以考虑到电子纸显示器100的显示速度与特性中的差异。如将在下面更详细地描述的那样，视频转换器402还被耦合用于与查找表404及仿真模块406通信以减少视频回放伪像(artifact)。视频转换器402能够基于显示特性的模型，通过使用脉冲(而不是长波形(longwaveform))、通过重新编码视频以降低或消除可见的视频伪像、并且通过使用反馈误差来在电子纸显示器100上生成视频图像。视频转换器402所执行的这些功能将于下面依次讨论。有利的是，视频转换器402使用较短的电压持续时间以便于达到高的视频帧速。查找表404被耦合至视频转换器402以接收视频流302、将其存储并且提供待施加给像素的电压电平。在一个实施例中，查找表404包括易失性存储设备，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)或另一合适的存储器设备。在另一实施例中，查找表404包括非易失性存储设备，诸如硬盘驱动器、闪存存储器设备或其它永久存储设备。在又一实施例中，查找表404包括非易失性存储设备和易失性存储设备的组合。下面描述查找表404和;f见频转换器402的交互。仿真模块406还被耦合至视频转换器402以提供仿真数据。在一个实施例中，仿真模块406可以是易失性存储设备、非易失性存储设备或两者的组合。仿真数据406提供关于显示器100的显示特性的数据。在一个实施例中，仿真模块406提供表示显示器100的显示特性的仿真数据。例如，仿真数据包含单独像素的重构或仿真值。取决于帧速，可能没有足够的时间施加电压电平以使得像素从其当前状态转变至期望状态。因此，像素值以不准确的灰度电平结束。这里将该不准确的灰度电平称为仿真或重构值(或帧)。仿真模块406提供视频转换器402所使用的这种仿真或重构值以改善显示器100所生成的输出的总体质量。仿真模块406还提供了像素从一种状态到另一种的转变中所引入的预估误差。因此，该仿真信息可以用于编码视频以最大化视频质量，以及用于降低或消除误差。14在显示器100上显示视频序列的重大挑战是修改像素值所需要的时间。该时间是像素的期望灰度电平与之前灰度电平的函数。本发明的-见频转换器402将期望视频巾贞速设置为R,并且仅允许将M数量的电压帧施加至像素以改变其值。例如，M=1000ms/(RxVT),其中VT是一个电压帧的持续时间。在一个实施例中，对于显示器IOO,VT=20ms,因此，为了获得12.5fps的-见频帧速，用于改变像素值而将施加的电压帧的数量为M=4。如果视频剪辑(clip)具有N个视频帧(f。、"......fJ,那么通过在M数量的电压帧中施加不同的电压电平执行从帧fw到fn的转变。对于示例电泳显示器，在电压帧中仅可以施加三个电压电平(O、-15和15}之一。查找表404用于确定为了使像素电平,人值P『Jx、y)变为值Pn(x、y)将在M电压帧中施加什么样的电压电平，其中，Pn(X、y)是帧fn中的要素，X和y是帧"中的像素仏的的坐标，且L是当前视频帧。查找表的输出是电压矢量义—VO、VI........VM}。仅仅因为有时没有足够的时间来施加足够长时间的电压以将像素设置为期望灰度电平pjx、y),因此将电压帧的数量限制为M导致单个像素的更低精度的灰度电平。所以，Pn(x、y)6{f\......fn......fU被不准确地构造为p'n(x、y)G{f\......f'n......f'N}。有利地是，视频转换器402基于重构的帧fVi视频帧的像素(而不是之前视频帧fVi的像素)计算所需要的电压电平以将显示器IOO设置至新帧。查找表404可以如图5中图解的那样任意复杂。图5图解采用I视频帧的当前像素的灰度电平值以及之前重构的灰度电平值的查找表404。在一个实施例中，由之前的像素值按照如下那样来索引(index)简单的查找表404LT:p'n(x、y)=LT(pn(x、y)、p:(x、y))。在另一实施例中，由像素p。(x、y)的期望值以及属于之前视频帧的像素P'"(x、y)........pV"x、y)的重构值按照如下那样来索引更复杂的查找表404:p'n(x、y)=LT(pn(x、y)、p'"(x、y)........pV"x、y))。在又一实施例中，使用期望像素值、起始像素值以及在最后i个视频帧期间所施加的电压来索引查找表404p'(x、y)=LT(pn(x、y)、pVi(x、y)、.......、义_,)，其中，义是施加在第n个视频帧处的电压矢量。数据緩冲器412被耦合至视频转换器402以接收视频数据、将其存储并提供视频数据。在一个实施例中，数据緩冲器412包括易失性存储设备，诸如动态随机存取存储器(DRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)或另一合适的存储器设备。在另一实施例中，数据緩冲器412包括非易失性存储设备，诸如硬盘驱动器、闪存存储器设备或其它永久存储设备。在又一实施例中，数据緩冲器412包括非易失性存储设备和易失性存储设备的组合。数据緩冲器412用于存储之前构造的帧以及未来的帧。下面描述数据緩冲器412和其它组件的交互。现在同样参考图6,参照示例显示器和期望像素值更详细地描述视频转换器402的操作。在一个实施例中，当确定将施加什么样的电压电平时，视频转换器402使用来自于数据緩冲器412的之前构造的帧和未来帧的值。在本实施例中，假设像素灰度电平的动态范围是[O、15];两个视频帧之间的电压帧的数量是M-3;并且施加+15V将灰度电平值增加1、-15V将灰度电平值减小l、而OV将不改变该值。进一步，假设显示器IOO是全黑的(即，将所有的p设置为0)且4个视频帧的(x-0、y-O)处的期望像素值是p。(0、0)=1;Pl(0、0)=4;p2(0、0)=0;以及1)3(0、0)=9。当确定将施加的电压电平时使用像素的之前值，实现这些电平的电压矢量为<table>tableseeoriginaldocumentpage16</column></row><table>相反，如果我们向前看，当决定电压电平时同样考虑Pn(x、y)的未来值，那么仏(x、y)和所实现的值P'Jx、y)之间的总误差可能更小。例如，在上面的表中，当『2时，如果我们认为在下一视频帧中P'3(0、0)=9，那么可施加V2={-15、-15、+15}，而不是^={-15、-15、-15},这使得p'2(0、O)的值为2，然后回到3。在施加$={+15、+15、+15}之后，得到p、(0、0)=6,这更接近目标值P3(0、0)=9。本发明的方法可被看作为试图将多项式曲线拟合至每个像素的期望灰度电平。本领域的技术人员应该明白，可使用文献中的多种技术(诸如三次样条(cubicspline)、贝塞尔曲线等)来完成曲线拟合。根据多项式曲线拟合可确定像素的新目标值。当执行曲线拟合时，对每个点的一阶导数具有范围限制，以使得曲线上的点是可实现的(假定电压帧的数量为M)。换句话说，多项式曲线在任何点处都不应太陡哨。如果多项式曲线太陵峭，那么可进行低通滤波以将其全局或局部平滑。在另一实施例中，如图6中所示，基于之前构造的像素值p」(x、y).......、pVi(x、y);当前的像素值"(x、y);以及未来的像素值pn+1(x、y)........p,(x、y)来确定电压矢量。在图6中，虚线602与方形点604示出期望的像素电平Pn，而实线650与圆点652、654、656、658、660和662示出修改后的目标电平p'n，假定施加在每个视频帧之间的电压帧的有限数fM=4。对于每一对期望像素值和视频帧号，即(pn、n),具有修改后的目标像素值P及像素实现该值的时间an;以及当像素离开该值时的时间bn。在一个实施例中，设置了可实现的新目标路径，其将像素值(pVpn)中的误差最小化，将上升和下降时间(an-bw)最小化并且永不会超过可实现的电平(IPn-pV」〈M)的路径的一阶导数。可以以数学方式将其描述为最小化lpVp」(1)最小化an-bw(2)可实现的条件Ipn-pVJ〈M(3)边界条件bn>an、an>n-0.5、bn<n+0.5(4)如果期望P'。的所实现值总是在n处获得，那么代替(4)，可将边界条件设置为n>an>n-0.5且n《bn<n+0.5结合(1)和(2)并且优化所有的视频帧N，我们得到以下的优化问题最小化p'n-p」+风^-V,)(5)IPn-pVlI《Mbn〉an、an>n-0.5、b<n+0.5权重a和p的值确定快速上升/下降与所构造像素值的精度之间的折中。相对大的《值确保在优化下降和上升时间之前首先实现像素值(即pn-pVi=0)。等式(5)的优化假设可根据导数及单个阈值来计算从一个值变化到另一个的像素。事实上，像素值的可实现变化基于许多其它参数。例如，如下面参考图7所更详细描述的那样，与灰度极限值周围相比较，可实现的变化在灰度值的中间范围更大。所以，条件(3)也可以根据查找表(可实现的[索引])而得到，并且可以将问题[5]更一般地重新用公式表示为最小化Z"bVp」+风H)(6)条件可实现的[仏、p'w、M]4rue(真)bn>an、an>n—0.5、bn《n+0.5由于可以对所有从0到N的视频帧一起精确计算来解决该优化问题，因此，在一个实施例中，可以对少数一见频帧同时地进行优化，或者预处理地进行优化。在又一实施例中，也可将相邻像素的相对值纳入考虑。例如，假设两个相邻像素pn(x、y)和pn(x、y+l)在视频帧n-1和n处具有相同的期望值pn-!(x、y)-0且pn(x、y)=5;以及p^(x、y+l)-0且pjx、y+l)=5。如果优化之后新的目标值是p'Jx、y)-3且p:(x、y+l)=5，那么由于相邻像素p'n(x、y)和p'n(x、y+l)以不同的灰度电平结束，因此这可能不是所期望的。该问题可通过包含对于该优化问题的另外的空间约束来解决，其强制相邻像素具有类似的误差最小化X+Vp」+雞n-VO(7)条件可实现的[Pn、pV,、M]4rue(真)bn>an、a>n-0.5、bn<n+0.5对于每个i=-I~+1并且对于每个j=-J~+J|p'n(x、y)-pn(x、y)I<5Ip'n(x+i、y+j)-pn(x+i、y±j)I当5等于1时，强制所有的相邻像素具有相同的误差量。因此，一个实施例中的视频转换器302基于(l)期望值、(2)之前像素值、(3)像素的重构值(仿真数据)或可实现的像素值、(4)像素的未来值、(5)空间约束，以及(6)最小化误差与上升和下降时间，通过将其重新编码来处理输入的视频序列以降低或消除可见视频伪像。在一个实施例中，本发明还包含用于消除累积误差的方法。仅递增地改变像素值导致误差在类纸显示器上的累积。视频代码转换器304通过有时将像素驱动至灰度电平极限值(例如0和15)来消除这些误差。如果像素值已经处于这些电平，那么可以施加额外的电压以进一步将该像素强制至这些极限。例如，如果像素处于Pn-严O且prO,那么通常将施加Vn-(O、0、O)以从n-l变到n。然而，在施加Vn—-15、-15、-15}时具有减小误差的好处。换句话说，视频代码转换器304有时将像素极限过驱动以确保像素值在没有任何误差的情况下为零。如果持续施加这些电压电平，那么其可能对显示器IOO有害。因此编码器304包含用于每个像素的计数器，设置该计数器以确定当像18素被驱动至极限时最后帧更新的时间。只要阈值大于预定量，则可施加额外的电压。现在参考图7,示出示例电子纸显示器的显示特性的图。该解当显示器中的像素从一个灰度级转变到另一个时，作为时间的函数的可实现变化。如可看到的那样，该曲线在虛线702所指定的灰度电平5至虚线704所指定的灰度电平10的范围或区域中最陡峭。换句话说，与灰度值(低于4以及高于10)的极限周围相比较,在灰度值从5至10的中间范围中可实现变化更大。另外，人眼对于像素灰度电平中的变化比像素安置(settle)处的确切灰度电平更敏感。这意味着将像素值从11设置至15比像素值从6变化到10更慢，尽管在两种情况下灰度电平的变化均等于4。所以，如果存在具有大量暗的像素值或亮的像素值以及大量运动的视频序列，那么本发明有利地将该像素值修改为新的目标值，以使得像素值更接近于中间的动态范围。现在同样参考图8更详细地描述偏移模块408。在一个实施例中，偏移模块408被耦合至视频转换器402的输出，并将其输出提供至缩放模块410。在另一实施例中，偏移模块408是视频转换器402的一部分。偏移模块408是软件或例程，用于通过改变其期望的像素电平以使得其处于更大的可实现变化范围来调节像素的期望灰度电平以提高其视觉品质。例如，对于具有图7的特性的显示器来说，那将意味着将期望像素值向上或下偏移，使得它们大部分处于灰度电平5-10的范围。然而，像素的相对灰度电平被保留，但是由于偏移模块410已偏移期望像素值，使得连续帧之间的转变更可实现，因此总的图像输出可能稍微更暗或者更亮。图8示出如虚线802和方块点所表示的原始像素值Pn(x、y)中的变化的具体示例。显示器100具有像素值动态范围0~15。像素值中的许多变化和转变发生在n等于第五个视频帧之后且像素值从11变化到15的范围。偏移模块408处理这些像素值以产生如实线804和圓形点所表示的经偏移的像素值p'。(x、y)。通过将原始像素值减小5个灰度电平(p',Pn-p，p-5)获得经偏移的像素值p'n的显示。灰度电平之间的这些转变比原始像素值Pn可实现更快速。视频序列中的每个帧将会更暗，但是这可能不会被用户注意到，或者与緩慢的视频帧速相比较，这可能是更期望的。现在同样参考图9更详细地描述缩放模块410。在一个实施例中，缩放模块410被耦合至偏移模块408的输出，并且其输出被信号线314耦合至显19示控制器308。在另一实施例中，缩^^莫块410^皮耦合至^L频转换器402的输出。在又一实施例中，缩放模块410的功能性被包含作为偏移模块408或视频转换器402的一部分。缩放模块410是软件或例程，用于通过改变其期望的像素电平以使得其处于更大的可实现变化范围来调节像素的期望灰度电平以提高其视觉品质。图9图解如虛线902和方块点所表示的原始像素值pn(x、y)。缩放模块410修改原始像素值pjx、y)以将其移至像素灰度电平可被更快修改的范围中。实线904和已缩放像素值p'n的圓形点示出缩放模块410的输出，其中，像素11=0至11=6向上偏移三个灰度电平，而像素11=6至n=ll向下偏移四个灰度电平。图9图解缩放模块410可对原始像素值的不同部分施加何等不同的缩放量。偏移模块408与偏移模块410还包括候选模块，其用于检测视频序列的哪部分是用以偏移和/或缩;故的候选。这种动态范围偏移和/或缩减(reduction)的好的候选视频剪辑是其大部分运动剧烈区域都接近于动态范围边界的视频剪辑。具体地，该候选模块确定是否以及多大程度地需要动态范围偏移/缩减。候选模块首先计算多少像素Sh需要从一个灰度电平h转变到其它灰度电平以及平均变化量Dh(灰度电平的数量)。例如，如果将像素从14设置到15,并且将另一像素从13设置到15,那么对于灰度电平15进行了S^2个转变，平均灰度电平变化量015=(1+2)/2=3/2。更具体地NXYSh=ZZ2>(h、Pn、P"-P'其中S(h、Pn、P"-J=0y=0XY1p=h且p,#h0否则iPn-Pn-liPD广+l:l;zD(h、Pn、p屮)，其中D(hn)二否则这里给出的示例和公式适用于N帧的完整视频序列以及每帧中的Xxy完整区域。可以容易地将这些公式变更以应用于视频帧的子集以及每个帧的子区域。当这么做时，也需要考虑帧之间或者帧中的动态范围的转变。一旦候选模块计算每个灰度电平的Sh和Dh，其每一个提供不同的信息例如，如果对于灰度电平h,Sh具有较小值且Dh具有较大值(注意到Sh和D,,的动态范围是不同的，且应该在与彼此不相关的其动态范围中考虑其值)，那么这意味着具有灰度电平h的像素不是很多，不过将像素设置为h，灰度值的位移(displacement)很高。相反，如果Sh具有较大值且Dh具有较小值，那么这意味着将许多像素设置为h，但是灰度值的位移很小并且可被更快速地显示在显示器IOG上。候选模块单独或集中处理值Sh和Dh的值(Sh*Dh、Sh+Dh等)以识别哪个h值位于运动最剧烈的像素簇(cluster)周围。并且可将全部视频序列中的像素值Pn偏移p和/或乘以cj。可以以这样的方式确定偏移量p和倍增量ci:当将运动最剧烈的灰度电平缩放和偏移至中间灰度区域时，该偏移和缩放保证了最小的动态范围Rmin。方法现在参考图io描述用于在电子纸显示器上显示视频的一般方法的实施例。本方法以接收视频流(1002)开始。接下来，本方法使用过去的以及未来的像素值来代码转换该^L频流(1004)。例如，这可以通过如上所述的视频转换器402来完成。然后，本发明使用仿真反馈来减小误差(1006)。该仿真反馈由一个实施例中的仿真模块406提供。本方法在编码时使用重构的像素值以最小化该误差。接下来，本方法偏移像素值以增强对比度(1008)。在一个实施例中，偏移模块408处理像素值以将其移至更大的可实现变化范围中。接下来，本发明缩放像素值(1010)以将其移至更大的可实现变化范围中。在一个实施例中，其通过缩放模块410如上所述那样来执行。像素在经处理之后，其被输出至显示器IOO(1012)。本领域的技术人员应该明白，可以以不同于图10中所示的各种顺序来执行这些步骤。进一步应该理解，在不脱离所要求发明的精神的情况下，可以省略一个或多个步骤。本发明实施例的以上描述是为了图解和描述的目的而呈现的。其并不旨在穷举或将本发明局限于精确的公开形式。根据上面的示教，许多修改和变化都是可能的。其意图为本发明的范围不是由本详细描迷所限制，而是由本申请的权利要求书来限制。如熟悉本领域的技术人员所理解，在不脱离其精神或实质特征的情况下，本发明可以以其它特定形式来体现。同样，模块、例程、特征、属性、方法论及其它方面的具体名称和划分并不是强制性的或重要的，实施本发明或其特征的机构可以具有不同的名称、划分和/或格式。进一步，如对于相关领域的一个普通技术人员显而易见的那样，可以将本发明的模块、例程、特征、属性、方法论及其它方面实施为软件、硬件、固件或所述三者的任意组合。此外，无论在什么情况下将本发明的组件(其示例为模块)实施为软件，也可将该组件实施为独立程序、更大程序的一部分、多个单独程序、静态或动态链接库、内核可加载模块、设备驱动器，和/或对于计算机编程领域的普通技术人员现在或将来知道的每一种及任何其它方式。另外，本发明绝不受限于以任何特定编程语言、或用于任何特定操作系统或环境的实施。相应地，本发明的公开旨在图解(而不是限制)下面权利要求书中所阐述的本发明的范围。本申请基于2007年6月15日提交的美国临时专利申请No,60/944,415和2008年3月31日提交的美国临时专利申请No.12/059,118，其全部内容通过引用合并于此。权利要求1.一种用于在电子纸显示器上显示视频的方法，该方法包括接收包含像素数据的视频流；确定视频数据的像素的期望值；确定视频数据的该像素的未来值；以及处理视频数据的像素的所述期望值以及视频数据的该像素的所述未来值，以为电子纸显示器生成一个或多个控制信号。2.如权利要求1所述的方法，其中，处理所述期望值包含使用该像素的所述未来值来最小化该像素的所述期望值与该像素的可实现值之间的误差。3.如权利要求l所述的方法，其中，处理所述期望值使用仿真数据。4.如权利要求3所述的方法，其中，仿真数据是该像素的重构值。5.如权利要求1所述的方法，其中，确定像素的期望值及确定该像素的未来值包括从查找表中读取该像素的期望值及该像素的未来值。6.如权利要求1所述的方法，包括通过偏移所述期望像素值来调整该像素的期望值。7.如权利要求l所述的方法，包括确定变化需要较少时间的像素值的范围；以及将该像素的期望值调整到该范围中。8.如权利要求1所述的方法，包括通过缩放期望像素值来调整该像素的期望值。9.如权利要求l所述的方法，包括确定变化需要较少时间的像素值的范围；以及将该像素的期望值缩放到该范围中。10.如权利要求1所述的方法，其中，处理包含减小与该像素同一帧中的第二像素之间的空间误差。11.如权利要求1所述的方法，其中，处理所述期望值包含调整所述期望值以使得其具有与相邻像素类似的误差。12.如权利要求l所述的方法，其中，实时地执行接收视频流、确定期望值、确定未来值以及编码期望值。13.—种用于在电子纸显示器上显示视频的方法，该方法包括接收包含像素数据的视频流；确定视频数据的像素的期望值；确定变化需要较少时间的像素值的范围；以及将期望值调整到该范围中。14.如权利要求13所述的方法，其中，调整是指偏移该像素的期望值。15.如权利要求13所述的方法，其中，调整是指缩放该像素的期望值。16.—种用于在电子纸显示器上显示视频的系统，该系统包括电子纸显示器；显示控制器，其具有多个输入和一输出，该显示控制器被适配为接收信号并且对电子纸显示器施加控制信号，该显示控制器的输出被耦合至电子纸显示器；以及编码器，其被适配为接收视频流并且输出控制信号，该编码器处理视频数据的像素的期望值以及视频数据的像素的未来值以生成一个或多个控制信号，该编码器被耦合至该显示控制器的输入。17.如权利要求16所述的系统，其中，编码器通过使用该像素的未来值最小化该像素的期望值与该像素的可实现值之间的误差来生成所述控制信18.如权利要求16所述的系统，其中，编码器通过偏移所述期望像素值来调整该像素的期望值。19.如权利要求16所述的系统，其中，编码器通过缩放所述期望像素值来调整该像素的期望值。20.如权利要求16所述的系统，其中，编码器调整所述期望值以使得其具有与相邻像素类似的误差。21.—种用于在电子纸显示器上显示视频的设备，该设备包括存储器，用于存储视频数据的像素的期望值以及视频数据的该像素的未来值；以及视频转换器，其具有一输入和一输出，该视频转换器的输入被耦合至该存储器，该视频转换器根据该像素的期望值与该像素的未来值生成控制信号。22.如权利要求21所述的设备，其中，该存储器是查找表。23.如权利要求21所述的设备，其中，该视频转换器使用该像素的未来值最小化该像素的期望值与该像素的可实现值之间的误差以生成所述控制信号。24.如权利要求21所述的设备，其包括用于提供仿真数据的仿真模块,该仿真模块被耦合至该视频转换器，并且其中，该视频转换器在生成所述控制信号时使用该仿真数据。25.如叙利要求24所述的设备，其中，仿真数据是该像素的重构值。26.如权利要求21所述的设备，包括用于通过偏移所述期望像素电平来调整该像素的期望值的偏移模块，该偏移模块被耦合至该视频转换器。27.如权利要求21所述的设备，包括用于通过缩放所述期望像素电平来调整该像素的期望值的缩放模块，该缩放模块被耦合至该视频转换器。28.如权利要求1所述的方法，其中，该视频转换器调整该期望值以使得其具有与相邻像素类似的误差。全文摘要公开了用于在电子纸显示器上显示视频以减小视频回放伪像的系统，其包含电子纸显示器、视频代码转换器、显示控制器以及波形模块。视频代码转换器接收视频流以呈现在电子纸显示器上。视频代码转换器处理视频流，并且生成提供至显示控制器的像素数据。视频代码转换器调节并且重新编码视频流以在电子纸显示器上更好地显示。在一个实施例中，视频代码转换器包含一个或多个以下处理使用控制信号代替期望的图像来编码视频，使用仿真数据来编码视频，缩放并且平移视频以便于对比度增强，以及使用仿真反馈、过去的像素和未来的像素来减小误差。本发明还包含用于在电子纸显示器上显示视频的方法。文档编号G02F1/167GK101542381SQ20088000055公开日2009年9月23日申请日期2008年6月13日优先权日2007年6月15日发明者伯纳·埃罗尔,冯国通,约翰·巴勒斯申请人:株式会社理光