CN1383537A - 采用双线子域编址减少显示误差的方法 - Google Patents

Abstract

基于将在点阵显示装置上显示的原始亮度数据来计算新的亮度值的方法,其中在子域中为亮度值编址,利用最低有效子域的双线编址来减小编址时间。通过计算一组相近或相邻线的最低有效子域的一个新的公值,和该组相邻线中每条线的最高有效子域的新值,减少新数据和原始数据之间的差值。该方法包括即适用于二进制子域也适用于非二进制子域的实施方案。

Description

采用双线子域编址减少显示误差的方法

(发明领域)

本发明涉及一种根据将在点阵显示装置上显示的初始亮度值来确定新亮度值的方法，其中在子域中为该亮度值编码，该子域包括一组最高有效子域、和一组最低有效子域，其中对于一组线确定最低有效子域的公值。

本发明还涉及到一个点阵显示装置，包括利用上述方法，根据在点阵显示装置上显示的初始亮度值来确定新亮度值的装置。

本发明可以用于如等离子体显示板(PDP)、等离子寻址液晶显示板(PALC)、液晶显示器(LCD)、聚合物发光二极管(PLED)、电致发光(EL)等用于个人电脑的电视机等设备中。

(发明背景)

点阵显示装置包括沿通常被称为行方向的第一个方向扩展的第一组数据线(行)r₁…r_N，，和沿通常被称为列方向的第二方向扩展的第二组数据线c₁…c_M，第二组数据线与第一组数据线相交，每一个交点定义了一个象素(象点)。

点阵显示装置进一步包括接收信息信号的装置，该信息信号包括要显示的亮度值数据的信息，和根据该信息信号寻址第一组数据线(行r₁…r_N)的装置。此后，在单色显示中亮度值数据可理解为灰度等级，在彩色(如RGB)显示中被理解为每种单一颜色的灰度等级。

这样一个显示装置可以通过为第一组线逐线(行)编址，每线(行)连续接收要显示的适当的数据来显示一帧画面。

为了减少显示一副画面所需的时间，可以采用多线编址的方法。在这种方法中，同时编址一条以上，通常是两条相近的，最好是相邻的第一组数据线(行)的线，接收同样的数据。

这种所谓的双线编址方法(两条线同时编址)有效加速了一副画面的显示，因为每一画面需要较少的数据，但是原始信号的质量有所下降，因为每对线接收相同的数据，会由于线的重复而损失分辨率和/或清晰度。

对于上面提到的点阵显示板类型，不能象阴极射线管显示器那样，调节生成光线强度，来产生不同的灰度等级。在点阵显示板类型中，可以通过调节时间来产生灰度等级：增加光线发射的持续时间来得到较高的亮度。在一组子域中为亮度数据编码，每个子域具有一个适当的持续时间和权重，来显示从零到最大等级范围的光线强度。子域的相关权重可以是二进制的(即1、2、4、8…)，也可以不是。这里针对灰度等级所描述子域分解也适用于后面的彩色显示中的单一颜色。

为了减少分辨率的损失，可以仅对一些较不重要子域(LSB子域)进行线复线的操作。的确，LSB子域对应于一个少量的光线，部分复线操作产生的分辨率损失会很小。

使用部分复线应该是有效的。仅对几个LSB子域采用重复增加很少的时间。太多的重复子域就会产生不能接收的画面质量损失。

影像画面质量的另外一个方面是重复子域的新数据的计算方法。可以采用不同的计算方法得到不同的结果。使用的方法应当得到最好的观察者目视的画面质量。

在部分复线中重复LSB时，两条相近的或相连的线的LSB数据值必须相同。可用下面的方法来计算这些数据：

奇数行的LSB数据被用于相邻的偶数行上(简单的位复制)。

偶数行的LSB数据被用于相邻的偶数行上(简单的位复制)。

用每对象素的平均LSB数据得到新的LSB数据。

这些方法允许在损失分辨率的前提下，减少编址的时间。但是，在要显示的原始亮度值和实际显示的新的亮度值之间存在一个差值，在有些情况下是一个很大的差值。

(发明概述)

本发明的一个目的是提供一种方法，采用最低有效权重子域的多线编址，计算在点阵显示装置上显示的新的数据，其中，与所有子域都采用单线编址相比，减小了图像的分辨率和/或清晰度的损失，并尽量使其最小化。

为此，本发明的第一个方面是提供一种如权利要求1所限定的方法，根据原始的亮度值数据决定新的亮度数据值。在传统的方法中，每行中最高有效子域(MSB)保持原始数据中的对应值。通过在计算中除了针对最低有效子域之外还对最高有效子域加以考虑，扩展了该套可能的解决方案。由此本发明可以得到更好的结果。

本发明提供了一种既适用于二进制子域，也适用于非二进制子域的方法。

在独立的权利要求2-11中规定了本发明的特定的实施方案的范围。

权利要求3、4和5公开了适用于二进制子域的实施方案。这些方法是很容易编程的。

权利要求6和9公开了适用于二进制和非二进制子域两者的实施方案。

权利要求10-14公开了适用于二进制和非二进制两者的简化版本，尽管该版本是简化和容易实现的，但是仍有很好的实际结果。

在权利要求15和16中定义了点阵显示设备。

参考附图，通过下面对实施方案的描述，清楚地阐述本发明的这些和其它的方面。

(附图详述)

在附图中：

图1概要显示了一个点阵显示装置；

图2通过一个数字实例概要显示了本发明的一个实施方案；

图3概要显示了一个适用于二进制子域的本发明的简化实施方案，图4显示了一个数字实例；

图5和6概要显示了适用于非二进制子域的本发明的简化实施方案。

(优选实施方案详述)

图1是一个装置的概要视图，包括显示一组显示线(行)r₁，r₂，…r_M的一个显示板5。点阵显示板5包括一组沿通常被称为是列方向的第二方向延伸的数据线(列)c₁…c_N，与第一组数据线相交，每个交点定义了一个象素(象点)d₁₁…..d_NM。行和列的数目可以不相同。

点阵显示进一步包括一个电路2，用于接收一个包含要显示的线的亮度信息的信息信号D，和一个驱动电路4，用来根据信息信号D为该组数据线(行r₁，…r_M)编址，该信号包括原始的线亮度值D₁，…D_M。

依照本发明的显示装置包括一个计算单元(3)，用于根据原始的线亮度值D₁，D₂，…D_M计算象素d₁₁…..d_NM的新的线亮度值C。

下面给出如何改进先前技术的方法(即简单的位复制，或取平均值)的例子，当使用8个子域时，将其分组为4个最高有效子域和4个最低有效子域。

即使如果不改变最高有效子域，采用部分复线平均值也可以得到良好的结果，但在有些情况下可以得到更好的结果。本发明是基于这样的考虑：当采用复线方法减少误差时，除了改变最低有效子域，还改变最高有效子域。

例如，如果我们有下面两个用8位灰度等级的象素的原始亮度值A和B：

A＝31＝0001 1111

B＝32＝0010 0000

对于在用一时间编址的4个最低有效位(两倍的doubled)，此时在4个LSB上取平均值(取一个最接近的较小整数)，得到(平均LSB位(1111+0000)/2，整数部分为0111)：

A’＝23＝％0001 0111    MSE＝56.5

B’＝39＝％0010 0111

其中MSE为均方误差： $\mathrm{MSE}=\frac{{(A-A^{\′})}^2+{(B-B^{\′})}^2}{2}$

因此，在该例中，取的4个LSB的平均值得到一个不容忽视的MSE。

但是，不取平均值，如果我们仅将A加1，那么现在新的LSB值A和B就是相同的：

A’＝32＝％0010 0000    MSE＝0.5

B’＝32＝％0010 0000

现在可以在4个最低有效子域中采用复线，新旧值之间的差值仅为1，这样第一行的误差为1，第二行的误差为0。由此MSE被最小化。可以看出，为了实现这种效果，不仅最低有效子域，而且最高有效子域也是在A与A’之间变化。

在4个最低有效的二进制子域通过复线编址的情况下，当误差大于8时，通过改变最高有效子域的值可以使误差减小到8以下。

在下面的方法中，可以改变最高有效子域的值。“A”为要显示的一对线中第一条线的原始数据，“a”为该线中最低有效子域的权重，“B”为该对线中另一条线的原始数据，“b”为该线中最低有效子域的权重，A’为第一条线的新数据，B’为另一条线的新数据，r是一个实数，n是一个最低有效子域的重复次数。

Δ＝a-b

if(Δ＞0)    Δ’＝2ⁿ-Δ

else         Δ’＝-2ⁿ-Δ

if(abs(Δ)＞2^(n-1))

{             A’＝A+int(Δ’*r)

               B’＝B-Δ’+int(Δ’*r)}

else

{              A’＝A-int(Δ*r)

               B’＝B+Δ-int(Δ*r)}

在上面的表达式中，“int()”表示取括号中表达式的整数部分。“abs()”表示表示取括号中表达式的绝对值。可以为参数r赋值为1/2。在这种情况下，均方误差被最小化。可以给出其它的值，如A/(A+B)，由此将误差的最大部分分布到最大的A和B，均匀分布相对误差。

根据该方法获得的A’和B’的新值具有相同的最低有效子域。

这种计算方法将得到良好的结果。但是，当A和B的原始值接近等于0或255(当使用8位子域时的最小和最大值)时，可能会出现超出范围的问题。

例如，如果

A＝254＝1111 1110

B＝66＝0100 0010

用上述的最小化方法将得到

A’＝256＝1 0000 0000

B’＝64＝0100 0000

但是，在8位子域系统种，A’将溢出变为0。

这种新值是完全错误的(超出范围)。在这种情况下，可以通过取最低有效子域的平均值来得到更好的新值。

A’＝248＝1111 1000

B’＝72＝0100 1000

因此，如果得到的新值A’或B’超出可接受值的范围，对于8位子域即为0，…255，那么在该方法中增加下面的步骤，取平均值替代所得到的值。

If(A’＜0 or

   B’＜0 or

   A’＞255 or

   B’＞255)

{  A’＝A-int(Δ*r)

   B’＝B+Δ-int(Δ*r)}

图2通过一个非二进制子域的数字实例概要显示了权利要求6规定的方法。采用了8个权重为12、12、8、8(最高有效子域)和4、4、2、1(最低有效子域)子域。以下，“A”为要显示的一对线中第一条线的原始数据中最高有效子域的权重，“a”为第一条线的最低有效子域的权重，“B”为要显示的一对线中另一条线的原始数据中最高有效子域的权重，“b”为另一条线的最低有效子域的权重。

该方法包括的步骤有：

-(a)计算作为所有最低有效子域的权重的量lsb_max(本例中为4+4+2+1，即11)；

-(b)建立一个所有可能的最高有效子域的组合的权重表(‘MSB’表)；

这些步骤是一次执行的；

下面的步骤对每对线中的每点执行一次：

-(c)建立要显示的一对线中第一条线的数据A+a与MSB表中各个元素之间的差值的第一个相应表格(‘第一差值组’)

-(d)建立要显示的一对线中另一条线的数据B+b与MSB表中各个元素之间的差值的第二个相应表格(‘次要差值组’)

-(e)在所有的各对值间，从第一差值组中取得第一对值，从第二差值组中取得第二对值，使得在所有的值对中，它们的差值绝对值是最小的(‘最小值对’)(在该例中，最小的差值为1，可以通过取值3和4(第一最小对)或值11和12(第二最小对)来获得)；

-(f)对于所有的最小值对，确定c为

-取该对确定的差值的最小值(MIN((A+a-A’)，(B+b-B’)))加上其差值乘以r的绝对值(r*ABS((A+a-A’)-(B+b-B’)))的和的整数部分，r为一个实数，如果该整数部分为正并小于lsb_max的2倍，则c等于该值；

-如果该整数部分为负，在c为0；

-如果该整数部分大于lsb_max的2倍，则c等于lsb_max。

-(g)对于所有的最小值对，确定误差为A+a-A’-c+B+b-B’-c的绝对值；

-(h)在所有的最小值对中选择一个具有最小误差的值对(‘所选最小值对’)(此出有两个最小值对给出相同的结果，可以任选其一)；

-(i)确定要显示的第一条线的新数据中最高有效子域的权重，作为MSB表格中对应于所选择的最小值对中第一个元素(此例中对于第一个最小值对为32，对于第二个最小值对为24)的元素；

-(j)确定要显示的另一条线的新数据中最高有效子域的权重，作为MSB表格中对应于所选择的最小值对中第二个元素(此例中对于第一个最小值对为8，对于第二个最小值对为0)的元素；

-(k)确定要显示的第一条和另一条线的新数据中最低有效子域的权重，作为所选最小值对的c值(此例中r取为1/2，对于第一个最小值对c为3，对于第二个最小值对为11)。

最好在步骤c之前，计算、确定和设置好error_max的值，error_max为最高有效子域的最小权重的一半(此例中等于4)。在第一个相应表格中，选择包含在最小error_max和lsb_max+error_max之间的值作为一个简化的第一差值组(在图中仅显示了这些值，该例中为3、7和11)，在第二个相应表格中，选择包含在最小error_max和lsb_max+error_max之间的值作为一个简化的第二差值组(在图中仍仅显示了这些值，该例中为-4、0、4和12)，在步骤e中，在所有的值对中，从简化的第一差值组中确定第一对值，从简化的第二差值组中确定第二对值，使得这些差值的绝对值在所有的值对中是最小的(‘最小值对’)(该例中，最小值为1，可以通过取3和4(第一方案)或11和12(第二方案)来获得)。在该优选实施方案中，所考虑的值对的数目显著减小，由此提高了该方法的速度。

如果MSB表是第一次存储的，则步骤(d)和(e)会更容易执行，排除了重复的值，如图2所示。

第一个方案对上部的线给出了32+3＝35，对下部的线给出了8+3＝11。第二个方案对上部的线给出了24+11＝35，对下部的线给出了0+11＝11。两种方案的误差是相同的。第一方案用粗线显示在图2中。如上所述，可以选择参数r使得误差以不同的方式分散到两条线中。

采用非二进制子域，亮度值与子域组合之间的关系不象二进制子域那样是一一对应的。在上面的方案中，可以通过如12+8或8+8+4来得到值20，它们是最高有效和最低有效子域的不同组合。该方法为最高有效子域提供了通过最高有效子域的组合获得的值。该方法提供了要显示的新值，减少了误差并将误差均匀分散到首要和次要的线中。

上述的方法适用于两条线。可以按下列描述推广到三条或多条线的组合中。对线组中的每一条线执行步骤(d)和(e)。在步骤(h)中，在所有不同的线组的组合中搜索一组值，给出最小的误差。还要对线组中的每一条线执行步骤(i)。

图3概要显示了权利要求10规定的方法。

在该方法中，线对中的一对线的亮度值被简单地用作要显示的数据。(data_up_new＝data_desired_up)。

提取最低有效子域的权重(LSB-part)。

通过从线的原始数据中减去LSB，并对所得的值取整得到最高有效子域值的最接近组合，来计算一对线中的第二条线的新亮度值中最高有效子域的权重。

用计算的权重代替最高有效子域，用LSB代替最低有效子域，得到另一条线的新的亮度值。在如图4所示的该方法的数字实例中，第一条线的原始数据为3(二进制为0000 0011)，第二条线的原始数据为141(二进制为1000 1101)。简单复制第一个值。得到最低有效子域(二进制为0011)。通过从第二条线的原始值中减去LSB得到第二条线的最高有效子域。可以通过加上较低的最高有效子域的值的一半，此例中为8，进行取整操作，由此得到最高有效子域。

尽管图4所示的数字实例是关于二进制的子域的，但是该方法也同样适用于非二进制子域。

可以用具有最小LSB子域线作为第一条线，来改进该方法。

所有这些方法都很容易用一种编程语言来实现，程序以要显示的原始亮度值作为输入，以新的亮度值作为输出。另外，可以使用查表机制。一个表格(‘查询表’)具有一个关于原始亮度值的各对值记录，并包含相应的预先计算好的新的值对。这种机制的缺点是查询表可能很大，对于8位二进制子域共有256×256个元素。对于 13规定的方法，可以采用一个较小的查询表，如图5所示，它具有第二条线值和LSB-part的每个组合的记录，对于二进制的子域共有256×16个元素。由此可以得到一个规模极大减小的查询表。这种方法适用于非二进制的子域。

图6中，进一步减小了查询表的规模：计算第二条线的亮度值和相应的LSB部分的亮度值的差值。这一差值被用作查询表的输入，来得到新的最高有效子域。

结合优选的实施方案对本发明进行了描述，应该清楚，对那些本领域的熟练人员，很容易在上面概述的原理范围内对此进行修改，因而本发明不局限于这些优选的实施方案，也包扩了这样的修改。可能互换行与列。本发明可适用于采用子域模式的显示装置。可以借助于包括几种不同单元的硬件来实现，也可以通过适当编程的计算机来实现。

Claims (16)

1.一种根据将在点阵显示装置上显示的初始亮度值来确定新亮度值的方法，在子域中为该亮度值编码，该子域包括一组最高有效子域、和一组最低有效子域，该装置包括一组线，被分组为相近的或相邻的线组，其中同时为该组线编址一个最低有效子域的公值，其特征在于

对于一组相近的或相邻的线的最低有效子域计算一个公值，并同时为该组线编址该公值，对于一组相近的或相邻的线的最高有效子域计算一个新值，并为该组中的每一条线编址该值。

2.如权利要求1的方法，其中相近的或相邻的线组包括成对的线。

3.如权利要求1的方法，其中子域具有正比于2的连续次幂的权重，亮度值大于或等于0，小于2的N次幂(2^N)，N为子域数目，″A″为要显示的一对线中第一条线的原始数据，″a″为第一条线的最低有效子域的权重，″B″为该对线中另一条线的原始数据，″b″为该线的最低有效子域的权重，n为复制的最低有效子域的数目，r为一个实数，该方法包括如下步骤：

-计算a减b的差值(Δ＝a-b)；

-如果Δ为正值，计算2的n次幂减去Δ的值Δ′(Δ′＝2n-Δ)，否则计算-2的n次幂减去Δ(Δ′＝-2n-Δ)；

-如果Δ′的绝对值大于2的n-1次幂，计算一个A的新值(A′)，等于原始的A值加上Δ′乘以r的积的整数部分(A′＝A+int(Δ′*r))，计算一个B的新值(B′)，等于原始的B值减去Δ′加上Δ′乘以r的积的整数部分B′＝B+Δ′-int(Δ′*r))，否则，A的新值(A′)，等于原始的A值减去Δ乘以r的积的整数部分(A′＝A-int(Δ*r))，B的新值(B′)，等于原始的B值加上Δ减去Δ乘以r的积的整数部分(B′＝B+Δ-int(Δ*r))

-如果A的新值或B的新值小于0，或大于2的N次幂，分别用原始的A值减去Δ乘以r的积的整数部分(A-int(Δ*r))和原始的B值加上Δ减去Δ乘以r的积的整数部分(B+Δ-int(Δ*r))来替代新的的A和B值；

4.如权利要求3的方法，其特征是r为一个给定的值1/2(r＝1/2)。

5.如权利要求3的方法，其特征是r为一个给定的值，A除以A和B的和(r＝A/(A+B))。

6.如权利要求2的方法，″A″为要显示的一对线中第一条线的原始数据中最高有效子域的权重，″a″为第一条线的最低有效子域的权重，″B″为要显示的一对线中另一条线的原始数据中最高有效子域的权重，″b″为另一条线的最低有效子域的权重，该方法包括的步骤有：

-(a)计算作为所有最低有效子域的权重的量lsb_max；

-(b)建立一个所有可能的最高有效子域的组合权重表(′MSB′表)；

-(c)建立要显示的一对线中第一条线的数据A+a与MSB表中各个元素之间的差别的第一个相应表格(′第一差值组′，A+a-A′)

-(d)建立要显示的一对线中另一条线的数据B+b与MSB表中各个元素之间的差别的第二个相应表格(′次要差别组′，B+b-B′)

-(e)在所有的各对值间，从第一差别组中取得第一对值，从第二差别组中取得第二对值，使得在所有的值对中，它们的差别绝对值是最小的(′最小值对′)；

-(f)对于所有的最小值对，确定c为

-取该对确定的差别值的最小值(MIN((A+a-A′)，(B+b-B′)))加上其差别乘以r的绝对值(r*ABS((A+a-A′)-(B+b-B′)))的和的整数部分，r为一个实数，如果该整数部分为正并小于lsb_max的2倍，则c等于该值；

-如果该整数部分为负，在c为0；

-如果该整数部分大于lsb_max的2倍，则c等于lsb_max。

-(g)对于所有的最小值对，确定误差为A+a-A′-c+B+b-B′-c的绝对值；

-(h)在所有的最小值对中选择一个具有最小误差的值对(′所选最小值对′；

-(i)确定要显示的第一条线的新数据中最高有效子域的权重，作为MSB表格中对应于所选择的最小值对中第一个元素的元素；

-(j)确定要显示的另一条线的新数据中最高有效子域的权重，作为MSB表格中对应于所选择的最小值对中第二个元素的元素；

-(k)确定要显示的第一条和另一条线的新数据中最低有效子域的权重，作为所选择的最小值对的c值。

7.如权利要求6的方法，其特征为在步骤c之前，计算、确定和设置好error_max的值，error_max为最高有效子域的最小权重的一半。在第一个相应表格中，选择包含在最小error_max和lsb_max+error_max之间的值作为一个简化的第一差值组，在第二个相应表格中，选择包含在最小error_max和lsb_max+error_max之间的值作为一个简化的第二差值组，在步骤e中，在所有的值对中，从简化的第一差值组中确定第一对值，从简化的第二差值组中确定第二对值，使得这些差值的绝对值在所有的值对中是最小的(′最小值对′)。

8.如权利要求6的方法，其特征是为r赋值1/2(r＝1/2)。

9.如权利要求6的方法，其特征是给出r值为A与a的和除以A、a、B、b的和(r＝(A+a)/(A+a+B+b))。

10.如权利要求2的方法，包括的步骤有：

-用一对线中第一条线的原始亮度值作为新的亮度值；

-提取该值的最低效应子域的权重，该权重为′LSB′；

-通过从线的原始数据中减去LSB并对所得的值取整得到最高有效子域值的最接近组合，计算一对线中第二条线的新的亮度数据；

-用计算的权重代替最高有效子域，用LSB代替最低有效子域，得到另一条线的新的亮度值。

11.如权利要求10或11的方法，特征为选择一对线的第一条线作为具有最小最低有效子域权重的线。

12.如权利要求10或11的方法，其中子域具有正比于2的连续次幂的权重，其中

-通过掩码最高有效位来获得最低有效子域；

13.如权利要求10或11的方法，其特征为

-确定一组表示亮度值的最高和最低有效的子域；

-为了得出第二条线的新的亮度值，具有第二条线的原始亮度值的最低有效子域被用作一个预先计算的查询表中的记录。

14.如权利要求10或11的方法，其特征为

-确定一组表示亮度值的最高和最低有效的子域

-计算对应于最低有效子域的新的亮度等级；

-计算第二条线的原始亮度和新的亮度值之间的差值；

-为了得出第二条线的最高有效子域，该差值被用作一个预先计算的查询表中的记录。

15.一种点阵显示装置(1)，包括一个接收电路(2)，用于接收一个包含象素原始亮度值的亮度数据，点阵显示装置(1)进一步包括一个显示板(2)，包括一组线r1，…rM和一个用来提供线的亮度数据驱动电路(4)，这些线被归合为相近的或相邻的线组，其中针对一组线编址一个最低有效子域的公值，其特征为

点阵显示装置(1)包括一个计算单元(3)，用于根据原始的线亮度值计算象素的新的亮度值C，对于该组相近或相邻的线组计算一个新的公值，并针对该组线编址该公值，对于该组相近或相邻的线组的最高有效子域计算新值，并针对该组中的每一条线编址该信值。

16.如权利要求15的显示装置，其特征为该显示装置包括一个计算单元(3)，来运行一种依照任意的权利要求1-14的方法。

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