CN1243336C - 显示装置的功率电平控制的装置和方法 - Google Patents

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Abstract

用于显示装置的功率电平控制的方法和装置等离子显示装置(PDP)已经越来越多的应用于TV领域。其图像质量的一个重要标准就是峰值白色增强因子PWEF。从本申请人前面的专利申请可知显示装置的控制单元中有一功率电平模式表。测量得到平均图像功率值，并从用于子域编码的表中选择对应的功率电平模式。该功率电平模式可根据多个参数变化，这些参数为：子域的数目；子域类型；子域位置；子域加权；子域预缩放因子；子域加权的一个因子，它用于改变在各自域中产生的小脉冲的数目。根据本发明，还可使用下面参数中的一个或两个，来改变功率电平模式，参数为：保持脉冲频率；保持脉冲斜率。

Description

显示装置的功率电平控制的装置和方法
技术领域
本发明涉及一种用于显示器的功率电平控制的方法和装置。特别是，本发明涉及一种用于提高图像的图像质量的视频处理装置和方法，该图像显示在如等离子显示板(PDP)之类的显示器和所有基于光发射的占空因数调制(脉冲宽度调制)的显示器上。
背景技术
等离子显示技术使实现大面积、小厚度且不具有任何视角限制的平板彩色显示成为可能。这种显示器的尺寸可以大于传统的CRT图像显像管所允许达到的尺寸。
参照最新一代欧洲TV，为了提高图像的质量已经传做了大量的工作。因此，基于如等离子显示技术等新技术的TV装置应当能够提供与以前的标准TV技术一样好或更好的图像。
视频图像的一个重要的质量标准是白色峰值增强因子(PWEF)。该白色峰值增强因子可定义为白色峰值亮度电平与均匀白色场/帧的亮度的比值。CRT显示器的PWEF值可达到6，但等离子显示板(PDP)的PWEF值大约只有4左右。因此，从这方面说，PDP的图像质量并非最好，必须对这种情况进行改进。
第一代PDP的特点为白色峰值与最大平均亮度的比率(全白图像)大约为2。通过对子场的动态控制，现在已经改进为可实现通常4/5的比率。
由于等离子显示技术本身的数字化，因此需要使用CRT以外的其他技术。CRT使用所谓的ABL电路(平均射束电流限制器)，它通常在视频控制器中通过模拟装置实现，可降低作为平均亮度函数的视频增益，该视频增益通常在RC阶段测量。
等离子显示板采用只能为“开”或“关”的放电单元矩阵阵列。与灰度级由光发射的模拟控制来表示的CRT或LCD不同，PDP通过调节每帧中的光脉冲(保持脉冲)的数目来控制灰度级。在对应眼睛响应的时间段中，眼睛将这种时间调制合成。
由于视频幅度确定在给定频率发生的光脉冲的数目，因此该幅度越大就意味着眼睛的脉冲越多，“开”的时间越长。因此，这种调制被称为PWM，即脉冲宽度调制。为了建立这种PWM概念，各帧可被分解为称为“子场”的子时间段。为了产生小的光脉冲，在称为等离子区的充气单元中发生放电，产生的UV射线将激励发光的彩色磷光体。
为了选择哪个单元将要发光，称为“寻址”的第一选择操作在将要发光的单元中产生电荷。各等离子单元相当于一电容，它可长时间的保持该电荷。然后，在发光期间进行的所谓的“保持”操作将加速该单元中的放电，在该单元中产生更多的电荷并激励该单元的某些电荷。只有在第一选择操作中寻址的单元中才发生电荷激励，当被激励的电荷返回其原始状态时，产生UV射线。该UV射线激励磷进行光发射。该单元的放电是在一个非常短的时间段中发生的，该单元中剩余一些电荷。利用下一保持脉冲，电荷被再次利用以产生UV射线，从而产生下一光脉冲。在各指定子场的整个保持时间段中，该单元将以较小脉冲发光。最后，利用一消隐操作消隐所有的电荷从而为新的循环做准备。
保持脉冲越多意味着峰值亮度越多。更多的保持脉冲意味着流入PDP中的功率更高。该PDP控制可产生或多或少的作为平均图像功率的函数的保持脉冲，即，它根据图像的内容，在不同的功率电平的模式之间转换。保持脉冲的斜率的增加也对应于(非线性)峰值亮度的增加。
现在主要的目标是在不加大电源线路负载的情况下优化对比度。另外，整体图像质量与用于灰度再现的子场的数目相关。该数目越高，图像质量就越好。但是，各子场都产生不能施加保持脉冲的中断时间(死时间)。当子场的数目增加时，可施加的保持脉冲的最大数目降低。因此，需要找到一个办法来优化图像亮度。
在欧洲专利申请WO00/46782中，公开了一种解决方法，其中控制方法产生更多或更少作为平均图像功率的函数的保持脉冲，即它在不同功率电平的不同模式之间转换。该控制方法的特征在于对应子场编码提供一组功率电平模式，其中各功率电平模式都具有一特征子场结构，特征子场结构可根据下面的一个或多个特征而变化：
-子场的数目
-子场类型
-子场位置
-子场加权
-子场预缩放因子
-子场加权的一个因子，它用于改变在各自场中产生的小脉冲的数目
发明内容
本发明的一个目的是进一步改进动态PWEF控制方法和装置。
根据本发明的一个方案，提供一种用于控制具有多个对应于图像像素的彩色成分的单元的显示器中的功率电平的方法，其中，视频帧或视频场的时间段分为多个子场，在各子场中，可利用对应于用于亮度控制的子场编码字的小的保持脉冲，激活用于光输出的发光元件，其中，对子场编码提供一组功率电平模式，其中该方法还包括确定视频图像的功率电平的特征值以及选择用于子场编码的对应功率电平模式的步骤，其特征在于：两个功率电平模式彼此之间由于下面的一个或两个参数的不同而不同：
-保持脉冲频率
-保持脉冲斜率。
根据本发明的另一方案，提供一种用于控制具有多个对应于图像像素的彩色成分的单元的显示器中的功率电平的装置，其中，一控制单元(21)将视频帧或视频场的时间段分为多个子场，在各子场中，可利用对应于用于亮度控制的子场编码字的小的保持脉冲，激活用于光输出的发光元件，其中，所述装置还包括一图像功率测量电路(20)和一子场编码单元(23)，其中在控制单元(21)中存储用于子场编码的功率电平模式的表(27)，其中，图像功率测量电路(20)确定视频图像的功率电平的特征值，该控制单元(21)选择用于子场编码的对应功率电平模式，其特征在于：当从一个功率电平模式向另一个转换时，控制单元(21)提供具有相对于前面的功率电平模式变化下面的一个或两个参数的保持脉冲：
-保持脉冲频率
-保持脉冲斜率。
一更有效的峰值白色电路需要更多的可用离散的功率电平模式。如果采用更高的自由度，即，通过与保持频率和/或保持脉冲斜率的最优化控制相结合的对子场的更动态的控制，可增加离散功率电平的数目。通过对上面列出的传统子场参数以外的保持频率的动态控制，可以实现8或更多的PWEF。
过去所有的等离子显示器供应商都使该保持频率恒定。这导致不利影响，如只允许实现更少数目的离散功率电平(大约20)，以及只能实现低质量的灰度级显示。这是由于对大多数功率电平很难在保持相关子场加权正确的情况下，在可用的子场数目中分配可用的保持脉冲的离散数目。
另外，需要在亮度级选择控制中使用滞后电路以确保最佳图像质量(板面没有脉动或闪烁)。
本发明还包括一用于显示装置的功率电平控制的装置。这里，本发明包括一装置，该装置已经将一功率电平模式表(17)存储在一用于子场编码的控制单元(11)，其中图像功率测量电路(10)确定对于视频图像的功率电平的一特征值(PL)，控制单元(11)选择一用于子场编码的对应的功率电平模式。当从一个功率电平模式切换到另一模式时，控制单元(11)提供用于驱动具有一个或两个下述特征的显示器的保持脉冲，该特征与前面的功率电平模式相比有所变化：
-保持脉冲频率
-保持脉冲斜率
具有大量功率的图像(例如全白页)以较低亮度显示从而降低整体功率损耗。该亮度将确定显示板的最大功率损耗。很明显，当图像消耗较少功率时，可在不增加电源功率的情况下(相同的最大功率损耗)产生更大的亮度。
在附加权利要求中公开本发明方法和装置的附加实施例。
附图说明
在附图中示意性的示出本发明的实施例，并在下面的说明中详细说明。
图中：
图1示出矩阵技术的等离子显示板的单元结构；
图2示出在帧期间传统的ADS寻址方法；
图3示出PDP中典型的功率管理控制***；
图4示出用于功率电平模式的动态控制的滞后曲线；
图5示出包括启动的PDP的传统的ADS寻址结构；
图6示出用于驱动AC等离子单元的保持脉冲和对应的光发射峰值；
图7示出PDP驱动电路的主要能量恢复电路；
图8示出由于对图7的能量恢复电路中的可控制开关的打开和关闭时间的修改导致的保持频率的变化的例子；
图9示出与光发射的曲线相比，不同功率电平模式中的保持频率的曲线；
图10示出具有所测量得到的图像功率电平的保持脉冲数目的曲线；
图11示出通过图7中功率恢复电路中可控制开关的打开和关闭时间段的调节而导致的保持脉冲斜率增加的原理；。
图12示出保持脉冲斜率增加对显示板亮度的影响；
图13示出保持脉冲斜率的增加对光效率的影响；
图14示出本发明电路的第一实施例；
图15示出本发明电路的第二实施例。
最佳实施方式
图1示出利用所谓的矩阵等离子显示技术的等离子单元的结构。附图标记10表示玻璃制成的前板。附图标记11表示透明线电级。附图标记12表示显示板的背板。还具有两个用于使前板和背板彼此分离的绝缘层13。在背板中集成有垂直于线电极11的彩色电极14。该单元的内部包括发光物质15(磷)和用于分离不同颜色的发光材料(绿15A)(蓝15B)(红15C)的隔离器16。放电产生的UV射线由附图标记17表示。从绿色磷15A发射出的光由附图标记18表示的箭头表示。从该PDP单元结构可知需要对应于三种颜色成分RGB的三个等离子单元来产生被显示的图像的图像元素(像素)的颜色。
PDP中通过调节每个帧期间中光脉冲的数目，控制各像素的R、G、B成分的灰度级。眼睛将在人眼响应对应的期间合成该时间调制。最有效的寻址方法是如果产生的视频信号的数目等于n，则寻址n次。在通常使用的8位表示的视频信号的情况下，根据上述原则，等离子单元应当寻址256次。但由于所有的256次寻址操作的各寻址操作需要大量的时间(大约每行2us，→960us一个寻址周期→245ms)(around 2us per line→960us for one addressing period→245ms)，该时间大于50Hz的视频帧的20ms的可用时间段。
从文献中可得到一更实用的不同寻址方法。根据该寻址方法，一个帧周期的子场结构采用最小的8个子场(在8位视频信号数据字的情况)。通过组合这8个子场，可以产生256个不同的视频信号。该寻址方法如图2所示。在该图中，各彩色成分的视频信号可由具有下面加权的8位的组合表示：
1/2/4/8/16/32/64/128
为了实现用这种PDP技术的编码，将帧周期分为8个发光时间段(称为子场)，各子场对应于在相应子场编码字中的一位。对应位“2”的光脉冲的数目是对应位“1”的光脉冲的数目的二倍，依此类推。利用这8个子时间段，可以通过子场组合实现256个灰度级。产生该灰度级调节的标准原则基于ADS(地址/显示分离)原则，其中在整个显示板上，在不同时间执行所有的操作。在图2的下部，示出在该寻址方法中，各子场包括三个部分，即寻址时间段、保持时间段和消隐时间段。
在该ADS寻址方法中，所有的基本循环一个接一个执行。首先，在一个时间段中，显示板的所有单元被写入(寻址)，然后，所有的单元发光(保持)，最后所有的单元一起消隐。
图2中所示的子场结构只是一个简单的示例，从该文献中还可以得到多种不同的子场结构，例如，更多的子场和不同的子场加权。通常，更多的子场用于降低移动因素，“启动”可用于更多的子场，以增加响应保真度。启动是一个独立的可选择的时间段，在该时间段中对单元进行充电和清除(消隐)。该充电可导致较小的放电，即可产生背景光，这在原则上是不希望得到的。在启动时间段之后紧接着的是用于立刻清除该电荷的消隐时间段。这对后面的子场时间段是必需的，这些时间段中单元需要再次寻址。因此，启动是一个时间段，它促进了下面的寻址时间段，即它通过有规则的同时激励所有的单元，可以提高写入阶段的效率。
寻址时间段的时间长度对于所有的子场都是相等的，消隐时间段长度也是如此。在寻址时间段中，以从显示的行1到行n的方式寻址单元。在消隐时间段中，所有的单元将同时放电，这并不需要像寻址那样多的时间。图2中的例子表明所有的操作，包括寻址、保持、消隐都在时间上是完全独立的。在一个时间点上，对于整个显示板，这些操作中只有一个被执行。
图3示出当PWEF＝8时，PDP中的功率管理的原理。根据图像负载(picture load)，为了在表现出最佳的对比度的同时使能耗保持稳定，可改变发射光的量。很明显，当PDP屏幕显示一全白图像时(图3中的左屏幕)，由于该亮度显示在视野的一非常大的部分上，因此，眼睛只需要较小的亮度就可以得到很好的亮度印象。另一方面，当PDP屏幕显示一具有低能量的图像(图3中的右屏幕)时，对于眼睛对比度很重要。此时，需要在该图像上输出可用的最高白色亮度，以提高对比度(图像中黑色和白色部分之间的比率)。
这种概念导致根据图像内容而改变白色亮度。但是，为了不产生新的情况，如脉动(图像亮度的振动)或抖动(可察觉的白色亮度的强烈变化)，需要定义多种模式从而实现平缓过渡且需要通过滞后回线执行对它们的控制。
为了该目的，需要计算各视频图像的功率电平PL，且该功率电平PL用于选择当前的显示功率模式PM。一个可能的PL计算式的例子可表示为下面公式：
PL = 1 N Σ x , y ( R x , y + G x , y + B x , y )
其中，Rx，y表示位于位置(x，y)的像素的红色成分的幅度，N表示该帧中包含的基本单元(彩色成分，对RGB图像N＝3)的总数目。
图4示出根据利用简单的滞后函数计算的功率电平(PL)，对功率模式选择(PM)的动态控制的例子。如所期望的，当图像功率电平PL增加时，在减少保持脉冲数目的同时选择模式。在该控制函数中有一滞后回线。当图像平均功率增加时，选择具有顶部线的功率电平的模式PM。当图像功率减少时，选择具有底部线的功率电平的模式PM。当改变该图像平均功率增长方向时，可以选择这两个线之间的点。另外，该功率电平控制方法的公开可参照上述提及的专利申请文件WO00/46782。
ADS寻址结构已经在上面进行了描述。为了简化说明，可使用一个可能的实施例中得到的扫描值作为例子。很明显，由于它们基于平板技术，因此也可以使用其他值。
该例子将基于下面的扫描值：
●一个帧包括5500个60Hz的基本循环(BC)。
●一个子场的寻址需要240个基本循环的持续时间。
●一次消隐需要70个基本循环的时间。
●一次启动(只有在各帧开始时需要)需要55个基本循环的时间。
图5示出基于具有12个子场的ADS寻址方法的子场的结构和在帧周期的开始的启动/消隐操作。
该扫描的实施需要下面的时间：
●寻址：12×240＝2880BC
●启动：55BC
●消隐：12×70＝840BC
因此，在本实施例中，将有5500-2880-55-840＝1725BC的空闲时间用于施加保持脉冲。一方面，如果我们降低子场的数目，则可用于发光的基本循环更多。另一方面，如果我们增加子场的数目，则可用于发光的基本循环更少。
另外，具有大量能量的图像在移动因素和灰度级显示方面要求很高。因此，对这些图像需要更多的子场。
所有这些结构都将导致对基于子场结构中子场数目变化的不同功率电平模式的研究。下面的表格表示了功率电平模式框架的可能的第一定义。
表1
  模式   子场数量   寻址   消隐   空闲
  M1   15   3630   1050   765
  M2   14   3388   980   1077
  M3   13   3146   910   1389
  M4   12   2904   840   1701
  M5   11   2662   770   2013
  M6   10   2420   700   2325
  M7   9   2178   630   2637
模式M1用于具有大量能量(全白)且需要主要关于移动因素的最高图像质量的图像。当图像能量降低时，可以一个接一个的选择其他模式。在上述该表中，只有七个不同的模式，由于模式之间的步长很大(≈300BC)，因此这并不足以确保好的图像功率管理。在下一图中，将要说明怎样改进上表中的粗略的能级结构，以定义更多的模式。
上表中的7个不同模式，可利用不同等离子制造商建立的技术来实现，即为了提高白色峰值，子场结构中的子场数目的变化。为了更好的理解改进这些模式的新概念，最好先对PDP中的光发射过程进行更详细的说明。
所有的等离子显示技术都是基于气体放电。为了简化说明，将重点说明目前主要使用的交流等离子显示技术(AC等离子显示板)。但是，在本文中所述的所有基本原则也适用于DC等离子显示板。
为了在AC等离子显示器中产生气体放电，需要在平板单元的两个电极(共面等离子显示板中的保持电极)上施加一交流矩形信号，从而产生图6所示的光发射(等离子放电)。各平板单元的电极的位置可根据显示技术彼此不同，但主要的线路总是相同。矩形保持脉冲如图6中的上部所示。保持电极之间的极性根据矩形保持脉冲周期性的变化。在图6的下部中，示出了等离子单元中的气体的状态。在保持脉冲的极性变化后的很短时间内，就发生了气体放电，产生了UV光，亮度材料将被激励从而产生光脉冲。
各保持脉冲的持续时间决定了保持脉冲的数量，在各帧周期，可根据可用于保持的时间来产生该保持脉冲。各保持脉冲的持续时间还决定了保持脉冲的频率。通常，存在一个保持脉冲持续时间的最小值，以确保可实现良好的显示板响应保真度的良好保持功能。该最小时间如图6中上半部分所示，它近似于图中保持脉冲的一半。保持脉冲持续时间段的其余部分组成一余量，可用于调节保持脉冲频率实现平板显示性能。如图6的下半部分中所示，气体放电峰值可随时间和保持脉冲的不同稍有改变。在时间Tmin中，气体放电和对应的光发射将更可靠的实现。
各显示板都具有一性能极为稳定的区场。利用例如120kHz和180kHz之间的保持频率，可以确保稳定的显示板性能。对该例子来说，在该区场中，光功效(流明/瓦特)可被认为最好。今天，为了最优化下述的能量恢复电路，该区场中使用一固定频率(如150kHz)。
AC等离子显示器需要一特殊的离散保持电路以产生保持脉冲。由于一PDP单元可被认为是一个电容，因此各单元(1/2×C×V2)中的电容损耗将导致只对平板电容进行充电或放电，就使保持电路出现很强的能量损耗。这对很多应用(如全白负载)都太高而不可接受，对于对角平板甚至更大。所幸的是，通过利用如同图7中所示的电路之类的能量恢复电路，可以恢复90％以上的这种能量。该显示板的等离子单元总体上可被认为是一电容Cp，为了产生光，需要对其充电和放电。在图7的上部的能量恢复电路中提供对应的电容Css，用于在放电过程中存储平板电容的电荷。可通过可控制开关S1和S2，在单元电容Cp的充电和放电路径中，开关这两个二极管D1和D2。电感L也在能量恢复电路的充电和放电路径中。电感L和电容Cp具有特殊的谐振频率，该频率最适于周期性的充电和放电操作。电源电压Vcc和地可通过可控制开关S3和S4与充电和放电路径连接。它们用于补偿充电和放电阶段不可避免的损耗。在图7的下半部分中，示出怎样利用图7的上半部分中的左半部分中所示的保持驱动电路来产生正极性的保持脉冲。电容Cp上的电压降和电容Cp流入和流出的电流分别示出。控制器如4个阶段(1)-(4)所示，转换开关S1-S4。
在显示板的右侧提供一对应的保持驱动器(未示出)。对于关于该电路的更详细的说明，最好参照能量恢复电路的文献。
最基本的原则是通过一电感L，而不是通过一开关的损耗电阻，来对平板电容充电和放电。保持脉冲波形的基本形状仍然为矩形脉冲，但是该矩形脉冲的上升沿和下降沿呈现具有由电感L和平板电容Cp确定的谐振频率的正弦波形部分。如上所述，该电路最好用于当今PDP中的被选保持频率。
为了处理更多具有上表中所示结构的功率模式，根据本发明可改变保持脉冲的长度，从而可同时产生或多或更少保持脉冲。很明显，需要注意不要使保持脉冲的持续时间小于级限Tmin。
另外，需要在保持频率范围内保持稳定的显示板性能(相同的功效)，从而确保线性模式的清晰度。在本实施例中，这意味着保持在120kHz和180kHz之间的保持频率范围内。
还需要稍微改进功率恢复电路，使其不是对固定的保持频率(前者150kHz)而对120kHz-180kHz的整个范围最优。一个直接的解决方法是如，在电路中使用更多不同的电感，这些电感用于不同的频率和对应的选择器。
现在，利用采用下面假设的例子说明一个新的方法，这些假设是：一个基本循环BC对应于150个时钟周期。在150kHz，一个保持循环(正和负保持脉冲)对应于300个时钟周期。
可以通过改变保持频率增加新的子模式，从而重新获取上面表中的功率电平模式的结构。该保持频率的控制如图8所示。阶段(2)既可以延长以对应保持频率的降低，也可以缩短以对应于保持频率的增加。这可简单的通过控制开关S1-S4的控制器来实现。
在表2中，列出了产生的新的能级模式。从表2中可知，可用的保持脉冲的数目逐渐地增加，且线性的从338(M1.1)增加到1576(M7.18)。为了改进模式之间的步长，可通过改变保持脉冲的持续时间(以时钟周期测量)，从表1中的基本模式中获得这些不同的模式。
由于对所有的模式都需要良好的平板线性，因此应当假设保持频率处于范围[120；180]中。
表2
  序号   模式   SF数量   空闲   保持频率   保持持续时间   保持脉冲数量
  1   M1.1   15   765   132   340   338
  2   M1.2   15   765   144   312   368
  3   M1.3   15   765   156   288   398
  4   M1.4   15   765   168   268   428
  5   M2.1   14   1077   127   353   458
  6   M2.2   14   1077   136   331   488
  7   M2.3   14   1077   145   311   519
  8   M2.4   14   1077   153   294   549
  9   M3.1   13   1389   125   360   579
  10   M3.4   13   1389   132   342   609
  11   M3.2   13   1389   138   326   639
  12   M3.3   13   1389   144   312   668
  13   M4.1   12   1701   123   365   699
  14   M4.2   12   1701   129   350   729
  15   M4.3   12   1701   134   336   759
  16   M4.4   12   1701   139   323   790
  17   M5.1   11   2013   122   368   821
  18   M5.2   11   2013   127   355   851
  19   M5.3   11   2013   131   343   880
  20   M5.4   11   2013   136   332   909
  21   M6.1   10   2325   121   372   938
  22   M6.2   10   2325   125   360   969
  23   M6.3   10   2325   129   349   999
  24   M6.4   10   2325   133   339   1029
  25   M7.1   9   2637   121   373   1060
  26   M7.2   9   2637   124   363   1090
  27   M7.3   9   2637   127   353   1121
  28   M7.4   9   2637   131   344   1150
  29   M7.5   9   2627   134   335   1181
  30   M7.6   9   2637   138   327   1210
  31   M7.7   9   2637   141   319   1240
  32   M7.8   9   2637   145   311   1272
  33   M7.9   9   2637   148   304   1301
  34   M7.10   9   2637   152   297   1332
  35   M7.11   9   2637   155   290   1364
  36   M7.12   9   2637   158   284   1393
  37   M7.13   9   2637   162   278   1423
  38   M7.14   9   2637   165   272   1454
  39   M7.15   9   2637   169   266   1487
  40   M7.16   9   2637   172   261   1516
  41   M7.17   9   2637   176   256   1545
  42   M7.18   9   2637   179   251   1576
在该例子中，最低保持频率为121kHz，最高为179kHz。另外，从表2中可以很容易看出由于存在大量的时间用于施加保持脉冲，因此定义了更多对应具有9个子场的基本模式的子模式，从而实际上利用了120kHz和180kHz之间的所有频率。
在前面的段落中，已经说明对处于使平板显示性能稳定的频率范围内的保持频率的修改实现了对能级模式的重新定义。这需要一相应的能量恢复电路来符合该新的约束。
如果某人还希望改进平板显示器对具有低能量视频内容的图像(峰值白色图像)的显示对比度，则需要注意以下方面。对这种图像，显示板的负载非常低，这意味着能量恢复电路不需要对这些模式全部优化。另外，对这些模式，可以允许具有较小的平板功效和线性。因此，可以增加保持频率(降低保持脉冲持续时间)，以限定更多的功率电平模式。唯一的限制是需要使保持脉冲的持续时间大于Tmin，从而确保良好的平板响应保真度(100％发光)。
表3
  序号   模式   SF数量   空闲   保持频率   保持持续时间   保持脉冲数量
  43   M8.1   9   2637   183   246   1608
  44   M8.2   9   2637   187   241   1641
  45   M8.3   9   2637   190   237   1669
  46   M8.4   9   2637   193   233   1698
  47   M8.5   9   2637   197   229   1727
  48   M8.6   9   2637   200   225   1758
  49   M8.7   9   2637   204   221   1790
  50   M8.8   9   2637   207   217   1823
  51   M8.9   9   2637   211   213   1857
  52   M8.10   9   2637   215   209   1893
  53   M8.11   9   2637   220   205   1930
  54   M8.12   9   2637   224   201   1968
  55   M8.13   9   2637   227   198   1998
  56   M8.14   9   2637   231   195   2028
  57   M8.15   9   2637   234   192   2060
  58   M8.16   9   2637   238   189   2093
  59   M8.17   9   2637   242   186   2127
  60   M8.18   9   2637   246   183   2161
  61   M8.19   9   2637   250   180   2198
  62   M8.20   9   2637   254   177   2235
  63   M8.21   9   2637   259   174   2273
  64   M8.22   9   2637   262   172   2300
上面的表3列出了假设限制Tmin等于最大频率265kHz时由该建议增加的其他功率电平模式。
如表3中所示，随着可用保持脉冲数目从1608(M8.1)到2300(M8.22)线性逐渐增加，新增了22个新的模式。该保持频率从183kHz增加到262kHz。
图9示出与亮度(cd/m2)的变化(下面的曲线)相比，所有的64个模式的保持脉冲的数目的变化(上面的曲线)。横坐标示出了模式的编号，纵坐标示出了各自亮度的保持脉冲的数目。图9示出PDP性能的例子。在该图中，可看出在稳定频率范围以外，显示板的光功效稍微降低，保持脉冲数目变化曲线具有脱离线性的较小的正向偏差，但仍然符合功率管理的范围。这只是一个例子，利用不同的显示板技术，稳定区域外的性能可能不同。
在前面的段落中，我们可以看到保持脉冲频率的变化可实现定义大量的功率模式。该模式可根据图像中测量的功率电平PL来选择。
利用上面已经出现的公式，根据图像中的像素的RGB值的8位编码，可以测量该图像的功率：
PL = 1 N Σ x , y ( R x , y + G x , y + B x , y )
从该公式可以看出该PL值也可由一8位编码表示。现在，根据测量的PL值，可以选择一模式。在符合不超过电源的最大能耗的前提下，可以选择功率电平。因此，需要定义显示板的最大能耗是什么。当然，该最大能耗对应全屏显示一全白页的情况。该全白页的PL＝255。
现在，假设在我们的例子中，希望显示一具有338个保持脉冲和对应于表2的模式M1.1的121cd/m2亮度的图像。这是一具有最高子场数15和最低保持脉冲数的模式。此时，显示板的能耗与显示板的尺寸成比例，假设PDP尺寸为852像素乘480线，则能耗与保持脉冲的数目的平方：Pmax＝k·852·480·3382成比例。这将指定最大能量，该能量在需要相应的被指定的电源中流动。现在，对所有的255个可能的PL，需要定义一与显示板的最大能耗相关的模式。该模式可由一公式定义，该公式给出测量的级PL与所需的保持脉冲数目NSUS之间的关系。
N sus = PL max PL × N min
其中Nmin为对应显示全白图像时显示板的最大允许功率损耗的保持脉冲的最小数目，PLmax为对应全白图像的最大可能功率电平值。
该公式的一个例子由下面公式给出：
N sus = 255 PL × 338
也可使用其他相似类型的函数。
利用下面的例子PL＝56→NSUS＝718，可以更清楚的说明该功率电平模式选择操作。表2中没有一个模式最确切的表示该保持脉冲数目。为了不增加电源负载，通过向图像内容提供一纠正因子(预缩放函数)，可能选择一个给出较多保持脉冲(NSUS＝729的M4.2)的模式并对图像中的能量稍加修改。在该例子中，该纠正因子可为718/729＝0.98，该整个图像可这样纠正：
R ~ x , y = 0.98 × R x , y G ~ x , y = 0.98 × G x , y B ~ x , y = 0.98 × B x , y
其中
Figure C0181353100214
表示红色成分的显示的值，Rx，y表示所有原始的红色值。
利用预缩放函数，可以很容易的进一步定义前面计算的模式。本文中给出的值只是一种示例。
在前面的段落中，说明了纠正因子怎样帮助重新定义不同等功率电平模式。很明显，还可能在不使用预缩放函数的情况下直接计算所需的功率电平模式。此时，根据可用功率电平PL的数目，可直接计算功率模式扫描的表。
表4中所示的例子基于下面的假设：
●全白图像应当由338个保持脉冲显示；
●保持脉冲数目场和被测量的PL值之间的关系由下面公式给出：
N sus = 255 PL × 338
表4示出该模式定义应当怎样的一个例子(只示出几个PL级以减小该表的大小，没有示出的值可很容易从给出的得出)。
在该表中，保持频率为保持循环的频率。保持脉冲持续时间是整个保持循环的持续时间。另外，保持脉冲的数目是保持循环的数目，不是光脉冲的数目。
该表中的值可以下面的方式计算出。首先，根据上面的公式计算出给定功率电平值PL的保持脉冲数目。
表4
  PL   SF数量   空闲   保持频率   保持持续时间   保持脉冲数量
  255   15   765   132   340   338
  245   15   765   135   334   344
  235   15   765   138   326   352
  225   15   765   141   320   359
  215   15   765   144   312   368
  205   15   765   148   305   376
  195   15   765   152   297   386
  185   15   765   155   290   396
  175   15   765   160   281   408
  165   15   765   165   273   420
  155   15   765   170   265   433
  145   15   765   176   256   448
  135   14   1077   129   348   464
  125   14   1077   134   335   482
  115   14   1077   140   321   503
  105   14   1077   147   307   526
  100   14   1077   150   300   539
  95   14   1077   154   292   553
  90   14   1077   158   285   567
  85   14   1077   163   276   585
  80   14   1077   168   268   603
  75   14   1077   174   259   624
  70   13   1389   139   323   645
  65   13   1389   145   311   670
  60   13   1389   151   299   697
  55   13   1389   157   286   728
  50   13   1389   165   273   763
  45   13   1389   174   259   804
  40   12   1701   151   299   853
  35   12   1701   161   280   911
  30   12   1701   174   259   985
  25   11   2013   161   280   1078
  20   11   2013   180   250   1208
  15   10   2325   180   250   1395
  14   9   2637   164   274   1444
  13   9   2637   170   264   1498
  12   9   2637   177   254   1557
  11   9   2637   185   243   1628
  10   9   2637   194   232   1705
  9   9   2637   205   220   1798
  8   9   2637   217   207   1911
  7   9   2637   232   194   2039
  6   9   2637   250   180   2198
  5   9   2637   265   170   2327
在下一步骤中，检查根据当前基础模式的基本循环的可用数目产生的保持脉冲频率是否处于120-180kHz之间的范围。如果不是，则使用具有下一较低子场数目的下一基本模式。表4中的灰度单元表示显示板线性以外(本例中)以及所允许的保持频率范围以外的模式。上面的表是一个示例，不同的显示板模式可以产生不同的值或函数。
图10示出保持脉冲数目根据测量的功率电平PL的变化。
在表4的例子中，由于该例中保持脉冲频率已经增加达到对应较高限制(对应时间Tmin)的265kHz的极限，因此没有制订PL值小于5的特殊模式。但是，该值只是一个例子，它基于显示板技术。
为了进一步提高峰值亮度，根据本发明的另一实施例，可以进一步对保持脉冲的斜率进行改进。
为了增加等离子显示的峰值亮度，可以通过较早地打开可控开关S3和S4，增加保持脉冲的斜率。这样，正的保持脉冲的上升沿和下降沿就可以变得更陡峭。如果保持脉冲的整个持续时间恒定，则阶段(2)将延长，并且由于在更高的保持频率会考虑时间Tmin，从而可用的保持脉冲频率范围也相应的变宽。测量表明利用这种方法，除了PDP屏幕上的很少发光区场，亮度可以提高约20％。其缺点在于串扰也随之增加。
图11示出在相同保持频率下，保持脉冲斜率的增加。
图12和13中示出该保持脉冲斜率的增加对显示板亮度的影响。两图中不同的曲线分别对应270ns和210ns的延时之后，打开开关S3和S4的情况。
图12示出对相同数目的保持脉冲，当保持脉冲斜率时间从270ns降低到210ns时(示意性的值)，显示板产生的亮度增加。如图13所示，这种现象对显示板的效能(每个保持脉冲的功率损耗)并无任何不良影响。
图13示出保持脉冲斜率从270ns变为210ns也提高了显示板的效能。如图12所时，这意味着再不增加能耗的情况下，相同数目的保持脉冲产生了更多的光。换句话说，各保持脉冲中产生的光脉冲比保持脉冲斜率不增加时更加强烈。由于它对图像的串扰具有不良影响，因此它不能应用于所有的模式。因此，最好只应用于需要极高的峰值白色增强的模式。
本文中所述的能量管理的概念基于能单个或组合地修改四个可能参数，这四个参数为：子场的数目，保持脉冲频率，保持脉冲斜率和预缩放因子。对子场数目和预缩放因子的修改已经在WO00/46782中有了说明。根据本发明，可改变的新的参数为保持脉冲频率和保持脉冲斜率。这些新的参数可单独使用或同时使用，并可与其它参数(子场数目或预缩放因子)中的一个或两个同时使用。
对于电路的实现，需要说明两个不同的情况。保持频率的修改是由能量恢复电路的控制器进行的。图7中示出该功率恢复电路的一种可能实施例，可以看出保持脉冲的长度基本上由S1和S3关闭、S2和S4打开的时间段决定。根据所选的模式，可以将***置于较长或较短的不同时间段的状态。
图14和15示出完整***的两种可能电路实施例。
在图14中示出上述方法的电路实施例的方块图。在平均功率测量模块20中分析RGB数据，该模块向PWEF控制模块21输出计算得到的平均功率值PL。图像的该平均功率值可通过简单的对所有RGB数据流的像素值的进行累加，并将所得结果除以3倍的像素值的数目。该控制模块21根据前面测量的平均功率值和存储的滞后曲线28，参照内部的功率电平模式表27。它直接产生其他处理模块的被选模块控制信号。它选择将要使用的预缩放因子(PS)、子场编码(CD)和功率恢复电路的保持脉冲持续时间(SD)。
如WO00/46782中所述，子场编码参数(CD)对子场的数目、子场的位置、子场的加权值和子场的类型进行定义。
在接收预缩放因子PS的预缩放单元22中，将RGB数据字标准化为一值，该值被分配给结合表2和表3说明的所选功率电平模式。其中子场预缩放确定向100IRE的视频级分配什么数字值。
在子场编码单元23中执行子场编码处理。此时，像各标准化后的像素值分配一子场编码字。对某些值来说，可能可以分配多个子场编码字。在一简单的实施例中，各模式应有一表，从而利用该表进行这种分配。这样可以避免不确定性。
PWEF控制模块21还控制帧存储器24中的RGB像素数据的写入WR，RGB子场数据SF-R、SF-G、SF-B从第二帧存储器24中的读出RD，通过控制线SP控制串并转换电路25。串/并转换单元25中对PDP的一整条线收集子场编码字的读出位。由于一行中有845个像素，因此这意味着每个子场时间段中对每行需要读出2562个子场编码位。这些位被输入到串/并转换单元25的移位寄存器中。最终，控制单元11产生用于保持脉冲产生的SCAN-、SUSTAIN-、启动、消隐和开关脉冲，该保持脉冲用于驱动PDP26的驱动器电路。
注意，该实施例最好利用两个帧存储器实现。数据被以像素方式(pixel-wise)写入到一个帧存储器，但以子场方式(sub-field-wise)从另一个帧存储器中读出。为了可以读出整个第一子场，整个帧必须已经在存储器中存在。这需要两个整帧存储器。当一个帧存储器用于写入时，另一个可用于读出，从而避免了读出错误数据。
所述的实施例引入在功率测量和开始行动之间的1帧延时。功率电平被测量，在给定帧的末端，平均功率值变为可用于控制器。由于数据已经写入存储器中，因此，此时来不及开始行动，例如修改子场编码。
对于连续的处理视频，该延时不会产生任何问题。但是当时序变化时，可能产生亮度闪烁。这在视频从黑暗序列变为一个亮白时发生。这对电源是一个问题，电源可能不能处理功率的极大峰值。
为了解决这一问题，控制模块可检测“错误”数据是否已经被写入存储器中。该控制模块可用输出一帧空白屏作用于该“错误”数据，或者如果这样不可接受的话，在一帧时间中对所有子场极大的降低保持脉冲的数目，甚至忽略不会被观看者注意到的错误，例如，再次参照前面的例子，如果计算出刚被写入到存储器中的图像的测量得到的平均图像功率，且结果对应于功率电平460，但已经错误使用具有1220的功率电平的模式来进行子场编码，则可通过取消所有子场中的2/3的保持脉冲，执行一粗略的纠错。
图15表示在没有预缩放的情况下实现该概念的另一可能性。这将对应于基于表4的一直接实施例。
所示的不同模块中的一些或所有电子元件可与PDP矩阵显示器集成。他们也可以是与等离子显示板连接的独立的部分。
本发明通常用于PDP中。等离子显示器目前广泛用于消费电器，如电视等中，也可用于计算机的监视器。但是，本发明也可用于矩阵显示器，这些矩阵显示器的光输出可利用子场时间段中的小脉冲控制，即用PWM原理控制光输出。

Claims (14)

1.一种用于控制具有多个对应于图像像素的彩色成分的单元的显示器中的功率电平的方法，其中，视频帧或视频场的时间段分为多个子场，在各子场中，可利用对应于用于亮度控制的子场编码字的小的保持脉冲，激活用于光输出的发光元件，其中，对子场编码提供一组功率电平模式，其中该方法还包括确定视频图像的功率电平的特征值以及选择用于子场编码的对应功率电平模式的步骤，其特征在于：两个功率电平模式彼此之间由于下面的一个或两个参数的不同而不同：
-保持脉冲频率
-保持脉冲斜率。
2.如权利要求1所述的方法，其中一特征子场结构对应一功率电平模式，该子场结构也可通过改变下面参数的一个或多个而改变：
-子场的数目
-子场类型
-子场位置
-子场加权
-子场预缩放因子
-子场加权的一个因子，它用于改变在各自场中产生的小脉冲的数目。
3.如权利要求1或2所述的方法，其中该视频图像功率电平的特征值为一平均图像功率值。
4.如权利要求1所述的方法，其中子场预缩放确定向100IRE的视频级分配什么数字值。
5.如权利要求1所述的方法，其中利用滞后转换性能控制对应用于视频图像的功率电平的特征值的功率电平模式之间的转换。
6.如权利要求5所述的方法，其中对于滞后转换控制，使用对应于图像平均功率图的两条功率电平模式中的平行线，并使用下面的规则：
i)当图像平均功率增加时，选择具有顶线上的功率电平的模式；
ii)当图像平均功率减少时，选择具有底线上的功率电平的模式；
iii)当图像平均功率增长方向变化时，取消向新的功率电平模式的转换，直到图像平均功率电平落在相应的其它底线或顶线上。
7.一种用于控制具有多个对应于图像像素的彩色成分的单元的显示器中的功率电平的装置，其中，一控制单元(21)将视频帧或视频场的时间段分为多个子场，在各子场中，可利用对应于用于亮度控制的子场编码字的小的保持脉冲，激活用于光输出的发光元件，其中，所述装置还包括一图像功率测量电路(20)和一子场编码单元(23)，其中在控制单元(21)中存储用于子场编码的功率电平模式的表(27)，其中，图像功率测量电路(20)确定视频图像的功率电平的特征值，该控制单元(21)选择用于子场编码的对应功率电平模式，其特征在于：当从一个功率电平模式向另一个转换时，控制单元(21)提供具有相对于前面的功率电平模式变化下面的一个或两个参数的保持脉冲：
-保持脉冲频率
-保持脉冲斜率。
8.如权利要求7所述的装置，其中控制单元(21)改变用于能量恢复电路中的可控开关(S1-S4)的打开和关闭的时间，该能量恢复电路用于驱动显示器，使保持脉冲频率或保持脉冲斜率变化。
9.如权利要求7或8所述的装置，其中功率电平模式的表(27)包括一组完整的对应各可能图像功率值的功率电平模式，指定最大图像功率值为具有最小保持脉冲数目和最大子场数目的功率电平模式，其中，在其他功率电平模式中，保持脉冲的数目逐渐增加，其中，根据基于图像功率值的函数计算保持脉冲的数目，如果得到的保持频率大于预定稳定频率范围，则指定一个功率电平模式对应下一较小子场数目。
10.如权利要求7或8所述的装置，其中功率电平模式表(27)包括一较少的基本功率电平模式组，如果对于给定功率电平值，该表(27)中没有明显可用的功率电平模式，则控制单元(21)选择下一邻近的具有较高保持脉冲数目的基本模式，其中，可根据基于图像功率值的函数计算保持脉冲的数目，在预缩放单元(22)中利用一个纠错因子执行对该输入视频数据的纠错。
11.如权利要求9所述的装置，其中用于计算给定图像功率值PL的保持脉冲Nsus的数目的公式为：
N sus = P L max PL × N min
其中Nmin为对应显示全白图像时显示板的最大允许功率损耗的保持脉冲的最小数目，PLmax为对应全白图像的最大可能功率电平值。
12.如权利要求10所述的装置，其中该纠错因子为对应测量的图像功率值的额定保持脉冲数目和所选的邻近基本功率电平模式的保持脉冲数目之间的商。
13.如权利要求7所述的装置，其中控制单元(21)符合功率电平模式转换控制的滞后曲线(28)。
14.如权利要求7所述的装置，其中它集成在显示装置中。
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