FR2762703A1 - Procede et dispositif d'adressage a code tournant pour ecrans a plasma - Google Patents
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Abstract
Le dispositif d'adressage d'un panneau à plasma comportant un circuit de traitement vidéo (7) pour le traitement des données vidéo numériques reçues, une mémoire de correspondance (8) pour le transcodage de ces données, une mémoire vidéo (9) pour la mémorisation des données transcodées, la mémoire vidéo étant reliée à des circuits drivers de colonne (10) pour commander l'adressage colonne du panneau à plasma, est caractérisé en ce que les données transcodées ont un nombre de bits supérieur aux données vidéo numériques reçues et en ce que le circuit de traitement (7) comporte des moyens pour coder différemment des valeurs identiques de données vidéo numériques reçues.Les applications vont aux dispositifs de commande de panneaux à plasma.
Description
À Procédé *t dispositif d'adressage à code tournant pour écrans à plasma
L'invention concerne un procédé et dispositif d'adressage & code tournant pour panneaux & plasma La technologie des écrans & plasma a été introduite dans les années 60 et déboucha sur des écrans monochromes très robustes aux conditions extérieures (température, vibrations, etc.), les applications étant alors essentiellement militaires. L'évolution de la technologie permit de réaliser des écrans couleur de grande dimension utilisés dans des applications
informatiques (station de travail haute résolution,...).
A la fin des années 80, fut lancée l'idée de pouvoir afficher de la vidéo sur un panneau & plasma, impliquant un rafraîchissement de l'écran à la cadence de 50 images par seconde. Cette contrainte de rythme vidéo n'est pas encore a l'heure actuelle complètement maîtrisée, un
certain nombre de problèmes subsistent.
Le terme de panneau a plasma décrit l'état dans lequel se situe le gaz contenu dans le panneau. En effet, un panneau à plasma est constitué de deux dalles de verre séparées de 100 microns environ. Lors de la fabrication, cet espace est rempli d'un mélange gazeux contenant du néon et du xénon. Lorsque l'on excite électriquement ce gaz, les électrons gravitant autour des noyaux sont extraits et deviennent libres. Le terme de plasma désigne ce gaz à l'état excité. Sur chacune des deux dalles du panneau sont sérigraphiées des électrodes lignes pour une dalle et colonnes pour l'autre dalle. Le nombre d'électrodes lignes et colonnes correspond à la définition du panneau. Toujours lors du procédé de fabrication, un système de barrière est mis en place permettant de délimiter physiquement les cellules du panneau et de limiter les phénomènes de diffusion d'une couleur sur l'autre. Chaque croisement d'une électrode colonne et d'une électrode ligne va correspondre à une cellule vidéo contenant un volume de gaz. Une cellule sera appelée rouge, verte ou bleue en fonction du dépôt de luminophore dont elle sera recouverte. Un pixel vidéo étant composé d'un triplet de cellules (une rouge, une verte et une bleue), il y a donc trois fois plus d'électrodes colonnes que de pixels sur une ligne. Par contre, le nombre d'électrodes lignes est égal au nombre de lignes du panneau. Compte tenu de cette architecture matricielle, il suffit de venir appliquer au croisement d'une électrode ligne et d'une électrode colonne une différence de potentiel pour exciter une cellule précise et obtenir ainsi ponctuellement un gaz & l'état plasma. L'excitation du gaz s'accompagne de la génération d'UV qui vont venir bombarder les luminophores rouges, verts ou bleus et
donner ainsi une cellule rouge, verte ou bleue allumée.
Une ligne du panneau à plasma est adressée autant de fois qu'il y est défini de sous balayages dans le niveau de gris à transmettre au pixel (on parle de niveau de gris pour chacune des trois composantes R, V, B, ce niveau est compris entre 0 et 255). La sélection du pixel est effectuée par la transmission d'une tension appelée impulsion d'inscription, par l'intermédiaire d'un driver, sur toute la ligne correspondant au pixel sélectionné alors que l'information correspondant au niveau de gris du pixel sélectionné est transmise en parallèle sur toutes les électrodes de la colonne sur laquelle se trouve le pixel. Toutes les colonnes sont alimentées simultanément, chacune d'entre elles avec une valeur correspondant au
pixel de cette colonne.
A chaque bit de l'information d'un niveau de gris est associée une information de temps qui correspond donc au temps d'allumage du bit ou plus globalement au temps entre deux inscriptions: un bit de poids 4 & la valeur 1 correspondra ainsi & un allumage du pixel pendant une durée 4 fois supérieure & un allumage correspondant au bit de poids 1. Ce temps de maintien est défini par le
temps séparant le top d'inscription d'un top d'effacement.
Pour un niveau de gris codé sur n bits, le panneau sera balayé n fois pour retranscrire ce niveau, chaque sous balayage ayant une durée proportionnelle au bit qu'il représente. Par intégration, l'oeil convertit cette durée "globale" correspondant aux n bits en une valeur de niveau d'allumage. Un balayage séquentiel de chacun des bits du mot binaire est donc effectué en appliquant une durée proportionnelle au poids. Le temps d'adressage d'un pixel, pour un bit, est le même quel que soit le poids de ce bit, ce qui change est le temps de maintien d'allumage pour ce bit. Tous les pixels d'une ligne sont simultanément adressés par un driver de ligne dont la charge et donc le courant qu'il doit fournir dépendent du nombre de pixels allumés sur cette ligne. Lors du changement d'un sous balayage au suivant, c'est & dire d'un poids & un autre, la charge, et donc le niveau fourni par le driver, peuvent changer générant des effets de surbrillance, comme
expliqué plus loin.
Compte tenu des caractéristiques actuelles des panneaux (N1 lignes) et du temps nécessaire pour adresser une ligne (tad), il n'est possible d'effectuer que 10 sous balayages (n=10) en 20ms. La vidéo étant de façon générale codée de 0 & 255 soit sur 8 bits, on dispose donc de 2 sous balayages supplémentaires. Il est connu, de l'art antérieur, un transcodage du mot de codage de 8 bits de la vidéo en un mot de codage de 10 bits alimentant les colonnes et que l'on appellera ici, d'une manière générale, mot de commande colonne. Ce transcodage décompose chacun des deux bits de poids fort de valeur 64 et 128 respectivement en deux sous balayages de poids 32 et deux sous balayages de poids 64. Ainsi, le codage de la valeur 64 ou 128 est effectuée en donnant la valeur 1 aux deux sous balayages de poids 32 ou la valeur 1 aux deux sous balayages de poids 64 du mot de commande colonne, répartissant ainsi sur la durée de la trame la charge du driver. Cependant, ce transcodage ne résout pas d'une manière satisfaisante les effets de surbrillance qui
demeurent toujours gênants.
L'invention a pour but de réduire, d'une manière très efficace, le défaut de surbrillance. L'invention a pour objet un procédé d'adressage de cellules disposées selon un tableau matriciel, chaque cellule étant située & l'intersection d'une ligne et d'une colonne, le tableau ayant des entrées lignes et des entrées colonnes pour l'affichage de niveaux de gris définis par des mots vidéo composant un signal numérique vidéo, les entrées colonnes recevant chacune un mot de commande de cette colonne correspondant au mot vidéo relatif, pour cette colonne, & la ligne adressée, ce mot étant composé de n bits transmis séquentiellement, chaque bit déclenchant ou pas, selon son état, la sélection de la cellule de la ligne adressée et de la colonne correspondante pendant un temps proportionnel au poids de ce bit dans le mot, caractérisé en ce qu'il comprend une étape réalisant un transcodage des mots vidéo en mots de commande colonne tel que le nombre de bits des mots de commande colonne est supérieur & celui des mots vidéo et tel que des mots de commande colonne différents sont utilisés pour le codage d'un même niveau de gris du signal vidéo. L'invention concerne également un dispositif d'adressage d'un panneau & plasma pour la mise en oeuvre du procédé comportant un circuit de traitement vidéo pour le traitement des données vidéo numériques reçues, une mémoire de correspondance pour le transcodage de ces données, une mémoire vidéo pour la mémorisation des données transcodées, la mémoire vidéo étant reliée & des circuits drivers de colonne pour commander l'adressage colonne du panneau & plasma, caractérisé en ce que les données transcodées ont un nombre de bits supérieur aux données vidéo numériques reçues et en ce que le circuit de traitement comporte des moyens pour coder différemment des
valeurs identiques de données vidéo numériques reçues.
Grace à l'invention, la répartition des cellules allumées sur l'échelle des temps est plus homogène; il en est de même de la charge des drivers de ligne du panneau & plasma qui est ainsi mieux répartie pour atténuer sinon éliminer les effets de surbrillance. La mise en oeuvre de
l'invention est simple et d'un coat peu élevé.
D'autres particularités et avantages de
l'invention apparaltront clairement dans la description
suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent: - la figure 1, le niveau de luminance restitué par le driver en fonction du pourcentage de cellules excitées sur la ligne, - la figure 2, la répartition temporelle de la charge sur une ligne selon l'art antérieur et selon l'invention, - la figure 3, un diagramme simplifié des circuits
de commande d'un panneau à plasma.
Globalement, une cellule ne possède que deux états: excitée ou non excitée. De ce fait, il n'est pas possible, contrairement au CRT, de réaliser une modulation analogique du niveau de lumière émis. Pour rendre compte des différents niveaux de gris et comme il a été dit plus haut, il doit être effectué une modulation temporelle de la durée d'émission de la cellule dans la période trame (appelée T). Cette période trame est divisée en autant de sous périodes (sous balayages) qu'il y a de bits de codage de la vidéo (nombre de bits appelé n). A partir de ces n sous périodes, on doit pouvoir par combinaison reconstituer tous les niveaux de gris compris entre 0 et 255. L'oeil de l'observateur va intégrer sur une période trame ces n sous périodes et recréer ainsi le niveau de
gris voulu.
Un panneau est composé de N1 lignes et Nc colonnes alimentées par N1 drivers de lignes et Nc drivers de colonnes. La génération des niveaux de gris par modulation temporelle nécessite d'adresser n fois le panneau pour chaque pixel de chaque ligne. L'aspect matriciel du panneau nous permet d'adresser simultanément tous les pixels d'une même ligne en envoyant sur le driver de ligne une impulsion électrique de niveau Vccy. Sur chacune des colonnes est présente 1'information vidéo correspondant au sous balayage effectué & cet instant, elle est matérialisée par une impulsion électrique d'amplitude "binaire" O ou Vccx (traduisant l'état du bit codé). La conjugaison des deux tensions Vccx et Vccy & chaque croisement d'électrode entraIne ou non une excitation de la cellule. Cet état d'excitation est alors entretenu sur une durée proportionnelle au poids du sous balayage effectué. D'une manière schématique, on peut décomposer l'opération en deux actions distinctes, une première concernant l'adressage des cellules et l'envoi de l'information d'allumage ou non et une seconde concernant le maintien de cet allumage, par l'intermédiaire d'une tension de maintien, pendant la durée correspondant au poids du sous balayage effectué. Cette opération va se répéter pour toutes les lignes (N1) et pour tous les bits adressés (n). On doit donc adresser n x N1 lignes pendant la durée de la trame, d'o la relation fondamentale suivante: T k n.Nl.tad o tad est le temps nécessaire pour adresser une
ligne.
Comme on l'a vu précédemment, l'adressage des cellules du panneau s'effectue par lignes complètes, une impulsion d'inscription étant envoyée sur l'électrode en ligne par les drivers de ligne. L'information vidéo est, elle, envoyée sur les drivers de colonne. A un instant donné, le driver de ligne doit donc fournir d'autant plus de courant pour entretenir l'excitation qu'il y a sur la ligne de pixels allumés. Les drivers n'étant pas parfaits, leur réponse en courant n'est pas constante en fonction de la charge demandée. La figure i représente l'allure du niveau de gris restitué par le driver en fonction du nombre de cellules excitées et peut être assimilé à la réponse en courant d'un driver de ligne en fonction de la charge de ce driver. L'axe x des abscisses représente le nombre de cellules excitées sur la ligne par rapport au nombre total de cellules sur la ligne et l'axe y des ordonnées le niveau de gris restitué par le driver par rapport à celui restitué pour une charge du driver quasi nulle. On s'aperçoit, en étudiant la courbe 1 que pour 10% de cellules excitées le driver répond & 75% alors qu'il ne
répond qu'à 32% pour 80% de cellules excitées.
Le phénomène de surbrillance apparaIt lorsque la
répartition temporelle de la charge n'est pas uniforme.
Par exemple pour un adressage sur 8 sous balayages, si, dans une période trame, les 10 premières millisecondes sont utilisées pour adresser les sous balayages de poids faibles et les 10 autres millisecondes le sous balayage de poids fort et si la ligne considérée contient 10% de cellules recevant un niveau de codage de 127 et 80% un niveau de 128, on aura alors le niveau 127 restitué à 75%
de sa valeur et le niveau 128 à seulement 32%.
Globalement, les 10% de cellules au niveau 127 paraltront plus lumineuses que les 80% de cellules au niveau de 128,
d'o la notion de surbrillance.
La vidéo est généralement quantifiée sur 8 bits.
Compte tenu des caractéristiques actuelles des panneaux à plasma (Nl) et du temps nécessaire pour adresser une ligne (tad), il est aujourd'hui possible d'effectuer jusqu'à 10 sous balayages en moins de 20 ms. L'idée de base de l'invention consiste à disposer d'un nombre de sous balayages supérieur à celui nécessaire au codage de la vidéo, par exemple 10 sous balayages, et à exploiter les différentes possibilités de retranscrire les 256 niveaux, c'est & dire les différentes combinaisons de sous balayages possibles pour une valeur donnée & coder. Une variante de l'invention consiste & coder les niveaux du signal numérique vidéo, non pas dans la numération à base deux mais dans une numération particulière pour mieux répartir la charge sur la durée d'une trame. Il peut ainsi être choisi un code dont les poids successifs ne suivent pas cette progression géométrique de raison 2 et permettant plusieurs combinaisons pour le codage d'une
même valeur.
Un exemple de code affectant un poids autre qu'une puissance de 2 & certains des bits du mot de codage binaire pourrait par exemple être constitué de la suite de valeurs suivantes:
1 2 4 8 14 24 33 41 56 72,
la somme de tous ces poids (correspondants aux rangs 1 & 10 du mot de codage binaire) faisant toujours 255. Ainsi, pour ce code, par exemple la valeur 100 peut être décrite de différentes manières:
100 - 72 + 24 + 4
= 72 + 14 + 8 + 4 + 2
= 56 + 41 + 2 + 1
- 56 + 33 + 8 + 2 + 1
= 56 + 24 + 14 + 4 + 2
- 41 + 33 + 24 + 2
= 41 + 33 + 14 + 8 + 4
On obtient 7 codes différents pour une même valeur. L'adressage des 10 sous balayages étant étalé sur les 20 ms de la trame, il sera donc possible, en fonction du code choisi, de répartir la charge équitablement entre les différents codes, de changer le code d'un pixel &
l'autre pour une même valeur de niveau de gris.
Reprenons l'exemple du code 100 en supposant que ce code soit appliqué sur 70% des cellules d'une ligne, les 30% restantes étant & 0. La figure 2 permet de comparer la répartition temporelle de la charge d'un driver de ligne d'un dispositif d'adressage selon l'art antérieur avec celle obtenue pour un dispositif appliquant
1 'invention.
L'axe des abscisses, pour les courbes 2, 3, 4 et , représente l'échelle t des temps et la graduation sur cet axe la répartition temporelle des codes. Ces graduations sont donc des durées fonction des poids attribués aux différents sous balayages composant le mot binaire. La courbe 2, un axe gradué selon une répartition temporelle des poids en puissance de deux, représente en fait l'axe des abscisses de la courbe 4. Sur cet axe 2 sont mentionnées 1es valeurs puissances de deux correspondant aux poids des mots de commande colonne. A côté des valeurs 32 et 64 sont mentionnées, entre parenthèses, les valeurs 64 et 128 divisées par deux, pour indiquer que ces valeurs 64 et 128 sont, comme indiqué
précédemment dans la description de l'art antérieur le
plus proche, réparties sur deux sous balayages.
La courbe 3, un axe gradué selon une répartition temporelle des poids en puissance non nécessairement de deux, représente en fait l'axe des abscisses de la courbe 5. Sur cet axe 3 sont mentionnées les valeurs
correspondant aux poids de l'exemple précédent.
La courbe 4 représente la répartition temporelle de la charge d'un driver sur une ligne, dans le cas de l'art antérieur, la ligne étant composée de 70 % de la valeur 100 et de 30% de la valeur 0. L'axe des abscisses est l'axe des temps et 1l'axe des ordonnées représente le
pourcentage de charge de la ligne.
La courbe 5 représente la répartition temporelle de la charge d'un driver sur une ligne, lorsque l'invention est mise en oeuvre, la ligne étant toujours composée de 70 % de la valeur 100 et de 30% de la valeur 0. L'axe des abscisses est l'axe des temps et l'axe des
ordonnées représente le pourcentage de charge de la ligne.
Dans le cas considéré, on suppose que l'on utilise les 7 codes possibles de façon équitable (soit 10% pour
chacun des codes).
Comme la réponse du driver est fonction de la charge & un instant donné, le phénomène de surbrillance
sera d'autant plus atténué que la charge sera constante.
Il apparait clairement, de la courbe 5, que ce deuxième code permet de mieux répartir la charge sur les 20ms et
donc de diminuer le phénomène de surbrilliance.
La figure 3 représente un diagramme simplifié des
circuits de commande d'un panneau à plasma 6.
Les informations numériques vidéo arrivent sur l'entrée E du dispositif qui est également l'entrée d'un circuit de traitement vidéo 7. Ce circuit est relié &à une mémoire de correspondance 8 et & l'entrée d'une mémoire vidéo 9 qui va transmettre les informations mémorisée vers l'entrée d'un circuit 10 regroupant les drivers de colonnes. Un générateur de balayage 11 transmet des informations de synchronisation vers la mémoire vidéo 9 et
commande un circuit 12 regroupant les drivers de lignes.
Les informations vidéo codées sur 8 bits et reçues & l'entrée E du dispositif sont ainsi traitées par le processeur. Celui-ci échange ces données avec la mémoire ou table de correspondance 8 qui, en fonction des valeurs des mots vidéo envoyés comme adresses, va fournir comme données des mots codés sur 10 bits dont les poids auront préalablement été définis. Ces mots sont ensuite transmis & la mémoire vidéo 9 qui les mémorise pour fournir aux drivers colonnes, en synchronisation avec le balayage
ligne, les bits successifs des mots de commande colonne.
Le générateur de balayage 11 réalise, pendant la durée d'une trame et par l'intermédiaire des circuits drivers de lignes 12, dix sous balayages de l'écran, chaque sous balayage correspondant à un bit du mot de commande colonne. Le circuit 12 fournit la tension d'adressage et également la tension de maintien pendant la durée correspondant au poids du sous balayage envoyé sur
les colonnes pendant cet adressage.
Bien évidemment, la description précédente
supposait une sélection ligne du panneau & plasma pour une transmission de l'information vidéo sur les entrées colonnes de l'afficheur, mais il pourrait être envisagé d'autres types d'adressage, par exemple en inversant la fonction des lignes et des colonnes sans que le procédé
sorte du domaine de 1l'invention.
Le choix du mot de commande colonne pour un niveau de gris à coder et pour une colonne donnée peut être effectué d'une manière déterminée de façon à répartir la charge du driver de ligne sur la durée d'une trame mais il est également possible d'effectuer ce choix de manière
aléatoire parmi toutes les possibilités de codage.
Une solution retenue consiste & sélectionner le mot possédant le plus de bits & 1 et, parmi ces mots, celui dont le poids du bit de poids fort à 1 est le plus faible, en considérant les bits de poids fort inférieurs s'il y a égalité. Grâce à cette sélection, la répartition de la charge du driver est effectuée sur un maximum de bits, diminuant ainsi les effets de surbrillance. Le fait de choisir le poids le plus faible permet d'autre part de diminuer les effets de contour plus connu sous l'appellation anglo-saxonne de ucontouringu. La réalisation matérielle en est également simplifiée puisque cette solution ne nécessite pas de génération de code aléatoire. Bien sur, l'invention n'est pas limitée par le nombre de bits quantifiant le signal numérique vidéo &
visualiser, ni le nombre de sous balayages.
Elle peut également s'appliquer & tout type d'6cran ou dispositif & adressage matriciel exploitant une modulation de type temporel pour la visualisation des luminances, par exemple un dispositif du type & micromiroirs. Au lieu d'émettre directement la lumière, ces micromiroirs réfléchissent, de manière ponctuelle, une lumière reçue, lorsqu'ils sont sélectionnés. Les micromiroirs qui sont donc des cellules, au sens large du terme, disposées selon un tableau matriciel ayant des entrées lignes et des entrées colonnes, sont alors adressées de la même manière que les cellules des panneaux
à plasma.
Claims (10)
1. Procédé d'adressage de cellules disposées selon un tableau matriciel, chaque cellule étant située & l'intersection d'une ligne et d'une colonne, le tableau ayant des entrées lignes et des entrées colonnes pour l'affichage de niveaux de gris définis par des mots vidéo composant un signal numérique vidéo, les entrées colonnes recevant chacune un mot de commande de cette colonne correspondant au mot vidéo relatif, pour cette colonne, & la ligne adressée, ce mot étant composé de n bits transmis séquentiellement, chaque bit déclenchant ou pas, selon son état, la sélection de la cellule de la ligne adressée et de la colonne correspondante pendant un temps proportionnel au poids de ce bit dans le mot, caractérisé en ce qu'il comprend une étape réalisant un transcodage des mots vidéo en mots de commande colonne tel que le nombre de bits des mots de commands colonne est supérieur à celui des mots vidéo et tel que des mots de commande colonne différents sont utilisés pour le codage d'un même
niveau de gris du signal vidéo.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'au moins un des poids des mots de commande
colonne est différent d'une puissance de deux.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le codage vidéo est effectué sur 8 bits, les mots de commande colonne sont des mots de 10 bits et les différents poids affectés & ces mots de commande sont calculés de telle manière que le nombre de combinaisons moyen sur l'ensemble des niveaux de gris est maximum.
4. Procédé selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que la somme des poids du mot de
commande colonne est égale & celle du mot vidéo.
5. Procédé selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les mots de commande colonne sont choisis, pour une ligne donnée et lorsque plusieurs combinaisons sont possibles, de manière aléatoire parmi
les différentes possibilités.
6. Procédé selon la revendication 1, 2, 3 ou 4, caractérisé en ce que les mots de commande colonne choisis, lorsque un choix est possible, sont ceux ayant le
plus de bits & un.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que les mots de commande choisis, lorsque un choix est possible, sont ceux dont la valeur du poids le plus
fort & un est la plus faible.
8. Procédé d'adressage selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
cellules sont des cellules d'un panneau à plasma et en ce
que la sélection entraîne un allumage de la cellule.
9. Procédé d'adressage selon l'une des
revendications précédentes, caractérisé en ce que les
cellules sont des micromiroirs d'un circuit & micromiroirs.
10. Dispositif d'adressage d'un panneau & plasma (6) pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 8 comportant un circuit de traitement vidéo (7) pour le traitement des données vidéo numériques reçues, une mémoire de correspondance (8) pour le transcodage de ces données, une mémoire vidéo (9) pour la mémorisation des données transcodées, la mémoire vidéo étant reliée & des circuits drivers de colonne (10) pour commander l'adressage colonne du panneau à plasma, caractérisé en ce que les données transcodées ont un nombre de bits supérieur aux données vidéo numériques reçues et en ce que le circuit de traitement (7) comporte des moyens pour coder différemment des valeurs identiques
de données vidéo numériques reçues.
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Effective date: 20111230 |