交流等离子体显示器自适应子场编码驱动方法及装置 【技术领域】
本发明是一种应用于交流等离子体显示器(以下简称AC PDP)的驱动方法及装置，特别涉及一种能够消除AC PDP显示运动图像时的动态假轮廓现象，同时又具有良好灰度显示的驱动方法及装置。
背景技术
在交流彩色等离子体显示器中，一般采用时分子场方法进行灰度显示，即将一个电视场的图像分成若干个子场分时进行显示。在子场驱动方法中实现灰度显示有两种方式：一种是通过各个子场维持发光的“组合”来实现灰度显示，例如在US5541618(T.Shinoda.Method and a circuit for gradationally driving a flat displaydevice.United States Patent，5541618，July 30，1996)专利中提出的方法，就是采用这种发光方式实现灰度显示；另一种方式是通过各个子场维持发光的“单纯累积”来实现灰度显示，例如在EP0952569A2(T.Takunaga，T.Shigeta，M.Suzuki. Method of drivingplasma display panel[P].European Patent，0952569 A2，April 21，1999)专利中提出的方法，就是采用这种发光方式实现灰度显示。采用各个子场维持发光的“组合”能够显示的灰度等级为“2N+1”(N为采用的子场数目)，能够很好地实现灰度显示，但在显示运动图像时会产生动态假轮廓现象，严重影响图像显示质量。
在AC PDP中采用各个子场维持发光的“单纯累积”发光模式，与“组合”式发光模式不同的是：在一场图像地时间内，每个显示单元只有一次准备期和一次寻址放电，除第一子场外，其余子场在进行寻址放电前上一个子场的维持期一定都进行了维持发光，凡进行过寻址放电的单元在维持期不再发光。采用各个子场维持发光的“单纯累积”来实现灰度显示，可以完全消除动态假轮廓现象，但显示的灰度级数只有“N+1”(N为采用的子场数目)。为了保证足够的时间用于维持显示，子场数不能太多。目前无论采用“组合”式发光的驱动方法还是采用“单纯累积”式发光的驱动方法，子场数N一般都不超过14，因此采用“单纯累积”式发光的驱动方法会带来灰度显示严重不足的问题。文献EP0952569A2中提出的‘CLEAR’驱动方法就是采用各个子场维持发光的“单纯累积”来实现灰度显示，其子场权值根据反伽马校正曲线进行选取，但同样存在灰度显示不足的问题。一般采用抖动方法和误差扩散方法实现更多灰度级的显示。
对于N个子场的“单纯累积”式发光模式，只能显示“N+1”灰度级，相当于图像灰度级的采样，更多的灰度级是通过抖动方法和误差扩散方法来实现。因此，代表“N+1”个灰度级的子场编码权值的选取对图像显示质量影响很大，如果某几个子场编码权值所代表的图像信息很少，将会严重影响图像的显示质量。传统的“单纯累积”式发光模式存在的主要缺陷，就是子场编码的权值是事先确定的，与所显示的图像信息无关，出现图像信息很少甚至无图像信息的子场编码权值是不可避免的。
【发明内容】
本发明的目的之一是提出一种交流等离子体显示器自适应子场编码驱动方法，该方法既能消除AC PDP动态假轮廓现象，又具有高质量灰度显示。
本发明的目的之二是提出一种实现上述方法的装置，其结构简单、成本低，能大幅度提高AC PDP的显示质量，尤其是动态图像显示质量。
本发明的技术方案是这样实现的：
采用各个子场维持发光的“单纯累积”来实现灰度显示，用于控制维持脉冲数目的子场编码权值根据输入图像的灰度分布自适应产生，该方法通过计算输入图像的归一化灰度直方图，计算出代表输入图像灰度最丰富的灰度区间，将各个子场编码权值选取在代表图像信息最丰富的灰度区间；同时根据计算出的子场编码权值进行相应的寻址及维持操作；
具体处理步骤如下：
首先，根据输入的图像数据VIN计算出一场输入图像的归一化灰度直方图分布P(k)，(k＝0，1，2...H-1)，即灰度k在输入图像中出现的次数与输入图像总像素数的比值，其中，K代表灰度值，H为输入图像具有的灰度等级，P(k)为灰度分布的概率密度(0≤P(k)≤1)，在计算灰度直方图的同时将输入图像数据VIN进行缓存；
据输入图像灰度直方图确定输入图像主灰度区间L的选择阈值PS，将输入图像的灰度分布的概率密度P(k)的值按从大到小排序，存储到P′中，P′是长度与归一化灰度直方图分布P(k)，(k＝0，1，2...L)相同的一中间变量，选择阈值PS为满足式Σm=0nPm′≥PA,(0≤n≤M-1,0<PA<1)]]>的最小的P′n，将满足条件P(k)＞PS的灰度值k确定为属于主灰度区间L，在主灰度区间L内包含NS个子灰度区间，在这些子灰度区间内灰度级的概率密度都大于选择阈值PS；
其次，在主灰度区间L内计算出所需要的灰度值G＝[G1，...GN+1]，其中，N为子场数目，G1始终等于零，其余N个非零灰度值在主灰度区间L内选取，在这一过程中，首先计算出各个子灰度区间Lj的灰度范围在整个主灰度区间L内所占比例PLj=LjL(j=1,2,...NS),]]>然后按此比例计算出在各个子灰度区间将选取的灰度值个数Mj＝Round(PLjgN)(j＝1，2，...NS)，Round为四舍五入到最近整数的运算；
根据各个子灰度区间的灰度值选取个数Mj，计算出每个子区间灰度值选取步长STj＝(k2j-K2j-1)/(Mj+1)，然后从每个子灰度区间的左边界开始按各自的选取步长选取Mj个灰度值，对所有子灰度区间处理完后，即可得到N个非零灰度值，加上为零的灰度值，得到最后所需的N+1个灰度值G＝[G1，...GN+1]，此N+1灰度值代表了最终AC PDP能够显示的N+1个灰度级；
再次，根据计算出的N+1个灰度值G＝[G1，...GN+1]，按照“单纯累积”式发光模式计算出N个子场编码权值SF＝[SF1，SF2，...SFN]，到此自适应子场编码权值的计算结束。
最后，扫描电极驱动电路和维持电极驱动电路根据当前图像的子场编码权值SF，产生各个子场相应的维持驱动波形和控制信号，扫描电极驱动电路和维持电极驱动电路根据子场编码权值SF调整各个子场的维持脉冲个数，即按照各个子场权值的比例分配各子场的维持脉冲个数；同时寻址电极驱动电路接收用于显示按子场编码的图像数据，并与扫描和维持电极驱动电路互相配合按照“单纯累积”发光模式完成AC PDP的寻址操作。
一种实现交流等离子体显示器自适应子场编码驱动方法的装置，包括自适应子场编码权值计算电路，图像缓存电路，灰度变换电路，误差扩散处理电路，数据变换电路，存储器，驱动控制电路，寻址电极驱动电路，扫描电极驱动电路和维持电极驱动电路。
输入图像信号VIN分别输入到自适应子场编码权值计算电路和图像缓存电路，自适应子场编码权值计算电路根据输入图像信号VIN计算出应用于该图像的子场编码权值SF，分别送到灰度变换电路和驱动控制电路，图像缓存电路将输入图像信号VIN进行缓存，缓存后输出的图像数据VD送到灰度变换电路，灰度变换电路接收从图像缓存电路来的缓存图像数据VD，同时接收从自适应子场编码计算电路送出的与之相应的子场编码权值SF，然后将输入图像用子场编码权值SF进行表示，变换后的图像数据HD即N比特送到误差扩散处理电路，误差扩散处理电路将从灰度变换电路送来的图像数据HD进行误差扩散处理，输出数据DS送到数据变换电路，数据变换电路将按子场编码权值SF表示的图像数据DS变换为按子场显示所需的图像数据CD，并输出到存储器，存储器接收从数据变换电路送出的按子场显示的图像数据CD，并在驱动控制电路控制下将存储的图像数据CD送到寻址电极驱动电路，驱动控制电路接收子场编码权值SF和输入图像信号输入中的同步信号，产生读、写控制信号送到存储器，并产生寻址电极驱动电路、扫描电极驱动电路和维持电极驱动电路的控制信号，寻址电极驱动电路接收从存储器来的按子场显示的图像数据CD和驱动控制电路送出的控制信号，产生寻址电压信号送到显示屏的寻址电极，扫描电极驱动电路接收驱动控制电路送出的控制信号，按子场编码权值SF产生电压信号送到显示屏的扫描电极，维持电极驱动电路接收驱动控制电路送出的控制信号，按子场编码权值SF产生电压信号送到显示屏的维持电极。
本发明提出了一种应用于AC PDP的自适应子场编码驱动方法及装置，该方法及装置可以完全消除AC PDP显示动态图像时的动态假轮廓现象，同时又避免了由“单纯累积”式发光带来的灰度显示失真的问题，使得显示的图像在不出现动态假轮廓现象的同时，具有高质量的灰度显示效果。
【附图说明】
图1是本发明“单纯累积”发光模式实现灰度显示的原理图；
图2是本发明的装置电路框图；
图3是本发明自适应子场编码权值计算流程图；
图4是本发明自适应子场编码权值计算中主灰度区间选取方法原理图；
图5是本发明自适应子场编码权值计算原理图；
图6是本发明自适应子场权值计算电路框图；
图7是本发明提出的方法与CLEAR方法的计算机仿真结果比较图。
【具体实施方式】
附图为本发明的具体实施例。
下面结合附图对本发明的内容进行详细说明。
图1是本发明采用的“单纯累积”发光模式来实现灰度显示的原理图，是采用选择擦除的寻址方式。一场图像由N个子场构成，在一场时间内，每个显示单元只有一次准备期和一次选择擦除操作。在一场时间内，只有在第一子场有一个准备期，使全屏所有显示单元处于点亮状态。然后，在每个子场根据显示数据的情况进行选择擦除放电。在维持期，没有进行过擦除放电的显示单元继续放电发光。也就是说，对于一个显示单元，一场时间内只有一次寻址放电，除第一子场外，其余子场在进行寻址放电前上一个子场的维持期一定都进行了维持发光，凡进行过寻址放电的单元在维持期都不再发光。
参照图2所示，本发明提出的装置由如下几个模块组成：自适应子场编码权值计算电路10，图像缓存电路11，灰度变换电路12，误差扩散处理电路13，数据变换电路2，存储器3，驱动控制电路4，寻址电极驱动电路5，扫描电极驱动电路6，维持电极驱动电路7。输入图像信号VIN分别输入到自适应子场编码权值计算电路10和图像缓存电路11。自适应子场编码权值计算电路10根据输入图像信号VIN计算出应用于该图像的子场权值编码SF，分别送到灰度变换电路12和驱动控制电路4。图像缓存电路11将输入图像信号VIN进行缓存，缓存后输出的图像数据VD送入到灰度变换电路12。灰度变换电路12接收从图像缓存电路11来的缓存后图像数据VD，同时接收从自适应子场编码计算电路10送出的与之相应的子场编码SF，然后将输入的每个像素的灰度值用子场编码权值SF进行表示，变换后的图像数据HD(N比特)送到误差扩散处理电路13。误差扩散处理电路13将从灰度变换电路12输入的数据HD进行误差扩散处理后，输出数据DS送到数据变换电路2。数据变换电路2将按SF表示的图像数据DS变换为按子场显示所需图数据CD。存储器3接收从数据变换电路2送出的按子场显示的图像数据CD，并在驱动控制电路4控制下将存储的图像数据送到寻址电极驱动电路5。驱动控制电路4接收子场编码权值SF和图像信号输入中的同步信号，产生读、写控制信号送到存储器3，并产生寻址电极驱动电路5、扫描电极驱动电路6和维持电极驱动电路7的控制信号。寻址电极驱动电路5接收从存储器3来的按子场显示的图像数据CD和驱动控制驱动电路4送出的控制信号，产生寻址电压信号送到显示屏8的寻址电极。扫描电极驱动电路6接收驱动控制电路4送出的控制信号，按子场编码权值SF产生电压信号送到显示屏8的扫描电极。维持电极驱动电路7接收驱动控制电路4送出的控制信号，按像子场编码权值SF产生电压信号送到显示屏8的维持电极。
参照图3所示，自适应子场编码权值的计算，由图2中的自适应子场编码权值计算电路10完成，主要分为四个大的步骤。
首先，根据输入的图像数据VIN计算出一场输入图像的归一化灰度直方图分布P(k)，(k＝0，1，2...H-1)，H为输入图像具有的灰度等级，P(k)为灰度分布的概率密度(0≤P(k)≤1)，即灰度k在输入图像中出现的次数与输入图像总像素数的比值。(步骤S1)。
根据输入图像归一化直方图确定输入图像主灰度区间L(步骤S2)。
步骤S2中，先根据输入图像的归一化直方图确定阈值PS(步骤S21)，将输入图像的概率密度函数P(k)的值按从大到小排序，存储到P′中(P′是与P长度相同的一中间变量)，PS为满足式Σm=0nPm′≥PA,(0≤n≤M-1,0<PA<1)]]>的最小的P′n。
再根据PS确定出NS个子灰度区间(步骤S22)：
L1,L2,...LNSLi=(k2i-1,k2i)1≤i≤NS]]>
根据NS个子灰度区间确定出主灰度区间L(步骤S23)，即L=L1UL2,...LNS.]]>
当主灰度区间L确定后，按照各个子灰度区间在主灰度区间所占比例，计算出将采用的N个大于零的灰度值(步骤S3)。
在步骤S3中，首先计算各子灰度区间在主灰度区间中所占比例，即各子灰度区间的灰度范围与主灰度区间的灰度范围比值(步骤S31)，PLj＝(k2j-k2j-1)/L(j＝1，2，...NS)，其中L为主灰度区间灰度范围，
L=Σi=1NSk2i-k2i-1.]]>
根据PLj计算出各子灰度区间内将选取的灰度值个数Mj(步骤S32)，Mj＝Round(PLjgN(j＝1，2，...NS)，Round为四舍五入到最近整数的取整运算。
判断各子灰度区间分配的灰度值选取个数Mj是否都不为零(步骤S33)。当某个子灰度区间分配的灰度值选取个数等于零时，例如，第i个子区间Mj＝0，则将Mj强行置为1(步骤S34)。然后从主灰度区间中剔除第i个子灰度区间得到新的主灰度区间，同时子灰度区间数目减少一个(步骤S35)。根据新得到的主灰度区间回到步骤S31，重新开始计算各子灰度区间灰度值选取个数，直到各子灰度区间灰度值选取个数都不为零。
如果在步骤S33判断出所有的Mj都不为零，则按照各个子灰度区间灰度值选取个数Mj计算出在每个区间内取值步长(步骤S36)，STj＝(K2j-K2j-1)/(Mj+1)。然后在每个子灰度区间内，按相应的取值步长选取相应个数的灰度值(步骤S37)。灰度值选取从子灰度区间的左边界开始按取值步长选取，由于子灰度区间是开区间，灰度取值不包括边界点。在主灰度区间内选取N个非零灰度值后，加上零灰度值，将得到所需要的N+1个灰度值G＝[G1，...GN+1]，其中，G1始终等于零，此N+1灰度值代表了最终ACPDP能够得到需要的N+1个灰度值(步骤S38)。
得到所需要的N+1个灰度值G＝[G1，...GN+1]后，计算出用于“单纯累积”发光模式的N个子场编码权值SF＝[SF1，SF2，...SFN]：
SFi＝Gi+1-Gi(1≤i≤N)
SF1到SFN分别是进行显示时第一个子场到第N个子场的编码权值，计算出N个子场的编码权值(SF)，各子场的编码权值为SFi＝Gi+1-Gi，i＝1，2，...N(步骤S4)。
参照图4所示，说明主灰度区间选取原理。主灰度区间选取前先计算出用于确定主灰度区间的阈值PS，PS选取原则为：
将输入图像的概率密度函数P(k)的值按从大到小排序，存储到P′中(P′是与P长度相同的一中间变量)，PS为满足式Σm=0nPm′≥PA,(0≤n≤M-1,0<PA<1)]]>的最小的P′n。将每个灰度级概率密度函数值与PS进行比较，当P(k)≥PS时，k属于主灰度区间，即kL时。此时产生NS个子灰度区间：
L1,L2,...LNSLi=(k2i-1,k2i)1≤i≤NS]]>
由NS个子灰度区间确定主灰度区间L，即L=L1UL2...ULNS.]]>
参照图5所示，是自适应子场编码权值计算原理图。对于N个子场的“单纯累积”发光模式，能够实现的灰度等级是N+1个，经过自适应子场编码权值计算后得到N个非零的灰度值，加上零灰度值，一共得到N+1个实际可用的灰度值G＝[G1，G2，...GN+1]，其中G1始终等于零，G2到GN+1是在主灰度区间L中从小到大选取的N个非零灰度值。根据[G1，G2，...GN+1]，可得到N个子场的编码权值，如下式所示：
SF=[SF1,SF2,...,SFN]SFi=Gi+1-Gi(1≤i≤14)]]>
SF1到SFN分别是进行显示时第一个子场到第N个子场编码权值。
参照图6所示，是自适应子场编码权值计算电路10的框图。图像数据VIN首先输入到图像归一化直方图计算电路101，该部分计算出输入图像的归一化灰度直方图P，输出到主灰度区间阈值选择计算电路102和主灰度区间选择电路103；主灰度区间阈值选择计算电路102根据输入图像的归一化直方图计算出应用于当前图像的主灰度区间阈值PS，并输出到主灰度区间选择电路103；主灰度区间选择电路103根据当前输入图像的直方图分布P和主灰度区间阈值PS，计算出当前输入图像主灰度区间L，输出到子场编码权值计算电路104；子场编码权值计算电路104计算出应用于当前图像的子场编码权值SF，然后输出到灰度变换电路12和驱动控制电路4。
参照图7所示，是本发明提出的方法与文献EP0952569A2提出的‘CLEAR’方法的计算机仿真结果比较。图7a、7b、7c和图7d是原始输入图像。仿真过程中，本发明提出的方法与CLEAR驱动方法都采用14个子场(即N＝14)，本发明提出方法的子场编码权值根据图像自适应产生，虽然本发明是针对擦除寻址的“单纯累积”发光模式提出的，同样适用于写寻址的“单纯累积”发光模式。CLEAR驱动方法的子场编码权值为[1，3，5，8，10，13，16，19，22，25，28，32，35，39]。图7e、7f、7g和图7h是本发明提出方法的仿真结果，图7i、7j、7k和图7l是CLEAR驱动方法仿真结果。比较两种方法的仿真结果，可以看出，CLEAR驱动方法对平均亮度较低且对比度较低的图像(图7c)处理效果较好，但对平均亮度较高(图7b、d)或对比度较高的图像(图7a)处理效果较差，产生明显的静态假轮廓。本发明提出的方法，不论输入图像特征如何，都具有较好的灰度显示效果，处理后的图像非常逼近原始输入图像，具有高质量的灰度显示效果。