用于显示屏的动态功率和亮度控制的制作方法
专利名称：用于显示屏的动态功率和亮度控制的制作方法
技术领域：
本发明的实施例一般涉及显示屏，更具体地，涉及动态地控制显示屏的消耗功率和亮度的方法。
背景技术：
电子显示系统一般被用来显示来自电脑或其它来源的信息。典型的显示系统就尺寸而言包括从用于移动设备中的小型显示器到用来同时向数以千计的观看者显示图像的非常大型的显示器(例如平铺式显示器)。降低功耗是这些显示器的一个期望的特征，这既是由于向使用者提供的长期能源节约，也是由于降低了与具有较低功率需求的系统相关的成本和安装的复杂度。用于电子显示系统的一些技术，例如激光荧光显示器(LPD)和有机发光二极管 (OLED)，能够通过使用“颜色增加”的方式在观看表面上的每个像素上产生颜色来显著地降低功耗。具体来讲，在给定的像素上生成红、绿和蓝光能量以产生该像素的期望的亮度和色调。因此，LPD、OLED显示器等的使用功率与显示器的观看表面产生的总的光能量成比例。 这与通过选择性地过滤或者挡住不同颜色的光而在观看表面上的每个像素上产生颜色的显示系统(例如数字光处理(DLP)显示器)形成对比。在这些系统中，白光源，例如白炽灯泡，在这样一个显示系统中一直被设置为满强度。因此，当系统产生较暗的图像或者不需要全部三色的图像时，功耗并没有减少。当在大量的图像或者相对长的时间间隔上被平均时，LPD、基于OLED的显示屏和使用颜色增加的方式产生颜色的其它显示系统的功耗能够显著小于其它显示技术的功耗。 然而，当正被显示的特定图像的大部分或者全部相对亮时，这样的显示系统就提供了较少的能量节约。因此，当显示较亮图像时，通过颜色增加的显示系统向使用者提供了较少的能量节约。另外，在平铺式显示系统中，在它们显示亮的图像时平铺式显示系统使用的功率可能余超过可用的功率。甚至在使用LPD的平铺式系统中也可能如此。升级对这样的系统的功率供给可能是一种选择，但会使得成本高。另一种选择是重新校准系统至较低的最大功率水平，但是这影响了低亮图像的质量和动态范围。如前所述，本领域需要一种利用电子显示设备显示图像而不超过最大可用功率的方法。
发明内容
本发明的一个或多个实施例提供动态控制电子显示设备消耗的功率和在其上呈现的图像的亮度的方法。在一实施例中，通过依照预定的设置统一地按比例降低所呈现图像的亮度，显示设备消耗的功率被减少，从而使显示设备的功耗不超过预定的最大功率水平。根据本发明一实施例，一种在电子显示系统上显示图像的方法包括下列步骤接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一帧或多帧图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平调节电子显示系统的参数(例如功率水平或亮度水平)。平均功率水平可以基于单帧图像数据或者多帧图像数据而被确定。根据本发明的一实施例，一种在具有多个激光源的激光荧光显示设备上显示图像的方法包括下列步骤接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一帧或多帧的图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平调制激光源。根据多个最大强度设置调制激光源，其中每个最大强度设置是基于平均功率水平而被设置的，并且最大强度设置被预定为随平均功率水平降低而增大。根据本发明一实施例，一种在显示设备上显示图像的方法包括下列步骤接收代表一个或多个要被显示的图像的输入；基于该输入确定显示值；比较该显示值和一阈值； 以及基于比较结果调节显示设备的参数。在一实施例中，显示值是一功率值，而阈值是一最大允许功率值。在另一实施例中，显示值是显示输出强度值，而阈值是最大允许亮度值。
为了更详细地理解本发明的上述特征，下面结合实施例对上面概述的本发明进行更加具体地说明，部分实施例在附图中示出。然而，值得注意的是，附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被认为是对本发明范围的限制，因为本发明可容许其他同等有效的实施方式。图1是显示系统的框图，该显示系统可以从本发明实施例中受益。图2是示例的激光-荧光显示器(LPD)的示意图，该LPD具有带有荧光条的屏和用于产生一个或多个扫描激光束以激发屏上的荧光材料的激光模块。图3是图2中示出的屏的部分示意图。图4是图2中的激光模块的框图。图5示出了 2X2平铺式显示设备的一个例子，该显示设备可以从本发明实施例中受益。图6示出了根据本发明实施例的可用来规定LPD要显示的图像的变暗的平均功率水平(APL)映射函数族。图7示出了在APL映射函数的恒定值部分与其下降坡部分之间具有平滑过渡的 APL映射函数。图8示出具有调节后的光输出的相对陡的衰减的APL映射函数，该相对陡的衰减在与LPD的功率最高限度相应的图像APL之前很久就出现。图9示出根据本发明实施例的APL映射函数族。图10是子像素的期望的光强度(用尼特表示)随该子像素或者其它光源的光输出强度(用DAC计数表示)变化的曲线图，其中两个灰度系数值被比较。图11是一流程图，以逐步的方式概括了根据本发明实施例的在电子显示设备上以降低的功率水平显示图像的方法。为清楚起见，在可应用处使用了相同的附图标记来标示各图之间共同的相同的元件。可以构思，一个实施例的特征可被并入其他实施例而不需要进一步的列举。
具体实施例方式图1是可从本发明实施例受益的显示系统100的框图。显示系统100可以用来显示一系列图像(也称为帧)以产生视颜序列，或者显示单个静态图像。显示系统100包括电源101，存储块102，控制器103和显示屏104。电源101可以是传统的电源插座(例如 110VAC或者220VAC的电源插座)、硬布线电连接、或者提供为了显示系统100适当操作而需要的电压和电流强度的其它电连接。存储块102可包括DRAM，闪存，或者用来保存用于构建要被显示系统100显示的一个或多个图像的图像数据105的其它存储设备。控制器103 可包括一个或多个适当的处理器，该处理器用于将存储块102中的图像数据105转换成输出信号106，该处理器包括通用处理器(例如微处理器、数字信号处理器(DSP))和专用处理器(例如专用集成电路(ASIC))。显示屏104可以是激光荧光显示器(LPD)屏，基于有机发光二极管(OLED)的显示屏，或者在每个像素上产生不同颜色(例如红、绿、蓝)的光的组合以产生该像素的期望的亮度和色调的其它电子显示屏。例如，显示屏104的一个像素可以包括红、绿、蓝(RGB)子像素，其用来产生必需的红、绿、蓝光，该红、绿、蓝光通过组合产生该像素的期望的色调和亮度。在LPD中，这样的子像素可以是被激光脉冲激发的荧光材料。在基于OLED的显示屏中，这样的子像素可以由位于阳极和阴极之间的聚合物导电和发射层构成。显示屏104也可以基于其它技术，例如发光二极管(LED)阵列。工作中，显示系统100接收并在存储块102中存储图像数据105。图像数据105包括用于构建要被显示系统100显示的单个静态图像的数字信息或者用于构建包含有要被显示系统100显示的一系列帧的视频序列的数字信息。图像数据105包括例如显示屏104 的每个子像素的光强度的信息以产生所需图像或帧。控制器103从存储块102中取出用于单个视频帧或静态图像的图像数据105，并计算显示系统100显示该帧或图像所需的总功率。控制器103然后比较计算出的功率与显示系统100的预定的最大允许功率限度(即“功率最高限度”)。如果计算出的功率超过最大允许功率限度，控制器103通过相应地按比例降低每个像素和子像素的亮度来统一地使该帧或图像变暗，以使显示系统100使用的总功率低于显示系统100产生图像的功率最高限度。然后，控制器103发送输出信号106至产生图像的显示屏104。输出信号106包括为了以低于显示系统100的最大允许功率限度的功率产生图像而需要的控制信号。根据本发明的一个或多个实施例，图1中的显示系统100可以是基于LPD的显示系统。图2是一示例性的LPD 200的示意图，该LPD具有带有荧光条202的屏201和激光模块250，该激光模块250用来产生一个或多个扫描激光束203以激发屏201上的荧光材料。荧光条202由交替的不同颜色(例如红、绿、蓝)的荧光条组成，其中这些颜色被选择以使得它们能够组合以形成白光以及其它颜色的光。扫描激光束203是经过调制的光束， 其在屏201上沿两个垂直的方向(例如水平地208和垂直地209)以光栅扫描模式扫描，以在屏201上为观众206产生图像。图3是图2中示出的屏201的部分示意图。图3示出像素元件305，其每个包括红、绿、蓝荧光条202的一部分。属于特定像素元件305的荧光条202的部分由激光扫描路径302规定，如图所示。激光模块250通过沿激光扫描路径302引导扫描激光束203且调制扫描激光束203以将期望量的光能量传递给每个像素元件305中存在的红、绿和/或蓝荧光条202中的每一个，在屏201上形成图像。通过发射由对给定的像素元件305中的每个含有荧光物质的条的选择性激光激发而产生的可见光，每个图像像素元件305输出光来形成期望的图像。因此，对每个像素元件305的红、绿、蓝部分的调制就控制在每个图像像素元件位置的合成颜色和图像亮度。图3中，像素区域的一个尺度由三个荧光条202的宽度规定，而对激光束点尺寸的控制则规定垂直尺度。在其它实施方式中，图像像素元件305的两个尺度可以由物理边界规定，例如将荧光条202分成矩形的含有荧光物质的区域。在一实施例中，各个荧光条202 以约500 μ m至约550 μ m的间距隔开，使得像素元件305的宽度为约1500 μ m数量级。在另一实施例中，各个荧光条202以约125 μ m至约IOOOym的间距隔开。图4是图2中激光模块250的框图。激光模块250包括一信号调制控制器420， 其直接调制激光源410的输出以控制传递到每个像素元件305中存在的每一个荧光条202 的能量。例如，信号调制控制器420可以控制激光源410中存在的激光二极管的驱动电流。 光束扫描和成像模块430将经过调制的光束(即扫描激光束203)投射至屏201上以激发颜色荧光物质。可选地，激光源410用来产生连续波(CW)未调制激光束，光调制器(未示出)用来以红、绿、蓝的图像信号调制产生的CW激光束。在这一结构中，信号调制控制器用来控制光调制器。例如，声-光调制器或者电-光调制器可以用作光调制器。在一实施例中，激光源410进一步包括两个或更多个紫外线激光器410A，其连同激光模块250中的其它部件一起用来向在屏201上布置的荧光区域传递光束阵列。基于激光的显示系统的一个例子在被共同转让的美国专利申请No. 12/123，418中有进一步的描述，该美国专利申请的名称为“用于扫描光束显示系统的带有发光条的多层屏”，申请日为2008年5月19日，其全部内容被包括在此。平铺式显示墙提供了一个通过将多个投影机的输出联在一起而呈现高清晰度显像的大型环境。这样的大型显示器可以通过将多个较小的显示设备平铺在一起来产生。例如，在电子煤介中常见的视频墙典型地使用多个电子显示设备，例如显示系统100或者LPD 200，其被平铺以产生这样的大型显示器。本发明的实施例构思以降低的亮度和功率水平在平铺式显示墙设备上显示图像，从而避免超过平铺式显示墙的预定的最大允许功耗。图5 示出了 2X2平铺式显示设备500的一个例子，该显示设备可以从本发明的实施例中受益。平铺式显示设备500包括安装到显示机架(为了清楚起见未示出)上的多个电子显示设备510。图5所示的例子中，四个电子显示设备510以2X2阵列安装在一起。多个电子显示设备的其它结构，例如1X4，2X3，5X6等等，同样可以从本发明的实施例中受益。每个电子显示设备510在结构和操作上基本上类似于图1中的显示系统100，除了平铺式显示设备500的各个电子显示设备510配置为相互组合地操作以显示单个大型图像或视频序列，而不是四个独立图像或视频序列。平铺式显示设备500包括一主电源501，一存储块502，和一中央控制器503。主电源501配置为将电功率分配给每个电子显示设备510，并从单点电源520接收这样的功率。单点电源520可以是传统的电源插座(例如110VAC或者220VAC电源插座)、硬布线电连接、或者提供为了平铺式显示设备500适当操作而需要的电压和电流强度的其它电连接。存储块502可以包括DRAM、闪存、或者用于保存用来构建要被平铺式显示设备500显示的一个或多个图像的图像数据105的其它存储设备。中央控制器503基本上与图1中的控制器103类似，但是还配置为将存储块502中的图像数据105 分成输出信号506，并将每个输出信号506引向适当的电子显示设备510，以使相关的图像或者视频序列由平铺式显示设备500显示出来。操作中，平铺式显示设备500接收并在存储块502中存储图像数据105。中央控制器503从存储块502中取出用于单个视频帧或者静态图像的图像数据105，并计算平铺式显示设备500显示该帧或图像所需的总功率。然后中央控制器503比较计算出的功率和平铺式显示设备500的预定最大允许功率限度(即功率最高限度)。平铺式显示设备500的预定的功率最高限度是用户规定的或者默认的值，并且可能取决于许多因素，包括可从单点电源520获得的最大功率、平铺式显示设备500的最大期望亮度等。如果计算出的显示图像的功率超过平铺式显示设备500的功率最高限度，则中央控制器503通过相应地按比例降低每个像素和子像素的亮度而统一使该帧或图像变暗，以使平铺式显示设备500使用低于预定的功率最高限度的功率水平来产生图像。然后，中央控制器503发送适当的输出信号506至每一个电子显示设备510。各电子显示设备510共同以一亮度产生该图像或视频帧，该亮度确保平铺式显示设备500的功率最高限度没有被超过。值得注意的是，分别与各个电子显示设备510对应的该图像的四个部分都同样地按比例降低亮度，以使该图像的整体显示是统一的，这一点反映在用于每个电子显示设备510的输出信号506所包含的数据中。在一些实施例中，一个或多个电子显示设备510的图像亮度可以比其它的按比例降低更多。这可以通过使用不同的映射函数组来实现，映射函数的使用将在下面作进一步描述。根据一个或多个实施例，计算电子显示设备(例如显示系统100)显示图像所需的总功率包括确定在设备的显示屏(例如显示屏104)上要显示的图像的平均功率水平 (APL)。就显示系统100而言，图像的APL在此定义为显示屏104产生图像所需的功率与显示屏104产生全白屏所需的功率之比(用百分比表示)。因此，如果显示屏104具有100个像素(每个都有三个RGB子像素)，并且将要显示的图像由10个全白像素构成，那么图像的 APL是10%。APL量化相对于显示屏104的最大可能功率吸取的显示图像所需的功率。另外，由于显示屏104的功率最高限度也能够用显示屏104的总的可能功率吸取的百分比来量化，所以确定图像的APL就允许控制器104快速确定图像的亮度是否应当被降低。进一步地，确定图像APL便于APL映射函数的使用，根据一些实施例该APL映射函数能够用来精确地规定图像应当被变暗多少。在一实施例中，确定图像的APL，然后使用APL映射函数来规定图像的亮度是否被降低以及降低多少，以便由电子显示设备使用比该显示设备的预定的功率最高限度低的功率来显示图像。就LPD (例如LPD 200)而言，其激光输入功率基本上与输出的光强度相等， APL可以用下式来定义
权利要求
1.一种在电子显示系统上显示图像的方法，包括 接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一个或多个帧的图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平，调节电子显示系统的参数。
2.如权利要求1所述的方法，其中平均功率水平基于单帧图像数据而被确定。
3.如权利要求1所述的方法，其中平均功率水平基于多帧图像数据而被确定。
4.如权利要求3所述的方法，其中每当显示一帧图像数据时，基于由所述多帧图像数据的滑动平均确定的平均功率水平，不断地设置所述参数。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述调节包括按比例降低电子显示系统的亮度水平。
6.如权利要求5所述的方法，其中电子显示系统的亮度水平根据将目标亮度水平映射至平均功率水平的函数而按比例降低。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述调节包括按比例降低电子显示系统的功率水平。
8.如权利要求7所述的方法，其中电子显示系统的功率水平根据将目标功率水平映射至平均功率水平的函数而按比例降低。
9.如权利要求1所述的方法，其中电子显示系统包括多个显示屏，每个显示屏显示所述图像数据的一部分。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述参数被调节以维持期望的灰度系数。
11.一种在具有多个激光源的激光荧光显示设备上显示图像的方法，包括 接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一个或多个帧的图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平，调制激光源。
12.如权利要求11所述的方法，其中激光源根据多个最大强度设置而被调制，每个所述最大强度设置是基于所述平均功率水平而被设置的。
13.如权利要求12所述的方法，其中最大强度设置随平均功率水平降低而增大。
14.如权利要求13所述的方法，其中最大强度设置随平均功率水平降低而增大的速率不同，并且最高的最大强度设置具有最高的增大速率，最低的最大强度设置具有最低的增大速率。
15.如权利要求11所述的方法，其中基于N帧图像数据的滑动平均而确定平均功率水平，N至少为2。
16.如权利要求11所述的方法，其中激光荧光显示设备包括两个或更多个不同的显示模块，每个显示模块显示图像数据帧的一部分，每帧图像数据要在所述不同的显示模块上同时显示为单个图像。
17.一种在显示设备上显示图像的方法，包括 接收代表要被显示的一个或多个图像的输入； 基于该输入确定显示值；比较该显示值和阈值；以及基于所述比较调节显示设备的参数。
18.如权利要求17所述的方法，其中显示值是功率值，阈值是最大允许功率值。
19.如权利要求17所述的方法，其中显示值是显示输出强度值，阈值是最大允许亮度值。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述输入代表要被显示的图像序列。
21.如权利要求17所述的方法，其中阈值根据显示值而改变。
22.如权利要求17所述的方法，其中显示设备包括两个或更多个不同的显示模块，每个显示模块显示要被显示的一个图像的一部分，并且所述输入要在所述不同的显示模块上同时显示为单个图像。
23.一种具有处理单元和其中存储有指令的存储设备的电子显示系统，其中处理单元执行指令以执行下列步骤接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一个或多个帧的图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平，调节电子显示系统的参数。
24.如权利要求23所述的系统，其中平均功率水平基于单帧图像数据而被确定。
25.如权利要求23所述的系统，其中平均功率水平基于多帧图像数据而被确定。
26.如权利要求25所述的系统，其中每当显示一帧图像数据时，基于由所述多帧图像数据的滑动平均确定的平均功率水平，不断地设置所述参数。
27.如权利要求23所述的系统，其中所述调节包括按比例降低电子显示系统的亮度水平。
28.如权利要求27所述的系统，其中电子显示系统的亮度水平根据将目标亮度水平映射至平均功率水平的函数而按比例降低。
29.如权利要求23所述的系统，其中所述调节包括按比例降低电子显示系统的功率水平。
30.如权利要求四所述的系统，其中电子显示系统的功率水平根据将目标功率水平映射至平均功率水平的函数而按比例降低。
31.如权利要求23所述的系统，进一步包括多个显示屏，每个显示屏显示图像数据的一部分。
32.如权利要求23所述的系统，其中所述参数被调节以维持期望的灰度系数。
全文摘要
本发明涉及用于显示屏的动态功率和亮度控制。以降低的功率水平在电子显示设备上显示图像。每当以初始光强度显示图像将会导致显示设备的功耗超过预定的最大功率水平时，通过统一将图像的初始光强度按比例降低至更低的光强度，使显示设备使用的功率维持在预定的最大功率水平以下。
文档编号G09G5/00GK102298918SQ20111020941
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者A·布德尼, R·哈加 申请人:普雷斯姆股份有限公司
技术领域：
本发明的实施例一般涉及显示屏，更具体地，涉及动态地控制显示屏的消耗功率和亮度的方法。
背景技术：
电子显示系统一般被用来显示来自电脑或其它来源的信息。典型的显示系统就尺寸而言包括从用于移动设备中的小型显示器到用来同时向数以千计的观看者显示图像的非常大型的显示器(例如平铺式显示器)。降低功耗是这些显示器的一个期望的特征，这既是由于向使用者提供的长期能源节约，也是由于降低了与具有较低功率需求的系统相关的成本和安装的复杂度。用于电子显示系统的一些技术，例如激光荧光显示器(LPD)和有机发光二极管 (OLED)，能够通过使用“颜色增加”的方式在观看表面上的每个像素上产生颜色来显著地降低功耗。具体来讲，在给定的像素上生成红、绿和蓝光能量以产生该像素的期望的亮度和色调。因此，LPD、OLED显示器等的使用功率与显示器的观看表面产生的总的光能量成比例。 这与通过选择性地过滤或者挡住不同颜色的光而在观看表面上的每个像素上产生颜色的显示系统(例如数字光处理(DLP)显示器)形成对比。在这些系统中，白光源，例如白炽灯泡，在这样一个显示系统中一直被设置为满强度。因此，当系统产生较暗的图像或者不需要全部三色的图像时，功耗并没有减少。当在大量的图像或者相对长的时间间隔上被平均时，LPD、基于OLED的显示屏和使用颜色增加的方式产生颜色的其它显示系统的功耗能够显著小于其它显示技术的功耗。 然而，当正被显示的特定图像的大部分或者全部相对亮时，这样的显示系统就提供了较少的能量节约。因此，当显示较亮图像时，通过颜色增加的显示系统向使用者提供了较少的能量节约。另外，在平铺式显示系统中，在它们显示亮的图像时平铺式显示系统使用的功率可能余超过可用的功率。甚至在使用LPD的平铺式系统中也可能如此。升级对这样的系统的功率供给可能是一种选择，但会使得成本高。另一种选择是重新校准系统至较低的最大功率水平，但是这影响了低亮图像的质量和动态范围。如前所述，本领域需要一种利用电子显示设备显示图像而不超过最大可用功率的方法。
发明内容
本发明的一个或多个实施例提供动态控制电子显示设备消耗的功率和在其上呈现的图像的亮度的方法。在一实施例中，通过依照预定的设置统一地按比例降低所呈现图像的亮度，显示设备消耗的功率被减少，从而使显示设备的功耗不超过预定的最大功率水平。根据本发明一实施例，一种在电子显示系统上显示图像的方法包括下列步骤接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一帧或多帧图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平调节电子显示系统的参数(例如功率水平或亮度水平)。平均功率水平可以基于单帧图像数据或者多帧图像数据而被确定。根据本发明的一实施例，一种在具有多个激光源的激光荧光显示设备上显示图像的方法包括下列步骤接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一帧或多帧的图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平调制激光源。根据多个最大强度设置调制激光源，其中每个最大强度设置是基于平均功率水平而被设置的，并且最大强度设置被预定为随平均功率水平降低而增大。根据本发明一实施例，一种在显示设备上显示图像的方法包括下列步骤接收代表一个或多个要被显示的图像的输入；基于该输入确定显示值；比较该显示值和一阈值； 以及基于比较结果调节显示设备的参数。在一实施例中，显示值是一功率值，而阈值是一最大允许功率值。在另一实施例中，显示值是显示输出强度值，而阈值是最大允许亮度值。
为了更详细地理解本发明的上述特征，下面结合实施例对上面概述的本发明进行更加具体地说明，部分实施例在附图中示出。然而，值得注意的是，附图仅示出了本发明的典型实施例，因此不应被认为是对本发明范围的限制，因为本发明可容许其他同等有效的实施方式。图1是显示系统的框图，该显示系统可以从本发明实施例中受益。图2是示例的激光-荧光显示器(LPD)的示意图，该LPD具有带有荧光条的屏和用于产生一个或多个扫描激光束以激发屏上的荧光材料的激光模块。图3是图2中示出的屏的部分示意图。图4是图2中的激光模块的框图。图5示出了 2X2平铺式显示设备的一个例子，该显示设备可以从本发明实施例中受益。图6示出了根据本发明实施例的可用来规定LPD要显示的图像的变暗的平均功率水平(APL)映射函数族。图7示出了在APL映射函数的恒定值部分与其下降坡部分之间具有平滑过渡的 APL映射函数。图8示出具有调节后的光输出的相对陡的衰减的APL映射函数，该相对陡的衰减在与LPD的功率最高限度相应的图像APL之前很久就出现。图9示出根据本发明实施例的APL映射函数族。图10是子像素的期望的光强度(用尼特表示)随该子像素或者其它光源的光输出强度(用DAC计数表示)变化的曲线图，其中两个灰度系数值被比较。图11是一流程图，以逐步的方式概括了根据本发明实施例的在电子显示设备上以降低的功率水平显示图像的方法。为清楚起见，在可应用处使用了相同的附图标记来标示各图之间共同的相同的元件。可以构思，一个实施例的特征可被并入其他实施例而不需要进一步的列举。
具体实施例方式图1是可从本发明实施例受益的显示系统100的框图。显示系统100可以用来显示一系列图像(也称为帧)以产生视颜序列，或者显示单个静态图像。显示系统100包括电源101，存储块102，控制器103和显示屏104。电源101可以是传统的电源插座(例如 110VAC或者220VAC的电源插座)、硬布线电连接、或者提供为了显示系统100适当操作而需要的电压和电流强度的其它电连接。存储块102可包括DRAM，闪存，或者用来保存用于构建要被显示系统100显示的一个或多个图像的图像数据105的其它存储设备。控制器103 可包括一个或多个适当的处理器，该处理器用于将存储块102中的图像数据105转换成输出信号106，该处理器包括通用处理器(例如微处理器、数字信号处理器(DSP))和专用处理器(例如专用集成电路(ASIC))。显示屏104可以是激光荧光显示器(LPD)屏，基于有机发光二极管(OLED)的显示屏，或者在每个像素上产生不同颜色(例如红、绿、蓝)的光的组合以产生该像素的期望的亮度和色调的其它电子显示屏。例如，显示屏104的一个像素可以包括红、绿、蓝(RGB)子像素，其用来产生必需的红、绿、蓝光，该红、绿、蓝光通过组合产生该像素的期望的色调和亮度。在LPD中，这样的子像素可以是被激光脉冲激发的荧光材料。在基于OLED的显示屏中，这样的子像素可以由位于阳极和阴极之间的聚合物导电和发射层构成。显示屏104也可以基于其它技术，例如发光二极管(LED)阵列。工作中，显示系统100接收并在存储块102中存储图像数据105。图像数据105包括用于构建要被显示系统100显示的单个静态图像的数字信息或者用于构建包含有要被显示系统100显示的一系列帧的视频序列的数字信息。图像数据105包括例如显示屏104 的每个子像素的光强度的信息以产生所需图像或帧。控制器103从存储块102中取出用于单个视频帧或静态图像的图像数据105，并计算显示系统100显示该帧或图像所需的总功率。控制器103然后比较计算出的功率与显示系统100的预定的最大允许功率限度(即“功率最高限度”)。如果计算出的功率超过最大允许功率限度，控制器103通过相应地按比例降低每个像素和子像素的亮度来统一地使该帧或图像变暗，以使显示系统100使用的总功率低于显示系统100产生图像的功率最高限度。然后，控制器103发送输出信号106至产生图像的显示屏104。输出信号106包括为了以低于显示系统100的最大允许功率限度的功率产生图像而需要的控制信号。根据本发明的一个或多个实施例，图1中的显示系统100可以是基于LPD的显示系统。图2是一示例性的LPD 200的示意图，该LPD具有带有荧光条202的屏201和激光模块250，该激光模块250用来产生一个或多个扫描激光束203以激发屏201上的荧光材料。荧光条202由交替的不同颜色(例如红、绿、蓝)的荧光条组成，其中这些颜色被选择以使得它们能够组合以形成白光以及其它颜色的光。扫描激光束203是经过调制的光束， 其在屏201上沿两个垂直的方向(例如水平地208和垂直地209)以光栅扫描模式扫描，以在屏201上为观众206产生图像。图3是图2中示出的屏201的部分示意图。图3示出像素元件305，其每个包括红、绿、蓝荧光条202的一部分。属于特定像素元件305的荧光条202的部分由激光扫描路径302规定，如图所示。激光模块250通过沿激光扫描路径302引导扫描激光束203且调制扫描激光束203以将期望量的光能量传递给每个像素元件305中存在的红、绿和/或蓝荧光条202中的每一个，在屏201上形成图像。通过发射由对给定的像素元件305中的每个含有荧光物质的条的选择性激光激发而产生的可见光，每个图像像素元件305输出光来形成期望的图像。因此，对每个像素元件305的红、绿、蓝部分的调制就控制在每个图像像素元件位置的合成颜色和图像亮度。图3中，像素区域的一个尺度由三个荧光条202的宽度规定，而对激光束点尺寸的控制则规定垂直尺度。在其它实施方式中，图像像素元件305的两个尺度可以由物理边界规定，例如将荧光条202分成矩形的含有荧光物质的区域。在一实施例中，各个荧光条202 以约500 μ m至约550 μ m的间距隔开，使得像素元件305的宽度为约1500 μ m数量级。在另一实施例中，各个荧光条202以约125 μ m至约IOOOym的间距隔开。图4是图2中激光模块250的框图。激光模块250包括一信号调制控制器420， 其直接调制激光源410的输出以控制传递到每个像素元件305中存在的每一个荧光条202 的能量。例如，信号调制控制器420可以控制激光源410中存在的激光二极管的驱动电流。 光束扫描和成像模块430将经过调制的光束(即扫描激光束203)投射至屏201上以激发颜色荧光物质。可选地，激光源410用来产生连续波(CW)未调制激光束，光调制器(未示出)用来以红、绿、蓝的图像信号调制产生的CW激光束。在这一结构中，信号调制控制器用来控制光调制器。例如，声-光调制器或者电-光调制器可以用作光调制器。在一实施例中，激光源410进一步包括两个或更多个紫外线激光器410A，其连同激光模块250中的其它部件一起用来向在屏201上布置的荧光区域传递光束阵列。基于激光的显示系统的一个例子在被共同转让的美国专利申请No. 12/123，418中有进一步的描述，该美国专利申请的名称为“用于扫描光束显示系统的带有发光条的多层屏”，申请日为2008年5月19日，其全部内容被包括在此。平铺式显示墙提供了一个通过将多个投影机的输出联在一起而呈现高清晰度显像的大型环境。这样的大型显示器可以通过将多个较小的显示设备平铺在一起来产生。例如，在电子煤介中常见的视频墙典型地使用多个电子显示设备，例如显示系统100或者LPD 200，其被平铺以产生这样的大型显示器。本发明的实施例构思以降低的亮度和功率水平在平铺式显示墙设备上显示图像，从而避免超过平铺式显示墙的预定的最大允许功耗。图5 示出了 2X2平铺式显示设备500的一个例子，该显示设备可以从本发明的实施例中受益。平铺式显示设备500包括安装到显示机架(为了清楚起见未示出)上的多个电子显示设备510。图5所示的例子中，四个电子显示设备510以2X2阵列安装在一起。多个电子显示设备的其它结构，例如1X4，2X3，5X6等等，同样可以从本发明的实施例中受益。每个电子显示设备510在结构和操作上基本上类似于图1中的显示系统100，除了平铺式显示设备500的各个电子显示设备510配置为相互组合地操作以显示单个大型图像或视频序列，而不是四个独立图像或视频序列。平铺式显示设备500包括一主电源501，一存储块502，和一中央控制器503。主电源501配置为将电功率分配给每个电子显示设备510，并从单点电源520接收这样的功率。单点电源520可以是传统的电源插座(例如110VAC或者220VAC电源插座)、硬布线电连接、或者提供为了平铺式显示设备500适当操作而需要的电压和电流强度的其它电连接。存储块502可以包括DRAM、闪存、或者用于保存用来构建要被平铺式显示设备500显示的一个或多个图像的图像数据105的其它存储设备。中央控制器503基本上与图1中的控制器103类似，但是还配置为将存储块502中的图像数据105 分成输出信号506，并将每个输出信号506引向适当的电子显示设备510，以使相关的图像或者视频序列由平铺式显示设备500显示出来。操作中，平铺式显示设备500接收并在存储块502中存储图像数据105。中央控制器503从存储块502中取出用于单个视频帧或者静态图像的图像数据105，并计算平铺式显示设备500显示该帧或图像所需的总功率。然后中央控制器503比较计算出的功率和平铺式显示设备500的预定最大允许功率限度(即功率最高限度)。平铺式显示设备500的预定的功率最高限度是用户规定的或者默认的值，并且可能取决于许多因素，包括可从单点电源520获得的最大功率、平铺式显示设备500的最大期望亮度等。如果计算出的显示图像的功率超过平铺式显示设备500的功率最高限度，则中央控制器503通过相应地按比例降低每个像素和子像素的亮度而统一使该帧或图像变暗，以使平铺式显示设备500使用低于预定的功率最高限度的功率水平来产生图像。然后，中央控制器503发送适当的输出信号506至每一个电子显示设备510。各电子显示设备510共同以一亮度产生该图像或视频帧，该亮度确保平铺式显示设备500的功率最高限度没有被超过。值得注意的是，分别与各个电子显示设备510对应的该图像的四个部分都同样地按比例降低亮度，以使该图像的整体显示是统一的，这一点反映在用于每个电子显示设备510的输出信号506所包含的数据中。在一些实施例中，一个或多个电子显示设备510的图像亮度可以比其它的按比例降低更多。这可以通过使用不同的映射函数组来实现，映射函数的使用将在下面作进一步描述。根据一个或多个实施例，计算电子显示设备(例如显示系统100)显示图像所需的总功率包括确定在设备的显示屏(例如显示屏104)上要显示的图像的平均功率水平 (APL)。就显示系统100而言，图像的APL在此定义为显示屏104产生图像所需的功率与显示屏104产生全白屏所需的功率之比(用百分比表示)。因此，如果显示屏104具有100个像素(每个都有三个RGB子像素)，并且将要显示的图像由10个全白像素构成，那么图像的 APL是10%。APL量化相对于显示屏104的最大可能功率吸取的显示图像所需的功率。另外，由于显示屏104的功率最高限度也能够用显示屏104的总的可能功率吸取的百分比来量化，所以确定图像的APL就允许控制器104快速确定图像的亮度是否应当被降低。进一步地，确定图像APL便于APL映射函数的使用，根据一些实施例该APL映射函数能够用来精确地规定图像应当被变暗多少。在一实施例中，确定图像的APL，然后使用APL映射函数来规定图像的亮度是否被降低以及降低多少，以便由电子显示设备使用比该显示设备的预定的功率最高限度低的功率来显示图像。就LPD (例如LPD 200)而言，其激光输入功率基本上与输出的光强度相等， APL可以用下式来定义
权利要求
1.一种在电子显示系统上显示图像的方法，包括 接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一个或多个帧的图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平，调节电子显示系统的参数。
2.如权利要求1所述的方法，其中平均功率水平基于单帧图像数据而被确定。
3.如权利要求1所述的方法，其中平均功率水平基于多帧图像数据而被确定。
4.如权利要求3所述的方法，其中每当显示一帧图像数据时，基于由所述多帧图像数据的滑动平均确定的平均功率水平，不断地设置所述参数。
5.如权利要求1所述的方法，其中所述调节包括按比例降低电子显示系统的亮度水平。
6.如权利要求5所述的方法，其中电子显示系统的亮度水平根据将目标亮度水平映射至平均功率水平的函数而按比例降低。
7.如权利要求1所述的方法，其中所述调节包括按比例降低电子显示系统的功率水平。
8.如权利要求7所述的方法，其中电子显示系统的功率水平根据将目标功率水平映射至平均功率水平的函数而按比例降低。
9.如权利要求1所述的方法，其中电子显示系统包括多个显示屏，每个显示屏显示所述图像数据的一部分。
10.如权利要求1所述的方法，其中所述参数被调节以维持期望的灰度系数。
11.一种在具有多个激光源的激光荧光显示设备上显示图像的方法，包括 接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一个或多个帧的图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平，调制激光源。
12.如权利要求11所述的方法，其中激光源根据多个最大强度设置而被调制，每个所述最大强度设置是基于所述平均功率水平而被设置的。
13.如权利要求12所述的方法，其中最大强度设置随平均功率水平降低而增大。
14.如权利要求13所述的方法，其中最大强度设置随平均功率水平降低而增大的速率不同，并且最高的最大强度设置具有最高的增大速率，最低的最大强度设置具有最低的增大速率。
15.如权利要求11所述的方法，其中基于N帧图像数据的滑动平均而确定平均功率水平，N至少为2。
16.如权利要求11所述的方法，其中激光荧光显示设备包括两个或更多个不同的显示模块，每个显示模块显示图像数据帧的一部分，每帧图像数据要在所述不同的显示模块上同时显示为单个图像。
17.一种在显示设备上显示图像的方法，包括 接收代表要被显示的一个或多个图像的输入； 基于该输入确定显示值；比较该显示值和阈值；以及基于所述比较调节显示设备的参数。
18.如权利要求17所述的方法，其中显示值是功率值，阈值是最大允许功率值。
19.如权利要求17所述的方法，其中显示值是显示输出强度值，阈值是最大允许亮度值。
20.如权利要求17所述的方法，其中所述输入代表要被显示的图像序列。
21.如权利要求17所述的方法，其中阈值根据显示值而改变。
22.如权利要求17所述的方法，其中显示设备包括两个或更多个不同的显示模块，每个显示模块显示要被显示的一个图像的一部分，并且所述输入要在所述不同的显示模块上同时显示为单个图像。
23.一种具有处理单元和其中存储有指令的存储设备的电子显示系统，其中处理单元执行指令以执行下列步骤接收要被显示的成帧的图像数据；确定用于显示一个或多个帧的图像数据的平均功率水平；以及根据平均功率水平，调节电子显示系统的参数。
24.如权利要求23所述的系统，其中平均功率水平基于单帧图像数据而被确定。
25.如权利要求23所述的系统，其中平均功率水平基于多帧图像数据而被确定。
26.如权利要求25所述的系统，其中每当显示一帧图像数据时，基于由所述多帧图像数据的滑动平均确定的平均功率水平，不断地设置所述参数。
27.如权利要求23所述的系统，其中所述调节包括按比例降低电子显示系统的亮度水平。
28.如权利要求27所述的系统，其中电子显示系统的亮度水平根据将目标亮度水平映射至平均功率水平的函数而按比例降低。
29.如权利要求23所述的系统，其中所述调节包括按比例降低电子显示系统的功率水平。
30.如权利要求四所述的系统，其中电子显示系统的功率水平根据将目标功率水平映射至平均功率水平的函数而按比例降低。
31.如权利要求23所述的系统，进一步包括多个显示屏，每个显示屏显示图像数据的一部分。
32.如权利要求23所述的系统，其中所述参数被调节以维持期望的灰度系数。
全文摘要
本发明涉及用于显示屏的动态功率和亮度控制。以降低的功率水平在电子显示设备上显示图像。每当以初始光强度显示图像将会导致显示设备的功耗超过预定的最大功率水平时，通过统一将图像的初始光强度按比例降低至更低的光强度，使显示设备使用的功率维持在预定的最大功率水平以下。
文档编号G09G5/00GK102298918SQ20111020941
公开日2011年12月28日 申请日期2011年6月7日 优先权日2010年6月7日
发明者A·布德尼, R·哈加 申请人:普雷斯姆股份有限公司
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