一种显示屏过驱动控制器的制作方法

1.本发明涉及显示屏技术领域，具体为一种显示屏过驱动控制器。


背景技术：

2.液晶显示(liquid crystal display,lcd)技术在过去的二十多年是最为成熟和应用最为广泛的显示技术，液晶显示中不同颜色的亮度主要是通过施加不同驱动控制电压实现，通过施加不同的电压来改变液晶分子的旋转角度，进而控制背光透光量的大小形成不同颜色的亮度。但现有的液晶显示器存在显示效果差、运动模糊等问题，原因在于，若施加的驱动控制电压发生变化，则液晶分子的反应会滞后电压变化一段时间随之减慢，这极易造成显示的动态画面发生影像模糊的效果。目前，常用的用于提升液晶显示器的动态显示效果、减小运动模糊的方式是过驱动控制，尤其是针对高刷新率的视频内容显示，过驱动控制(overdrive control)技术可以有效提升液晶分子的反应速度，减小运动影像的拖尾效应，从而能够支持高帧率视频的显示。
3.在过驱动控制技术中，为加快液晶分子的反应速度，需要在正常驱动电压 v的基础上施加一个更大的过驱动电压v δv值，持续一帧时间后，再恢复到正常驱动电压值v。过驱动需要的δv电压值不仅与像素当前显示的灰度相关，还与前一帧的灰度相关，通常是采用一个二维查找表再利用三角插值来计算过驱动电压值δv。
4.为了实现上述的过驱动技术，显示屏控制器需要将一帧图像数据存储于帧缓存中，用于实现过驱动控制的增强计算，这一帧数据的缓存空间与视频分辨率相关，对应于高分辨率的显示器，一帧图像数据会占用较大的存储空间，较大空间存储芯片的使用以及较高的读写访问宽带的使用使液晶显示屏的整体成本提高，解决这个问题的方式是引入图像数据压缩来节省存储器空间和读写访问宽带，采用压缩和解压缩技术可以很好的降低帧缓存的存储容量，从而降低显示控制器的成本。
5.现有的用于液晶显示器过驱动控制的电路通常采用以下两种压缩方式：一种是复杂的压缩算法，例如与jpg相似的压缩算法，其在性能上能取得较好的压缩效果，但是会导致实现电路非常复杂，大幅增加了电路成本，在移动应用中也会增加显示系统功耗；另一种是简单的方块编码算法，即btc(blocktruncation coding)算法，该算法是过驱动控制技术中使用最广泛的图像压缩算法，其原理是针对一个2x2或4x4的区块(block)，将所有像素灰度值映射到两个灰度值rv0和rv1上，再用一个对应区块大小的位图(bitmap)记录灰度值的映射关系，这种压缩方法的优点是算法原理简单，电路实现规模小，结构简单，功耗和成本低；但是缺点是只能支持两个灰度值，压缩后的图像的失真较大，性能较差，而且压缩比也非常低。


技术实现要素：

6.针对现有技术中存在的显示屏过驱动控制中图像压缩算法的压缩比低、失真较大、性能较差等技术问题，本发明提供了一种显示屏过驱动控制器，其可提高压缩比，同时
可降低图像失真，提高压缩性能。
7.为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
8.一种显示屏过驱动控制器，其包括图像压缩和解压缩处理单元，其特征在于，所述图像压缩和解压缩处理单元用于对视频数据进行压缩和解压缩处理，所述图像压缩和解压缩处理单元的输入端的输入数据为所述视频数据，所述图像压缩和解压缩处理单元为基于四值的压缩/解压缩数据处理器或基于三值的压缩/解压缩数据处理器，所述四值包括最大参考值、最小参考值、第一中间参考值、第二中间参考值；所述三值包括最大参考值、最小参考值、平均参考值。
9.其进一步特征在于，
10.所述显示屏过驱动控制器还包括帧缓存读写控制单元、帧缓存单元、静态图像检测单元、过驱动控制电路单元，所述帧缓存读写控制单元用于压缩后数据帧的读写控制，所述帧缓存单元用于存储压缩后的数据帧，所述数据帧包括前一帧数据、当前帧数据，所述静态图像检测单元用于检测解压缩后的所述前一帧数据与所述当前帧数据是否一致，以判断显示的视频数据是否为静态图像，所述图像压缩和解压缩处理单元、帧缓存读写控制单元、帧缓存单元依次连接，所述图像压缩和解压缩处理单元还依次连接所述静态图像检测单元、过驱动控制电路单元，所述过驱动控制电路单元用于获取所需的过驱动电压值，所述过驱动控制电路的输出端的输出数据为处理后的视频数据；
11.所述图像压缩和解压缩处理单元、帧缓存读写控制单元、静态图像检测单元、过驱动控制电路单元集成于同一芯片电路中；
12.所述图像压缩和解压缩处理单元针对2x2分区块，基于四值的排列组合方式进行映射编码，所述四值的排列组合包含56种组合方式，所述56种组合方式为所述2x2分区块中所述四值按不同方式进行组合的位置分布排列情况；
13.所述图像压缩和解压缩处理单元基于ycocg色彩空间实现所述视频数据中的图像数据的编码处理，当所述ycocg色彩空间色深为8位时，一个2x2 分区块压缩处理后编码的数据格式为48位，压缩比为2:1；
14.所述四值的压缩/解压缩数据处理器用于实现所述48-bit数据格式的编码压缩，基于所述ycocg色彩空间，所述ycocg色彩空间包括y、co和cg三个分量，所述48-bit编码中包括一个6-bit映射编码、六个7位参考值数据，两个压缩后的所述最大参考值、最小参考值为按照所述y、co和cg三个分量分别保存7位参考值数据；
15.所述图像压缩和解压缩处理单元针对2x2分区块，基于三值的排列组合方式进行映射编码，所述三值的排列组合包含26种组合方式，所述26种组合方式为所述2x2分区块中所述三值按不同方式进行组合的位置分布排列情况；
16.所述图像压缩和解压缩处理单元基于ycocg色彩空间实现所述视频数据中的图像数据的编码处理，当所述ycocg色彩空间色深为8位时，压缩处理后编码的数据格式为32位，压缩比为3:1；
17.所述三值的压缩/解压缩数据处理器用于实现32-bit编码的压缩，基于所述 ycocg色彩空间，所述ycocg色彩空间包括y、co和cg三个分量，所述32-bit 编码中包括6-bit映射编码，两个压缩后的所述最大参考值、最小参考值分别为按照所述y分量保留两个压缩后的7位最大参考值、7位最小参考值，所述co 分量、cg分量分别只保存一个6位的平均
参考值数据；
18.所述图像压缩和解压缩处理单元中的压缩/解压缩数据处理器使用48-bit压缩编码或32-bit压缩编码，在图像数据处理中，基于所述yuv或ycbcr色彩空间对所述图像数据进行压缩处理，压缩编码的数据格式与所述ycocg色彩空间编码压缩所采用的数据格式一致；
19.所述显示器为液晶显示器。
20.采用本发明上述结构可以达到如下有益效果：将本技术过驱动控制器用于显示器的显示控制中，过驱动控制器中包含有图像压缩和解压缩处理单元，图像压缩和解压缩处理单元用于对图像进行压缩、解压缩处理，图像压缩和解压缩处理单元为基于四值的压缩/解压缩数据处理器或基于三值的压缩/解压缩数据处理器，将四值的压缩/解压缩数据处理器或三值的压缩/解压缩数据处理器用于8位色深的图像数据压缩，压缩后的编码数据格式分别为48-bit编码、32-bit 编码，使压缩比分别达到2:1、3:1，可见，相比于现有的压缩比最大为1.92:1 压缩方式，采用本技术图像压缩和解压缩处理单元后，压缩比提高，从而提高了图像压缩性能。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明显示屏过驱动控制器的系统框图；
23.图2为本发明显示屏过驱动控制器的图像压缩和解压缩处理单元的电路结构框图；
24.图3中3a、3b分别为本发明四值区块压缩编码、三值区块压缩编码的数据位数表图；
25.图4为本发明基于四值的压缩/解压缩数据处理器进行图像压缩或解压缩处理时，将像素按排列组合方式排布的位置结构示意图；
26.图5为本发明基于四值的压缩/解压缩数据处理器进行图像压缩的映射编码图；
27.图6为本发明基于三值的压缩/解压缩数据处理器进行图像压缩或解压缩处理时，将像素按排列组合方式排布的位置结构示意图；
28.图7为本发明基于三值的压缩/解压缩数据处理器进行图像压缩的映射编码图。
29.其中，附图标记包括：6——2x2像素分区块，p11、p12、p21和p22是分区中四个位置的像素。
30.其中，附图符号说明：
31.fifo——先进先出队列单元
32.rgb2yuv——rgb到yuv色彩空间转换单元
33.yuv2rgb——yuv到rgb色彩空间转换单元
34.bit——2进制数表示的一位
35.bit map——值映射编码
36.rv0——最小参考值
37.rv1——最大参考值
38.rv
m0
,rv
m1
——四值情况中的中间参考值0和中间参考值1
39.rvm——三值情况中的中间参考值。
具体实施方式
40.为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
41.需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
42.在本发明的一个实施例中，提供了一种基于四值区块压缩的过驱动显示控制器。基于四值区块压缩的过驱动显示控制器，参见图1，包括图像压缩和解压缩处理单元1、帧缓存读写控制单元2、帧缓存单元3、静态图像检测单元4 和过驱动控制电路单元5。
43.图像压缩和解压缩处理单元1包括压缩/解压缩数据处理器；帧缓存单元3 包括缓冲寄存器，用于对帧数据进行缓存；帧缓存读写控制单元2包括读写器，用于对帧数据进行读写控制；静态图像检测单元4包括比较器，用于前一帧数据与当前值数据的比较判断；过驱动控制电路单元5包括过驱动增强计算电路，过驱动增强计算电路包括比较器、加法器、查表器，过驱动增强计算电路用于计算比较当前显示数据与前一帧数据，并根据查找表计算得出所需要的过驱动电压值，加法器用于对电压进行增强，查表器用于查表操作，获取所需要的过驱动电压值。
44.图像压缩和解压缩处理单元1，其输入端为显示控制器的当前原始显示输入视频数据，其压缩后图像数据的输出端与的帧缓存读写控制单元2的输入端相连，并被写入到帧缓存单元3中；同时前一帧的压缩图像数据从帧缓存单元 3中被帧缓存读写控制单元2读出，然后送入到图像压缩和解压缩处理单元1 中，做解压缩处理；解压缩后的前一帧与当前帧的图像数据输出到静态图像检测单元4中。帧缓存读写控制单元2，其位于图像压缩和解压缩处理单元1与帧缓存单元3之间，用于压缩后数据帧的读写控制。帧缓存单元3，用于存储压缩后的数据帧。静态图像检测单元4，用于检测解压缩后的前一帧数据与当前帧是否一致，以判断显示的视频数据是否为静态图像。
45.图像压缩和解压缩处理单元1，参见图2，包括依次连接的颜色空间转换模块一、行缓存器一、图像压缩模块一、fifo缓存模块、图像解压缩模块一、行缓存器二、颜色空间转换模块二；图像压缩和解压缩处理单元，还包括图像解压缩模块二、行缓存器三、颜色空间转换模块三，图像压缩模块一的输出端、图像解压缩模块二的输入端分别连接帧缓存读写控制单元，图像解压缩模块二的输出端依次连接图像解压缩模块二、行缓存器三、颜色空间转换模块三，颜色空间转换模块二、颜色空间转换模块三的输出端均连接静态图像检测单元，颜色空间转换模块一用于实现rgb颜色空间与yuv颜色空间的转换，将视频数据中每帧数据
的rgb图像转换为yuv图像，颜色空间转换模块二、颜色空间转换模块三用于实现yuv颜色空间与rgb颜色空间的转换，将解压缩后的 yuv图像转换为rgb图像。
46.图像压缩和解压缩处理单元将输入的当前原始显示视频数据从rgb转为 yuv格式，然后经过图像压缩编码后的数据码流由帧缓存读写控制单元写入到帧缓存单元中；同时前一帧图像的压缩数据码流从帧缓存单元中被帧缓存读写控制单元读出，然后送入到图像解压缩处理单元中，经过数据解码处理；解压缩后的前一帧与当前帧的图像数据输出到静态图像检测单元中，检测解压缩后的前一帧数据与当前帧是否一致，以判断显示的视频数据是否为静态图像。过驱动控制电路单元(包含增强电压计算电路)，用于比较当前显示数据与前一帧数据的差别，并根据查找表计算得出所需要的过驱动电压值。
47.图像压缩和解压缩处理单元，参见图3，将输入视频信号按照2x2区块转化成4级灰度信号并进行映射编码，其中四值中只有最大参考值(图3中用rv0 表示)和最小参考值(用rv1表示)在压缩编码中保留。在2x2分区块上，参见图4和图5，将四值进行排列组合，排列组合指将四值按无中间参考值rvm0 和rvm1的像素、包含1个rvm0或1个rvm1的像素、包含2个rvm0或2 个rvm1的像素、包含1个rvm0和1个rvm1的像素的组合方式进行排布，共包含56种排布情况，这56种排布情况进行的映射编码能够覆盖所有四值的位置分布排列情况，见图4，图4中标号6表示图像压缩前的像素排布情况， p11、p12、p21、p22分别表示像素，rv0、rv1、rvm0、rvm1表示像素压缩后的参考值，括号中的数字表示排列组合的编号。图5为采用上述图4所示的映射编码方式进行映射编码的一种具体实施例，图5中coding表示四值中包含的参考值，位图编号表示以上56种排布情况，最终位图编码表示基于四值进行压缩后的编码，当四值中全为相同值时，编码数量为p＝1，当四值中无中间参考值rvm0和rvm1时，编码数量为p＝7，当四值中包含一个rvm0或1个 rvm1，则编码数量为p＝24，当四值中包含2个rvm0或2个rvm1时，编码数量为p＝12，当四值中包含1个rvm0和1个rvm1，编码数量为12，从最终位图可以看出，采用本技术四值的压缩/解压缩数据处理器对图像压缩后的编码为6位，并且能够用6位编码表示所有56种位置组合情况。
48.其中图像压缩和解压缩处理单元也可以是一种基于三值的压缩/解压缩数据处理器，此种情况可以视为四值压缩的特例，参见图6和图7。这种情况下在2x2分区块上，将三值进行排列组合，排列组合指将三值按无平均参考值rvm 的像素、包含1个平均参考值rvm的像素、包含2个平均参考值rvm的像素的组合方式进行排布，共包含有26种情况，见图6，图6中标号6表示图像压缩前的像素位置排布情况，p11、p12、p21、p22分别表示像素，rv0、rv1、 rvm表示像素压缩后的参考值。图7为采用上述图6所示的映射编码方式进行映射编码的一种具体实施例，图7中coding表示四值中包含的参考值，位图编号表示以上26种排布情况，最终位图编码表示基于三值进行压缩后的编码，当三值中全为相同值时，编码数量为p＝1，当三值中无中间参考值rvm，编码数量为p＝7，当三值中包含一个rvm，则编码数量为p＝12，当三值中包含2个 rvm时，编码数量为p＝6，从最终位图编码可以看出，采用本技术三值的压缩 /解压缩数据处理器对图像压缩后的编码为5位，并且能够用5位编码表示所有 26种位置组合情况。
49.在使用48-bit压缩码流格式时，参见图3中的3a，基于ycocg色彩空间，除6-bit映射编码，两个压缩后的最大参考值和最小参考值按照y、co和cg三个分量分别保存7位数据。对于8位色深的输入图像数据，压缩比可以做到2： 1。
50.在使用32-bit压缩码流格式时，参见图3中的3b，基于ycocg色彩空间，除6-bit映射编码，按照y分量保留压缩后的最大参考值和最小参考值两个7 位参考值，co和cg两个分量则分别只保存一个6位平均参考值数据。对于8 位色深的输入图像数据，压缩比可以做到3：1。
51.基于ycc、yuv或ycbcr等色彩空间，图像压缩和解压缩处理单元使用 48-bit或32-bit压缩码流格式时，结果与上述情况保持一致。
52.在上述的图像压缩编码映射方式基础上，本发明提供了一种基于四值区块的图像压缩和解压缩处理电路及其图像数据映射的工作原理及过程如下：
53.首先在2x2分区块中，对各像素点的亮度值y按照四值——rv0、rv1、rv
m0
和rv
ml
进行分级，过程如下：先确定最大参考值rv`1和最小参考值rv`0，并计算中第一间参考值rv`
ml
和第二中间参考值rv`
m0
：
54.rv`
m1
＝rv`0 (rv`
1-rv`0)
×
2/3
ꢀꢀ
(1)
55.rv`
m0
＝rv`0 (rv`
1-rv`0)/3
ꢀꢀ
(2)
56.然后按照就近原则——像素亮度y离哪个值近就分到对应值的级别里，分配完成后得到2x2分区块中对应各个参考值的像素个数n0、n1、n
m0
和n
m1
。
57.在亮度分级的结果上，为降低压缩数据量化噪声误差的影响，需要重新计算参考值rv0和rv1，计算过程如下公式所示：
58.n0rv0 n
m0
rv
m0
n
m1
rv
m1
n1rv1＝(∑0p
ij
) (∑
m0
p
ij
) (∑
m1
p
ij
) (∑1p
ij
)
ꢀꢀ
(3)
[0059][0060][0061][0062]
其中，n0、n1、n
m0
和n
m1
分别是2x2分区块中对应各个参考值的像素个数，∑p
ij
是对同一参考值范围内像素点的y分量亮度值和co/cg分量色度值求和，n
total
是2x2分区块的像素
点数，此实施方式中为4。
[0063]
在前述亮度分级的结果上，2x2分区块的各个像素亮度值分级后就对应图4 中的一种分布方式(pattern)，在图5中，对每一种分布方式(pattern)对应一个6-bit的编码，加上前述计算的参考值rv0和rv1，这样就获得了压缩后的编码数据。如果y分量和co/cg分量采用4:4:4格式，获得的是48-bit压缩编码；如果y分量和co/cg分量采用4:2:0格式，获得的是32-bit压缩编码。
[0064]
从压缩编码数据恢复图像数据时，按照上述过程的逆过程进行。首先从压缩编码中获得2x2分区块的各个像素亮度值分级后对应的分布方式(图中用 pattern表示)和参考值rv0和rv1，然后用公式(1)和公式(2)计算rv
m0
和rv
m1
的值。然后从分布方式(pattern)反推出各个像素亮度值的分级，之后按照各像素对应分级获得各像素的y分量和co/cg分量值。
[0065]
本发明提供的图像压缩和解压缩处理单元也可以是一种基于三值压缩/解压缩数据处理器，此种情况是四值压缩的一种特例。本发明提供的基于三值区块的图像压缩和解压缩处理电路及其图像数据映射的工作原理及过程如下：
[0066]
首先在2x2分区块中，对各像素点的亮度值y按照三值——rv0、rv1和 rvm进行分级，过程如下：先确定最大参考值rv`1和最小参考值rv`0，并计算中间参考值rv`m[0067]
rv`m＝rv`0 (rv`
1-rv`0)/2 (7)
[0068]
然后按照就近原则——像素亮度y离哪个值近就分到对应值的级别里，分配完成后得到2x2分区块中对应各个参考值的像素个数n0、n1和nm。
[0069]
在亮度分级的结果上，为降低压缩数据量化噪声误差的影响，需要重新计算参考值rv0和rv1，计算过程如下公式所示：
[0070]
n0rv0 nmrvm n1rv1＝(∑0p
ij
) (∑mp
ij
) (∑1p
ij
)
ꢀꢀ
(8)
[0071]
(n0 nm/2)rv0 (n1 nm/2)rv1＝(∑0p
ij
) (∑mp
ij
) (∑1p
ij
)
ꢀꢀ
(9)
[0072][0073][0074]
其中，n0、n1和nm分别是2x2分区块中对应各个参考值的像素个数，∑p
ij
是对同一参考值范围内像素点的亮度值y和色度值co/cg求和，n
total
是2x2分区块的像素点数，此实施方式中为4。
[0075]
在前述亮度分级的结果上，2x2分区块的各个像素亮度值分级后就对应图6 中的一种分布方式(pattem)，在图7中，对每一种分布方式(pattem)都对应一个5-bit的编码，加上前述计算的参考值rv0和rv1，这样就获得了压缩后的码流数据。如果y分量和co/cg分量采
用4∶4∶4格式，获得的是48-bit码流；如果y分量和co/cg分量采用4∶2∶0格式，获得的是32-bit码流。
[0076]
从压缩码流数据恢复图像数据时，按照上述过程的逆过程进行。首先从压缩码流中获得2x2分区块的各个像素亮度值分级后对应的分布方式(pattern) 和参考值rv0和rv1，然后用公式(7)计算rvm的值。然后从分布方式(pattern) 反推出各个像素亮度值的分级，之后按照各像素对应分级获得各像素的y分量和co/cg分量值。
[0077]
本发明提供的基于四值区块压缩的过驱动显示控制器电路或基于三值区块压缩的过驱动显示控制器电路，优选应用于液晶显示器中过驱动显示控制器，可以应用于简单和信噪比要求不高的图像视频传输及存储系统的电路控制器，特别适合低延迟、高压缩比的图像压缩/解压缩数据处理，从图4～图7可以看出，本技术显示屏过驱动控制器不仅具有较高的压缩比和非常低的延迟，而且简化了整体电路方案的设计复杂度，降低了电路系统的成本。
[0078]
以上的仅是本技术的优选实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在发明的保护范围之内。