(57)【要約】ビデオ再生アーチファクトを削減するよう電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示するシステムは、電子ペーパー・ディスプレイと、ビデオ・トランスコーダと、ディスプレイ・コントローラと、波形モジュールとを備える。ビデオ・トランスコーダは、電子ペーパー・ディスプレイ上に提示するためのビデオ・ストリームを受け取る。ビデオ・トランスコーダは、ビデオ・ストリームを処理し、画素データを生成する。画素データはディスプレイ・コントローラに供給される。ビデオ・トランスコーダは、電子ペーパー・ディスプレイ上の表示をより好適にするために、ビデオ・ストリームを適合させ、再符号化する。一実施例では、ビデオ・トランスコーダは、所望の画像の代わりに制御信号を用いてビデオを符号化する工程と、シミュレーション・データを用いてビデオを符号化する工程と、コントラスト強調のためにビデオをスケーリングし、変換する工程と、シミュレーション・フィードバック、過去の画素、及び将来の画素を用いることにより、エラーを削減する工程とのうちの１つ又は複数を含む。本発明は、電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する方法も含む。
2010515929.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する方法であって
画素データを含むビデオ・ストリームを受け取る工程と、
ビデオ・データの画素の所望の値を求める工程と、
前記ビデオ・データの画素の将来の値を求める工程と、
前記ビデオ・データの画素の所望の値、及び前記ビデオ・データの画素の将来の値を処理して、前記電子ペーパー・ディスプレイに対する１つ又は複数の制御信号を生成する工程とを備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記所望の値を処理する工程は、前記画素の前記将来の値を用いて、前記画素の前記所望の値と、前記画素の達成可能な値との間のエラーを最小にする工程を含む方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記所望の値を処理する工程は、シミュレートされたデータを用いる方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記シミュレートされたデータは、前記画素の再構成された値である方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、前記画素の所望の値を判定する工程、及び前記画素の前記将来の値を判定する工程は、前記画素の前記所望の値、及び前記画素の前記将来の値をルック・アップ・テーブルから読み出す方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、前記所望の画素値をシフトさせることにより、前記画素の前記所望の値を調節する工程を備える方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法であって、
変動が要する時間がより少ない、画素値の範囲を求める工程と、
前記画素の前記所望の値が前記範囲に収まるよう調節する工程とを備える方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、前記所望の画素値をスケーリングすることにより、前記画素の前記所望の値を調節する工程を備える方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、
変動が要する時間がより少ない、画素値の範囲を求める工程と、
前記画素の前記所望の値が前記範囲に収まるようスケーリングする工程とを備える方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、処理する工程は、前記画素と同じフレーム内の第２の画素との間の空間的エラーを削減する工程を含む方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、前記所望の値を処理する工程は、近傍画素と同様なエラーを有するように前記所望の値を調節する工程を含む方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法であって、前記ビデオ・ストリームを受け取る工程と、前記所望の値を求める工程と、前記将来の値を求める工程と、前記所望の値を符号化する工程が、リアルタイムで行われる方法。
【請求項１３】
電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する方法であって、
画素データを含むビデオ・ストリームを受け取る工程と、
ビデオ・データの画素の所望の値を求める工程と、
変動が要する時間がより少ない、画素値の範囲を求める工程と、
前記所望の値が前記範囲に収まるよう調節する工程とを含む方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、調節する工程は、前記画素の前記所望の値をシフトさせる工程である方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法であって、調節する工程は、前記画素の前記所望の値をスケーリングする工程である方法。
【請求項１６】
電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示するシステムであって、
電子ペーパー・ディスプレイと、
入力及び出力を有するディスプレイ・コントローラであって、信号を受信し、制御信号を前記電子ペーパー・ディスプレイに施すよう適合させ、前記ディスプレイ・コントローラの前記出力が前記電子ペーパー・ディスプレイに結合されたディスプレイ・コントローラと、
ビデオ・ストリームを受け取り、制御信号を出力するよう適合させた符号器であって、前記符号器は、ビデオ・データの画素の所望の値、及び前記ビデオ・データの画素の将来の値を処理して、１つ又は複数の制御信号を生成し、前記符号器は前記ディスプレイ・コントローラの前記入力に結合された符号器とを備えるシステム。
【請求項１７】
請求項１６記載のシステムであって、前記符号器は、前記画素の前記将来の値を用いて、前記画素の前記所望の値と、前記画素の達成可能な値との間のエラーを最小にすることにより、前記制御信号を生成するシステム。
【請求項１８】
請求項１６記載のシステムであって、前記符号器は、前記所望の画素値をシフトさせることにより、前記画素の前記所望の値を調節するシステム。
【請求項１９】
請求項１６記載のシステムであって、前記符号器は、前記所望の画素値をスケーリングすることにより、前記画素の前記所望の値を調節するシステム。
【請求項２０】
請求項１６記載のシステムであって、前記符号器は、近傍画素と同様なエラーを有するように前記所望の値を調節するシステム。
【請求項２１】
電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する装置であって、
ビデオ・データの画素の所望の値、及び前記ビデオ・データの画素の将来の値を記憶する記憶装置と、
入力及び出力を有するビデオ変換器であって、前記ビデオ変換器の前記入力が前記記憶装置に結合され、前記ビデオ変換器は、前記画素の前記所望の値及び前記画素の前記将来の値から制御信号を生成するビデオ変換器とを備える装置。
【請求項２２】
請求項２１記載の装置であって、前記記憶装置がルックアップ・テーブルである装置。
【請求項２３】
請求項２１記載の装置であって、前記ビデオ変換器は、前記画素の前記将来の値を用いて、前記画素の前記所望の値と、前記画素の達成可能な値との間のエラーを最小にして、前記制御信号を生成する装置。
【請求項２４】
請求項２１記載の装置であって、シミュレーション・データを供給するシミュレーション・モジュールを備え、前記シミュレーション・モジュールは前記ビデオ変換器に結合され、前記ビデオ変換器は、前記制御信号の生成において前記シミュレーション・データを用いる装置。
【請求項２５】
請求項２４記載の装置であって、前記シミュレートされたデータは、前記画素の再構成された値である装置。
【請求項２６】
請求項２１記載の装置であって、前記所望の画素レベルをシフトさせることにより、前記画素の前記所望の値を調節するシフト・モジュールを備え、前記シフト・モジュールは、前記ビデオ変換器に結合される装置。
【請求項２７】
請求項２１記載の装置であって、前記所望の画素レベルをスケーリングすることにより、前記画素の前記所望の値を調節するスケーリング・モジュールを備え、前記スケーリング・モジュールは、前記ビデオ変換器に結合される装置。
【請求項２８】
請求項２１記載の装置であって、前記ビデオ変換器は、近傍画素と同様なエラーを有するように前記所望の値を調節する装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願との相互参照）
本出願は、その内容全体を参照により、本明細書及び特許請求の範囲に組み入れる、「Ｓｙｓｔｅｍｓ  ａｎｄ  Ｍｅｔｈｏｄｓ  ｆｏｒ  Ｉｍｐｒｏｖｉｎｇ  ｔｈｅ  Ｄｉｓｐｌａｙ  Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ  ｏｆ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｐａｐｅｒ  Ｄｉｓｐｌａｙｓ」と題する、西暦２００７年６月１５日付出願の米国仮特許出願第６０／９４４４１５号の、米国特許法第１１９条（ｅ）による利益を主張する。
【０００２】
本発明は一般に、電子ペーパー・ディスプレイの分野に関する。特に、本発明は、電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
電子的に更新することが可能なディスプレイにおいて紙の特性の一部を提供するいくつかの手法が最近、導入されている。このタイプのディスプレイが達成しようとする、紙の望ましい特性の一部には、低消費電力、柔軟性、広視野角、高分解能、高コントラスト、並びに、屋内及び屋外での可読性が含まれる。前述のディスプレイは、紙の特性を模倣しようとするため、本出願では電子ペーパー・ディスプレイ（ＥＰＤ）と呼ぶものとする。このタイプのディスプレイの他の名称には、ペーパーライク・ディスプレイ、ゼロ・パワー・ディスプレイ、ｅペーパー、双安定型ディスプレイや電気泳動ディスプレイが含まれる。
【０００４】
ＥＰＤを陰極線管（ＣＲＴ）ディスプレイや液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）と比較すると、一般に、ＥＰＤは、ずっと少ない電力を必要とし、より高い空間分解能を有するが、更新速度がより遅く、中間調制御の精度がより低く、色分解がより低い。多くの電子ペーパー・ディスプレイは現在、無彩色デバイスに過ぎない。カラー・デバイスは、しばしば、空間分解能及びコントラストを低下させる傾向にあるカラー・フィルタを加えることによってであるが利用可能になってきている。
【０００５】
電子ペーパー・ディスプレイは通常、透過性よりも反射性を有する。よって、電子ペーパー・ディスプレイは、デバイスにおいて光源を必要とするのでなく、環境光を用いることができる。このことにより、ＥＰＤが電力を使用することなく画像を維持することが可能になる。黒又は白の画素を連続して表示することが可能であり、一状態から別の状態に切り換える際にのみ電力が必要であるため、ＥＰＤは時には、「双安定型」として表される。しかし、多くのＥＰＤデバイスは複数の状態で安定し、よって、電力消費なしで複数の中間調をサポートする。
【０００６】
マイクロカプセル型電気泳動（ＭＥＰ）ディスプレイと呼ばれる一タイプのＥＰＤは、数百の粒子を粘性流体によって移動させて単一の画素を更新する。電界が印加されない場合、粘性流体は、粒子の移動を制限し、ＥＰＤに、電力なしで画像を維持することができるというその特性を与える。前述の流体は、電界が付加された場合も、粒子の移動を制限し、前述の流体により、ディスプレイの更新が他のタイプのディスプレイと比較して非常に遅くなってしまう。
【０００７】
電子ペーパー・ディスプレイは多くの利点を有するが、ビデオを表示する場合、いくつかの問題点。すなわち、（１）遅い更新速度（更新レーテンシとも呼ばれる）、（２）累積エラー、及び（３）先行して表示された画像の可視性（例えば、ゴースティング）が存在している。
【０００８】
第１の問題点は、大半のＥＰＤ技術が、従来のＣＲＴディスプレイやＬＣＤディスプレイと比較して、画像の更新に比較的長い時間を必要とするという点である。通常のＬＣＤは、正しい値に切り替わるために約５ミリ秒を必要とし、毎秒最大２００フレームのフレーム・レートをサポートする（達成可能なフレーム・レートは通常、ディスプレイ内の画素全てを修正する、ディスプレイ・ドライバ電子回路の機能によって制限される）。対照的に、多くの電子ペーパー・ディスプレイ（例えば、電子インク・ディスプレイ）は、画素値を白から黒に切り換えるために約３００乃至１０００ミリ秒を要する。前述の更新時間は一般に、電子ブックが必要とするページターニングに十分であるが、ユーザ・インタフェース、及びビデオのディスプレイを伴う相互作用アプリケーションの場合、問題となる。
【０００９】
ビデオ又は動画を表示する場合、各画像は理想的には、ビデオ・フレームの持続時間中（すなわち、次の要求されたリフレクタンスが受け取られるまで）所望のリフレクタンスにあるべきである。しかし、各ディスプレイは、特定のリフレクタンスに対する要求と、そのリフレクタンスが達成される時点との間である程度のレ―テンシを表す。ビデオが、毎秒１０フレーム（映画の場合の通常のビデオ・フレーム・レートが毎秒３０フレームであるため、これは既に削減されている）で流れており、画素を切り換えるために必要な時間が１０ミリ秒の場合、画素は９０ミリ秒間、正しいリフレクタンスを表示し、その効果は望み通りになる。画素を変えるために１００ミリ秒を要する場合、画素が先行フレームの正しいリフレクタンスを達成するちょうどその時点が、画素を別のリフレクタンスに変える時点になる。最後に、画素が変わるために２００ミリ秒を要する場合、画素は、正しいリフレクタンスに既に非常に近い状況（すなわち、ゆっくりと変わる画像）以外は正しいリフレクタンスを有するものでない。よって、ＥＰＤは、ビデオを表示するために使用されているものでない。
【００１０】
第２の問題点は、累積エラーである。種々の画素を種々の光出力レベルに駆動させるために種々の値が施されるにつれ、特定の光学的な一状態から光学的な別の状態に移すために画素に施される特定の信号又は波形に応じて、エラー―が挿入される。このエラーは、経時的に累積する傾向にある。通常の従来技術の解決策は、画素全てを黒に駆動させ、次いで白に駆動させ、次いで黒に戻すというものである。しかし、ビデオの場合、毎秒１０個以上のフレームでは、時間がないので、これを行うことは可能でなく。ビデオの場合、光学的な状態における遷移がもっと多く存在しているので、ＥＰＤが生成するビデオ画像において目に見える程度までこのエラーは累積する。
【００１１】
第３の問題点は、特定の画素をその所望のグレイ・レベルにセットするのに十分なフレームがしばしば存在しないという点で、更新レーテンシに関する。これにより、再生中に、目に見えるビデオ・アーチファクトが、特に、動きの多いビデオ・セグメントにおいてもたらされる。同様に、画素間にコントラストが存在している適切な光学的な状態に画素を駆動させるための、フレーム間の時間が存在しないので、ＥＰＤが生成する光画像において、十分なコントラストが存在しない。このことは、画素値の終端近く（黒及び白）では、光学的な状態（例えば、異なるグレイ・レベル）間で遷移するためにより多くの時間をディスプレイが必要とするという、ＥＰＤの特性にも関係する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示するシステム及び方法を提供することにより、従来技術の欠点及び制約を解消する。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
特に、本発明のシステム及び方法は、電子ペーパー・ディスプレイ上のビデオ再生アーチファクトを削減する。システムは、電子ペーパー・ディスプレイと、ビデオ・トランスコーダと、ディスプレイ・コントローラと、波形モジュールとを備える。ビデオ・トランスコーダは、電子ペーパー・ディスプレイ上に提示するためのビデオ・ストリームを受け取る。ビデオ・トランスコーダは、ビデオ・ストリームを処理し、画素データを生成する。画素データはディスプレイ・コントローラに供給される。ビデオ・トランスコーダは、電子ペーパー・ディスプレイ上の表示をより好適にするために、ビデオ・ストリームを適合させ、再符号化する。一実施例では、ビデオ・トランスコーダは、所望の画像の代わりに制御信号を用いてビデオを符号化する工程と、シミュレーション・データを用いてビデオを符号化する工程と、コントラスト強調のためにビデオをスケーリングし、平行移動する工程と、シミュレーション・フィードバック、過去の画素、及び将来の画素を用いることにより、エラーを削減する工程とのうちの１つ又は複数を含む。本発明は、電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する方法も含む。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施例による、例示的な電子ペーパー・ディスプレイの一部分を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施例による、通常の電子ペーパー・ディスプレイのモデルを示す図である。
【図３】特定の一実施例による、電子ペーパー・ディスプレイの制御システムを示すブロック図である。
【図４】本発明の一実施例による、ビデオ・トランスコーダを示すブロック図である。
【図５】本発明の一実施例による、ビデオ・フレームの、現在の画素のグレイ・レベル値、及び先行して再構成されたグレイ・レベル値を取り込むルックアップ・テーブルを示す図である。
【図６】本発明の一実施例による、将来の画素を用いてエラーを最小にするビデオ・トランスコーダの出力と比較した、従来技術の出力を示す図である。
【図７】本発明の一実施例による例示的な電子ペーパー・ディスプレイの画素の達成可能な変動のレートを示す図である。
【図８】本発明の一実施例による、コントラストを強調するようシフトさせたビデオ・トランスコーダの出力と比較した、従来技術の出力を示す図である。
【図９】本発明の一実施例による、コントラストを強調するようスケーリングされたビデオ・トランスコーダの出力と比較した、従来技術の出力を示す図である。
【図１０】本発明の一実施例による、電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明は、添付図面の図において、限定ではなく例として示す。同じ参照符号は同じ構成要素を示す。
【実施例】
【００１６】
電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示するシステム及び方法を記載する。以下の記載では、説明の目的で、数多くの特定の詳細を表して、本発明が徹底的に分かるようにしている。しかし、前述の特定の詳細なしで本発明を実施することが可能であることは当業者には明らかであろう。一方、本明細書及び特許請求の範囲をわかりにくくすることを避けるために、構造及び装置をブロック図で示している。以下の記載から、本明細書及び特許請求の範囲記載の構造及び方法の別の実施例が、特許請求の範囲記載発明の原理から逸脱しない限り用いることができる実行可能な代替策として容易に認識されよう。例えば、グレイ・スケール及び電気泳動ディスプレイの意味合いで本発明を以下に記載する。しかし、本発明の原理が、何れの双安定型ディスプレイや色系列にも適用可能であることを当業者は認識するであろう。
【００１７】
本明細書及び特許請求の範囲における、「一実施例」又は「実施例」への参照は、前述の実施例に関して記載した特定の構成、構造又は特性が本発明の少なくとも１つの実施例に含まれることを意味する。本明細書中の種々の箇所における句「一実施例における」は必ずしも、その全てが同じ実施例を表すものでない。
【００１８】
本明細書及び特許請求の範囲記載の通り、「ｃｏｍｐｒｉｓｅ」、「ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ」、「ｉｎｃｌｕｄｅｓ」、「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ」、「ｈａｓ」、「ｈａｖｉｎｇ」やその何れかの他の変形が、排他的でない包含をカバーすることを意図している。例えば、構成要素のリストを有する処理、方法、物若しくは装置は、必ずしも前述の構成要素に限定される訳でない一方、明記されていないか、又は前述の処理、方法、物若しくは装置に固有の他の構成要素を含み得る。更に、別途明記していない限り、「ｏｒ」は、包含的論理和を表し、排他的論理和は表さない。例えば、条件Ａ又はＢは、Ａが真であり（又は存在しており）、Ｂが偽であり（又は存在していない）場合と、Ａが偽であり（又は存在しておらず）、Ｂが真であり（又は存在している）場合と、Ａ及びＢが真であり（又は存在している）場合との何れか１つによって満たされる。
【００１９】
更に、「ａ」又は「ａｎ」を用いて本明細書及び特許請求の範囲記載の実施例の構成要素及び構成部分を表す。これは、便宜上、かつ、本発明の概略を示すために行っているに過ぎない。前述の記載は、１つ又は少なくとも１つを含むとして読むものとし、単数形は、そうでないことを意味することが明らかでない限り、複数形も含む。
【００２０】
以下の詳細な説明の一部は、コンピュータ・メモリ内のデータ・ビットに対する演算のアルゴリズム及び記号表現によって提示している。前述のアルゴリズムの記述及び表現は、当該技術分野における他の当業者に自らの成果の本質を最も効果的に伝えるうえでデータ処理技術分野における当業者によって用いられる手段である。アルゴリズムは本明細書では、かつ一般には、所望の結果につながる筋の通った一連の工程であるように考えられる。工程とは、物理的数量の物理的操作を必要とするものである。必然的ではないが通常は、前述の数量は、記憶、転送、合成、比較、及びその他の方法で操作することができる電気信号又は磁気信号の形式を呈する。ビット、値、構成要素、記号、文字、項、数字又は同様なものとして前述の信号を主に慣用の理由で場合によっては表すことが好都合であることが明らかになった。
【００２１】
しかし、前述及び同様な語は全て、適切な物理的数量と関連付けられるものとし、前述の数量に付される好都合なラベルに過ぎない。以下の記載から明らかであるように、別途明記しない限り、本明細書を通して、「処理」あるいは「計算」あるいは「算出」あるいは「判定」あるいは「表示」等などの語を利用した記載は、コンピュータ・システムのメモリ又はレジスタやその他の情報記憶装置、情報伝送装置、若しくは情報表示装置内の物理的数量として同様に表される他のデータに、コンピュータ・システムのレジスタ及びメモリ内の物理的（電子的）数量として表されるデータを操作し、変換する、コンピュータ・システムや同様な電子計算装置の動作及び処理を表す。
【００２２】
「結合された」及び「接続された」の表現、並びにそれらの派生形を用いて、特定の実施例を説明することができる。前述の語は、互いに同義であることを意図するものでない。例えば、「接続された」の語を用いて特定の実施例を説明して、２つ以上の構成要素が互いに直接、物理的に又は電気的に接触していることを示すことができる。別の例では、「結合された」の語を用いて特定の実施例を説明して、２つ以上の構成要素が互いに直接、物理的に又は電気的に接触していることを示すことができる。しかし、「結合された」の語は、２つ以上の構成要素が互いに直接、接触している訳でないが、なお、互いに協調、又は相互作用することも意味し得る。実施例はこの意味合いで限定される訳でない。
【００２３】
本発明は、本明細書及び特許請求の範囲記載の動作を行う装置にも関する。この装置は、必要な目的で特別に構成することができるか、又は、コンピュータに格納されたコンピュータ・プログラムによって選択的に起動又は再構成される汎用コンピュータを備え得る。前述のコンピュータ・プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体（電子命令を格納するのに適しており、それぞれがコンピュータ・システム・バスに結合されている何れかのタイプのディスク（フロッピー（登録商標）・ディスク、光ディスク、ＣＤーＲＯＭ及び光磁気ディスクを含む）、リードオンリー・メモリ（ＲＯＭ）、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ、磁気カード若しくは光カード、又は何れかのタイプの媒体（これらに限定されない）など）に格納することができる。
【００２４】
最後に、本明細書及び特許請求の範囲記載のアルゴリズム及びディスプレイは、何れの特定のコンピュータやその他の装置にも固有に関係していない。種々の汎用システムを本明細書及び特許請求の範囲記載の教示によってプログラムとともに用いることができるか、又は、要求される方法工程を実行するために、より専用の装置を構成することが好都合であることが明らかになり得る。前述の種々のシステムに要求される構造は以下の記載から明らかになる。更に、本発明は、何れの特定のプログラミング言語を参照しても説明されていない。各種のプログラミング言語を用いて、本明細書及び特許請求の範囲記載の本発明の教示を実現することができる。
【００２５】
装置の概要
図１は、特定の実施例による、例示的な電子ペーパー・ディスプレイ１００の一部分の断面図を示す。電子ペーパー・ディスプレイ１００の構成部分は、上部透明電極１０２と底部バックプレーン１１６との間に挟まれている。上部透明電極１０２は、透明材料の薄層である。上部透明電極１０２により、電子ペーパー・ディスプレイ１００のマイクロカプセル１１８を視ることが可能になる。
【００２６】
透明電極１０２の直下にマイクロカプセル層１２０がある。一実施例では、マイクロカプセル層１２０は、透明液体１０８と、特定の黒粒子１１２及び白粒子１１０を有する密接に詰まったマイクロカプセル１１８を含む。特定の実施例では、マイクロカプセル１１８は、正に帯電した白粒子１１０及び負に帯電した黒粒子１１２を含む。他の実施例では、マイクロカプセル１１８は、正に帯電した黒粒子１１２及び負に帯電した白粒子１１０を含む。更に他の実施例では、マイクロカプセル１１８は、一極性の色粒子、及び反極性の別々の色粒子を含み得る。特定の実施例では、上部透明電極１０２は、インジウム錫酸化物などの透明導電性材料を含む。
【００２７】
マイクロカプセル層１２０の下には、下位電極層１１４が配置されている。下位電極層１１４は、マイクロカプセル１１８を所望の光学的な状態に駆動させるために使用される、電極のネットワークである。電極のネットワークは、ディスプレイ回路に接続される。ディスプレイ回路は、特定の電極に電圧を印加することにより、特定の画素において電子ペーパー・ディスプレイを「オン」及び「オフ」にする。負の電荷を電極に印加することにより、負に帯電された粒子１１２がマイクロカプセル１１８の上部に向けて反発し、正に帯電された白粒子１１０が底部に押し込まれ、画素に黒の外観が与えられる。電圧を逆にすると作用は逆になる。正に帯電された白粒子１１２は表面に押し出され、画素に白の外観が与えられる。ＥＰＤにおける画素のリフレクタンス（輝度）は、電圧が印加されるにつれて変わる。画素のリフレクタンスが変わる量は、電圧量、及び電圧が印加される時間の長さに依存し得る。電圧がゼロの場合、画素のリフレクタンスは変わらない状態に留まる。
【００２８】
層１２０の電気泳動マイクロカプセルは、黒、白やグレイなどの所望の光学的な状態に個々に起動させることができる。特定の実施例では、所望の光学的な状態は、所定の他の色の何れでもよい。層１１４における各画素は、マイクロカプセル層１２０に含まれる１つ又は複数のマイクロカプセル１１８と関連付けることができる。各マイクロカプセル１１８は、透明液体１０８内に懸濁させられた複数の微粒子を含む。特定の実施例では、複数の微粒子１１０及び１１２が、透明液状ポリマー内に懸濁させられる。
【００２９】
下位電極層１１４は、バックプレーン１１６の上部に配置される。一実施例では、電極層１１４は、バックプレーン層１１６と一体である。バックプレーン１１６は、プラスチック又はセラミック裏打層である。他の実施例では、バックプレーン１１６は、金属又はガラス裏打層である。電極層１１４は、アドレス指定可能な画素電極及びサポート電子回路のアレイを含む。
【００３０】
図２は、特定の実施例による、通常の電子ペーパー・ディスプレイのモデル２００を示す。モデル２００は、電子ペーパー・ディスプレイの３つの部分である、リフレクタンス画像２０２、物理媒体２２０、及び制御信号２３０を示す。エンド・ユーザにとって、最も重要な部分は、リフレクタンス画像２０２である。これは、ディスプレイの各画素において反射される光の量である。リフレクタンスが高いと左２０４Ａに示すような白画素につながり、リフレクタンスが低いと、右２０４Ｃに示すような黒画素につながる。特定の電子ペーパー・ディスプレイは、中央２０４Ｂに示すグレイ画素につながる中間のリフレクタンス値を維持することができる。
【００３１】
電子ペーパー・ディスプレイは、状態を維持する特定の物理媒体機能を有する。電気泳動ディスプレイの物理媒体２２０では、状態は、流体内の粒子２０６（例えば、暗い流体内の白粒子）の位置である。他のタイプのディスプレイを使用する他の実施例では、状態は、２つの流体の相対位置により、又は、粒子の回転により、若しくは特定の構造の向きによって判定することができる。図２では、状態は、粒子２０６の位置によって表される。粒子２０６が物理媒体２２０の上部２２２（白状態）近くにある場合、リフレクタンスは高く、画素は白として認識される。粒子２０６が、物理媒体２２０の底部２２４（黒状態）近くにある場合、リフレクタンスは低く、画素は黒として認識される。
【００３２】
装置が厳密にどのようなものであるかにかかわらず、ゼロ電力消費の場合、電力なしでもこの状態を維持することが可能であることが必要である。よって、図２に示す制御信号２３０は、示した位置に物理媒体が達するために施された信号としてみなければならない。したがって、白粒子を上部２２２（白状態）に向けて駆動させるために、正の電圧２３２の制御信号を施し、黒粒子を上部２２２（黒状態）に向けて駆動させるために、負の電圧２３４の制御信号を施す。
【００３３】
ＥＰＤにおける画素のリフレクタンスは、電圧が印加されるにつれて変わる。画素のリフレクタンスが変わる量は、電圧量、及び電圧が印加される時間の長さに依存し得る。電圧がゼロの場合、画素のリフレクタンスは変わらない状態に留まる。
【００３４】
システムの概要
図３は、特定の一実施例による、電子ペーパー・ディスプレイ１００の制御システム３００のブロック図を示す。システムは、電子ペーパー・ディスプレイ１００と、ビデオ・トランスコーダ３０４と、ディスプレイ・コントローラ３０８と、波形モジュール３１０とを備える。
【００３５】
ビデオ・トランスコーダ３０４は、ディスプレイ１００上に提示するために信号線３０２上でビデオ・ストリーム３０２を受け取る。ビデオ・トランスコーダ３０４は、ビデオ・ストリーム３０２を処理し、信号線３１４上に画素データを生成する。この画素データはディスプレイ・コントローラ３０８に供給される。ビデオ・トランスコーダ３０４は、ＥＰＤ１００上により好適に表示するためにビデオ・ストリームを適合させ、再符号化する。例えば、ビデオ・トランスコーダ３０４は、所望の画像でなく、制御信号を用いてビデオを符号化する工程と、シミュレーション・データを用いてビデオを符号化する工程と、コントラスト強調のためにビデオをスケーリングし、変換する工程と、シミュレーション・フィードバック、過去の画素及び将来の画素を用いることにより、エラーを削減する工程とのうちの１つ又は複数を含む。ビデオ・トランスコーダ３０４の機能に関する更なる情報を図４乃至図１０を参照して以下に記載する。
【００３６】
ディスプレイ・コントローラ３０８は、画素データなどの情報を受け取るためのホスト・インタフェースを含む。ディスプレイ・コントローラ３０８は、処理装置、データ記憶データベース、電源及びドライバ・インタフェース（図示せず）も含む。特定の実施例では、ディスプレイ・コントローラ３０８は温度センサ及び温度変換モジュールを含む。特定の実施例では、特定の電子ペーパー・ディスプレイにおいて使用される適切なコントローラは、Ｅインク社によって製造されたコントローラである。ディスプレイ・コントローラ３０８は、ビデオ・フレームのデータを転送するために信号線３１４に結合される。信号線３１４を用いて、ビデオ・フレームが更新される旨の通知をディスプレイ・コントローラ３０８に転送するか、又は、ディスプレイ・コントローラ３０８が画面を相応に更新するために、ビデオ・フレーム・レートが何であるかの通知を転送するために用いることもできる。ディスプレイ・コントローラ３０８は、信号線３１６により、ビデオ・トランスコーダ３０４にも結合される。このチャネルは、必要な場合、リアルタイムでルックアップ・テーブル４０４（図４を参照して後述する）を更新する。例えば、ユーザがフィードバックをリアルタイムに与えたか、あるいは室温が変わったか、あるいは、表示されたグレイ・レベル精度を測定するやり方が存在する場合、ディスプレイ・コントローラ３０８は、この信号線３１６を用いてルックアップ・テーブル４０４をリアルタイムで更新することができる。
【００３７】
波形モジュール３１０は、電子ペーパー・ディスプレイ１００上のビデオ表示中に使用する対象の波形を記憶する。特定の実施例では、各波形は５個のフレームを含む。この５個のフレームにおいては、各フレ―ムが、２０ミリ秒（ｍｓ）の時間スライスを要し、電圧振幅は、フレーム全てにわたって一定である。電圧振幅は、１５ボルト（Ｖ）、０Ｖ又は−１５Ｖである。特定の実施例では、特定のディスプレイ・コントローラの場合、２５６個のフレームが、記憶することが可能な最大フレーム数である。
【００３８】
ビデオ・トランスコーダ３０４
ビデオ・トランスコーダ３０４は、図４乃至図１０を参照して後述する機能を実現するための多くのやり方で実現することが可能である。例えば、一実施例では、これは、プロセッサ（図示せず）及び／又はファームウェア・アプリケーションによって実行可能なソフトウェア処理である。処理及び／又はファームウェアは、汎用のマイクロプロセッサ若しくはコントローラ、フィールド・プログラム可能なゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）、特定用途向集積回路（ＡＳＩＣ）、又は前述の組み合わせの上で動作するよう構成される。あるいは、ビデオ・トランスコーダ３０４は、イベントを記述するデータを処理するよう構成されたプロセッサを備え、種々のコンピュータ・アーキテクチャ（例えば、複雑命令セット・コンピュータ（ＣＩＳＣ）アーキテクチャ、縮小命令セット・コンピュータ（ＲＩＳＣ）アーキテクチャや、命令セットの組み合わせを実現するアーキテクチャ）を備え得る。ビデオ・トランスコーダ３０４は、単一のプロセッサ又は複数のプロセッサを含み得る。あるいは、ビデオ・トランスコーダ３０４は、汎用コンピュータ・ハードウェア装置上で実行する複数のソフトウェア処理又はファームウェア処理を備える。
【００３９】
一実施例では、ディスプレイ１００上の出力の生成のためにデータをディスプレイ・コントローラ３０８に出力することができるように、ビデオ・トランスコーダ３０４及びその構成部分が入力ビデオ・ストリーム３０２をリアルタイムで処理するということを当業者は認識するであろう。しかし、別の実施例では、ビデオ・トランスコーダ３０４の出力は、後に使用するために記憶装置又はメモリ（図示せず）に記憶することができる。前述の実施例では、ビデオ・トランスコーダ３０４は、ビデオ・ストリーム３０２を前置処理するためのトランスコーダとして動作する。これは、ディスプレイの生成に使用する計算資源とは別の計算資源を使用するという利点を有する。これにより、同様に、品質の向上、及び表示前の最小化の向上が可能になる。
【００４０】
次に図４を参照すれば、ビデオ・トランスコーダ３０４の実施例を示す。ビデオ・トランスコーダ３０４は、ビデオ変換器４０２と、ルックアップ・テーブル４０４と、シミュレーション・モジュール４０６と、シフト・モジュール４０８と、スケーリング・モジュール４１０と、データ・バッファ４１２とを備える。例証の目的で、図４は、ビデオ変換器４０２と、ルックアップ・テーブル４０４と、シミュレーション・モジュール４０６と、シフト・モジュール４０８と、スケーリング・モジュール４１０と、データ・バッファ４１２とを個別モジュールとして示す。しかし、種々の実施例では、ビデオ変換器４０２と、ルックアップ・テーブル４０４と、シミュレーション・モジュール４０６と、シフト・モジュール４０８と、スケーリング・モジュール４１０と、データ・バッファ４１２とを何れかの数のやり方で組み合わせることが可能である。これにより、前述のモジュールの１つ又は複数の機能を単一のモジュールが行うことが可能になる。
【００４１】
ビデオ変換器４０２は、入力及び出力を有し、何れかのビデオ源（図示せず）から信号線３１２上でビデオ・ストリーム３０２を受け取るよう適合させる。ビデオ変換器４０２は、電子ペーパー・ディスプレイ１００の表示速度及び特性における差を考慮に入れるようビデオ・ストリーム３０２を適合させ、再符号化する。ビデオ変換器４０２は、更に、以下に更に詳細に説明するように、ビデオ再生アーチファクトを削減するために、ルックアップ・テーブル４０４及びシミュレーション・モジュール４０６と通信するよう結合される。ビデオ変換器４０２は、長い波形の代わりにパルスを用いること、ビデオを再符号化して、目に見えるビデオ・アーチファクトを削減又は除去すること、及び、表示特性のモデルに基づいてフィードバック・エラーを用いることにより、電子ペーパー・ディスプレイ１００上にビデオ画像を生成することができる。ビデオ変換器４０２によって行われる前述の機能は、同様に以下に記載する。ビデオ変換器４０２は効果的には、高いビデオ・フレーム・レートを達成するために、より短い電圧持続時間を用いる。
【００４２】
ルックアップ・テーブル４０４は、ビデオ・ストリーム３０２を受け取り、記憶し、画素に印加する対象の電圧レベルを供給するためにビデオ変換器４０２に結合される。一実施例では、ルックアップ・テーブル４０４は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）や別の適切なメモリ装置などの揮発性記憶装置を備える。別の実施例では、ルックアップ・テーブル４０４は、ハード・ディスク・ドライブ、フラッシュ・メモリ装置や他の永久記憶装置などの不揮発性記憶装置を備える。更に別の実施例では、ルックアップ・テーブル４０４は、不揮発性記憶装置及び揮発性記憶装置の組み合わせを備える。ルックアップ・テーブル４０４とビデオ変換器４０２との相互作用は以下に記載する。
【００４３】
シミュレーション・モジュール４０６も、シミュレーション・データを供給するためにビデオ変換器４０２に結合される。一実施例では、シミュレーション・モジュール４０６は、揮発性記憶装置、不揮発性記憶装置、又は前述の組み合わせであり得る。シミュレーション・モジュール４０６は、ディスプレイ１００の表示特性についてのデータを提供する。一実施例では、シミュレーション・モジュール４０６は、ディスプレイ１００の表示特性を表すシミュレートされたデータを提供する。例えば、シミュレートされたデータは、個々の画素の再構成された値又はシミュレートされた値を含む。フレーム・レートによって、その現在の状態から所望の状態の画素を遷移させるために、特定の電圧レベルを印加するには十分な時間がないことがあり得る。よって、画素値は、正確でないグレイ・レベルになってしまう。この低精度グレイ・レベルは、本明細書及び特許請求の範囲では、シミュレート又は再構成された値若しくはフレームとして表す。シミュレーション・モジュール４０６は前述のシミュレートされた値を提供するか、又はビデオ変換器４０２が、前述の再構成された値を用いて、ディスプレイ１００によって生成された出力の全体品質を向上させる。シミュレーション・モジュール４０６は、一状態から別の状態への画素の遷移において挿入される推定エラーも供給する。よって、シミュレートされた情報を用いて、ビデオの品質を最大にするようビデオを符号化し、エラーを削減又は除去することが可能である。
【００４４】
ディスプレイ１００上にビデオ系列を表示することの大きな課題には、画素の値を修正するために必要な時間である。この時間は、画素の所望のグレイ・レベル、及び画素の先行グレイ・レベルの関数である。本発明のビデオ変換器４０２は、所望のビデオ・フレーム・レートＲを設定し、その値を変えるために画素に印加する対象の電圧フレームの数をＭ個のみ可能にする。例えば、Ｍは、１０００ｍｓをＲで割り、ＶＴで乗算した値に等しく、ここで、ＶＴは、一電圧フレームの持続時間である。一実施例では、ディスプレイ１００の場合、ＶＴ＝２０ｍｓであり、よって、１２．５ｆｐｓのビデオ・フレーム・レートを得るために、画素の値を変えるために印加する対象の電圧フレームの数がＭ＝４である。Ｎ個のビデオ・フレーム｛ｆ０，ｆ１…ｆＮ｝をビデオ・クリップが有する場合、フレームｆｎ−１からフレームｆｎへの遷移は、Ｍ個の電圧フレームにおいて別々の電圧レベルを印加することによって行われる。例示的な電気泳動ディスプレイでは、３つの電圧レベル｛０，−１５，及び＋１５｝のうちの１つのみを電圧フレームにおいて印加することが可能である。ルックアップ・テーブル４０４を用いて、値ｐｎ−１（ｘ，ｙ）から値ｐｎ（ｘ，ｙ）に画素レベルが移るために、Ｍ個の電圧フレームにおいて印加する対象の電圧レベルを求める。ここで、ｐｎ（ｘ，ｙ）はフレームｆｎにおける要素であり、ｘ及びｙはフレームｆｎにおける画素ｐｎの座標であり、ｆｎは現在のビデオ・フレームである。ルックアップ・テーブルの出力は、電圧ベクトル
【００４５】
【数１】
2010515929.tif 000003
である。
【００４６】
単に、所望のグレイ・レベルｐｎ（ｘ，ｙ）への画素のセットに十分長い間、電圧を印加するうえで十分な時間がない場合があるため、電圧フレームの数をＭ個に制限することにより、個々の画素のグレイ・レベルの精度が低下してしまう。したがって、ｐｎ（ｘ，  ｙ）∈｛ｆ１…  ｆｎ…  ｆＮ｝は、ｐ＊ｎ（ｘ，  ｙ）∈｛ｆ＊１…  ｆ＊ｎ…  ｆ＊Ｎ｝として、不正確に構成される。ビデオ変換器４０２は効果的には、先行ビデオ・フレームｆｎ−ｉの画素の代わりに、再構成されたフレームのビデオ・フレームの画素ｆ＊ｎ−ｉに基づいてディスプレイ１００を、新たなフレームにセットするために必要な電圧レベルを計算する。
【００４７】
ルックアップ・テーブル４０４は、図５に示すように、任意に複雑であり得る。図５は、現在の画素のグレイ・レベル値と、Ｉ個のビデオ・フレームの、先行して再構成されたグレイ・レベル値とを取り込むルックアップ・テーブル４０４を示す。一実施例では、単純なルックアップ・テーブル４０４（ＬＴ）は、先行画素値により、ｐ＊ｎ  （ｘ，  ｙ）  ＝  ＬＴ  （ｐｎ  （ｘ，  ｙ），  ｐ＊ｎ−１  （ｘ，  ｙ））のように指標化される。別の実施例では、より複雑なルックアップ・テーブル４０４が、画素ｐｎ  （ｘ，  ｙ）の所望の値、及び先行ビデオ・フレームに属する画素の再構成値ｐ＊ｎ−１（ｘ，  ｙ），…  ｐ＊ｎ−ｉ  （ｘ，  ｙ）で、ｐ＊ｎ  （ｘ，  ｙ）  ＝  ＬＴ  （ｐｎ  （ｘ，  ｙ），  ｐ＊ｎ−１  （ｘ，  ｙ），…，  ｐ＊ｎ−i  （ｘ，  ｙ））のように指標化される。更に別の実施例では、ルックアップ・テーブル４０４は、所望の画素値と、開始画素値と、最後のｉ個のビデオ・フレーム
【００４８】
【数２】
2010515929.tif 000004
中に印加された電圧とで指標化される。ここで、
【００４９】
【数３】
2010515929.tif 000005
は、ｎ番目のビデオ・フレームにおいて印加される電圧ベクトルである。
【００５０】
ビデオ・データを受け取り、記憶し、ビデオ・データを供給するために、データ・バッファ４１２がビデオ変換器４０２に結合される。一実施例では、データ・バッファ４１２は、ダイナミック・ランダム・アクセス・メモリ（ＤＲＡＭ）、スタティック・ランダム・アクセス・メモリ（ＳＲＡＭ）や別の適切なメモリ装置などの揮発性記憶装置を備える。別の実施例では、データ・バッファ４１２は、ハード・ディスク・ドライブ、フラッシュ・メモリ装置や他の永久記憶装置などの不揮発性記憶装置を備える。更に別の実施例では、データ・バッファ４１２は、不揮発性記憶装置及び揮発性記憶装置の組み合わせを備える。先行して構成されたフレーム、及び将来のフレームを記憶するために、データ・バッファ４１２を使用する。データ・バッファ４１２の、他の構成部分との相互作用を以下に記載する。
【００５１】
次にやはり図６を参照すれば、ビデオ変換器４０２の動作は、例示的なディスプレイ及び所望の画素値を参照して更に詳細に説明する。一実施例では、印加する対象の電圧レベルを求める場合、ビデオ変換器４０２は、データ・バッファ４１２からの、先行して構成されたフレーム及び将来のフレームの値を用いる。この例では、画素グレイ・レベルのダイナミック・レンジは［０，  １５］であるものとする。２つのビデオ・フレーム間の電圧フレームの数は、Ｍ＝３であり、＋１５Ｖを印加することにより、グレイ・レベルが１だけ増加し、−１５Ｖにより、１だけ減少し、０Ｖは、値を変えない。更に、ディスプレイ１００が全て黒である（すなわち、ｐが全て、０にセットされる）とすると、４個のビデオ・フレームの場合の、（ｘ＝０，  ｙ＝０）における所望の画素値は、ｐ０  （０，０）＝１、  ｐ１  （０，０）＝４、  ｐ２  （０，０）＝０、及びｐ３  （０，０）＝９である。印加する対象の電圧レベルを求める場合に画素の先行値を用いれば、前述のレベルを達成する対象の電圧ベクトルは、
【００５２】
【表１】
2010515929.tif 000006
となる。
【００５３】
その代わりに、電圧レベルを求める際に、更に、ｐｎ（ｘ，  ｙ）の将来値も考慮に入れる場合、ｐｎ（ｘ，ｙ）と、達成可能な状態ｐ＊ｎ（ｘ，  ｙ）との間の総合エラーは、より小さいことがあり得る。例えば、上記テーブルでは、ｎ＝２の場合、次のビデオ・フレームにおいてｐ＊３  （０，０）＝９であるとした場合、
【００５４】
【数４】
2010515929.tif 000007
の代わりに、
【００５５】
【数５】
2010515929.tif 000008
を施し、ｐ＊２（０，０）の値を２にし、次いで、３に戻すことが可能である。
【００５６】
【数６】
2010515929.tif 000009
を印加後、ｐ＊３  （０，０）＝６が達成される。これは、ｐ３  （０，０）＝９の目標値にずっと近い。本発明の方法は、多項式曲線を、画素毎に所望のグレイ・レベルにフィットさせようとすることとみなし得る。刊行物における多くの手法（３次スプライン、ベジエ曲線等など）を用いて曲線フィッティングを行うことが可能であることを当業者は認識するであろう。画素の新たな目標値は、多項式フィットから求めることが可能である。曲線フィッティングを行う場合、電圧フレームの数をＭと仮定すれば、曲線上の点が達成可能であるような、各点の一次導関数に対する範囲制限が存在している。すなわち、多項式は、何れの点でも急峻過ぎないことを要する。多項式が急峻過ぎる場合、大局的に平滑化するか、又は局所的に平滑化するために低域通過フィルタリングを行うことが可能である。
【００５７】
別の実施例では、図６に示すように、電圧ベクトルが、先行して構成された画素値  ｐ＊ｎ−１  （ｘ，  ｙ），  …，  ｐ＊ｎ−ｉ  （ｘ，  ｙ）、現在の画素の値ｐｎ  （ｘ，  ｙ）、及び将来の画素の値ｐｎ＋１  （ｘ，  ｙ），  …，  ｐｎ＋ｍ  （ｘ，  ｙ）に基づいて求められる。図６では、破線６０２及び方形の点６０４は、所望の画素レベルｐｎを示し、実線６５０、並びに丸点６５２、６５４、６５６、６５８、６６０及び６６２は、修正された目標レベルｐ＊ｎを示す（各ビデオ・フレーム間に印加される限定数の電圧フレーム（Ｍ＝４）を仮定する）。所望の画素値及びビデオ・フレーム数の対（ｐｎ，  ｎ）毎に、修正された目標画素値  ｐ＊ｎ、画素が値を呈する時点ａｎ及び画素が前述の値を離れる時点ｂｎが存在している。
【００５８】
一実施例では、画素値におけるエラー（ｐ＊ｎ−ｐｎ）を最小にし、立ち上がり時間及び立ち下がり時間（ａｎ−ｂｎ−１）を最小にする達成可能な新たな目標経路が設定され、前述の経路の第１の導関数は、達成可能なレベルを超える（ａｂｓ  （ｐｎ−  ｐ＊ｎ−１）  ＜＝Ｍ）。これは数学的に、
｜ｐ＊ｎ−ｐｎ｜  を最小にする  （１）、
ａｎ−ｂｎ−１  を最小にする  （２）、
達成可能性条件は、｜ｐｎ−  ｐ＊ｎ−１｜＜＝Ｍ  （３）であり、
境界条件は、ｂｎ≧ａｎ、  ａｎ≧ｎ−０．５、  ｂｎ≦ｎ＋０．５  （４）
であるとして表すことが可能である。
達成値ｐ＊ｎには常にｎで達することが望ましい場合、（４）の代わりに、境界条件を、
ｎ≧ａｎ≧ｎ−０．５であり、かつ、ｎ≦ｂｎ≦ｎ＋０．５である
として設定することが可能である。
（１）及び（２）を組み合わせ、ビデオ・フレームＮ全てを最適化することにより、
【００５９】
【数７】
2010515929.tif 000010
を最小にする  （５）、
｜ｐｎ−  ｐ＊ｎ−１｜＜＝Ｍであり、
ｂｎ＞ａｎ，  ａｎ＞ｎ−０．５，  ｂｎ＜ｎ＋０．５である
という最適化問題が得られる。
【００６０】
重みα及びβの値により、速い立ち上がり／立ち下がりと、構成された画素値の精度との間のトレードオフが定められる。αの値が比較的大きいと、立ち下がり時間及び立ち上がり時間が最適化される前に、画素レベルがまず達成される（すなわち、ｐ＊ｎ−ｐｎ＝０になる）ことが保証される。
【００６１】
式（５）の最適化では、一値から別の値に変わる画素を、導関数及び単一の閾値から計算することが可能であるとみなしている。実際には、画素値において達成可能な変動の量は、他の多くのパラメータに基づく。例えば、達成可能な変動は、図７を参照して以下に更に詳細に説明するように、グレイ値の限度近くと比較して、グレイ値の中央の範囲においてより大きい。したがって、条件（３）は、ルックアップ・テーブル（Ａｃｈｉｅｖａｂｌｅ［ｉｎｄｅｘ］）からも得ることが可能であり、問題（５）は、
【００６２】
【数８】
2010515929.tif 000011
を最小にする  （６）、
条件として、Ａｃｈｉｅｖａｂｌｅ［ｐｎ，  ｐ＊ｎ−１，Ｍ］  ＝  ｔｒｕｅであり、
ｂｎ≧ａｎ，  ａｎ≧ｎ−０．５，  ｂｎ≦ｎ＋０．５である
として一般式で表し直すことが可能である。
【００６３】
０からＮまで一緒にビデオ・フレーム全てについてこの最適化問題を解くのは計算集約的であり得るので、一実施例では、最適化は、一度に数ビデオ・フレームに対して行うことが可能であるか、又は前置処理によって行うことが可能である。
【００６４】
更に別の実施例では、近傍画素の相対値も考慮に入れることが可能である。例えば、２つの近傍画素ｐｎ（ｘ，  ｙ）及びｐｎ（ｘ，  ｙ＋１）が、ビデオ・フレームｎ−１及びビデオ・フレームｎにおいて、同じ所望値を有するものとする。すなわち、ｐｎ−１（ｘ，  ｙ）＝０及びｐｎ（ｘ，  ｙ）＝５であり、ｐｎ−１（ｘ，  ｙ＋１）＝０及びｐｎ（ｘ，  ｙ＋１）＝５である。最適化後、新たな目標値が、  ｐ＊ｎ（ｘ，  ｙ）  ＝３及びｐ＊ｎ（ｘ，  ｙ＋１）  ＝５である場合、近傍画素ｐ＊ｎ（ｘ，  ｙ）及びｐ＊ｎ（ｘ，  ｙ＋１）が、異なるグレイ・レベルになるので、このことは望ましくないことがあり得る。この問題は、同様なエラーを近傍画素にもたらさせる、最適化問題に対する更なる空間的な制約を含めることにより、対処することが可能である。すなわち、
【００６５】
【数９】
2010515929.tif 000012
を最小にする。
【００６６】
ここで、条件として、Ａｃｈｉｅｖａｂｌｅ［ｐｎ，  ｐ＊ｎ−１，Ｍ］  ＝  ｔｒｕｅであり、
ｂｎ≧ａｎ，  ａｎ≧ｎ−０．５，  ｂｎ≦ｎ＋０．５であり、
−Ｉ乃至＋Ｉのｉ毎に、かつ−Ｊ乃至＋Ｊのｊ毎に、
｜ｐ＊ｎ（ｘ，  ｙ）−  ｐｎ（ｘ，  ｙ）｜  ≦  δ  ｜ｐ＊ｎ（ｘ＋ｉ，  ｙ＋ｊ）−  ｐｎ（ｘ＋ｉ，  ｙ±ｊ）  ｜である。
【００６７】
δが１に等しい場合、近傍画素は全て、同じエラー量を有するようになる。
【００６８】
よって、一実施例におけるビデオ変換器３０２は、（１）所望値と、（２）先行画素値と、（３）再構成画素値（シミュレーション・データ）又は達成可能な画素値と、（４）将来の画素値と、（５）空間的制約と、（６）エラー、並びに立ち上がり時間及び立ち下がり時間の最小化とに基づいて、目に見えるビデオ・ア―チファクトを削減又は除去するよう再符号化することにより、入力ビデオ系列を処理する。
【００６９】
一実施例では、本発明は、累積エラーを除去する方法も含む。画像の値の変更が漸増的でしかないと、ペーパーライク・ディスプレイ上にエラーが累積してしまう。ビデオ・トランスコーダ３０４は、グレイ・レベル値の限度（例えば、０及び１５）に画素を時折駆動させることにより、前述のエラーを除去する。画素の値が既に前述のレベルにある場合、画素を前述の限度に更に陥らせるよう更なる電圧を印加することが可能である。例えば、画素が、ｐｎ−１＝０及びｐｎ＝０にある場合、通常、ｎ−１からｎに移るよう
【００７０】
【数１０】
2010515929.tif 000013
を施す。しかし、エラーを削減するよう
【００７１】
【数１１】
2010515929.tif 000014
を施すことに利点がある。すなわち、ビデオ・トランスコーダ３０４は、エラーなしで画素値がゼロにあることを確実にするために、ビデオ・トランスコーダ３３４は時折、画素の限度に過駆動させる。前述の電圧レベルが連続して印加された場合、ディスプレイ１００には弊害がもたらされ得る。よって、符号器３０４は、画素が限度に駆動させられた直近のフレーム更新の時点を判定するようセットされる、画素毎のカウンタを含む。閾値が、所定量を上回っている限り、更なる電圧を印加することが可能である。
【００７２】
次に図７を参照すれば、例示的な電子ペーパー・ディスプレイの表示特性のグラフを示す。グラフは、ディスプレイ内の画素が一グレイ・レベルから別のグレイ・レベルに遷移するにつれての、時間の関数としての達成可能な変動を示す。曲線は、破線７０２で表す５のグレイ・レベルから、破線７０４で表す１０のグレイ・レベルまでの範囲又は領域において最も急峻である。すなわち、達成可能な変動は、グレイ値の限度付近（４未満、及び１０超）と比較すると、５から１０までのグレイ値の中央の範囲においてより大きい。更に、人間の眼は、画素が落ち着くまさにそのグレイ・レベルよりも、画素のグレイ・レベルにおける変動に対する感応性がより高い。このことは、グレイ・レベルの変動がいずれの場合にも４に等しいが、１１から１５に画素値をセットすることが、６から１０に画素値を変えるよりも遅いことを意味する。したがって、暗い画素の値又は明るい画素の値が多く、動きが多いビデオ系列が存在している場合、本発明は効果的には、ダイナミック・レンジの中央に画素値がより近いように画素値を、新たな目標値に修正する。
【００７３】
次に図８も参照すれば、シフト・モジュール４０８を更に詳細に説明する。一実施例では、シフト・モジュール４０８は、ビデオ変換器４０２の出力に結合され、その出力を、スケーリング・モジュール４１０に供給する。別の実施例では、シフト・モジュール４０８は、ビデオ変換器４０２の一部である。シフト・モジュール４０８は、より大きな達成可能変動の領域に収まるように所望の画素レベルを変えることにより、視覚的な品質を向上させるよう所望の画素グレイ・レベルを調節するためのソフトウェア又はルーチンである。例えば、図７の特性を備えたディスプレイの場合、これは、大半がグレイ・レベル５乃至１０の範囲に収まるように所望の画素値を上下させることを意味し得る。しかし、相対的な画素グレイ・レベルは保たれるが、全体的には、連続フレーム間の遷移がより達成可能であるようにシフト・モジュール４１０が所望の画素値をシフトさせているので、画像出力は、わずかにより暗いか又はより明るいことがあり得る。図８は、破線８０２及び方形の点で表すような元の画素値ｐｎ（ｘ，  ｙ）における変動の具体例を示す。ディスプレイ１００は、ゼロから１５までの画素値ダイナミック・レンジを有する。画素値における多くの変動又は遷移は、ｎ＝５番目のビデオ・フレーム後に生じ、画素値の範囲は１１から１５に変わる。前述の画素値は、実線８０４及び丸点で表すようなシフトさせた画素値ｐ＊ｎ（ｘ，  ｙ）を生成するようシフト・モジュール４０８によって処理される。ｐ＊ｎのシフトさせた画素値の表示は、元の画素値を５グレイ・レベルだけ削減すること（ｐ＊ｎ＝ｐｎ−ρ，  ρ＝５）によって得られる。グレイ・レベル間の前述の遷移は、元の画素値ｐｎよりも速く達成可能である。ビデオ系列における各フレームはより暗くなるが、これは、ユーザが気付くことができないことがあり得るか、又は遅いビデオ・フレーム・レートと比較してより望ましいことがあり得る。
【００７４】
次に図９も参照すれば、スケーリング・モジュール４１０を更に詳細に説明する。一実施例では、スケーリング・モジュール４１０はシフト・モジュール４０８の出力に結合され、その出力は信号線３１４により、ディスプレイ・コントローラ３０８に結合される。別の実施例では、スケーリング・モジュール４１０は、ビデオ変換器４０２の出力に結合される。更に別の実施例では、スケーリング・モジュール４１０の機能は、シフト・モジュール４０８又はビデオ・コントローラ４０２の一部として含まれる。スケーリング・モジュール４１０は、より大きな達成可能変動の領域に収まるように所望の画素レベルを変えることにより、視覚的な品質を向上させるよう所望の画素グレイ・レベルを調節するためのソフトウェア又はルーチンである。図９は、破線９０２及び方形の点で表すように、元の画素値ｐｎ（ｘ，  ｙ）を示す。スケーリング・モジュール４１０は、画素グレイ・レベルをより速く修正することが可能である範囲に移すよう元の画素値ｐｎ（ｘ，  ｙ）を修正する。スケーリング・モジュール４１０の出力は、スケーリングされた画素値ｐ＊ｎの実線８０４及び丸点で示す。ここで、画素ｎ＝０乃至ｎ＝６は３グレイ・レベル、上に移され、画素ｎ＝６乃至ｎ＝１１は４グレイ・レベル、下に移される。図９は、元の画素値の種々の部分にスケーリング・モジュール４１０が、種々のスケーリング量をどのようにして施すかを示す。
【００７５】
シフト・モジュール４０８及びスケーリング・モジュール４１０は、ビデオ系列のどの部分がシフト及び／又はスケーリングの候補であるかを検出する候補モジュールも含む。前述のダイナミック・レンジのシフト及び／又は削減に好適な候補ビデオ・クリップは、動きが激しい領域の大半がダイナミック・レンジの境界に近いビデオ・クリップである。特に、この候補モジュールは、ダイナミック・レンジのシフト／削減が必要か、及びダイナミック・レンジのシフト／削減がどれだけ必要かを判定する。候補モジュールはまず、一グレイ・レベル（ｈ）から別のグレイ・レベルへの遷移を必要とする画素の数Ｓｈ、及び変動の平均量Ｄｈ（グレイ・レベルの数）をまず計算する。例えば、画素が１４から１５にセットされ、別の画素が１３から１５にセットされた場合、Ｓ１５＝２の遷移が、Ｄ１５＝（１＋２）／２＝３／２の量で、グレイ・レベル１５について行われる。特に、
【００７６】
【数１２】
2010515929.tif 000015
であり、ここで、
【００７７】
【数１３】
2010515929.tif 000016
であり、
【００７８】
【数１４】
2010515929.tif 000017
であり、ここで、
【００７９】
【数１５】
2010515929.tif 000018
である。
【００８０】
前述の例及び式は、Ｎ個のフレームのビデオ系列全体、及び各フレーム内のＸ×Ｙの領域全体についての例及び式である。前述の式は、ビデオ・フレームの部分集合及び各フレームの部分領域に施すよう容易に変えることが可能である。そうする場合、フレーム間のダイナミック・レンジの遷移、又はフレーム内のダイナミック・レンジの遷移も考慮に入れる必要がある。
【００８１】
候補モジュールにより、グレイ・レベル毎にＳｈ及びＤｈが計算されると、前述それぞれが、別々の情報をもたらす。例えば、Ｓｈが、小さなグレイ・レベル（ｈ）の値を有し、Ｄｈが大きな値を有する場合（Ｓｈ及びＤｈのダイナミック・レンジは異なり、前述の値は、互いに対して相対的にではなくそのダイナミック・レンジにおいて考慮されるべきである）、このことは、グレイ・レベル（ｈ）を有する画素は多くないが、次いで、画素が（ｈ）にセットされ、グレイ値の変位が大きいことを意味する。対照的に、Ｓｈが、大きな値を有し、Ｄｈが小さな値を有する場合、このことは、多くの画素が（ｈ）にセットされるが、グレイ値の変位が小さく、ディスプレイ１００上により速く表示可能であることを意味する。
【００８２】
候補モジュールは、Ｓｈ及びＤｈの値を個々に処理して、又は併せて処理して（Ｓｈ＊Ｄｈ、  Ｓｈ＋Ｄｈ等）、動きの激しい画素が最も多くその周りにクラスタ化する（ｈ）の値を識別する。更に、全体のビデオ系列における画素値ｐｎは、ρだけシフトさせることが可能であり、かつ／又はσで乗算することが可能である。シフト量ρ及び乗算量σは、動きが最も激しいグレイ・レベルをスケーリングし、ミッドグレイ領域にシフトさせた場合に最小ダイナミック・レンジＲｍｉｎが保証されるように求めることが可能である。
【００８３】
方法
次に図１０を参照すれば、電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する一般的な方法の実施例を説明する。方法は、ビデオ・ストリームを受け取る（１００２）ことにより、始まる。次に、方法は、過去の画素値及び将来の画素値を用いてビデオ・ストリームをトランスコードする（１００４）。例えば、このことは、前述のようにビデオ変換器４０２によって行うことが可能である。次いで、方法は、シミュレーション・フィードバックを用いてエラーを削減する（１００６）。このシミュレーション・フィードバックは、一実施例では、シミュレーション・モジュール４０６によって与えられる。方法は、符号化において再構成画素値を用いてエラーを最小にする。次に、方法は、コントラストを強調するよう画素値をシフトさせる（１００８）。一実施例では、シフト・モジュール４０８は、より大きな達成可能変動の範囲に移すよう画素値を処理する。次に、方法は、より大きな達成可能変動の範囲に移すよう画素値をスケーリングする（１０１０）。一実施例では、これは、前述のようにスケーリング・モジュール４１０によって行われる。画素が処理された後、ディスプレイ１００に出力される（１０１２）。図１０に示す順序とは別の種々の順序で前述の工程を行うことができることを当業者は認識するであろう。更に、特許請求の範囲記載の本発明の趣旨から逸脱しない限り、１つ又は複数の工程を割愛することができる。
【００８４】
本発明の実施例の以上の記載は、例証及び説明の目的で提示してきた。上記記載は、網羅的であること、又は、開示されたまさにその形態に本発明を限定するものであることを意図しているものでない。多くの修正及び変形が前述の教示に照らして可能である。本発明の範囲が、本明細書によってではなく、本出願の請求項によって限定されることが意図されている。当業者が分かるように、本発明は、その趣旨又は必須の特徴から逸脱しない限り、特定の他の形態で実施することができる。同様に、モジュール、ルーチン、構成、属性、方法論や他の局面の特定の名称及び区分は、必須でも重要でもなく、本発明又はその構成を実現する機構は、異なる名称、区分及び／又は形式を有し得る。当業者が分かるように、本発明のモジュール、ルーチン、構成、属性、方法論や他の局面は、ソフトウェア、ハードウェア、ファームウェア、又は前述の３つの組み合わせとして実現することが可能である。更に、構成部分（例としてモジュールがある）は、ソフトウェアとして実現される場合はいつでも、スタンドアロンのプログラム、より大きなプログラムの一部、別個の複数のプログラム、静的又は動的にリンクされたライブラリ、カーネル・ロード可能なモジュール、デバイス・ドライバ、及び／又は、コンピュータ・プログラミングの技術分野における当業者に現在知られているか、将来知られる他のやり方全てで実現することが可能である。更に、本発明は、特定のプログラミング言語での実現、又は特定のオペレーティング・システム又は環境のための実現に何ら限定されるものでない。よって、本発明の開示は、特許請求の範囲記載の本発明の範囲を限定しないが例証することを意図している。
【図１】
2010515929.tif 000019
【図２】
2010515929.tif 000020
【図３】
2010515929.tif 000021
【図４】
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【図５】
2010515929.tif 000023
【図６】
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【図７】
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【図８】
2010515929.tif 000026
【図９】
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【図１０】
2010515929.tif 000028
【手続補正書】
【提出日】平成21年7月13日(2009.7.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する方法であって
画素データを含むビデオ・ストリームを受け取る工程と、
ビデオ・データの画素の所望の値を求める工程と、
前記ビデオ・データの画素の将来の値を求める工程と、
前記ビデオ・データの画素の所望の値、及び前記ビデオ・データの画素の将来の値を処理して、前記電子ペーパー・ディスプレイに対する１つ又は複数の制御信号を生成する工程とを備える方法。
【請求項２】
請求項１記載の方法であって、前記所望の値を処理する工程は、前記画素の前記将来の値を用いて、前記画素の前記所望の値と、前記画素の達成可能な値との間のエラーを最小にする工程を含む方法。
【請求項３】
請求項１記載の方法であって、前記所望の値を処理する工程は、シミュレートされたデータを用いる方法。
【請求項４】
請求項３記載の方法であって、前記シミュレートされたデータは、前記画素の再構成された値である方法。
【請求項５】
請求項１記載の方法であって、前記画素の所望の値を判定する工程、及び前記画素の前記将来の値を判定する工程は、前記画素の前記所望の値、及び前記画素の前記将来の値をルック・アップ・テーブルから読み出す方法。
【請求項６】
請求項１記載の方法であって、前記所望の画素値をシフトさせることにより、前記画素の前記所望の値を調節する工程を備える方法。
【請求項７】
請求項１記載の方法であって、
変動が要する時間がより少ない、画素値の範囲を求める工程と、
前記画素の前記所望の値が前記範囲に収まるよう調節する工程とを備える方法。
【請求項８】
請求項１記載の方法であって、前記所望の画素値をスケーリングすることにより、前記画素の前記所望の値を調節する工程を備える方法。
【請求項９】
請求項１記載の方法であって、
変動が要する時間がより少ない、画素値の範囲を求める工程と、
前記画素の前記所望の値が前記範囲に収まるようスケーリングする工程とを備える方法。
【請求項１０】
請求項１記載の方法であって、処理する工程は、前記画素と同じフレーム内の第２の画素との間の空間的エラーを削減する工程を含む方法。
【請求項１１】
請求項１記載の方法であって、前記所望の値を処理する工程は、近傍画素と同様なエラーを有するように前記所望の値を調節する工程を含む方法。
【請求項１２】
請求項１記載の方法であって、前記ビデオ・ストリームを受け取る工程と、前記所望の値を求める工程と、前記将来の値を求める工程と、前記所望の値を符号化する工程が、リアルタイムで行われる方法。
【請求項１３】
電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する方法であって、
画素データを含むビデオ・ストリームを受け取る工程と、
ビデオ・データの画素の所望の値を求める工程と、
変動が要する時間がより少ない、画素値の範囲を求める工程と、
前記所望の値が前記範囲に収まるよう調節する工程とを含む方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の方法であって、調節する工程は、前記画素の前記所望の値をシフトさせる工程である方法。
【請求項１５】
請求項１３記載の方法であって、調節する工程は、前記画素の前記所望の値をスケーリングする工程である方法。
【請求項１６】
電子ペーパー・ディスプレイ上にビデオを表示する装置であって、
ビデオ・データの画素の所望の値、及び前記ビデオ・データの画素の将来の値を記憶する記憶装置と、
入力及び出力を有するビデオ変換器であって、前記ビデオ変換器の前記入力が前記記憶装置に結合され、前記ビデオ変換器は、前記画素の前記所望の値及び前記画素の前記将来の値から制御信号を生成するビデオ変換器とを備える装置。
【請求項１７】
請求項１６記載の装置であって、前記記憶装置がルックアップ・テーブルである装置。
【請求項１８】
請求項１６記載の装置であって、前記ビデオ変換器は、前記画素の前記将来の値を用いて、前記画素の前記所望の値と、前記画素の達成可能な値との間のエラーを最小にして、前記制御信号を生成する装置。
【請求項１９】
請求項１６記載の装置であって、シミュレーション・データを供給するシミュレーション・モジュールを備え、前記シミュレーション・モジュールは前記ビデオ変換器に結合され、前記ビデオ変換器は、前記制御信号の生成において前記シミュレーション・データを用いる装置。
【請求項２０】
請求項１９記載の装置であって、前記シミュレートされたデータは、前記画素の再構成された値である装置。
【請求項２１】
請求項１６記載の装置であって、前記所望の画素レベルをシフトさせることにより、前記画素の前記所望の値を調節するシフト・モジュールを備え、前記シフト・モジュールは、前記ビデオ変換器に結合される装置。
【請求項２２】
請求項１６記載の装置であって、前記所望の画素レベルをスケーリングすることにより、前記画素の前記所望の値を調節するスケーリング・モジュールを備え、前記スケーリング・モジュールは、前記ビデオ変換器に結合される装置。
【請求項２３】
請求項１６記載の装置であって、前記ビデオ変換器は、近傍画素と同様なエラーを有するように前記所望の値を調節する装置。
【国際調査報告】
2010515929.tif 000029
2010515929.tif 000030