CN101510394A - Led显示屏像素虚拟显示的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
一种LED显示屏像素虚拟显示的方法及装置，其中，方法包括：a.分别设定LED显示屏的实际像素点的单色显示位置X11、X12、X21、X22的坐标，并将用于显示各单色的LED灯设定于每个实际像素点的左上角；b.将每个实际像素点所占的位置划分为十字对称的四块相等的显示区域，并将每个显示区域定义为一个新的像素点所占的位置，且每个新的像素点中包含的颜色与实际像素相同；在传输数字图像的过程中，每个新像素中经过虚拟运算后的各单色分别通过每个实际像素左上角的LED灯来显示；装置包括数字视频源单元、外部存储器、FPGA芯片、扫描板及显示屏。本发明在LED灯的数量不变的情况下，可使显示屏的视觉点密度增加数倍，因而可有效提高视频图像质量。
Description
【技术领域】
本发明涉及LED显示屏技术领域，特别是涉及一种LED显示屏像素虚拟显示的方法及装置。
【背景技术】
在数字显示技术中，数字图像的最基本单元为单个像素点。数字图像效果的好坏主要受两个因素的制约，其一是数字图像的像素密度，通常用分辨率来衡量；其二是单个像素所能表现出的色彩等级，也就是图像位数或灰度等级。同一幅图像，用分辨率为1024×768、色彩等级为32位真彩色的显示媒体肯定比用分辨率为640×480、色彩等级为16位增强色的显示媒体表现出来的效果要好的多。而LED显示屏是典型的数字图像显示媒体，因此想要提高LED显示屏的显示效果，通常是从两方面着手。第一是提高LED灯的密度，第二是增加LED显示屏的灰度等级。在增加LED显示屏的灰度等级方面，从原来的16级灰度发展到256级灰度，还预留了1024级灰度接口，对灰度等级而言，LED显示屏已经能够满足作为数字显示终端的要求。而在提高LED灯密度方面，通过物理的方法增加单位面积上的像素点(LED灯)密度来提高LED显示屏的显示效果显然不可行，这主要基于两个方面的原因：(1)受LED灯和电子元件物理尺寸的限制。LED灯和其相应的控制电子元件都有一定的物理尺寸，当密度达到一定程度时，再减小已经不太可能。例如，采用日亚546的LED灯，当像素组成为1红1绿1蓝时，LED显示屏的点间距不可能小于12mm。(2)受LED显示屏成本的限制。LED显示屏的成本主要取决于LED灯的数量。当显示屏的面积一定时，如果靠增加LED灯的数量来保证数字图像的质量，那么必然会使显示屏的成本成倍增加，使用户和生产商都无法承受。图1示出了传统的LED显示屏像素点分布，以3×3像素点的显示屏为例，由图中可见，传统的显示方法中，其只能显示9个像素点。如要提高图像显示质量，必然造成显示屏的成本的增加。上述问题使得提高LED显示屏的显示效果受到限制。
【发明内容】
本发明旨在解决上述问题，而提供一种在LED灯的数量不变的情况下，可使显示屏的视觉点密度增加数倍，因而可有效提高视频图像质量的LED显示屏像素虚拟显示的方法。
本发明的目的还在于提供一种实现上述方法的装置。
为实现上述目的，本发明提供一种LED显示屏像素虚拟显示的方法，该方法包括：
a、分别设定LED显示屏实际像素点的单色显示位置(X11、X12、X21、X22)的坐标，并将用于显示各单色的LED灯设定于每个实际像素点的左上角；
b、将每个实际像素点所占的位置划分为十字对称的四块相等的显示区域，并将每个显示区域定义为一个新的像素点所占的位置，且每个新的像素点中包含的颜色与实际像素相同；在传输数字图像的过程中，每个新像素中经过虚拟运算后的各单色(如红、绿、蓝三种颜色)分别通过每个实际像素左上角的LED灯(如左上角的红色LED灯、绿色LED灯、蓝色LED灯)来显示；
步骤a中，单色显示位置X11的坐标(如图1中的绿色LED灯的显示坐标)为：显示屏从第一行第一列开始，相邻两列及相邻两行四个LED灯所占的位置为一个像素点位置，且每个LED灯所占的位置只选择一次；
单色显示位置X12的坐标(如图1中的红色LED灯的显示坐标)为：显示屏从第一行第一列开始，第一列相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一列相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，其他列相邻两列及相邻两行LED灯所占的位置为一个像素点位置，且每个LED灯所占的位置只选择一次；
单色显示位置X21的坐标为：显示屏从第一行第一列开始，第一行相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一行相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，其他行相邻两列及相邻两行LED灯所占的位置为一个像素点位置，且每个LED灯所占的位置只选择一次；
单色显示位置X22的坐标(如图1中的蓝色LED灯的显示坐标)为：显示屏从第一行第一列开始，四个角的LED灯所占的位置为1/4个像素点位置，第一列其他相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一列其他相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，第一行其他相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一行其他相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，其他相邻两列及相邻两行LED灯所占的位置为一个像素点位置，且每个LED灯所占的位置只选择一次。
步骤a中，可根据LED显示屏的要求在其实际像素点的单色显示位置X11、X12、X21、X22处安装不同颜色或相同颜色的LED灯；或只在实际像素点的两个或两个以上单色显示位置处安装不同颜色的LED灯，其它单色显示位置处不安装LED灯。例如，在单色显示位置X11处安装绿色LED灯，在单色显示位置X12处安装红色LED灯，在单色显示位置X21处不安装LED灯，在单色显示位置X22处安装蓝色LED灯。
步骤b中，每个实际像素点的单色显示位置X11、X12、X21、X22的四个新像素点中各单色(如红色、绿色、蓝色)的八位信号数据帧(即实际像素点中各单色的四路八位信号数据帧)通过外部存储器及FPGA芯片进行数据帧的读取及虚拟运算后，输出一路十位信号数据帧，分别通过每个实际像素点的用于显示各单色的LED灯(如实际像素点的红色LED灯、绿色LED灯、蓝色LED灯)将该虚拟像素中的对应颜色显示出来。实际像素点的各单色显示位置X11、X12、X21、X22所对应的FPGA芯片进行数据帧的读取及虚拟运算的公式相同，即对于整个LED显示屏的每个实际像素中，其所有单色显示位置X11进行虚拟运算的公式相同，所有单色显示位置X12进行虚拟运算的公式相同，所有单色显示位置X21进行虚拟运算的公式相同，所有单色显示位置X22进行虚拟运算的公式相同。但在同一个实际像素中的不同单色显示位置所对应的虚拟运算的公式不同。
对于M列和N行像素点构成的LED显示屏，其虚拟像素点为4×(M×N)个。
实现上述方法的装置包括形成数字视频帧的数字视频源单元、用于数据帧的存储的外部存储器、计算数据帧并转换为虚拟数据帧的FPGA芯片、扫描板及显示屏，其中，外部存储器及FPGA芯片设为一体，并分别与数字视频源单元及扫描板连接，扫描板则与显示屏相连接。
该装置的控制流程为：
(1)、外部存储器及FPGA芯片初始化；
(2)、读取新像素点的数字视频数据帧；
(3)、通过外部存储器及FPGA芯片将数字视频数据帧进行计算后，转换为数字视频虚拟数据帧；
(4)、对数字视频虚拟数据帧进行扫描，并将扫描输出的像素虚拟数据帧输出并显示在LED显示屏上。
本发明的贡献在于，它提供了一个提高LED显示屏的图像质量的有效方法。通过虚拟显示方法，本发明在LED灯的数量不变的情况下，可使显示屏的视觉点密度增加四倍之多，因而可有效提高视频图像质量。如对于一个M列和N行像素点构成的LED显示屏，可以扫描4×(M×N)个像素点，使数字图像的分辨率有了明显的提高。解决了传统的扫描方式中，对于M列和N行LED灯构成的显示屏只能扫描(M×N)个像素点的问题，而且可以明显的改善LED显示屏的边缘效果，使图像边缘效果更圆滑、更自然。通过在数字视频源装置和扫描板之间设置读取帧并转换为虚拟帧的芯片，可方便地实现对虚拟运算的控制，且方法简单，成本低廉。
【附图说明】
图1是传统的LED显示屏像素点分布示意图。
图2是本发明的LED显示屏像素点分布示意图，其中，图2A为整体示意图，图2B为图2A中的显示本发明的LED显示屏像素点示意图，图2C为图2A中的表示传统LED显示屏像素点示意图。
图3是本发明的单色显示位置X11的坐标示意图。
图4是本发明的单色显示位置X12的坐标示意图。
图5是本发明的单色显示位置X21的坐标示意图。
图6是本发明的单色显示位置X22的坐标示意图。
图7是本发明的装置结构框图。
图8是本发明的装置控制流程图。
【具体实施方式】
本发明的LED显示屏像素虚拟显示的方法是将LED显示屏的实际像素点虚拟为四倍于实际像素点的新像素点，并加以显示的方法。其包括的步骤为：
一、设定实际像素点的单色显示位置X11、X12、X21、X22的坐标。
分别设定LED显示屏的实际像素点单色显示位置X11、X12、X21、X22的坐标，并将用于显示各单色的LED灯设定于每个实际像素点的左上角。下面以3×3像素点的显示屏为例，分别说明每个实际像素点四个显示位置上LED灯的显示坐标设定方法。
如图3所示，单色显示位置X11的坐标(如绿色LED灯的显示坐标)设定为：显示屏从第一行第一列开始，相邻两列及相邻两行四个LED灯所占的位置为一个像素点位置，其中每个实际像素点的左上角X11位置都装有同色LED灯，且每个LED灯所占的位置只选择一次。在传输数字图像的过程中，每个实际像素中的四个新像素的合成单色(虚拟单色，如虚拟绿色)通过每个实际像素左上角X11位置的单色LED灯(如绿色LED灯)来显示。
如图4所示，单色显示位置X12的坐标(如红色LED灯的显示坐标)为：显示屏从第一行第一列开始，第一列相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一列相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，其他列相邻两列及相邻两行LED灯所占的位置为一个像素点位置，其中每个实际像素点的左上角X12位置都装有同色LED灯，且每个LED灯所占的位置只选择一次。在传输数字图像的过程中，每个实际像素中的四个新像素的合成单色(虚拟单色，如虚拟红色)通过每个实际像素左上角X12位置的单色LED灯(如红色LED灯)来显示。
如图5所示，单色显示位置X21的坐标设定为：显示屏从第一行第一列开始，第一行相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一行相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，其他行相邻两列及相邻两行LED灯所占的位置为一个像素点位置，其中每个实际像素点的左上角X21位置都装有同色LED灯，且每个LED灯所占的位置只选择一次。在传输数字图像的过程中，每个实际像素中的四个新像素的合成单色(虚拟单色)通过每个实际像素左上角X21位置的单色LED灯来显示。
如图6所示，单色显示位置X22的坐标(如蓝色LED灯的显示坐标)设定为：显示屏从第一行第一列开始，四个角的LED灯所占的位置为1/4个像素点位置，第一列其他相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一列其他相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，第一行其他相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一行其他相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，其他相邻两列及相邻两行LED灯所占的位置为一个像素点位置，其中每个实际像素点的左上角X22位置都装有同色LED灯，且每个LED灯所占的位置只选择一次。在传输数字图像的过程中，每个实际像素中的四个新像素的合成单色(虚拟单色，如虚拟蓝色)通过每个实际像素左上角X22位置的单色LED灯(如蓝色LED灯)来显示。
二、新像素点的形成。
如图2A所示，将每个实际像素点所占的位置划分为十字对称的四块相等的显示区域，并将每个显示区域定义为一个新的像素点所占的位置，因此，如图2B，每个实际像素点就由4个新像素点构成，而每个新的像素点中包含的颜色与实际像素相同(如每个新的像素点也由红、绿、蓝三种颜色组成)。在传输数字图像的过程中，每个新像素中经过虚拟运算后的各单色(如红、绿、蓝三种颜色)分别通过每个实际像素左上角的LED灯(如左上角的红色LED灯、绿色LED灯、蓝色LED灯)来显示。显而易见，对于M列和N行像素点构成的LED显示屏，其虚拟像素点为4×(M×N)个，视觉点密度较传统方法增加了四倍。
三、LED显示屏像素的虚拟显示。
每个实际像素点的单色显示位置X11、X12、X21、X22的四个新像素点中各单色(如红色、绿色、蓝色)的八位信号数据帧(即实际像素点中各单色的四路八位信号数据帧)通过外部存储器及FPGA(现场可编程门阵列)芯片进行数据帧的读取及虚拟运算后，输出一路十位信号数据帧，分别通过每个实际像素点的用于显示各单色的LED灯(如实际像素点的红色LED灯、绿色LED灯、蓝色LED灯)将该虚拟像素中的对应颜色显示出来。其中，实际像素点的各单色显示位置X11、X12、X21、X22所对应的FPGA芯片进行数据帧的读取及虚拟运算的公式是相同的，即对于整个LED显示屏的每个实际像素中，其所有单色显示位置X11进行虚拟运算的公式相同，所有单色显示位置X12进行虚拟运算的公式相同，所有单色显示位置X21进行虚拟运算的公式相同，所有单色显示位置X22进行虚拟运算的公式相同；但在同一个实际像素中的不同单色显示位置所对应的虚拟运算的公式是不同的，上述虚拟运算的公式有成熟的公式可供选用。
按本发明的方法所形成的LED显示屏虚拟像素点分布如图2A、图2B所示，将其与图1及图2C所示的传统的LED显示屏像素点分布比较可知，采用传统的显示方法只能显示9个像素点，而本发明像素虚拟显示方法则可以显示36个像素点，在显示屏LED灯的数量不变的情况下，视觉点密度增加四倍，视频图像质量明显提高。
通常当视频信号频率达到60Hz时，人眼就能看到清晰稳定的图像。本发明的方法在实际应用时，在实际扫描频率不变的情况下，通过外部存储器及FPGA芯片将数字视频源输出的像素为4×(M×N)的数据帧进行读取及虚拟运算后输出像素为(M×N)的数据帧，再将该输出的像素为(M×N)的数据帧直接通过扫描板进行扫描输出到显示屏，这样就可以得到清晰稳定的视频图像。将本发明的方法用于播放Video信号时，显示效果有明显提高。原来640×480像素点的显示效果在320×240的LED显示屏上即可实现。
本发明的上述方法可通过下述装置来实现。如图7所示，该装置包括数字视频源单元1、外部存储器2、FPGA芯片3、扫描板4及显示屏5，其中，数字视频源单元1采用常规的LED数字视频源设备，如计算机的DVI信号，其用于形成数字视频帧。外部存储器2为高速存储器，它用于数据帧的存储。FPGA芯片3为专用的现场可编程门阵列芯片，它用于计算数据帧并转换为虚拟数据帧。所述外部存储器2及FPGA芯片3设为一体，并分别与数字视频源单元1及扫描板4连接。扫描板4用于对数字视频虚拟数据帧进行扫描并输出到LED显示屏5。扫描板4与显示屏5相连接。
如图8所示，该装置进行LED显示屏像素虚拟显示的控制流程为：
(1)、外部存储器2及FPGA芯片3初始化；
(2)、读取新像素点的数字视频数据帧；
(3)、通过外部存储器2及FPGA芯片3将数字视频数据帧进行计算后，转换为数字视频虚拟数据帧；
(4)、对数字视频虚拟数据帧进行扫描，并将扫描输出的像素虚拟数据帧输出并显示在LED显示屏上。
尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示，但是本发明的范围并不局限于此，在不偏离本发明构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。
Claims (8)
1、一种LED显示屏像素虚拟显示的方法，其特征在于，该方法包括：
a、分别设定LED显示屏实际像素点的单色显示位置(X11、X12、X21、X22)的坐标，并将用于显示各单色的LED灯设定于每个实际像素点的左上角；
b、将每个实际像素点所占的位置划分为十字对称的四块相等的显示区域，并将每个显示区域定义为一个新的像素点所占的位置，且每个新的像素点中包含的颜色与实际像素相同；在传输数字图像的过程中，每个新像素中经过虚拟运算后的各单色分别通过每个实际像素左上角的LED灯来显示；
2、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(a)中：
单色显示位置(X11)的坐标为：显示屏从第一行第一列开始，相邻两列及相邻两行四个LED灯所占的位置为一个像素点位置，且每个LED灯所占的位置只选择一次；
单色显示位置(X12)的坐标为：显示屏从第一行第一列开始，第一列相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一列相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，其他列相邻两列及相邻两行LED灯所占的位置为一个像素点位置，且每个LED灯所占的位置只选择一次；
单色显示位置(X21)的坐标为：显示屏从第一行第一列开始，第一行相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一行相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，其他行相邻两列及相邻两行LED灯所占的位置为一个像素点位置，且每个LED灯所占的位置只选择一次；
单色显示位置(X22)的坐标为：显示屏从第一行第一列开始，四个角的LED灯所占的位置为1/4个像素点位置，第一列其他相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一列其他相邻两行LED灯所占的位置为半个像素点位置，第一行其他相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，最后一行其他相邻两列LED灯所占的位置为半个像素点位置，其他相邻两列及相邻两行LED灯所占的位置为一个像素点位置，且每个LED灯所占的位置只选择一次。
3、如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤(a)中，可根据LED显示屏的要求在其实际像素点的单色显示位置(X11、X12、X21、X22)处安装不同颜色或相同颜色的LED灯；或只在实际像素点的两个或两个以上单色显示位置处安装不同颜色的LED灯，其它单色显示位置处不安装LED灯。
4、如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，每个实际像素点的单色显示位置(X11、X12、X21、X22)的四个新像素点中各单色的八位信号数据帧通过外部存储器及FPGA芯片进行数据帧的读取及虚拟运算后，输出一路十位信号数据帧，分别通过每个实际像素点的用于显示各单色的LED灯将该虚拟像素中的对应颜色显示出来。
5、如权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(b)中，实际像素点的各单色显示位置(X11、X12、X21、X22)所对应的FPGA芯片进行数据帧的读取及虚拟运算的公式相同，但在同一个实际像素中的不同单色显示位置所对应的虚拟运算的公式不同。
6、如权利要求1至5中任一条所述的方法，其特征在于，对于M列和N行像素点构成的LED显示屏，其虚拟像素点为4×(M×N)个。
7、一种实现权利要求1所述方法的装置，其特征在于，该装置包括形成数字视频帧的数字视频源单元(1)、用于数据帧的存储的外部存储器(2)、计算数据帧并转换为虚拟数据帧的FPGA芯片(3)、扫描板(4)及显示屏(5)，其中，外部存储器(2)及FPGA芯片(3)设为一体，并分别与数字视频源单元(1)及扫描板(4)连接，扫描板(4)则与显示屏(5)相连接。
8、如权利要求7所述的装置，其特征在于，该装置的控制流程为：
(1)、外部存储器(2)及FPGA芯片(3)初始化；
(2)、读取新像素点的数字视频数据帧；
(3)、通过外部存储器(2)及FPGA芯片(3)将数字视频数据帧进行计算后，转换为数字视频虚拟数据帧；
(4)、对数字视频虚拟数据帧进行扫描，并将扫描输出的像素虚拟数据帧输出并显示在LED显示屏上。
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