CN101561109B

CN101561109B - 基于基函数模式的灯光效果显示方法

Info

Publication number: CN101561109B
Application number: CN2009100394642A
Authority: CN
Inventors: 李韬; 王前
Original assignee: South China University of Technology SCUT
Current assignee: South China University of Technology SCUT
Priority date: 2009-05-13
Filing date: 2009-05-13
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2029-05-13
Also published as: CN101561109A

Abstract

本发明的基于基函数模式的灯光效果显示方法，首先为每一LED灯具设置一灯地址，并配置基函数数据库、数据解析单元、及基函数提取单元，然后建立一包含基函数的总数据库，接着输入要显示的灯光效果、LED灯具的数目、布局和各LED灯具所形成的像素点数目，再根据LED灯具的数目及布局生成与各灯地址对应的虚设地址，再将输入的灯光效果拆分成相应的基函数，并进一步生成各基函数与各LED灯具虚设地址相关联的灯光效果数据，将其通过灯光效果控制模块送入各LED灯具中，由各LED灯具解析后提取相应的基函数，使各LED灯具的LED灯驱动单元根据各自所提取出的基函数中的颜色信息与LED灯所形成的各像素点的对应关系驱动各自的LED灯。

Description

基于基函数模式的灯光效果显示方法

技术领域

本发明涉及一种LED灯具的灯光效果显示方法，特别涉及一种基于基函数模式的灯光效果显示方法。

背景技术

目前，应用于照明领域的LED，不论在发光效率、环保省电、照明色调和色彩丰富、使用寿命、耐震耐冲击等方面，都优于传统照明。虽然目前LED照明还存在成本偏高及系统效率有待改善的问题，但随着LED技术瓶颈的克服，LED照明应用市场规模仍将持续快速成长，其中LED在建筑照明上的应用最令人期待。在建筑景观照明中，LED主要应用在建筑装饰、室内装饰、旅游景点装饰等方面，LED还用于重要建筑、商业中心、名胜古迹、桥梁、家居、休闲娱乐场所的装饰照明，以及集装饰与广告为一体的商业照明。

目前LED灯光控制行业中主流的控制协议是DMX512控制协议。DMX512协议最早是为舞台灯光控制而设计的，它以RS-485工业总线为物理层。通常一个灯光效果是可以划分成多个画面的，每个画面称为一帧，DMX512协议中一帧数据最多包含512个字节，一个像素点是3个字节(红、绿、蓝)，因此DMX512只能支持大约170个像素点；如果画面过大，则需要主控器以512字节为单元，将数据分别送至各从控器，如图1所示，主控器通过以太网Cat5或RS485总线将各帧调光亮度数据送至各从控器，而各从控器通过RS485总线(3线)与各灯具相连接。由于DMX512协议的简单性和实用性，以及RS-485总线的稳定可靠性，使得DMX512协议在LED灯光控制领域得到广泛应用。

但由于RS-485总线传输速率为250Kbps，难以独立构建大型灯光系统应用于建筑外墙等城市景观照明中，因此，国内应用于建筑外墙等的LED灯光控制系统中大多采用SPI总线传输控制方式，其中，以北京中庆微数字设备开发有限公司的产品为代表，已经占据了该领域的大部分市场份额。采用SPI总线传输方式可以实现大规模的外墙显示控制，相对于DMX512系统而言，其控制成本较低，但稳定性比DMX系统差，且SPI串联系统中存在如果一个LED灯损坏将导致后面的灯具无法工作的问题。因此，目前国内LED灯光控制领域中小规模LED系统几乎全部都是DMX512系统，大规模LED系统(5K以上像素点)多采用SPI总线系统。

然而，无论是目前的DMX512系统还是SPI系统，都是属于平面动画系统，大多应用于建筑外墙等平面应用中。对于道路、桥梁、江边等线条型的应用，采用现有的DMX系统和SPI系统难以实现。因为标准DMX512系统每个控制器输出端口最多可控制170个像素点，不少厂家也将标准DMX512系统扩展成为DMX1024系统使系统可控制340个像素点，但代价是将系统最高刷新率从44Hz降低到22Hz；而SPI总线系统每个输出端口的控制能力最高也只能达256个像素点。正因为现有的DMX系统和SPI系统可控制的像素点不多，应用于道路、桥梁等线条型LED灯光控制时，需要多个数据分配器或者从控器来构成线型系统。请参见图2，其为现有SPI系统线型控制效果示意图，由主控器先通过以太网Cat5将数据送至各数据分配器，再由数据分配器将数据送至相应各差分器，而每一差分器通过SPI总线(6针)控制各灯具。当线条越长，需控制的LED灯具越多时，由主控器连至各数据分配器和差分器的以太网连线Cat5就越长，信号传递的衰减就越大，因而系统构造越复杂，控制成本偏高，连线多且长，工程安装复杂，系统可靠性也大大降低。

由上所述，如何改进因现有LED灯具是通过直接传送灯光颜色信息来进行显示，而引发的诸多问题，实已成为本领域技术人员亟待解决的技术课题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于基函数模式的灯光效果显示方法，以实现由包含基函数的灯光效果数据来控制LED灯具显示灯光效果的功能。

为了达到上述目的及其他目的，本发明提供的基于基函数模式的灯光效果显示方法，用于具有多个LED灯具、及灯光效果控制模块的LED灯具系统，其中，每一LED灯具又包括：作为多个像素点的多个LED灯、用于存储灯地址的地址单元和LED灯驱动单元，所述灯光效果控制模块用于传送灯光效果数据，所述基于基函数模式的灯光效果显示方法包括步骤：1)在每一LED灯具的地址单元中为每一LED灯具设置一灯地址，并在每一LED灯具中配置存储有多个不同基函数的基函数数据库、能根据自身灯地址将所述灯光效果控制模块送入的灯光效果数据予以解析以从中选择出与自身灯地址相应的数据的数据解析单元、以及能根据各自的数据解析单元所解析出的数据自各自的基函数数据库提取相应的基函数的基函数提取单元，其中，每一基函数数据库所存储的各基函数分别由多个像素点的颜色信息构成，且每一基函数所包含的各像素点的颜色信息分别与自身的多个LED灯所形成的各像素点一一对应；2)建立一包含有每一LED灯具的基函数数据库所存储的各基函数的总数据库；3)输入需要所述多个LED灯具显示的灯光效果、所述多个LED灯具的数目、布局和每一LED灯具所形成的像素点数目，其中，所输入的灯光效果由像素点颜色信息所构成；4)根据所述多个LED灯具的数目及布局生成相应虚设地址，且使每一虚设地址与相应的LED灯具的灯地址相对应；5)根据所述总数据库所提供的各基函数，将所输入的灯光效果按照所述多个LED灯具的数目、布局和每一LED灯具所形成的像素点数目拆分成相应的基函数，并根据所述虚设地址，进一步生成各基函数与对应的LED灯具虚设地址相关联的灯光效果数据；6)传送所生成的灯光效果数据至所述灯光效果控制模块，并由所述灯光效果控制模块将所述灯光效果数据送入各LED灯具中；7)每一LED灯具的数据解析单元根据各自的灯地址解析所述灯光效果控制模块送入的灯光效果数据，以从中选择出与各自灯地址相应的数据；8)每一LED灯具的基函数提取单元根据各自的数据解析单元所解析出的数据自各自的基函数数据库中提取相应的基函数；以及9)每一LED灯具的LED灯驱动单元根据各自所提取出的基函数中的颜色信息与多个LED灯所形成的各像素点的对应关系驱动各自的LED灯，使所述多个LED灯具整体显示成所输入的灯光效果。

其中，为每一LED灯具配置灯地址可通过写码器进行；传送所生成的灯光效果数据至所述灯光效果控制模块可通过SD卡进行，也可通过网络进行。

较佳的，所述多个LED灯具的布局成线形。

综上所述，本发明的基于基函数模式的灯光效果显示方法通过在各LED灯具中设置基函数数据库、数据解析单元和基函数提取单元，即可实现根据生成的包含基函数的灯光效果数据来控制LED灯具显示的灯光效果。

附图说明

图1为现有DMX系统线型控制系统示意图。

图2为现有SPI系统线型控制系统示意图。

图3为本发明的基于基函数模式的灯光效果显示方法所应用的LED灯具系统示意图。

图4为本发明的基于基函数模式的灯光效果显示方法的操作流程示意图。

图5为本发明的基于基函数模式的灯光效果显示方法所形成的新的LED灯具结构示意图。

图6a至图6d为基函数示意图。

图7为本发明的基于基函数模式的灯光效果显示方法的基函数与LED灯具地址的关联示意图。

具体实施方式

请参见图3，本发明的基于基函数模式的灯光效果显示方法可用于图3所示的LED灯具系统中，所述LED灯具系统包括：通过总线相连接的LED灯具1、2、……、n、灯光效果控制模块、和写码器，其中，所述写码器可通过总线向的LED灯具1、2、……、n写入各自的灯地址，所述灯光效果控制模块用于通过总线向LED灯具1、2、……、n传送灯光效果数据，每一LED灯具又包括：作为多个像素点的多个LED灯、和LED灯驱动单元。在本实施例中，LED灯具1、2、……、n都具有24个LED灯，24个LED灯形成8个像素点。然，须注意地是，各灯具的结构并非以本实施例为限，例如可采用能形成不同像素点数目的灯具等。

请参见图4，所述基于基函数模式的灯光效果显示方法至少包括以下步骤：

第一步：在LED灯具1、2、……、n的地址单元中为LED灯具1、2、……、n分别设置一灯地址，并在LED灯具1、2、……、n中分别配置存储有多个不同基函数的基函数数据库、能根据自身灯地址将所述灯光效果控制模块送入的灯光效果数据予以解析以从中选择出与自身灯地址相应的数据的数据解析单元、以及能根据各自的数据解析单元所解析出的数据自各自的基函数数据库提取相应的基函数的基函数提取单元，其中，每一基函数数据库所存储的各基函数分别由多个像素点的颜色信息构成，且每一基函数所包含的各像素点的颜色信息分别与自身的多个LED灯所形成的各像素点一一对应，由此形成的新的LED灯具结构如图5所示。例如，在LED灯具1的基函数数据库中存储有基函数1和基函数2，基函数1如图6a所示，其包括与所述24个LED灯形成的8个像素点一一相对应的8个红色像素点，所述基函数2如图6b所示，其包括一一与24个LED灯形成的8个像素点相对应的红绿相间的8个像素点；在LED灯具2的基函数数据库中存储有基函数3，如图6c所示，所述基函数3包括与LED灯具2的24个LED灯形成的8个像素点一一相对应的8个红蓝像素点；……；在LED灯具n的基函数数据库中存储有基函数4，如图6d所示，所述基函数4包括与LED灯具n的24个LED灯形成的8个像素点一一相对应的8个蓝色像素点。须注意的是，LED灯具1、2、……、n各自的基函数数据库所存储的基函数并非以本实施例为限，而且，各像素点的颜色信息通常可包括色调、饱和度和亮度数据。此外，在本实施例中，为LED灯具1、2、……、n分别设置一灯地址是通过所述写码器进行的，即由所述写码器通过总线向LED灯具1、2、……、n的数据解析单元送入各自的灯地址，各数据解析单元经过解析后再送入地址单元，当然，也可采用其他方式配置。

第二步：建立一包含有每一LED灯具的基函数数据库所存储的各基函数的总数据库。即所述总数据库包含有LED灯具1、……、n各自的基函数数据库所存储的各基函数，因此图6a至6d所示的基函数1、基函数2、基函数3、基函数4都存储在所述总数据库内。

第三步：输入需要LED灯具1、……、n显示的灯光效果、LED灯具的数目n、布局和每一LED灯具所形成的像素点数目，其中，所输入的灯光效果由像素点颜色信息所构成。例如，输入LED灯具1、2、……、n的布局成线形，需要形成的灯光效果如图7所示，其包括8*n个像素点的颜色信息(因为LED灯具1、2、……、n都为8个像素点，共8*n个像素点)，其中，从左至右的第1至第8个像素点为红色，第9至16个像素点为红蓝相间，……，最后8个像素点为蓝色。

第四步：根据LED灯具的数目n及布局生成相应虚设地址，且使每一虚设地址与相应的LED灯具的灯地址相对应。例如，生成的LED灯具1的虚设地址为0000，LED灯具2的虚设地址为0001……，LED灯具n的虚设地址为FFFF。

第五步：根据所述总数据库所提供的各基函数，将所输入的灯光效果按照LED灯具的数目、布局和每一LED灯具所形成的像素点数目拆分成相应的基函数，并根据各虚设地址，进一步生成各基函数与对应的LED灯具虚设地址相关联的灯光效果数据。如图7所示，所输入的灯光效果被拆分成n个基函数，即基函数1、基函数3、……、基函数4，依次和LED灯具1的虚设地址0000、LED灯具2的虚设地址0001、……、LED灯具n的虚设地址FFFF相对应，由此生成灯光效果数据。生成的灯光效果数据可根据编码的不同而不同，而数据编码方式已为本领域技术人员所熟悉，故在此不再详述。

第六步：传送所生成的灯光效果数据至所述灯光效果控制模块，并由所述灯光效果控制模块将所述灯光效果数据送入LED灯具1、2、……、n中，其可由SD卡来传送灯光效果数据，也可由通信网络来传送灯光效果数据。

第七步：LED灯具1、2、……、n各自的数据解析单元根据各自的灯地址解析所述灯光效果控制模块送入的灯光效果数据，以从中选择出与各自灯地址相应的数据。例如，LED灯具1的数据解析单元选择出与地址0000对应的数据，即基函数1；LED灯具2的数据解析单元选择出与地址0001对应的数据，即基函数3；……、LED灯具n的数据解析单元选择出与地址FFFF对应的数据，即基函数4。

第八步：LED灯具1、2、……、n各自的基函数提取单元根据各自的数据解析单元所解析出的数据自各自的基函数数据库中提取相应的基函数。即LED灯具1的基函数提取单元从自身的基函数数据库中提取基函数1；LED灯具2的基函数提取单元从自身的基函数数据库中提取基函数3；……、LED灯具n的基函数提取单元从自身的基函数数据库中提取基函数4。

第九步：LED灯具1、2、……、n各自的LED灯驱动单元根据各自所提取出的基函数中的颜色信息与多个LED灯所形成的各像素点的对应关系驱动各自的LED灯，使所述多个LED灯具整体显示成所输入的灯光效果，即如图7所示的灯光效果。

综上所述，本发明的基于基函数模式的灯光效果显示方法通过将需要显示的灯光效果拆分成多个基函数，并将拆分出的多个基函数和LED灯具一一对应，由此生成相应的灯光效果数据，再由各LED灯具将灯光效果数据予以解析后，从各自的基函数数据库中提取相应的基函数，使LED灯具的驱动单元驱动各LED灯显示成相应的灯光效果，而不需要如现有技术中传送每一灯具的调光亮度值，由此可使灯光效果控制模块能够控制更多数目的LED灯具。例如，若一个LED灯具采用16位地址编码，则灯光效果控制模块可控制65536个LED灯具。按一LED灯具形成8个像素点、则可控制65536*8个像素点，若一LED灯具长1米计，可实现6万多米的灯光效果控制，而且灯光效果控制模块支持级联扩展控制模式。相对于现有的DMX512系统或SPI系统，一个灯光效果控制模块能控制更多的像素点，极大地降低了成本。

上述实施例仅列示性说明本发明的原理及功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此项技术的人员均可在不违背本发明的精神及范围下，对上述实施例进行修改。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims

1.一种基于基函数模式的灯光效果显示方法，用于具有多个LED灯具、及灯光效果控制模块的LED灯具系统，其中，每一LED灯具又包括：作为多个像素点的多个LED灯、用于存储灯地址的地址单元和LED灯驱动单元，所述灯光效果控制模块用于传送灯光效果数据，所述基于基函数模式的灯光效果显示方法的特征在于包括步骤：

1)在每一LED灯具的地址单元中为每一LED灯具设置一灯地址，并在每一LED灯具中配置存储有多个不同基函数的基函数数据库、能根据自身灯地址将所述灯光效果控制模块送入的灯光效果数据予以解析以从中选择出与自身灯地址相应的数据的数据解析单元、以及能根据各自的数据解析单元所解析出的数据自各自的基函数数据库提取相应的基函数的基函数提取单元，其中，每一基函数数据库所存储的各基函数分别由多个像素点的颜色信息构成，且每一基函数所包含的各像素点的颜色信息分别与自身的多个LED灯所形成的各像素点一一对应；

2)建立一包含有每一LED灯具的基函数数据库所存储的各基函数的总数据库；

3)输入需要所述多个LED灯具显示的灯光效果、所述多个LED灯具的数目、布局和每一LED灯具所形成的像素点数目，其中，所输入的灯光效果由像素点颜色信息所构成；

4)根据所述多个LED灯具的数目及布局生成相应虚设地址，且使每一虚设地址与相应的LED灯具的灯地址相对应；

5)根据所述总数据库所提供的各基函数，将所输入的灯光效果按照所述多个LED灯具的数目、布局和每一LED灯具所形成的像素点数目拆分成相应的基函数，并根据所述虚设地址，进一步生成各基函数与对应的LED灯具虚设地址相关联的灯光效果数据；

6)传送所生成的灯光效果数据至所述灯光效果控制模块，并由所述灯光效果控制模块将所述灯光效果数据送入各LED灯具中；

7)每一LED灯具的数据解析单元根据各自的灯地址解析所述灯光效果控制模块送入的灯光效果数据，以从中选择出与各自灯地址相应的数据；

8)每一LED灯具的基函数提取单元根据各自的数据解析单元所解析出的数据自各自的基函数数据库中提取相应的基函数；

9)每一LED灯具的LED灯驱动单元根据各自所提取出的基函数中的颜色信息与多个LED灯所形成的各像素点的对应关系驱动各自的LED灯，使所述多个LED灯具整体显示成所输入的灯光效果。

2.如权利要求1所述的基于基函数模式的灯光效果显示方法，其特征在于：为每一LED灯具配置灯地址是通过写码器进行的。

3.如权利要求1所述的基于基函数模式的灯光效果显示方法，其特征在于：所述多个LED灯具的布局成线形。

4.如权利要求1所述的基于基函数模式的灯光效果显示方法，其特征在于：传送所生成的灯光效果数据至所述灯光效果控制模块是通过SD卡进行的。

5.如权利要求1所述的基于基函数模式的灯光效果显示方法，其特征在于：传送所生成的灯光效果数据至所述灯光效果控制模块是通过网络进行的。