CN101673513B - 用于led显示屏的灰度控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种控制方法，包括提供一M行×N列像素的LED显示屏；将M行分成若干扫描组，所述若干扫描组分别由不同行扫描信号扫描；对每一行像素提供2n级不同灰度，并定义m位权值对应最小时钟单位，其中2≤m≤n；对于权值不大于m的灰度数据传输时间分别按照最小时钟单位计算；对于权值大于m的灰度数据传输时间分别按照最小时钟单位对应的权值倍数计算。
Description
技术领域
本发明涉及显示领域，是一种适用于平板显示屏的灰度控制方法。
背景技术
目前的LED显示屏控制领域主要分为同步控制系统和异步控制系统两大类。同步控制系统通过连接计算机的视频输出接口，把数字显示数据实时处理成LED显示屏控制信号并控制LED显示屏显示。异步控制系统通过高性能的嵌入式处理器等器件，处理存储在控制系统上的节目源数据，通过实时处理，得到显示数据，并转换成LED显示屏控制信号控制LED显示屏显示。
无论是同步还是异步控制系统，要实现高性能、大面积的LED显示屏的显示，一般采用高速逻辑器件将显示数据转换成LED显示屏控制信号，通过逐行扫描，实现带灰度的高清晰、高刷新频率的视频和图片、文字节目的稳定显示。
LED显示屏的稳定度取决于两个刷新频率：节目源的更新频率和动态显示的刷频率。
LED显示屏控制系统节目源数据，即使是外挂了计算机的同步控制系统，刷新频率最高也只能达到百赫兹级别，更不用说需要通过嵌入式CPU现场处理数据的异步控制系统了。
对于需要显示灰度图片甚至视频的显示内容，显示刷新率需要成倍增加，因为需要通过LED点亮的时间长短来实现灰度内容的显示，每增加一级灰度，原则上需要增加一倍的刷新频率。
LED显示屏要实现高性能的稳定显示，必须达到几百甚至上千赫兹的动态显示刷新频率，所以一般的采用外挂高速逻辑器件来人为将显示缓存区中的数据反复刷新送往显示屏显示，以实现高刷新频率的显示。
然而，对于大面积显示的LED显示屏，屏幕一般较大大，而显示屏的控制数据一般都是串行传送，控制线较长而且容易受到干扰，导致信号频率受到限制，并且控制面积越大，信号频率越低。
市场上各厂家的显示刷新算法大同小异。
以512×128像素，8位红色和绿色数据，256级灰度，16行扫描为例描述如下：
按256级灰度(8位)计算，8位权值数据由高到低依次为D7(128权值)，D6(64权值)……D0(1权值)。
以D0为最小时间单位，那么按照普通的输出到显示屏的控制信号为10MHz频率来计算：
送完1行(512个点)D0，最小时间单位为100ns×512点＝51.2μs；然后显示1个时间单位，占用时间51.2μs
送完1行(512个点)D1，最小时间单位为100ns×512点＝51.2μs；然后显示2个时间单位，占用时间51.2μs×2
送完1行(512个点)D7，最小时间单位为100ns×512点＝51.2μs；然后显示128个时间单位，占用时间51.2μs×128
以上共计占用1+2+4+8+16+32+64+128＝255个最小时间单位，共计51.2μs×255，256级灰度一行需要51.2μs×255，略等于13ms。
128行高分成8个信号进行控制，则每个信号控制16行(16行扫描)；显示一帧需要13ms*16行＝208ms。
由上可知，按照传统显示控制方式，显示效率可能有100％，但如果面积达到512×128像素点，256级灰度刷新频率只能达到不到5Hz！
所以，采用传统显示控制方式如果增加控制面积，通常只有如下办法：
1、提高显示屏控制信号的时钟。这样对于大面积屏体来说，时钟越快越容易受到干扰，影响显示质量；而且控制信号频率提高也是有限度的，即使屏体PCB布线非常好的情况下，往往最多也只能到20MHz左右。
2、降低刷新频率。刷新频率降低必将影响显示稳定度，效果很差。
3、多个控制器同时处理。单一控制器只控制非常小面积显示屏才能达稳定显示所需的刷新频率；一个大的显示屏需要几十甚至上百个控制系统同时控制刷新，成本较高。
发明内容
为解决现有技术大面积LED显示屏灰度控制频率的问题，有必要提供一种适用于大面积LED显示屏的灰度显示的控制方法。
一种控制方法，包括提供一M行×N列像素的LED显示屏；将M行分成若干扫描组，所述若干扫描组分别由不同行扫描信号扫描；对每一行像素提供2n级(n位权值，其中n为自然数)不同灰度，并定义i位权值对应2i个灰度权值(1≤i≤n，i为自然数)，且定义第m位权值对 应最小时钟单位，其中2≤m≤n；
对于权值不大于m的灰度数据传输时间分别按照最小时钟单位计算；对于权值大于m的灰度数据传输时间分别按照最小时钟单位对应的权值倍数计算。
在本发明控制方法中，所述扫描组的行扫描信号是逐行扫描，也适用于静态显示屏。
在本发明控制方法中，所述扫描组的上一行像素的所有n位权值灰度数据送完后开始下一行像素的灰度数据。
在本发明控制方法中，所述扫描组的每一行像素的第i位权值对应的灰度数据输入完后(i为自然数且1≤i≤n-1)才开始(i+1)位权值对应的灰度数据输入。
在本发明控制方法中，提供一M行×N列像素的LED显示屏具体包括提供一分辨率为512×128像素的LED显示屏，对每一行像素提供2n级(n位权值，其中n为自然数)不同灰度包括提供256级的不同灰度。
在本发明控制方法中，低于m位权值的灰度级别有一定倍数时间的黑屏时间。
在本发明控制方法中，输入所有从1到n位数据所需要的时间长度以m位权值对应的时间长度为最小时钟单位计算对应若干个最小时钟单位，各个权值对应的数据可以最小时钟单位穿插输入。
在本发明控制方法中，输入所有从1到n位数据所需要的时间长度对应若干个最小时钟单位，每个最小时钟单位里对应的权值数据可以相互穿插输入。
在本发明控制方法中，对应亮屏显示的权值可以以最小时间单位切片插入对应黑屏显示的权值的最小时间单位切片。
相较于现有技术，本发明控制方法通过灰度切片，权值穿插，行扫描穿插显示等扫描控制方法实现大面积、高性能的灰度显示，显著的提高了灰度信号的扫描频率，同时具有稳定的高性能显示效果。
附图说明
图1是本发明控制方法一较佳实施方所控制的LED屏数据输入的方框示意图。
图2是本发明控制方法的信号时序图。
具体实施方式
下面将结合说明书附图对本发明实施方式作具体说明。
请参阅图1，是本发明控制方法一较佳实施方式所控制的LED显示屏数据输入的方框示意 图。如图1所示，在本实施方式中，本发明控制方法以512×128像素，8位数据D0~D7(256级灰度)，16行扫描为例进行说明(图中每一小方框代表一个像素)。灰度等级以D4(16权值)作为最小时钟单位进行说明。事实上，可以根据需要按照任意权值(例如64、32或8、4、2权值等)作为最小时间片来适应不同场合的需要。
请参阅图2，本发明控制方法的信号时序图。按256级灰度(8位)计算，256级权值数据由高到低依次为D7(128权值)，D6(64权值)……D0(1权值)。定义D4(16权值)的时钟长度作为最小时间单位t0，则输入8位数据所消耗的最小时钟单位数为：8(D7的时钟长度等于为8倍t0)+4(D6)+2(D5)+1(D4)+1(D3)+1(D2)+1(D1)+1(D0)＝19个t0。在本实施方式中，图2所示控制方法的以D4(16权值)的时钟长度作为最小时间单位t0的信号时序图。
那么按照普通10MHz刷新率的LED显示屏时钟计算：
送完1行(512个点)D0～D4，每次需要一个最小时钟单位t0，每个最小时间单位t0＝100ns(纳秒)×512点＝51.2μs(微秒)；
送完1行(512个点)D5～D7，分别需要送2、4、8个t0；
因此，送完256级灰度总共需要19个t0，即51.2μs×19，约等于973μs。
而在送19个t0时间里，利用送数据的空闲时间，完成了256级灰度显示，大幅度提高显示效率。
同时，将128行像素利用8个信号进行控制，则每个信号控制16行(即每个信号控制16行扫描)。那么，一帧画面内需要扫描时间为973μs×16，约等于15.6ms(毫秒)。
由于采用的是16级灰度(D4)作为最小时间单位t0，低于16级时间单位的灰度级别有一定倍数时间的黑屏时间，显示效率略有降低。在本实施方式中，实际显示时间为：19(时钟单位)×16＝304，而以D0为最小时间单位的有效显示时间为255，则相比较的显示效率为：256÷304，约等于84％。
综上所述，通过灰度切片，尽管显示效率略有降低，例如16级灰度作为最小时间片时显示效率降低到84.2％，但512×128这么大面积的显示刷新频率可以由5Hz提升到64Hz。
事实上，实际测试可以发现，采用灰度切片方式后，显示屏亮度损失极小，而显示屏的稳定程度显著提高，完全可以满足现有正常显示需求。
采用“灰度切片”技术后，每个权值占用时间单位个数是不同的，例如本示例中以256级灰度(8位)、利用D4(16权值)作为最小时钟单位计算，8个权值共占用了19个时钟单位。如果简单的按照权值顺序显示，例如D0(1个t0)-＞D1(1个t0)……-＞D6(4个t0)-＞D7 (8个t0)。当节目正好在某些灰度等级时，在扫描过程中，出现开屏关屏的频率减小、导致人眼感觉到屏幕闪烁的情况。例如：当屏幕出现一片灰度等级正好为128权值D7的色块时，该区域19个时钟单位t0的显示周期里，连续出现11个黑屏的t0：D0～D6，然后出现连续8个t0：D7。所以，整体上来说，看上去19个连续的t0时间里，只有1次亮屏显示。此时的等效刷新只有1次。由于人眼对权值比较高(较亮)的色块的刷新频率更加敏感，
虽然整屏或色块为一个权值、影响屏体显示效果的几率比较小，但仍然存在缺陷。
因此本发明控制方法还包括采用权值穿插的方法。即19个时钟片t0不按照D0～D7的顺序来处理，而是将19个时钟片打乱处理。例如：
D7的8个t0分别为t0(D7-1)、t0(D7-2)、t0(D7-3)……t0(D7-8)
D6的4个t0分别为t0(D6-1)、t0(D6-2)、t0(D6-3)、t0(D6-4)
D5的2个t0分别为t0(D5-1)、t0(D5-2)
权值穿插示例：
t0(D0)-＞t0(D7-1)-＞t0(D6-1)-＞t0(D5-1)-＞t0(D7-2)-＞……
权值切片穿插可以是将亮屏显示的权值时间以最小始终单元t0切片然后插入到黑屏显示的权值时间切片之间，使得亮度的显示在整个灰度显示中表现均匀，并且刷新率大幅提高。权值切片穿插的方法并不局限，其可按照需求调整，只要保证19个t0中按照各权值t0的比例不变。例如，将权值128(D7)的8个t0几乎平均分配到19个时钟片周期中；权值64(D6)的4个t0几乎平均分配到19个时钟片周期中……实现的效果可见，如果是权值128的色块，相当于开关屏8次，刷新频率相当于没有进行权值穿插前的8倍；如果是权值64(D6)的色块，刷新频率相当于之前的4倍。
事实上，上述例子是以D4(16权值)为最小时钟单位，当定义其他权值位数据位最小时间单位时，上述权值切片穿插的方法仍然适用。
此外，人眼对相对亮高权值的色块更敏感、暗的低权值的色块敏感度降低，所以解决高权值后实际显示效果得到非常大的提升。另外，在实际显示中，绝大多数是几个权值同时有效的情况，经过权值穿插后，显示效果仍然会进一步提升。
在本发明控制方法以变更实施方式中，本发明控制方法还包括行扫描穿插扫描方法，可以实现等效刷新频率成倍上升。
在如上所述的扫描方式下，在每一个最小时钟单位输出时间：
完成1行(512个点)，需要100ns×512点＝51.2μs；
此时先不进行本行的下一个权值的扫描，而是对16行的本权值的逐行扫描，即实现了等效1帧画面刷新，时间共计为51.2μs×16行＝819.2μs。
然后进行下一个权值时钟单位的显示，完成一帧画面显示时间仍然为819.2μs×19，约等于15.6ms。
综上所述，增加行扫描穿插算法，实际显示效率没有降低，但在对下一权值进行扫描前实际已经完成了等效一帧信号的全屏刷新，等效刷新周期以819.2μs计算，刷新率达到了1.22KHz。
也就是说，对于512×128像素点，256级灰度显示可以达到1.22KHz以上刷新，一个控制系统完全就能够满足高性能稳定的显示要求。
实际对比测试可以发现，采用行扫描穿插技术后，512×128大小的显示屏显示效果提高非常明显，播放视频和灰度图片时，显示屏的稳定度完全能够满足要求。
如果按照目前常用的控制64×128像素点，20MHz的输出控制信号计算，实际刷新频率可以达到1.22KHz×8(显示面积为上述512×128像素点的1/8)×2(20M÷10M)＝19.52KHz。
上述控制方法可以推行到任意面积、任意灰度等级(例如16级、32级、64级、128级、1024级等等)以及任意扫描模式(例如8行扫描、4行扫描、2行扫描等等)，都能进行同样处理，提高扫描频率的同时具有稳定的画面显示。
综上所述，本发明控制方法包括：
提供一M行×N列像素的LED显示屏；
将M行分成若干扫描组，所述若干扫描组分别由不同行扫描信号扫描；
对每一行像素提供2n-1级(n位权值，其中n为自然数)不同灰度，并定义m位权值对应最小时钟单位，其中1≤m≤n；
对于权值不大于m的灰度数据传输时间分别按照最小时钟单位计算；
对于权值大于m的灰度数据传输时间分别按照最小时钟单位对应的权值倍数计算。
其中，每一行像素的灰度数据输入可以是所述扫描组的上一行像素的所有n位权值灰度数据送完后开始下一行像素的灰度数据，还可以是所述扫描组的每一行像素的第i位权值对应的灰度数据输入完后(i为自然数且1≤i≤n-1)才开始(i+1)位权值对应的灰度数据输入。
相较于现有技术，本发明控制方法通过灰度切片，权值穿插，行扫描穿插显示等扫描控制方法实现大面积、高性能的灰度显示，显著的提高了灰度信号的扫描频率，同时具有稳定的高性能显示效果。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1. 一种用于LED显示屏的灰度控制方法，包括：
提供一M行×N列像素的LED显示屏，M、N均为自然数；
将M行分成若干扫描组，所述若干扫描组分别由不同行扫描信号扫描；
对每一行像素提供2n-1级不同灰度，且定义第m位权值的显示时间为对应最小时钟单位，其中2≤m≤n，n位权值，其中n为自然数；
最小时间单位等于任何权值一行数据的传输时间；
对于权值不大于m的灰度数据占用的显示时间分别按照最小时钟单位计算，并按实际权值的显示时间与m权值显示时间的比例要求，在最小时钟单位内显示或不显示；
对于权值大于m的灰度数据占用的显示时间分别按照最小时钟单位对应的权值倍数计算。
2. 如权利要求1所述的用于LED显示屏的灰度控制方法，其特征在于：所述扫描组的行扫描信号是逐行扫描，其也适用于静态显示屏。
3. 如权利要求1所述的用于LED显示屏的灰度控制方法，其特征在于：所述扫描组的上一行像素的所有n位权值灰度数据送完后开始下一行像素的灰度数据。
4. 如权利要求1所述的用于LED显示屏的灰度控制方法，其特征在于：低于m位权值的灰度级别有一定倍数时间的黑屏时间。
5. 如权利要求1所述的用于LED显示屏的灰度控制方法，其特征在于：输入所有从1到n位数据所需要的时间长度对应若干个最小时钟单位，每个最小时钟单位里对应的权值数据可以相互穿插输入。
6.如权利要求1所述的用于LED显示屏的灰度控制方法，其特征在于：完成一行的扫描后，先不进行本行的下一个权值的扫描，而是对每一行的本权值进行逐行扫描，即实现了等效的一帧画面刷新。
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