CN102411897A - 一种具有脉冲打散方式的led显示系统和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有脉冲打散方式的LED显示系统,该系统包括:一个LED控制器和若干个依次串接的LED单元,所述的LED单元板分别包括一个LED驱动板和若干个LED灯;所述的LED控制器发出数据信号和控制信号。以数组D[0:(H-1)]表示某一端驱动的一个LED灯的H位灰度值,使用D[0]表示H位灰度的最低位值,将D[0:(H-1)]拆分为高比特位D[(H-n):(H-1)]和低比特位D[0:(H-n-1)],将高比特位在一场时间(m个T_FRAM)内拆分为m*2n、m*2n-1…m*2次显示和移位,低比特位融合为m*D[0:(H-n-1)],本打散方案的公式可表示为:m*D[0:(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T)+m*D[0:(H-n-1)]。该方式可使亮度更为均匀,明显降低闪烁,可大幅降低亮度损失,且不同的拆分方式可满足不同的系统应用需求。
Description
技术领域
本发明涉及LED显示技术领域,特别是涉及具有脉冲打散方式的LED显示系统。
背景技术
LED显示屏的发光材料为发光二极管,发光二极管的正向伏安特性与普通二极管大致相同,电压的开启点以前无电流,电压一旦超过开启点便显示出导通特性。LED从导通到安全最大电流,其伏安特性近似呈线性。即,在此区域内,LED的发光强度近似正比于它的电流强度,控制电流就可以控制发光二节管的亮度。
一般来讲,LED亮度的控制通常有两种方法:电流控制法和导通时间控制法。电流控制法,是通过调节LED的正向电流得到对亮度的控制;把LED的正向导通电流按一定的步长调节,其发光亮度就可以分为若干个灰度级。导通时间控制法,是指LED管采用恒流驱动,通过控制单位时间内LED的导通时间来实现灰度级。可以用脉冲方式驱动LED发光,例如用1MHz,占空比为25%、峰值电流为1A的脉冲去驱动LED,与用25mA的直流驱动,其发光亮度是一致的。
以下针对导通时间控制法进行灰度控制的描述。
LED显示系统接收标准视频信号时,假设标准视频信号的场频为50HZ,则每个对应视频信号中一个像素的LED灯,需要在一场时间20ms内根据这个像素的灰度得到相应的有效显示时间。传统LED显示系统的做法是在这一场时间20ms内将图像进行若干次显示(3次以上),将图像显示一次的时间记为T_FRAM,一场时间20ms由若干个T_FRAM组成;每个对应视频信号中一个像素的LED灯,需要在一个T_FRAM内根据这个像素的灰度得到相应的有效显示时间。
下面以LED灯灰度等级为1024级,即灰度为10位为例进行说明;假设一场时间内将图像显示4次,即一场时间由4个T_FRAM组成。若灰度值最低位对应有效显示时间为一个时钟周期T(T为LED显示系统的时钟周期),则最高位对应的有效显示时间为29T;以数组D[0:9]表示1个LED灯的10位灰度值,如D[0]即表示LED灯的10位灰度的最低位值。将29T表示为4*128T,则各灰度位对应的有效显示时间从高位至低位分别为:4*128T、2*128T128T、64T、32T、16T、8T、4T、2T、T。具体灰度位对应的有效显示时间和总时间,如下表1所示。在一场时间内,灰度为对应的有效时间如表2所示。
表1
灰度数据位 | 有效显示时间 | 总时间 |
D[9] | 4*128T | 4*128T |
D[8] | 2*128T | 2*128T |
D[7] | 128T | 128T |
D[6] | 64T | 128T |
D[5] | 32T | 128T |
D[4] | 16T | 128T |
D[3] | 8T | 128T |
D[2] | 4T | 128T |
D[1] | 2T | 128T |
D[0] | T | 128T |
表2
在如图1所示的T_FRAM时间内,共需10次显示和移位,T_FRAM总时间约为14*128T;在这次T_FRAM内,某一个LED灯的亮度计算如下:
D[0]*1T+D[1]*2T+D[2]*4T+D[3]*8T+D[4]*16T+D[5]*32T+D[6]*64T+D[7]*128T+D[8]*2*128T+D[9]*4*128T。
上述方法存在以下缺点:
①若需某一个LED灯最亮,则D[0:9]为全1,按照上述公式,其有效显示时间为(8*128-1)T,小于T_FRAM的14*128T;最亮有效显示时间小于T_FRAM意味着亮度损失,本例中亮度损失大于40%。
②10位灰度值的高比特位的亮度信息会集中显示,如高3位的有效显示时间占了总时间T_FRAM的1/2,这会使人眼的亮度感觉很不均匀,造成全屏色彩不柔和。
上述方法在显示时采用的是集中显示的方法,如果将其在一次T_FRAM时间内均匀分配,将会使发光更均匀,均匀分配之后将明显降低闪烁。于是引出了脉冲打散的概念,可以将D[0:9]的10位灰度值平均排序,将10位灰度值的高2位D[8:9],分别拆成2、4次显示和移位,灰度低8位D[0:7]不进行拆分,如按以下次序进行显示:D[9]、D[8]、D[1]、D[5]、D[9]、D[2]、D[6]、D[9]、D[8]、D[0]、D[4]、D[9]、D[3]、D[7],但亮度计算不变,依然存在亮度大幅损失的情况。
本专利提出了一种新型的脉冲打散方案,既可以使亮度信息在一场时间内均匀分配,降低屏幕闪烁,又可以减少亮度损失。
发明内容
本发明的目的在于为了克服上述脉冲打散方式存在的缺陷,提出一种具有脉冲打散方式的LED显示系统和方法,即,所述的一种具有脉冲打散方式的LED显示系统包括:
所述的系统包括:
一个LED控制器和N个依次串接的LED单元板:
所述的LED单元板分别包括一个LED驱动板和若干个LED灯;
所述的LED控制器发出数据信号和控制信号,依次经过LED驱动板提供给本LED单元板中所有LED驱动板的相应的输入端;
每个驱动板包括包含B个LED驱动电路,每个LED驱动电路包含C个驱动输出端,则可驱动输出端总数为NBC,串接的LED灯为NBC个;
当LED驱动板的驱动端输出低电平时,为有效显示时间,LED灯被点亮;
所述的输入端为时钟信号输入端、数据信号输入端、锁存信号输入端和使能信号输入端,输入端的信号经过缓冲存储器BUFFER、译码/开关电路到驱动电路。
所述的输入端为所述的数据信号和控制信号的输入端,输入端的信号经过通信电路、开关电路到驱动电路。
以LED灯灰度等级为W级,即灰度为H位为例,灰度值最低位对应有效显示时间为一个时钟周期;以数组D[0:(H-1)]表示NBC个LED驱动输出端中某一端驱动的一个LED灯的H位灰度值,如D[0]即表示这个LED驱动输出端所要驱动的LED灯的H位灰度的最低位值。
假设一场时间被分成4个T_FRAM,则在一个T_FRAM时间内,将D[0:(H-1)]拆分为高2位和低H-2位,灰度值高2位进行分拆并均匀打散,可分别拆分为4、2次显示和移位,即D[(H-2):(H-1)]=4*2H-3T+2*2H-3T;那么在一场时间内,灰度值高2位需要被显示4*D[(H-2):(H-1)]=4*(4*2H-3T+2*2H-3T);
在4个T_FRAM内,将H(10)位灰度值低H-2位进行融合,则灰度值低H-2位被显示为4*D[0:(H-3)]。
以一场时间=m*T_FRAM,LED灯灰度值为D[0:(H-1)]为例,对其进行如下处理:将D[0:(H-1)]拆分为高比特位D[(H-n):(H-1)]和低比特位D[0:(H-n-1)],将高比特位在一场时间内拆分为m*2n、m*2n-1…m*2次显示和移位,即m*D[(H-n):(H-1)]=m*(2n*2H-1-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T);低比特位再以m*D[0:(H-n-1)]方式表示,即:m*D[0:(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T)+m*D[0:(H-n-1)](n、m均为正整数,n<H)。
所述的一种具有脉冲打散方式的LED显示方法,包括步骤:
A、由LED控制器发送一组输出信号至若干个依次串接的LED单元板;
B、所述的LED控制器发出的输出信号经过LED驱动板提供给本LED单元板中所有LED驱动电路的相应的时钟信号输入端、锁存信号输入端和使能信号输入端;
C、当LED驱动电路的驱动端输出低电平时,为有效显示时间,LED灯被点亮;
D、以数组D[0:(H-1)]表示NBC(128)个LED驱动输出端中某一端驱动的一个LED灯的H(10)位灰度值,其中D[0]即表示这个LED驱动输出端所要驱动的LED灯的H(10)位灰度的最低位值;以T表示灰度值最低位的有效显示时间,则H(10)位灰度值最高位的有效显示时间可表示为2H-1T;
E、假设一场时间被分成m个T_FRAM,则在一个T_FRAM时间内,将H(10)位灰度值高n位进行分拆并均匀打散,可分别拆分为2n、2n-1…21次显示和移位,即D[(H-n):(H-1)]=2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T;那么在一场时间内,灰度值高n位需要被显示m*D[(H-n):(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T);
F、在一场时间内,将H(10)位灰度值低H-n位进行融合,则灰度值低H-n位被显示为m*D[0:(H-n-1)];
以一场时间=m*T_FRAM,LED灯灰度值为D[0:(H-1)]为例,对其进行如下处理:将D[0:(H-1)]拆分为高比特位D[(H-n):(H-1)]和低比特位D[0:(H-n-1)],将高比特位在一场时间内拆分为m*2n、m*2n-1…m*2次显示和移位,即
m*D[(H-n):(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T);
低比特位再以m*D[0:(H-n-1)]方式表示,即:
m*D[0:(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T)+m*D[0:(H-n-1)]
其中:N是LED单元板数,N为4;
B是LED驱动电路数,B为16;
C是驱动输出端数,C为128;
H是灰度值位数,H为10;
T是时钟周期;
W是LED灯灰度等级数,W为1024;
m是正整数;
n是为小于H的正整数。
本发明可在任意灰度等级的LED显示系统应用,可使LED显示的亮度信息均匀分布,明显降低闪烁,且减少了亮度损失。
附图说明
图1为传统LED脉冲显示方式时序的示意图;
图2为LED显示系统结构示意图;
图3为LED驱动板方案1的结构示意图;
图4为LED驱动板方案2的结构示意图。
具体实施方式
以下结合LED显示系统对本发明内容进行进-步说明。
图1为传统LED脉冲显示方式时序的示意图。如图1所示,在所示的T_FRAM时间内,共需10次显示和移位,T_FRAM总时间约为14*256T;在这次T_FRAM内,某一个LED灯的亮度计算如下:
D[0]*1T+D[1]*2T+D[2]*4T+D[3]*8T+D[4]*16T+D[5]*32T+D[6]*64T+D[7]*128T+D[8]*2*128T+D[9]*4*128T。
从中可看出:①某一个LED灯最亮时,其有效显示时间为(8*128-1)T,小于T_FRAM的14*128T,亮度损失大于40%;②10位灰度值的高比特位的亮度信息集中显示,如高3位的有效显示时间占了总时间T_FRAM的1/2,这会使人眼的亮度感觉很不均匀,造成全屏色彩不柔和。上述方法在显示时采用的是集中显示的方法,如果将其在一次T_FRAM时间内均匀分配,将会使发光更均匀,均匀分配之后将明显降低闪烁。于是引出了脉冲打散的概念。
为了更好的显示效果,可以将D[0:9]的10位灰度值平均排序,将10位灰度值的高2位D[8:9],分别拆成2、4次显示和移位,灰度低8位D[0:7]不进行拆分,如按以下次序进行显示:
D[9]、D[8]、D[1]、D[5]、D[9]、D[2]、D[6]、
D[9]、D[8]、D[0]、D[4]、D[9]、D[3]、D[7]。
这种脉冲打散方式由于亮度计算不变,依然存在亮度大幅损失的情况。
图2为LED显示系统结构示意图。所述的系统包括:
一个LED控制器1和若干个依次串接的LED单元板2-1…2-N:
所述的LED单元板2-1…2-N分别包括一个LED驱动板3-1…3-N和若干个LED灯;
所述的LED控制器1发出一组数据信号和控制信号,依次经过LED驱动板提供给本LED单元板中所有LED驱动板的相应的输入端;
数据信号和控制信号在不同方案的驱动板中有一定的差异,如图3所示方案1中,LED控制器1输出信号为Data信号、控制信号、时序信号(在某些应用场合下不需要时序信号),所述的输入端为时钟信号输入端、数据信号输入端、锁存信号输入端和使能信号输入端,输入端的信号经过缓冲存储器BUFFER7、译码/开关电路6到驱动电路4-1…4-B,驱动电路4-1…4-B连接到输出端5-1….5-C。在图4所示的方案2系统中,所述的输入端为所述的数据信号和控制信号的输入端,输入端的信号经过通信电路8开关电路9到驱动电路4-1…4-B,驱动电路4-1…4-B连接到输出端5-1….5-C。
所述的LED单元板2-1…2-N包括若干个LED灯,当LED驱动电路4-1…4-B的驱动端输出低电平时,为有效显示时间,LED灯被点亮。
下面以上述使用图3所示LED驱动板方案的LED显示系统为例对本发明提出的新型脉冲打散方式进行说明:一个LED控制器的一组输出依次串接N为4块LED单元板,每块LED单元板上包含B为2个LED驱动电路,每个LED驱动电路包含C为16个驱动输出端,则可驱动输出端总数为NBC为128,串接的LED灯为NBC(128);以LED灯灰度等级为W(1024)级,即灰度为H(10)位为例,灰度值最低位对应有效显示时间为一个时钟周期T;以D[0:(H-1)]表示NBC(128)个LED驱动输出端中某一端驱动的一个LED灯的H(10)位灰度值,如D[0]即表示这个LED驱动输出端所要驱动的LED灯的H(10)位灰度的最低位值。
根据本发明提出的脉冲打散方案,将某一i端驱动的一个LED灯的H(10)位灰度值在一场时间(20ms)的4个T_FRAM内的有效显示时间按照表3进行打散和显示。
表3
从表3可以看出:10位灰度值的高比特位的亮度信息在一场时间内被均匀分配,可使发光更均匀,均匀分配之后将明显降低闪烁;而灰度值的低比特位的亮度信息在一场时间内融合到了一起,融合后一场时间内LED灯最亮时,其有效显示时间为(32*128-1)T,总时间为36*128T,亮度损失由传统方案的大于40%下降至11%左右,大大减少了亮度损失。
所述的一种具有脉冲打散方式的LED显示方法,包括步骤:
A、由LED控制器发送一组输出信号至若干个依次串接的LED单元板;
B、所述的LED控制器发出的输出信号经过LED驱动板提供给本LED单元板中所有LED驱动电路的相应的数据输入端、时钟信号输入端、锁存信号输入端和使能信号输入端;
C、当LED驱动电路的驱动端输出低电平时,为有效显示时间,LED灯被点亮;
D、以数组D[0:(H-1)]表示NBC(128)个LED驱动输出端中某一端驱动的一个LED灯的H(10)位灰度值,其中D[0]即表示这个LED驱动输出端所要驱动的LED灯的H(10)位灰度的最低位值;以T表示灰度值最低位的有效显示时间,则H(10)位灰度值最高位的有效显示时间可表示为2H-1T;
E、假设一场时间被分成m个T_FRAM,则在一个T_FRAM时间内,将H(10)位灰度值高n位进行分拆并均匀打散,可分别拆分为2n、2n-1…2次显示和移位,即D[(H-n):(H-1)]=2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T;那么在一场时间内,灰度值高n位需要被显示m*D[(H-n):(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-1-1T+…+2*2H-1-1T);
F、在一场时间内,将H(10)位灰度值低H-n位进行融合,则灰度值低H-n位被显示为m*D[0:(H-n-1)];
以一场时间=m*T_FRAM,LED灯灰度值为D[0:(H-1)]为例,对其进行如下处理:将D[0:(H-1)]拆分为高比特位D[(H-n):(H-1)]和低比特位D[0:(H-n-1)],将高比特位在一场时间内拆分为m*2n、m*2n-1…m*2次显示和移位,即
m*D[(H-n):(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T);
低比特位再以m*D[0:(H-n-1)]方式表示,即:
m*D[0:(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T)+m*D[0:(H-n-1)]
其中:N是LED单元板数,N为4;
B是LED驱动电路数,B为16;
C是驱动输出端数,C为128;
H是灰度值位数,H为10;
T是时钟周期;
W是LED灯灰度等级数,W为1024;
m是正整数;
n是为小于H的正整数。
上述脉冲打散方案可根据实际应用需要进行调整,如所述实施例中H(10)位灰度值在一场时间(20ms)的4个T_FRAM内的有效显示时间也可按照表4进行打散和显示。
表4
应该理解到的是,上述实施例只是对本发明的说明,而不是对本发明的限制,任何不超出本发明实质精神范围内的发明创造,例如,类同的LED显示系统,改变灰度值位数及高低位不同拆分位数等均落入本发明保护范围之内。
Claims (5)
1.一种具有脉冲打散方式的LED显示系统,所述的系统包括:
一个LED控制器(1)和若干个依次串接的LED单元板(2-1…2-N):
所述的LED单元板(2-1…2-N)分别包括一个LED驱动板(3-1…3-N)和若干个LED灯;
所述的LED控制器1发出数据信号和控制信号,依次经过LED驱动板提供给本LED单元板中所有LED驱动板的相应的输入端;
每个驱动板包括包含B个LED驱动电路,每个LED驱动电路包含C个驱动输出端,则可驱动输出端总数为NBC,串接的LED灯为NBC个;
当LED驱动板(3-1…3-N)的驱动端输出低电平时,为有效显示时间,LED灯被点亮;
以一场时间被分成m个T_FRAM,LED灯灰度等级为W级,即灰度为H位为例,灰度值最低位对应有效显示时间为一个时钟周期;以数组D[0:(H-1)]表示NBC个LED驱动输出端中某一端驱动的一个LED灯的H位灰度值,如D[0]即表示这个LED驱动输出端所要驱动的LED灯的H位灰度的最低位值,其特征在于:
将D[0:(H-1)]拆分为高2位和低H-2位,将H(10)位灰度值高2位进行分拆并均匀打散,可分别拆分为4、2次显示和移位,即D[(H-2):(H-1)]=4*2H-3T+2*2H-3T;那么在一场时间内,灰度值高2位需要被显示m*D[(H-2):(H-1)]=m*(4*2H-3T+2*2H-3T);在m个T_FRAM内,将H(10)位灰度值低H-2位进行融合,则灰度值低H-2位被显示为4*D[0:(H-3)]。
其中:N是LED单元板数;
B是LED驱动电路数;
C是驱动输出端数;
H是灰度值位数;
T是时钟周期;
W是LED灯灰度等级数;
m是正整数;
n是为小于H的正整数。
2.根据权利要求1所述的一种具有脉冲打散方式的LED显示系统,其特征在于:所述的输入端为时钟信号输入端、数据信号输入端、锁存信号输入端和使能信号输入端,输入端的信号经过缓冲存储器BUFFER(7)、译码/开关电路(6)到驱动电路(4-1…4-B)。
3.根据权利要求1所述的一种具有脉冲打散方式的LED显示系统,其特征在于:所述的输入端为所述的数据信号和控制信号的输入端,输入端的信号经过通信电路(8)开关电路(9)到驱动电路(4-1…4-B)。
4.根据权利要求2或3所述的一种具有脉冲打散方式的LED显示系统,其特征在于:在一场时间(m个T_FRAM)内将高灰度位拆分并均匀打散,低灰度位进行融合,使高比特位的亮度信息得以均匀分布,而低位的亮度损失得到降低;以D[0:(H-1)]为例,对其进行如下处理:将D[0:(H-1)]拆分为高比特位D[(H-n):(H-1)]和低比特位D[0:(H-n-1)],将高比特位在一场时间内拆分为m*2n、m*2n-1…m*2次显示和移位,即m*D[(H-n):(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T);低比特位表示为m*D[0:(H-n-1)],即:
m*D[0:(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T)+m*D[0:(H-n-1)]。
5.一种具有脉冲打散方式的LED显示方法,其特征在于包括步骤:
A、由LED控制器发送一组输出信号至若干个依次串接的LED单元板;
B、所述的LED控制器发出的输出信号经过LED驱动板提供给本LED单元板中所有LED驱动电路的相应的时钟信号输入端、数据信号输入端、锁存信号输入端和使能信号输入端;
C、当LED驱动电路的驱动端输出低电平时,为有效显示时间,LED灯被点亮;
D、以数组D[0:(H-1)]表示NBC(128)个LED驱动输出端中某一端驱动的一个LED灯的H(10)位灰度值,其中D[0]即表示这个LED驱动输出端所要驱动的LED灯的H(10)位灰度的最低位值;以T表示灰度值最低位的有效显示时间,则H(10)位灰度值最高位的有效显示时间可表示为2H-1T;
E、假设一场时间被分成m个T_FRAM,则在一个T_FRAM时间内,将H(10)位灰度值高n位进行分拆并均匀打散,可分别拆分为2n、2n-1…21次显示和移位,即D[(H-n):(H-1)]=2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T;那么在一场时间内,灰度值高n位需要被显示m*D[(H-n):(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-1n-1T+…+2*2H-n-1T);
F、在一场时间内,将H(10)位灰度值低H-n位进行融合,则灰度值低H-n位被显示为m*D[0:(H-n-1)];
以一场时间=m*T_FRAM,LED灯灰度值为D[0:(H-1)]为例,对其进行如下处理:将D[0:(H-1)]拆分为高比特位D[(H-n):(H-1)]和低比特位D[0:(H-n-1)],将高比特位在一场时间内拆分为m*2n、m*2n-1…m*2次显示和移位,即
m*D[(H-n):(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T);
低比特位再以m*D[0:(H-n-1)]方式表示,即:
m*D[0:(H-1)]=m*(2n*2H-n-1T+2n-1*2H-n-1T+…+2*2H-n-1T)+m*D[0:(H-n-1)]
其中:N是LED单元板数,N为4;
B是LED驱动电路数,B为16;
C是驱动输出端数,C为128;
H是灰度值位数,H为10;
T是时钟周期;
W是LED灯灰度等级数,W为1024;
m是正整数;
n是为小于H的正整数。
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