CN104217683A - 灰度数据子场编排方法及装置、led显示驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及灰度数据子场编排方法及装置以及LED显示驱动方法。所述灰度数据子场编排方法包括：获取一m位灰度数据；确定所述m位灰度数据中每一级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数以及在所占用的子场中单个子场内的点亮时间。所述m位灰度数据划分有多个段，每个段包括所述m位灰度数据中的一级或多级灰度数据位，处于同一段的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数相等，且多个段中的至少一个段所包含的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数大于1。本发明对灰度数据进行分段子场编排，提高低灰部分占用的子场数，可达到提高低灰度刷新率并降低亮度效率的效果。

Description

灰度数据子场编排方法及装置、LED显示驱动方法

技术领域

本发明属于LED显示控制技术领域，尤其涉及一种灰度数据子场编排方法、一种LED显示驱动方法以及一种灰度数据子场编排装置。

背景技术

现有的LED控制系统在使用通用芯片来控制LED显示屏的显示时会由于低灰度刷新率低，导致显示效果变差，从而在画面拍照时出现失真的现象。在小间距的LED显示屏中，低亮度的显示效果较好，但常用的降低亮度效率的方法常常降低低灰度的显示。由于LED的线性响应特性，目前的LED显示屏控制需要对输入的n位灰度数据进行反伽玛校正映射到m位灰度数据后再做灰度实现，m大于n。设x为输入灰度数据，值域为0到(2ⁿ-1)，y为反伽玛校正后的灰度数据，值域为0到(2^m-1),γ为伽玛值，映射关系如下：

$y={(2^m-1)}^{*}{\left(\frac{x}{2^n-1}\right)}^{\mathrm{\γ}}$

当需要降低LED显示屏的亮度时，现有的技术是将反伽玛之后的y值直接乘上一个亮度百分比，比如需要将亮度降到50％，就将y值乘0.5。

这种做法会导致如下两个问题：(1)较小的x值映射的y值为0，导致这些灰度级实现的结果是黑的(不亮)，(2)多个x值映射相同的y值，导致这些灰度级实现效果相同。这两个问题会导致LED显示屏的低灰度效果变差。

为克服上述问题，现有技术提出另一种灰度级实现方法，具体为：目前通用的LED显示屏采用on-off式恒流驱动芯片驱动LED屏体，m位的反伽玛后的灰度数据y值是通过子场编排方式实现，每个子场送出灰度数据的某1位，通过控制LED驱动芯片的打开时间来实现这1位数据的权重。以m等于16为例，一种常见的编排方式如下，其最高位占用的子场数为32(其他值也适用)：

表1 现有的子场编排方式

Bit	占用子场数	打开时间与子场时间比例	子场权重
				15	32	1	32*1
14	16	1	16*1
				13	8	1	8*1
12	4	1	4*1
				11	2	1	2*1
10	1	1	1*1
				9	1	1/2	1*1/2
8	1	1/4	1*1/4
				7	1	1/8	1*1/8
6	1	1/16	1*1/16
				5	1	1/32	1*1/32
4	1	1/64	1*1/64
				3	1	1/128	1*1/128
2	1	1/256	1*1/256
				1	1	1/512	1*1/512
0	1	1/1024	1*1/1024
				合计	73		64

该编排方式实现一次灰度需要共计73个子场，灰度数据最大(每一个bit的取值都为1)时LED驱动芯片合计打开时间占用64个子场。

这种编排方式的亮度效率为：

$\mathrm{\η}=\frac{64}{73}=87.6\%$

然而，这种现有的子场编排方式的缺点为在16bits灰阶(灰度数据)中，一个完整刷新周期内bit[10:0]都只能出现1次(也即占用的子场数为1)，低灰刷新率很低，使得显示效果不好，导致拍照时照片出现失真；并且，亮度效率高，不适合小间距LED显示屏。

发明内容

因此，本发明为克服现有技术中的缺陷，提供一种灰度数据子场编排方法、一种LED显示驱动方法以及一种灰度数据子场编排装置。

具体地，本发明提供的一种灰度数据子场编排方法，其包括步骤：获取一m位灰度数据；确定所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数以及在所占用的子场中单个子场内的点亮时间。其中，所述m位灰度数据划分有多个段，每个段包括所述m位灰度数据中的一级或多级灰度数据位，处于同一段的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数相等，且所述多个段中的至少一个段所包含的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数大于1。

在本发明的一个实施例中，上述处于同一段的多级灰度数据位在所占用的子场中单个子场内的点亮时间互不相同。

在本发明的一个实施例中，上述m位灰度数据从最高级灰度数据位到最低级灰度数据位的子场权重依次递减，其中，所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位的子场权重等于所述灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数和在所占用的子场中单个子场内的点亮时间的乘积。

在本发明的一个实施例中，上述获取一m位灰度数据的步骤包括：对输入视频信号的一n位灰度数据进行非线性变换映射得到所述m位灰度数据，且m大于n。

在本发明的一个实施例中，上述非线性变换包括反伽玛校正。

此外，本发明提供的一种LED显示驱动方法，包括步骤：执行上述任意一种灰度数据子场编排方法，以得到所述m位灰度数据对应的子场分布；以及根据所述子场排布驱动控电连接一LED驱动芯片的LED灯点以在所述LED灯点上实现对应所述m位灰度数据的灰度级显示。

另外，本发明提供的一种灰度数据子场编排装置，包括：灰度数据获取模块，以及子场编排模块。其中，灰度数据获取模块用于获取一m位灰度数据。子场编排模块用于确定所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数以及在所占用的子场中单个子场内的点亮时间。其中，所述m位灰度数据划分有多个段，每个段包括所述m位灰度数据中的一级或多级灰度数据位，处于同一段的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数相等，且所述多个段中的至少一个段所包含的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数大于1。

在本发明的一个实施例中，上述子场编排模块使得处于同一段的多级灰度数据位在所占用的子场中单个子场内的点亮时间互不相同。

在本发明的一个实施例中，上述子场编排模块使得所述m位灰度数据从最高级灰度数据位到最低级灰度数据位的子场权重依次递减，其中，所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位的子场权重等于所述灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数和在所占用的子场中单个子场内的点亮时间的乘积。

在本发明的一个实施例中，上述灰度数据获取模块和子场编排模块至少一个设置在接收卡或异步卡上。

由上可知，本发明通过对m位灰度数据进行分段子场编排，使同一段内的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数相等以及使多个段中的至少一个段所包含的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数大于1；使得m位灰度数据中的低灰部分占用的子场数得到提高，因此可达到提高低灰度刷新率并降低亮度效率的效果，从而达到提高拍照效果以及减低亮度效率来提高小间距LED显示屏幕的显示效果的作用。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定，这是因为其应当参考附加的权利要求。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

图1为本发明实施例的一种灰度数据子场编排装置的模块示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在大屏幕LED显示系统中，低灰度的刷新直接影响到显示的效果，影响到拍照的效果，本发明通过对子场的重新编排来提高低灰的刷新率、减少拍照的失真问题。

具体地，本发明下述实施例的灰度数据子场编排方法在不损失低灰度显示效果的基础上可降低亮度效率：

设p，q为不小于0的整数且p>q，m为正整数，且p,q均不大于m；

N_segment为m位灰度数据的分段编号，其中0≤N_segment<m，处于同一段的各级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数相等且多个段中至少一个段的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数大于1；

N_ref为一场图像时间的完整刷新率，对于60Hz的场频，N_ref即在约16.67ms时间内的完整刷新次数；

N_{subfield_gray_p}及N_{subfield_gray_q}分别为所述m位灰度数据中的第p级灰度数据位和第q级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数；

T_{subfield_on_gray_p}及T_{subfield_on_gray_q}分别为所述第p级灰度数据位和第q级灰度数据位在所占用的子场中单个子场内的点亮时间；

T_subfield为单个子场的时间；

T_{on_gray_p}及T_{on_gray_q}分别为所述第p级灰度数据位和第q级灰度数据位在一个完整刷新周期内的点亮时间；

其满足以下条件式(1)～(5)：

N_{subfield_gray_p}≥N_{subfield_gray_q}      (1)

T_{subfield_on_gray_p}≥T_{subfield_on_gray_q}     (2)

T_{on_gray_p}＝T_{subfield_on_gray_p}×N_{subfield_gray_p}   (3)

T_{on_gray_q}＝T_{subfield_on_gray_q}×N_{subfield_gray_q}   (4)

T_{on_gray_p}＝T_{on_gray_q}×2^p-q      (5)

此外，第p级灰度数据位(也即第p bit灰度)每秒的刷新率为：

N_{ref_gray_p}＝60×N_ref×N_{subfield_gray_p}，其中60为场频的取值，但本发明的场频取值并不限于60。

由此可见，在基本的性能参数确定的条件下，一场图像时间内的完整刷新率N_ref没什么差别，那么，尽量提高p较小时在单个完整刷新周期内占用的子场数N_{subfield_gray_p}，这样就能使得低灰度的刷新率提高，并降低亮度效率。

其亮度效率 $\mathrm{\&eta;}=\frac{\underset{p=0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{T}_{\mathrm{on}\_\mathrm{gray}\_p}}{\underset{p-0}{\overset{m-1}{\mathrm{\&Sigma;}}}{N}_{\mathrm{subfield}\_\mathrm{gray}\_p}\&times;T_{\mathrm{subfield}}}.$

另外，对于前述m位灰度数据，其可以通过对输入视频信号的一n位灰度数据进行非线性变换例如反伽玛校正映射得到，且m大于n。此外，m的取值可以是16,20,24等，n的取值可以是6,8等，但本发明并不以此为限。

为便于理解本实施例的灰度数据子场编排方法，下面以m＝16作为举例进行说明。

比较上述表1和下表2可以看出，在总子场数基本一致的情况下，在一个完整刷新周期内，低灰度的刷新bit[10:5]出现了4次，bit[4:2]出现了2次，远远好于上述表1中的子场排布的在一个完整刷新周期内的1次。

在亮度效率方面，这种分段子场编排方式的亮度效率为：

$\mathrm{\&eta;}=\frac{32}{76}=42\%.$

表2 分段子场编排方式

此外，从表2还可以得知，第0段中的bit[1:0]在单个完整刷新周期内占用的子场数为1，第1段中的bit[4:2]在单个完整刷新周期内占用的子场数为2，第2段中的bit[11:5]在单个完整刷新周期内占用的子场数为4，第3段中的bit[14:12]在单个完整刷新周期内占用的子场数为8，第4段中的bit15在单个完整刷新周期内占用的子场数为16；处于同一段的多级灰度数据位例如第1段中的bit[4：2]在所占用的子场中单个子场内的点亮时间(也即打开时间)互不相同；16级灰度数据bit[15:0]从最高级bit[15]到最低级bit0的子场权重依次递减。

由上可知，本发明上述实施例通过对m位灰度数据进行分段子场编排，使同一段内的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数相等以及使多个段中的至少一个段所包含的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数大于1；使得m位灰度数据中的低灰部分占用的子场数得到提高，因此可达到提高低灰度刷新率并降低亮度效率的效果，从而达到提高拍照效果以及减低亮度效率来提高小间距LED显示屏幕的显示效果的作用。

再者，本发明实施例还提供一种采用上述灰度数据子场编排方法的LED显示驱动方法，其主要包括如下步骤：(a)执行上述灰度数据子场编排方法以得到m位灰度数据对应的子场排布，例如表2所示；以及(b)根据所述子场排布驱动控制电连接所述LED驱动芯片的LED灯点以在所述LED灯点上实现对应所述m位灰度数据的灰度级显示。

另外，请参阅图1，本发明实施例还提供一种灰度数据子场编排装置10，可实现上述实施例的灰度数据子场编排方法，其包括：灰度数据获取模块11以及子场编排模块13。本实施例中，灰度数据获取模块11以及子场编排模块13例如是由存储于非易失存储器并可由一个或多个处理器执行的软件模块来实现，例如，灰度数据获取模块11和子场编排模块13都是在LED显示屏同步控制系统的接收卡或LED显示屏异步控制系统的异步卡上实现；又或者灰度数据获取模块11在接收卡或异步卡上实现，而子场编排模块13是在后端的专用LED驱动芯片上实现。众所周知的，接收卡或异步卡在应用于LED显示屏时，其会与LED灯板形成电连接，例如电连接LED灯板上的LED驱动芯片。

承上述，灰度数据获取模块11用于获取一m位灰度数据，具体可为用于对输入视频信号的一n位灰度数据进行非线性变换映射得到所述m为灰度数据，且m大于n。子场编排模块13用于确定所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数以及在所占用的子场中单个子场内的点亮时间(打开时间)。其中，所述m位灰度数据划分有多个段，每个段包括所述m位灰度数据中的一级或多级灰度数据位，处于同一段的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数相等，且所述多个段中的至少一个段所包含的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数大于1。

此外，子场编排模块13还可使得处于同一段的多级灰度数据位在所占用的子场中单个子场内的点亮时间互不相同；及/或使得所述m位灰度数据从最高级灰度数据位到最低级灰度数据位的子场权重依次递减，其中，所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位的子场权重等于所述灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数和在所占用的子场中单个子场内的点亮时间的乘积。

本文中应用了具体个例对本发明灰度数据子场编排方法、LED显示驱动方法以及灰度数据子场编排装置的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，本发明的保护范围应以所附的权利要求为准。

Claims (10)

1.一种灰度数据子场编排方法，其特征在于，包括步骤：

获取一m位灰度数据；

确定所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数以及在所占用的子场中单个子场内的点亮时间；

其中，所述m位灰度数据划分有多个段，每个段包括所述m位灰度数据中的一级或多级灰度数据位，处于同一段的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数相等，且所述多个段中的至少一个段所包含的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数大于1。

2.如权利要求1所述的灰度数据子场编排方法，其特征在于，处于同一段的多级灰度数据位在所占用的子场中单个子场内的点亮时间互不相同。

3.如权利要求1所述的灰度数据子场编排方法，其特征在于，所述m位灰度数据从最高级灰度数据位到最低级灰度数据位的子场权重依次递减，其中，所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位的子场权重等于所述灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数和在所占用的子场中单个子场内的点亮时间的乘积。

4.如权利要求1所述的灰度数据子场编排方法，其特征在于，所述获取一m位灰度数据的步骤包括：对输入视频信号的一n位灰度数据进行非线性变换映射得到所述m位灰度数据，且m大于n。

5.如权利要求4所述的灰度数据子场编排方法，其特征在于，所述非线性变换包括反伽玛校正。

6.一种LED显示驱动方法，其特征在于，包括步骤：

执行如权利要求1至5任意一项所述的灰度数据子场编排方法，以得到所述m位灰度数据对应的子场排布；以及

根据所述子场排布驱动控制电连接一LED驱动芯片的LED灯点以在所述LED灯点上实现对应所述m位灰度数据的灰度级显示。

7.一种灰度数据子场编排装置，其特征在于，包括：

灰度数据获取模块，用于获取一m位灰度数据；

子场编排模块，用于确定所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数以及在所占用的子场中单个子场内的点亮时间，其中，所述m位灰度数据划分有多个段，每个段包括所述m位灰度数据中的一级或多级灰度数据位，处于同一段的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数相等，且所述多个段中的至少一个段所包含的多级灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数大于1。

8.如权利要求7所述的灰度数据子场编排装置，其特征在于，所述子场编排模块使得处于同一段的多级灰度数据位在所占用的子场中单个子场内的点亮时间互不相同。

9.如权利要求7所述的灰度数据子场编排装置，其特征在于，所述子场编排模块使得所述m位灰度数据从最高级灰度数据位到最低级灰度数据位的子场权重依次递减，其中，所述m位灰度数据中的每一级灰度数据位的子场权重等于所述灰度数据位在单个完整刷新周期内占用的子场数和在所占用的子场中单个子场内的点亮时间的乘积。

10.如权利要求7所述的灰度数据子场编排装置，其特征在于，所述灰度数据获取模块和所述子场编排模块至少一个设置在接收卡或异步卡上。