CN104409049B - 改变led显示屏灰度空间的方法及其采用的时序发生器 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种改变LED显示屏灰度空间的方法及其采用的时序发生器，该方法通过满足一定函数关系的时钟来驱动显示屏，达到在不改变数据源位宽的情况下拓展了灰度空间，降低了器件成本，缓解了硬件处理能力不足带来的问题。本发明还公开了一种用于产生上述时钟的时序发生器。
Description
技术领域
本发明涉及一种改变LED显示屏灰度空间的方法及其采用的时序发生器，属于LED显示屏显示控制方法技术领域。
背景技术
LED显示屏作为多媒体显示的终端，越来越受到室内大屏用户的青睐，有望成为替代投影的新一代显示载体。
由于人眼的视觉特性，LED亮度的变化并不一定能被人眼觉察，但是亮度采集设备却可以捕捉到，也就是说能被亮度设备感知的亮度变化不一定被人眼觉察。比如LED显示屏亮度从2000cd/m2升到2020cd/m2时，设备可以采集到，但人眼却很难觉察，亮度越大，这种现象越明显。LED显示载体的受益者是人，因此LED灰度层次的变化需要满足人眼的观看需求。在一个较大的灰度空间里选择满足人眼观看需求的离散点来浮现数据源所表现的丰富图像细节，可以较好的解决LED显示屏亮度与人眼适应性的问题。
在LED显示屏驱动方案的逻辑设计中，通常采用伽玛变换的方法改变灰度空间，比如将8bit数据变成12bit数据时，采用相应的Gamma公式进行变换，使8bit的数据源具有12bit的灰度空间，在此空间内，可以选取灰度层次满足人员观看需求的离散点。同时，该空间远远大于数据源的范围，在该空间内对离散点灰度的微调使LED显示屏的亮度和色度校正成为可能。在驱动方式上，均采用等间隔的时钟排布驱动伽玛变换后的数据。
中国专利CN101419783A公开了一种伽玛曲线校正方法，通过反复调整可编程伽玛芯片所输出的多组伽玛参考电压，借以来定义出一条趋近于理想伽玛曲线的初始实际伽玛曲线。接着，再将理想伽玛曲线与初始实际伽玛曲线建立成伽玛查找表后，而通过查表的方式转换提供至源极驱动器的每一个灰度值。最后，再运用像素扰动与帧速率控制的演算法来处理转换后的灰度值，借以对应的获得多数个修正灰度值以提供至源极驱动器。
中国专利CN103295506A公布了一种伽玛曲线调整方法及伽玛曲线调整装置，该方法包括获取显示装置的当前灰度电压和第一透过率之间的对应关系。第一透过率为被当前灰度电压驱动的显示装置的透过率，根据当前灰度电压和第一透过率之间的对应关系和理想伽玛曲线确定每一灰度对应的目标灰度电压，生成并向显示装置输出每一个灰度对应的目标灰度电压，获取被目标灰度电压驱动的显示装置的实际伽玛曲线。该专利通过目标灰度电压获取最终伽玛曲线，提高了伽玛曲线调整的速度和效率。
中国专利CN103413540A公开了一种LED显示屏的亮度调节方法。其中LED显示屏对输入视频信号的灰度数据通过子场法实现灰度等级，而所述亮度调节方法包括步骤：对输入视频信号的n位灰度数据进行非线性变换映射到m位灰度数据，且m大于n；以及至少改变所述m位灰度数据的占用子场数总和，以实现所述LED显示屏的亮度调节。该专利改变了传统在反伽玛校正后的灰度数据乘亮度系数之方式来降低LED显示屏的亮度，因此不会出现现有技术中降低LED显示屏亮度时损失低灰度的问题。
综上所述，改变灰度空间可以通过改变灰度值来实现，但选用更大的数据空间一方面使硬件资源的消耗成倍增加，另一方面数据处理也变得愈加复杂。改变驱动电压的方法实现灰度空间变换局限性较大，应用领域有限，尤其在LED显示屏灰度控制领域。
传统的数据驱动方式是采用等间隔的时钟排布驱动伽玛变换后的数据，以此来扩充LED显示屏的灰度空间。而灰度空间扩充带来的数据位宽增加，会直接导致硬件资源消耗的成倍增加和数据处理复杂度的增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种改变LED显示屏灰度空间的方法及该方法采用的时序发生器，该方法通过满足一定函数关系的时钟来驱动显示屏，达到在不改变数据源位宽的情况下拓展了灰度空间，降低了器件成本，缓解了硬件处理能力不足带来的问题。
本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：
一方面，本发明提供一种时序发生器，用于产生一种时钟，所述时钟的排布满足以下要求：ti＝f(Di,N)×T0，式中，Di为数据源中第i个数据，i为自然数；N为目标灰度空间的位宽；ti为Di的显示时间；T0为时钟周期；f(Di,N)为有关Di和N的函数，随着Di的逐级增加使得ti近似平滑上升。
该时序发生器包括查找表以及依次相连的脉冲发生器、目标位宽计数器、等值比较器、脉冲产生模块，所述查找表与等值比较器相连；所述查找表包括查找表位宽、查找表深度、查找表存储数据，其中，所述查找表位宽即为目标灰度空间的位宽N，所述查找表深度即为数据源的数据个数，第i个所述查找表存储数据为f(Di,N)；所述脉冲发生器产生周期为T0的脉冲给目标位宽计数器计数，所述等值比较器将目标位宽计数器的计数值与查找表中对应位置的存储数据值进行比较，当两个值相同时，所述等值比较器输出控制信号给脉冲产生模块，从而控制脉冲产生模块输出所需的时钟。
作为本发明的进一步优化方案，所述f(Di,N)为指数函数或其构成的多项式。
作为本发明的进一步优化方案，所述f(Di,N)为幂函数或其构成的多项式。
作为本发明的进一步优化方案，i的取值范围根据数据源的位宽确定。
另一方面，本发明提供一种改变LED显示屏灰度空间的方法，采用如上所述的时序发生器产生的时钟变换来改变灰度空间。
本发明采用以上技术方案与现有技术相比，通过满足一定函数关系的时钟排布来驱动数据源，达到在不改变数据源位宽的情况下拓展了灰度空间，降低了器件成本，缓解了硬件处理能力不足带来的问题。
附图说明
图1为本发明的实现原理框图。
图2为时序发生器实现框图。
图3为一种扩充灰度后的数据源与显示时间的关系。
图4为以8bit视频源实现14bit灰度空间的原理框图。
图5为满足一种幂函数的时钟排布序列片段。
图6为以10bit视频源实现15bit灰度空间的原理框图。
图7为满足一种多项式函数的时钟排布序列片段。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案做进一步的详细说明：
本发明涉及一种改变LED显示屏灰度空间的方法，该方法通过满足一定函数关系的时钟来驱动显示屏，达到在不改变数据源位宽的情况下拓展了灰度空间，降低了器件成本，缓解了硬件处理能力不足带来的问题
本发明的实现原理框图如图1所示，数据源与数据存储器相连，时序发生器与计数器相连，数据源存储器与计数器通过比较器进行比较，所得到的脉冲信号控制LED开关的通断，不同的数据源灰度值经过比较器后获得不同占空比的脉冲，实现LED显示的灰度变化。时序发生器产生一定函数关系的时钟排布，比如指数函数、幂函数等，用此时钟排布来驱动计数器可以达到在不改变数据源位宽的情况下拓展灰度空间。
上述时序发生器的具体实现过程如图2所示，系统起电后，通过上位机或存储体将数据导入查找表所在的存储空间，脉冲发生器产生周期为T0的脉冲给目标位宽计数器计数，当计数器的值与查找表对应位置的值相同时，等值比较器将输出一个信号控制脉冲产生模块输出周期为T0的时钟排布，此时钟排布用来驱动计数器。
时序发生器产生的时钟的排布满足：
ti＝f(Di,N)×T0，
式中，Di为数据源中第i个数据，i为自然数；N为目标灰度空间的位宽；ti为Di的显示时间；T0为时钟周期；f(Di,N)为有关Di和N的函数，随着Di的逐级增加使得ti近似平滑上升。i的取值范围根据数据源的位宽确定，如8bit位宽时i的取值为0～28-1，10bit位宽时i的取值为0～210-1。
在逻辑设计时，一帧图像匹配Di个时钟，即数据源的宽度为log2(Di+1)，时钟宽度的最小值由驱动器件决定，脉冲与起始位置的时间间隔为ti，这样即可采用一种满足一定函数关系的时钟脉冲排布来驱动数据源，达到扩充灰度空间的目的。对于扩充后的灰度空间，可以根据需要对函数关系进行更改，即对时钟排布进行微调。
为了更直观的观察函数关系，可以以数据源的数值为横坐标，每个数据占用时间为纵坐标绘制柱状图，从图上更直观看出扩充后的灰度空间特性。如图3所示，每个源数据对应的时间，表示经过ti产生一个周期为T0的脉冲，用来驱动计数器，驱动脉冲的发出严格受驱动函数控制。
下面通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步阐述：
实施例1：
采用如图4所示的设计构架，数据源与数据存储器相连，时序发生器与8bit计数器相连，数据源存储器与8bit计数器通过比较起进行比较，所得到的脉冲信号控制LED开关的通断，不同的数据源灰度值经过比较器后获得不同占空比的脉冲，实现LED显示的灰度变化。选用与数据源具有同等位宽的内建PWM调制的驱动芯片，该芯片为数据存储器的载体。
在驱动时序实现上，通过上位机或存储体将数据导入8bit深度14bit位宽的查找表所在的存储空间，周期为T0的脉冲给14bit位宽计数器计数，当计数器的值与查找表对应位置的值相同时，等值比较器将输出一个信号控制脉冲产生模块输出周期为T0的一个脉冲。时序发生器产生一种幂函数关系的时钟排布，这里采用：
ti＝(2N-1)×(Di/255)2.2×T0
用此时钟排布来驱动计数器可以达到在不改变数据源位宽的情况下拓展灰度空间。采用该函数构建的关于显示时间的查找表如表一所示，满足的时钟排布如图5所示。
表一数据源为8bit，目标灰度位宽为14bit，数据源从0-17时对应的显示时间
| D0 | D1 | D2 | D3 | D4 |
| 0 | 0 | 0 | 1T0 | 2T0 |
| D5 | D6 | D7 | D8 | D9 |
| 3T0 | 4T0 | 6T0 | 8T0 | 10T0 |
| D10 | D11 | D12 | D13 | D14 |
| 13T0 | 16T0 | 20T0 | 23T0 | 28T0 |
| D15 | D16 | D17 | … | … |
| 32T0 | 37T0 | 40T0 | … | … |
该实施例选用与数据源具有同等位宽的8bit内建PWM调制的驱动芯片，较传统的12-16bit内建PWM调制的驱动芯片，降低了芯片的设计难度和成本，降低了系统设计复杂度，节约的数据源传输带宽，而最终显示效果达到14bit，保证了图像的细腻程度。
实施例2：
采用如图6所示的设计构架，数据源与数据存储器相连，时序发生器与8bit计数器相连，数据源存储器与8bit计数器通过比较起进行比较，所得到的脉冲信号控制LED开关的通断，不同的数据源灰度值经过比较器后获得不同占空比的脉冲，实现LED显示的灰度变化。选用与数据源具有同等位宽的内建PWM调制的驱动芯片，该芯片为数据存储器的载体。
在驱动时序实现上，通过上位机或存储体将数据导入10bit深度14bit位宽的查找表所在的存储空间，周期为T0的脉冲给14bit位宽计数器计数，当计数器的值与查找表对应位置的值相同时，等值比较器将输出一个信号控制脉冲产生模块输出周期为T0的一个脉冲。时序发生器产生一种幂函数关系的时钟排布，这里采用：
ti＝(2N-1)×[0.643×(Di/1023)3+0.3263×(Di/1023)2
+0.0554×(Di/1023)]xT0
用此时钟排布来驱动计数器可以达到在不改变数据源位宽的情况下拓展灰度空间。采用该函数构建的关于显示时间的查找表如表二所示，满足的时钟排布如图7所示。
表二数据源为10bit，目标灰度位宽为15bit，数据源从0-17时对应的显示时间
| D0 | D1 | D2 | D3 | D4 |
| 0 | 2T0 | 4T0 | 5T0 | 7T0 |
| D5 | D6 | D7 | D8 | D9 |
| 9T0 | 11T0 | 13T0 | 15T0 | 17T0 |
| D10 | D11 | D12 | D13 | D14 |
| 19T0 | 21T0 | 23T0 | 25T0 | 27T0 |
| D15 | D16 | D17 | … | … |
| 29T0 | 31T0 | 33T0 | … | … |
该实施例选用与数据源具有同等位宽的10bit内建PWM调制的驱动芯片，较传统的12-16bit内建PWM调制的驱动芯片，降低了芯片的设计难度和成本，降低了系统设计复杂度，节约的数据源传输带宽，而最终显示效果达到15bit，保证了图像的细腻程度。
以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。
Claims (5)
1.一种时序发生器，用于产生一种时钟，所述时钟的排布满足以下要求：ti= f ( Di, N) ×T0，式中，Di为数据源中第i个数据，i为自然数；N为目标灰度空间的位宽；ti为Di的显示时间；T0为时钟周期；f ( Di, N )为有关Di和N的函数，随着Di的逐级增加使得ti近似平滑上升，其特征在于，
该时序发生器包括查找表以及依次相连的脉冲发生器、目标位宽计数器、等值比较器、脉冲产生模块，所述查找表与等值比较器相连；
所述查找表包括查找表位宽、查找表深度、查找表存储数据，其中，所述查找表位宽即为目标灰度空间的位宽N，所述查找表深度即为数据源的数据个数，第i个所述查找表存储数据为f ( Di, N )；
所述脉冲发生器产生周期为T0的脉冲给目标位宽计数器计数，所述等值比较器将目标位宽计数器的计数值与查找表中对应位置的存储数据值进行比较，当两个值相同时，所述等值比较器输出控制信号给脉冲产生模块，从而控制脉冲产生模块输出所需的时钟。
2.根据权利要求1所述的一种时序发生器，其特征在于，所述f ( Di, N )为指数函数或其构成的多项式。
3.根据权利要求1所述的一种时序发生器，其特征在于，所述f ( Di, N )为幂函数或其构成的多项式。
4.根据权利要求1所述的一种时序发生器，其特征在于，i的取值范围根据数据源的位宽确定。
5.一种改变LED显示屏灰度空间的方法，其特征在于，采用如权利要求1至4中任一所述的时序发生器产生的时钟变换来改变灰度空间。
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