CN104424884B - 显示系统及其灰度显示方法、装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种显示系统及其灰度显示方法、装置，该方法包括：确定输入显示数据x伽马校正后的灰度数据y(x)，其中x为m位的二进制数，y(x)为n位的二进制数，m和n为正整数；根据所述输入显示数据x和灰度数据y(x)构建函数t(x)，其中，将2^m个不同的输入显示数据x各自对应的函数t(x)的值，依照输入显示数据x从小到大的次序记为数组T[0:2^m‑1]；使用控制所述输入显示数据x在灰度显示时的有效时长。本发明能够避免灰度显示时的反跳现象，更好地展现原始图像的信息，有利于提升图像显示质量。

Description

显示系统及其灰度显示方法、装置

技术领域

本发明涉及一种灰度显示技术，尤其涉及一种显示系统及其灰度显示方法、装置。

背景技术

由于LED显示技术在以下方面的优越性：高亮度、宽可视角度、丰富的色彩以及可定制的屏幕形状，使得LED显示屏被广泛应用于工业、交通、商业广告、信息发布、体育比赛等各个领域。

为适应LED的发光特性和电特性，视频信号在输入LED显示屏前必须进行校正，否则会产生严重的色彩失真。另外，人眼与仪器分辨亮度等级差的感觉不同，人眼对低亮度级差敏感，对高亮度级差不能清晰区分。这就要求对LED发光器件进行非线性视觉校正，压缩低亮度级差，扩大高亮度级差，使实际显示的灰度级差符合人眼生理感觉。目前主要采用的非线性校正方法为γ（Gamma，伽马）校正，例如，伽马校正对输入视频信号的8位显示数据Data进行校正，为使校正后的灰度表达能力得到明显的改善，校正后的灰度数据需大于8位，目前12位灰度已非常普遍，一些追求性能的场合已使用16位灰度。

以常用的12位灰度数据为例，x表示输入的8位显示数据Data，y为校正后的12位灰度数据，γ为伽马值，在LED显示屏应用中值域通常为1到4，伽马校正公式如下：

为了展现上述4096级灰度，目前广泛使用的LED显示系统通过导通时间控制法并采用逐位分时显示的方式来实现多级灰度。

所述逐位分时显示方式，即从伽马校正后产生的灰度数据中依次提取出一个比特（bit）位数据，点亮对应的LED像素；灰度数据每一个bit位对应不同权重的有效显示时间。当一个灰度数据的每一个bit位灰度被逐次点亮后，即完成这个灰度数据对应亮度的表达。

以上述12位灰度数据为例，将灰度数据记为D[0:11]，假设灰度数据最低bit位对应的有效显示时间为一个系统时钟周期T，则每一个灰度数据位D[n]对应的有效显示时间为2ⁿT，如表1所示：

表1灰度数据位对应的有效显示时间

灰度数据D[0:11]从000H到fffH对应的有效显示时间如表2所示：

表2灰度数据对应的有效显示时间

数据

000H

001H

002H

003H

004H

005H

006H

...

ffcH

ffdH

ffeH

fffH

显示时间

0

T

2T

3T

4T

5T

6T

...

4092T

4093T

4094T

4095T

灰度数据D[0:11]从000H到fffH即可实现4096级灰度。

通常LED显示系统通过控制驱动电路的驱动输出端的高低电平，来关断或点亮与驱动电路的驱动输出端相连的LED灯。参考图1，在一实例中，LED显示系统可以包括LED控制端11和LED显示屏10。LED显示屏10包含若干个驱动电路100，每个驱动电路100包含若干个驱动输出端OUT，当驱动电路100的某一驱动输出端OUT输出逻辑低电平时，与该驱动输出端OUT相连的LED灯即被点亮。

LED控制端11发出数据信号Dx和使能信号EN，该数据信号Dx和使能信号EN提供至LED驱动电路100；LED驱动电路100根据接收到的数据信号Dx和使能信号EN控制驱动输出端OUT输出高低电平，如图2所示。当数据信号Dx为1，同时使能信号EN有效时，驱动输出端OUT输出逻辑低电平，点亮LED灯。使能信号EN的时长决定了驱动输出端OUT输出逻辑低电平的时长，即LED控制端11可以通过控制使能信号EN的时长来控制LED灯被点亮的时间。

结合逐位分时显示方式，为了实现4096级灰度，LED控制端11针对LED灰度数据D[0:11]的每一个灰度数据位D[n]给出的使能信号EN的有效时长如表3所示：

表3灰度数据位对应的使能信号EN有效时长

实际LED显示屏系统中，因驱动电路的设计、制造工艺以及应用环境的影响，驱动输出端OUT对接收到的数据信号Dx和使能信号EN的响应无法做到实时，如图3所示。在使能信号EN由无效电平转为有效时，例如图3中所示逻辑高电平切换为逻辑低电平时，驱动输出端OUT存在导通响应延迟时间T_on；在使能信号EN由有效电平转为无效时，例如图3中所示逻辑低电平切换为逻辑高电平时，驱动输出端OUT存在关断响应延迟时间T_off。

非实时的响应输出导致灰度数据位D[n]对应的实际有效显示时间不再是2ⁿT，实际有效显示时间T_n=2ⁿT-T_on+T_off。将驱动输出端OUT的上述延迟(-T_on+T_off)记为误差值Δ，实际有效显示时间T_n=2ⁿT+Δ。

在4096级灰度系统中，由于误差值的影响，LED灰度数据D[0:11]从000H到fffH对应的实际有效显示时间如表4所示：

表4显示数据对应的实际有效显示时间

从上表中可以看出，由于误差值Δ的存在，将无法保证值较大的显示数据拥有较长的实际有效时间；以上表为例：一旦Δ＞T/2时，7T+3Δ＞8T+Δ，即灰度数据007H的实际显示时间要长于灰度数据008H，这将导致007H的亮度要大于008H的亮度，出现“反跳现象”。在LED显示屏系统中，出现反跳现象是无法被用户接受的。

为了追求更高的性能，提升LED显示屏的指标，现有LED显示屏系统普遍使用更小的系统时钟周期T；在性能要求较高的场合，LED显示屏的系统时钟频率高达30-50MHz，此时系统时钟周期T仅为20-33ns。而误差值Δ受驱动电路的设计、制造工艺以及应用环境的影响，难以控制在较小的范围，因此现有的灰度显示方法将非常容易产生反跳现象，LED显示屏实际展现的灰度无法与真实表达原始显示图像的信息，对显示效果造成不好的影响，大大降低LED显示屏的图像质量。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种显示系统及其灰度显示方法、装置，能够避免灰度显示时的反跳现象，更好地展现原始图像的信息，有利于提升图像显示质量。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种显示系统的灰度显示方法，包括：

确定输入显示数据x伽马校正后的灰度数据y(x)，其中x为m位的二进制数，y(x)为n位的二进制数，m和n为正整数；

根据所述输入显示数据x和灰度数据y(x)构建函数t(x)，其中，

将2m个不同的输入显示数据x各自对应的函数t(x)的值，依照输入显示数据x从小到大的次序记为数组T[0:2^m-1]；

使用控制所述输入显示数据x在灰度显示时的有效时长，其中，0≤x≤2^m-1。

根据本发明的一个实施例，采用如下计算方式对所述输入显示数据x进行伽马校正：

其中，γ为伽马校正的伽马值。

根据本发明的一个实施例，该显示系统为LED显示系统，γ的取值范围为1到4。

根据本发明的一个实施例，使用控制所述输入显示数据x在灰度显示时的有效时长包括：

依次对所述数组T[0:2^m-1]进行遍历，遍历过程中，对于当前的数组元素T[i]，若i小于等于所述输入显示数据x，则点亮所述显示系统的像素单元，否则不点亮该像素单元。

本发明还提供了一种显示系统的灰度显示装置，包括：

伽马校正模块，确定输入显示数据x伽马校正后的灰度数据y(x)，其中x为m位的二进制数，y(x)为n位的二进制数，m和n为正整数；

函数构建模块，根据所述显示数据x和灰度数据y(x)构建函数t(x)，其中，

数组记录模块，将2^m个不同的输入显示数据x各自对应的函数t(x)的值，依照输入显示数据x从小到大的次序记为数组T[0:2^m-1]；

显示时长控制模块，使用控制所述输入显示数据x在灰度显示时的有效时长，其中，0≤x≤2^m-1。

根据本发明的一个实施例，所述伽马校正模块采用如下计算方式进行伽马校正：

其中，γ为伽马校正的伽马值。

根据本发明的一个实施例，该显示系统为LED显示系统，γ的取值范围为1到4。

根据本发明的一个实施例，所述显示时长控制模块依次对所述数组T[0:2^m-1]进行遍历，遍历过程中，对于当前的数组元素T[i]，若i小于等于所述输入显示数据x，则点亮所述显示系统的像素单元，否则不点亮该像素单元。

本发明还提供了一种显示系统，包括上述任一项所述的灰度显示装置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明实施例的灰度显示方法及装置中，根据输入显示数据x及其伽马校正后的灰度数据y(x)构建函数t(x)，并利用函数t(x)的函数值的叠加来控制输入显示数据x的有效时长，使得显示时有效时长的偏差是根据输入显示数据x的值线性累积的，因此无论显示系统的时钟频率和误差值如何变化，都不会引起反跳现象。

附图说明

图1是现有技术中一种LED显示系统的结构示意图；

图2是图1所示LED显示系统的信号时序图；

图3是图1所示LED显示系统在考虑误差时的信号时序图；

图4是本发明实施例的显示系统的灰度显示方法的流程示意图；

图5是根据本发明实例的灰度显示方法的一个实例的流程示意图；

图6是本发明实施例的显示系统的灰度显示装置的结构框图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，但不应以此限制本发明的保护范围。

参考图4，本实施例的显示系统的灰度显示方法包括如下步骤：

步骤S11，确定输入显示数据x伽马校正后的灰度数据y(x)，其中x为m位的二进制数，y(x)为n位的二进制数，m和n为正整数；

步骤S12，根据所述显示数据x和灰度数据y(x)构建函数t(x)，其中，

步骤S13，将2^m个不同的输入显示数据x各自对应的函数t(x)的值，依照输入显示数据x从小到大的次序记为数组T[0:2^m-1]；

步骤S14，使用控制所述输入显示数据x在灰度显示时的有效时长，其中，0≤x≤2^m-1。

进一步而言，步骤S11中，伽马校正可以采用如下公式：其中，γ为伽马校正的伽马值。对于LED显示系统而言，γ的取值范围通常可以为1到4。

以x为8位二进制数据，y(x)为12位二进制数据为例，显示的灰度共4096级，则伽马校正的公式为：

之后，根据输入显示数据x以及校正后的灰度数据y(x)构建函数t(x)：

然后，根据函数t(x)计算出x的值域范围内各个数值对应的t(x)值，共计256个数据，然后按照x从小到大的顺序将对应的256个数据记为数组T[0:255]。换言之，x=0时的t(x)的值为T[0]，x=1时的t(x)的值为T[1]，依次类推。

对于不同固定输入显示数据x，其校正后的灰度y(x)有：

因此，可以使用数组T[0:255]中的前x+1个数据T[0:x]作为输入显示数据x的在灰度显示时的有效时长。例如，如果采用背景技术给出的控制方式，那么就可以将数组T[0:255]中的前x+1个数据T[0:x]作为输入显示数据x的使能信号EN的有效时长，依次点亮对应的LED灯，即可完整表达输入显示数据x在伽马校正后的灰度，如表5所示。

表5显示数据对应的EN信号和有效显示时长

考虑驱动输出端的响应延迟引起的误差值Δ后，显示数据对应的实际有效显示时长如表6所示：

表6显示数据对应的实际有效显示时长

由上表可知，任意的输入显示数据x对应的实际有效时长为：T[0:x]+x×Δ；而输入显示数据x-1对应的实际有效时长为：T[0:(x-1)]+(x-1)×Δ。

两者的差值：T[0:x]+x×Δ-(T[0:(x-1)]+(x-1)×Δ)=T[x]+Δ，恒大于0，因此，输入显示数据x的实际有效时长永远大于输入显示数据x-1的实际有效时长，即无论LED显示系统的时钟频率和误差值如何变化，都不会引起反跳现象。

参考图5，下面结合一个实例对上述灰度显示方法做进一步描述。

首先执行步骤S21，根据灰度级数，确定伽马校正公式：

其中，x为输入显示数据，在本实例中x的值域范围为0～255的正整数，也即x为8位二进制数据；

K为伽马校正后的灰度级数，例如常用的4096（对应的y为12位二进制数），或者更高性能时的65536（对应的y为16位二进制数）；

γ为伽马值，在LED显示屏应用中其值域为1～4。

之后执行步骤S22，按照以下函数计算出输入显示数据x值域范围内的函数值，构建数组T[0:255]；

执行步骤S23，构建256个台阶（step），每个台阶依次使用数组T[0:255]的256个数据作为使能信号EN的时长，如表7所示：

表7每个Step对应的EN信号时长

换言之，台阶的编号依次为x值域范围内的数值，而对应的使能信号EN的时长则为T[x]的值。

之后执行步骤S24，对于输入显示数据，从大到小对各个台阶（step）做遍历，判断当前step是否小于等于输入显示数据，如果判断结果为真，则驱动输出端在使能信号EN的控制下点亮LED灯，点亮的时长为表7中当前step对应的使能信号EN的时长；如果判断结果为假，则不点亮当前LED灯。

换言之，通过对各个台阶的遍历，实际上也就是实现了对数组T[0:255]的遍历，遍历过程中，对于当前的数组元素T[i]，如果i小于等于输入显示数据x，则点亮对应的LED灯，否则不点亮。因此，对于输入显示数据x，最终的有效时长就是数组T[0:255]中元素T[0]至T[x]之和。

步骤S25，对于任意的输入显示数据，都遍历上述256个台阶，即完成输入显示数据的灰度表达。

使用上述灰度表达方法，无论LED显示系统的时钟频率、误差值Δ如何变化，都可以保证较大的输入显示数据拥有较长的实际有效时长，避免出现反跳现象，从而提高了LED显示屏的图像质量。

需要说明的是，虽然上述实例中是采用背景技术中给出的数据信号Dx结合使能信号EN来控制有效时长的方式，但是本领域技术人员应当理解，在确定输入显示数据x的有效时长为后，实际上可以采用任何适当的控制方式来实现该有效时长，不限于使能信号EN的方式。

参考图6，本实施例还提供了一种灰度显示装置60，包括：伽马校正模块601、函数构建模块602、数组记录模块603以及显示时长控制模块604。

其中，伽马校正模块601用于确定输入显示数据x伽马校正后的灰度数据y(x)，其中x为m位的二进制数，y(x)为n位的二进制数，m和n为正整数。

函数构建模块602根据所述输入显示数据x和灰度数据y(x)构建函数t(x)，其中，

数组记录模块603将2^m个不同的输入显示数据x各自对应的函数t(x)的值，依照输入显示数据x从小到大的次序记为数组T[0:2^m-1]。

显示时长控制模块604使用控制所述输入显示数据x在灰度显示时的有效时长，其中，0≤x≤2^m-1。例如，显示时长控制模块604可以使用控制使能信号EN的时长，从而控制灰度显示的有效时长，但并不限于此。

关于该灰度显示装置的更多详细信息，请参见前述实施例或实例中关于灰度显示方法的相关描述，这里不再赘述。

图6所示的灰度显示装置60可以用于任何适当的显示系统，尤其是LED显示系统，例如图1所示的LED显示系统、该灰度显示装置60可以集成在图1所示的LED控制端11内，用以控制使能信号EN的有效时长。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种显示系统的灰度显示方法，其特征在于，包括：

确定输入显示数据x伽马校正后的灰度数据y(x)，其中x为m位的二进制数，y(x)为n位的二进制数，m和n为正整数；

根据所述输入显示数据x和灰度数据y(x)构建函数t(x)，其中， $t\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}0,x=0\\ y\left(x\right)-y(x-1),0<x\&le;2^m-1\end{array}\right.;$

将2^m个不同的输入显示数据x各自对应的函数t(x)的值，依照输入显示数据x从小到大的次序记为数组T[0:2^m-1]；

使用控制所述输入显示数据x在灰度显示时的有效时长，其中，0≤x≤2^m-1。

2.根据权利要求1所述的灰度显示方法，其特征在于，采用如下计算方式对所述输入显示数据x进行伽马校正：

其中，γ为伽马校正的伽马值。

3.根据权利要求2所述的灰度显示方法，其特征在于，该显示系统为LED显示系统，γ的取值范围为1到4。

4.根据权利要求1所述的灰度显示方法，其特征在于，使用控制所述输入显示数据x在灰度显示时的有效时长包括：

依次对所述数组T[0:2^m-1]进行遍历，遍历过程中，对于当前的数组元素T[i]，若i小于等于所述输入显示数据x，则点亮所述显示系统的像素单元，否则不点亮该像素单元。

5.一种显示系统的灰度显示装置，其特征在于，包括：

伽马校正模块，确定输入显示数据x伽马校正后的灰度数据y(x)，其中x为m位的二进制数，y(x)为n位的二进制数，m和n为正整数；

函数构建模块，根据所述输入显示数据x和灰度数据y(x)构建函数t(x)，其中， $t\left(x\right)=\left\{\begin{array}{c}0,x=0\\ y\left(x\right)-y(x-1),0<x\&le;2^m-1\end{array}\right.;$

数组记录模块，将2^m个不同的输入显示数据x各自对应的函数t(x)的值，依照输入显示数据x从小到大的次序记为数组T[0:2^m-1]；

显示时长控制模块，使用控制所述输入显示数据x在灰度显示时的有效时长，其中，0≤x≤2^m-1。

6.根据权利要求5所述的灰度显示装置，其特征在于，所述伽马校正模块采用如下计算方式进行伽马校正：

其中，γ为伽马校正的伽马值。

7.根据权利要求6所述的灰度显示装置，其特征在于，该显示系统为LED显示系统，γ的取值范围为1到4。

8.根据权利要求5所述的灰度显示装置，其特征在于，所述显示时长控制模块依次对所述数组T[0:2^m-1]进行遍历，遍历过程中，对于当前的数组元素T[i]，若i小于等于所述输入显示数据x，则点亮所述显示系统的像素单元，否则不点亮该像素单元。

9.一种显示系统，其特征在于，包括权利要求5至8中任一项所述的灰度显示装置。