CN107749272A - 一种灰度级调制方法以及基于led阵列的图像显示系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种灰度级调制方法，将上位机图像的灰度信息提取出来，将待显示图像各像素点的亮度信息经过相应算法转化为对应位置LED的显示时间，并将转换结果送至驱动系统控制LED导通的时间，同时进一设计了相应的控制系统，采用特殊走线LED阵列，通过信号编码的方式来对LED的点亮情况进行编码，利用人眼的视觉惰性，用脉宽调制方法来实现灰度调制。

Description

一种灰度级调制方法以及基于LED阵列的图像显示系统
技术领域
本发明涉及LED显示系统，具体说涉及一种灰度级调制方法以及基于LED阵列的图像显示系统。
背景技术
LED显示屏作为常用的交互媒介已经成为信息传播的重要来源。目前对于LED显示屏的使用需求不仅停留在能够播放图像文件，还需要对构成象素的每个LED发光灰度进行调节，但目前领域内缺少可行的灰度调节机制。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本申请的目的是要提供一种基于灰度信息对脉冲时间进行控制进而实现灰度级调制的方法，提高LED显示系统灰度调节的效率和精度。
本发明的技术方案如下：
一种灰度级调制方法，其特征在于包括以下步骤：
S100、将待显示每帧图像的各个像素的亮度值解码为24位数字信号A0A1…A23；
S200、根据显示图像的每秒刷新次数A计算每帧图像的显示时间T1，其中
T1＝1/A；
S300、根据显示模块的大小计算显示模块中每个像素点能够显示的理论时间T2，所述显示模块的大小为a×M×M，则
T2＝T1/(a×M×M)；
S400、根据以下公式计算各个像素点的点亮时间T3：
T3＝T2*[(A0+A8+A16)x20+(A1+A9+A17)x21…+(A7+A15+A23)x27]/768；
S500、将各像素点的点亮时间转换形成每帧图像像素导通时间表；
S600、将图像像素导通时间表与显示模块地址控制码表结合以实现LED显示屏各像素点的灰度控制。
进一步地，该方法还包括随着待显示图像刷新更新像素导通时间表的步骤。
本发明还提供了一种基于LED阵列的图像显示系统，系统包括电源模块、控制模块、驱动模块、显示模块以及上位机；
所述控制模块分别与电源模块、驱动模块和上位机相连，驱动模块分别与电源模块、LED显示模块、控制模块相连，上位机与控制模块和电源模块相连。
进一步地，所述控制模块包括信号处理单元、存储单元、解码单元；
所述解码单元对当前帧图像各点像素解码生成24位图像信息并发送给信号处理单元；
所述信号处理单元接收上位机根据LED显示屏的规格制作的驱动控制码表，并根据驱动控制码表将图像信息送到驱动模块，同时将24位图像信息转化为像素导通时间表；
所述存储单元用于保存所述像素导通时间表及所述驱动控制码表。
进一步地，所述驱动模块包括电源模块和控制码解析模块；
所述电源模块与外部电源模块直接相连，负责给回路提供稳定的直流电流；
所述控制码解析模块接收控制模块所发送的驱动控制码表并将其解析成与LED位置相对应的地址码，以确定LED通断，并且根据灰度控制码表确定各LED点亮时间。
进一步地，通过级联的方式增加所述驱动模块的数量。
通过上述技术方案，本发明利用人眼的视觉惰性，根据灰度级调制的算法将上位机图像的灰度信息提取出来，送至驱动系统，用来控制LED导通的时间。同时，通过上位机对LED进行区域划分，通过驱动控制码表与灰度控制码表配合使用，控制各LED的通断与点亮时间，高效、精确地实现LED图像显示的灰度调节功能。
附图说明
为了更清楚的说明本发明的实施例或现有技术的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明灰度级调制方法流程图；
图2为本发明系统原理框图；
图3为本发明实施例中LED走线示意图；
图3-1为本发明实施例中显示模块示意图；
图4为本发明实施例中上位机分割图像示意图；
图5为本发明实施例中驱动控制码表示意图。
具体实施方式
为使本发明的实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
一种灰度级调制方法，其特征在于包括以下步骤：
S100、将待显示每帧图像的各个像素的亮度值解码为24位数字信号A0A1…A23。具体说通过解码芯片将原图像进行处理后的所有文字和图像信息都解码成为24位数字信号(A0…A23)，信号处理单元将每帧图像的每个像素的亮度值进行分解，以便后续确定该像素点所亮的时间。
S200、根据显示图像的每秒刷新次数A计算每帧图像的显示时间T1，其中
T1＝1/A；
S300、根据显示模块的大小计算显示模块中每个像素点理论上能够显示的时间T2，所述显示模块的大小为a×M×M，其中a代表显示模块由a个大小为M x M的基本显示单元组成，同时，所述基本显示单元也作为基本走线单元使用，其走线示意图如图3-1所示。
T2＝T1/(a×M×M)；
S400、根据以下公式计算各个像素点的点亮时间T3：
T3＝T2*[(A0+A8+A16)x20+(A1+A9+A17)x21…+(A7+A15+A23)x27]/768
S500、将各像素点的点亮时间形成每帧图像像素导通时间表，并以此控制相应位置LED的导通时间。
进一步地，该方法还包括随着待显示图像刷新更新像素导通时间表的步骤。
具体来说，根据上述公式计算出的灰度级也就是将单个像素点的显示时间分为768个单位，然后按不同位的权值转换为灰度值，当灰度级别最大时为768即A0…A23＝1…1，最小为0即A0…A23＝0…0。
下面以具体实施例对本方法做进一步说明。以2X8X8大小的图像为例，假设图像每秒刷新30次，因此每帧周期T1＝1/30＝0.033333s；
由于在单个显示单元中在确定时间的时间段只有一个LED被点亮，所以在一帧的时间周期中会送入128个地址码，在该帧周期中LED最长导通时间为T2＝T1/128＝0.2604ms。
而该像素在T2时间段能导通多久完全取决于该像素点的亮度，即将像素点的亮度转化为导通时间T3，转化公式为
T3＝T2*[(A0+A8+A16)x1+(A1+A9+A17)x2...+(A7+A15+A23)x128]/768
通过该公式将每一个像素点的导通时间算出，生成与显示图像相匹配的灰度控制表。
假如第一个像素的一个白色点A0...A23＝1...1；结合以上公式得出导通时间T3＝T2*[(1+1+1)x1+(1+1+1)x2+...+(1+1+1)x128]/768＝0.2604x1＝0.2604ms.
本实施例中通过该方法把每个像素的亮度值计算出来，形成与图像相对应的导通时间表，如表1所示。由于图像是不断刷新的，所以该表也会虽着每帧图像的变化而动态变化。处理单元根据得到的每帧图像像素的导通时间表，控制每个LED的导通时间，进而实现了灰度级控制，即根据脉冲灰度调制法中的脉冲存在时间控制灰度级显示。
表1.LED导通时间表
数据位数 时间权值比 关断时间比 总时间系数
R0 1/256 255/256 T2
R1 2/256 254/256 T2
R2 4/256 252/256 T2
R3 8/256 248/256 T2
R4 16/256 246/256 T2
R5 32/256 224/256 T2
R6 64/256 192/256 T2
R7 128/256 128/256 T2
G0 1/256 255/256 T2
G1 2/256 254/256 T2
G2 4/256 252/256 T2
G3 8/256 248/256 T2
G4 16/256 246/256 T2
G5 32/256 224/256 T2
G6 64/256 192/256 T2
G7 128/256 128/256 T2
B0 1/256 255/256 T2
B1 2/256 254/256 T2
B2 4/256 252/256 T2
B3 8/256 248/256 T2
B4 16/256 246/256 T2
B5 32/256 224/256 T2
B6 64/256 192/256 T2
B7 128/256 128/256 T2
本发明的另一目的是要提供一种基于LED阵列的图像显示系统，本系统利用特定编码方法精确控制LED屏幕显示，同时提高了编码效率。
如图2所示，一种基于LED阵列的图像显示系统，包括电源模块100、上位机200、控制模块300、驱动模块400、LED显示模块500；所述控制模块300包括解码单元301、信号处理单元302、存储单元303、304、305。解码单元301接收并将上位机信号并将其解码为24位数据信号然后传输给信号处理单元302，信号处理单元302接收到解码单元301当前帧信号后将其存储到存储单元中305。上位机根据LED显示模块500的规格和大小制作一张驱动控制码表，并存储到存储单元中303。同时信号处理单元302将驱动控制码发送至驱动模块400。所述驱动模块400包括控制码转换器单元401、电源单元402。所述控制码转换器401接收到驱动控制码并将其转换为LED显示屏模块500的确定地址，从而确定上位机图像与显示屏的对应关系。电源单元402与外部电源模块100直接相连，负责给回路提供稳定的直流电流。所述LED显示模块500由多个LED按一定的走线方式级联而成，LED显示模块500与驱动模块400直接相连。显示模块由N个a x M x M大小的显示单元构成，这里以2X8X8大小的显示单元进行说明，即N＝1，a＝2，M＝8，本实施例中显示模块采用一种特殊的走线形式，即LED阵列中将水平方向的布线简化为只起到传递作用的桥线，电源驱动线与回路线构成均由竖直方方向的布线完成走线方式如图3所示。LED显示屏通特殊的走线方法实现了对每个LED的编码，使该LED显示屏的驱动模块得到了极大的简化，而且其寻址方便，利于控制。
当显示模块大小确定以后，上位机将将存储模块中的图像分成N个大小为2X8X8的显示单元，分割方式如图4所示，生成相应的驱动控制码表如图5所示。通过亮度转换公式将每个像素的亮度转换成导通时间，存入到与图像相对应的一张表格即为导通时间表中。本实施例中：
像素点1所对应的地址码为101 011 011 011 011 011 011 011
像素点2所对应的地址码为001 111 011 011 011 011 011 011
…
像素点9所对应的地址码为111 001 011 011 011 011 011 011
…
而该地址码是上位机发送的地址控制码经控制码转换器转换得到的。
通过上位机软件制作一张与该导通时间表相对应的地址控制码码表，控制码码表由128个大小为N的单元组成，然后将相应的控制码传输给驱动模块，通过驱动模块中的控制码解析单元解析后确定各数据的地址码，然后形成一一映射关系，控制码码表与导通时间表相结合分别控制点亮LED显示屏的位置和灰度。
本实施例中采用特殊走线LED阵列，通过信号编码的方式来对LED的点亮情况进行编码，每一个LED都有与它对应的码址，每一个编码只能点亮一个LED，要想点亮某个LED只需要在驱动端送入与该编码对应的驱动信号即可，便于控制系统进行编码，进一步提高了编码效率。灰度控制方面利用人眼的视觉惰性，用脉宽调制方法来实现灰度控制，只要这个重复点亮的周期足够短，人眼是感觉不到发光象素在抖动。由于脉宽调制更适合于数字控制，几乎所有的LED屏都是采用脉宽调制来控制灰度等级的。本发明根据灰度级调制的算法将上位机图像的灰度信息提取出来，送至驱动系统，用来控制LED导通的时间。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种灰度级调制方法，其特征在于包括以下步骤：
S100、将待显示每帧图像的各个像素的亮度值解码为24位数字信号AOA1…A23；
S200、根据显示图像的每秒刷新次数A计算每帧图像的显示时间T1，其中
T1＝1/A；
S300、根据显示模块的大小计算显示模块中每个像素点能够显示的理论时间T2，所述显示模块的大小为a×M×M，则
T2＝T1/(a×M×M)；
S400、根据以下公式计算各个像素点的点亮时间T3：
T3＝T2*[(A0+A8+A16)x20+(A1+A9+A17)x21…+(A7+A15+A23)x27]/768；
S500、将各像素点的点亮时间转换形成每帧图像像素导通时间表；
S600、将图像像素导通时间表与显示模块地址控制码表结合以实现LED显示屏各像素点的灰度控制。
2.根据权利要求1所述的灰度级调制方法，其特征在于还包括随着待显示图像刷新更新像素导通时间表的步骤。
3.一种基于LED阵列的图像显示系统，其特征在于系统包括电源模块、控制模块、驱动模块、显示模块以及上位机；
所述控制模块分别与电源模块、驱动模块和上位机相连，驱动模块分别与电源模块、LED显示模块、控制模块相连，上位机与控制模块和电源模块相连。
4.根据权利要求3所述的图像显示系统，其特征在于所述控制模块包括信号处理单元、存储单元、解码单元；
所述解码单元对当前帧图像各点像素解码生成24位图像信息并发送给信号处理单元；
所述信号处理单元接收上位机根据LED显示屏的规格制作的驱动控制码表，并根据驱动控制码表将图像信息送到驱动模块，同时将24位图像信息转化为像素导通时间表；
所述存储单元用于保存所述像素导通时间表及所述驱动控制码表。
5.根据权利要求3或4所述的图像显示系统，其特征在于所述驱动模块包括电源模块和控制码解析模块；
所述电源模块与外部电源模块直接相连，负责给回路提供稳定的直流电流；
所述控制码解析模块接收控制模块所发送的驱动控制码表并将其解析成与LED位置相对应的地址码，以确定LED通断，并且根据灰度控制码表确定各LED点亮时间。
6.根据权利要求5所述的图像显示系统，其特征在于通过级联的方式增加所述驱动模块的数量。
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