CN112466250B - 一种低灰高刷的led驱动芯片显示算法 - Google Patents

一种低灰高刷的led驱动芯片显示算法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，属于LED显示领域。在低灰高刷模式下，设定显示灰度二进制数据位数N，总的显示周期时间为2N，刷新倍数2T，将2N划分为2T组子周期，每组子周期2D个GCLK周期；设定低灰情况优化等级L，非低灰情况优化等级H；设定临界刷新率ZHz，临界灰度值2W，在输入灰度数据位于0‑2W低灰高刷范围时，每个子周期的灰度分配按照色阶优化等级L进行处理，通过这种优化等级使得刷新率尽快达到设定临界刷新率ZHz，在达到临界刷新率ZHz后，刷新率保持ZHz；在输入灰度数据大于2W时，每个子周期的灰度分配按照色阶优化等级H进行处理，保证每个子周期中的最小PWM宽度为H，使得显示效果在高灰时得到更好优化。

Description

一种低灰高刷的LED驱动芯片显示算法
技术领域
本发明涉及LED显示技术领域，特别涉及一种低灰高刷的LED驱动芯片显示算法。
背景技术
LED显示屏有着可用时间长、可视视角广以及可以按照实际需求任意组装需要的大小等优点，被广泛应用于传媒领域、信息发布领域。随着国内服务业的发展，实时的广告信息和业务宣传也变得越来越重要，其可视化程度高、成本低廉已经成为在该领域不可替代的唯一媒介。
随着LED显示屏的广泛应用，LED显示技术得到巨大的发展，而其中显示驱动技术更为其中的关键技术。目前LED显示驱动方式大致可分为DC-DC、电阻限流以及恒流驱动；其中多路恒流LED驱动芯片配合PWM技术，能够实现精准电流控制，高灰度显示，达到良好显示效果，在小点间距LED驱动芯片中得到广泛应用。
通过PWM技术实现多路恒流LED芯片显示控制是目前显示效果最好的方式。即通过控制LED亮/暗的时间，达到不同灰阶亮度的显示效果。但仍然会存在如低灰色块、偏色、麻点、第一行偏暗等问题。其中在显示周期内刷新率不足时，会产生屏幕闪烁的现象，从而法满足显示屏对画面真实细腻、色彩逼真的要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，以解决目前低灰刷新率不足、难以使显示画面清晰、细腻真实的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，包括：
步骤1、配置模式选择寄存器为低灰高刷模式；
步骤2、在低灰高刷模式下，设定显示灰度二进制数据位数N，总的显示周期时间为2N，刷新倍数2T，将总的显示周期时间划分为2T组子周期，每组子周期2D个GCLK周期，其中N为正整数，T、D为小于N的非负整数，N＝T+D；
步骤3、设定色阶优化等级L及H，其中L为针对低灰情况优化等级，H为针对非低灰情况优化等级；
步骤4、设定临界刷新率Z Hz，临界灰度值2W，即将灰度范围0-2W设定为低灰高刷范围，W为小于N的正整数；
步骤5、在输入灰度数据位于0-2W低灰高刷范围时，将灰度数据均匀分配到2T个子周期中，每个子周期的灰度分配按照色阶优化等级L进行处理，保证每个子周期中的最小PWM宽度为L，通过这种优化等级使得刷新率尽快达到设定临界刷新率Z Hz，在达到临界刷新率Z Hz后，刷新率将保持Z Hz；
步骤6、在输入灰度数据大于2W时，将灰度数据均匀分配到2T个子周期中，每个子周期的灰度分配按照色阶优化等级H进行处理，保证每个子周期中的最小PWM宽度为H，使得显示效果在高灰时得到更好优化。
可选的，所述步骤1中，需要寄存器增加低灰高刷配置模式以用于上位机在输入低灰数据时相应的配置低灰高刷模式，从而实现显示质量的提升。
可选的，所述步骤2中，N位二进制灰度数据DN-1DN-2…D1D0，由外部输入至驱动芯片中，范围为[2N-1：0]。
可选的，所述步骤3中，设定色阶优化等级L及H：
L为针对低灰情况优化等级，此时设定色阶优化等级低，即每个子周期允许的最大PWM宽度相对较小，旨在快速提升低灰条件下的刷新率；
H为针对非低灰情况优化等级，此时增大每个子周期允许的的最大PWM宽度，有利于高灰条件下的显示效果。
可选的，H能够通过寄存器配置设定多种模式。
可选的，所述步骤4中，临界刷新率Z Hz为芯片自身设定好的定值，其中Z为正整数；临界刷新率即所述步骤3在通过色阶优化等级L使刷新率快速达到的设定值；
临界灰度值2W也为芯片自身设定好的定值，即为色阶优化等级L转到H的临界灰度值。
可选的，所述步骤5中，当灰度数据保持Z Hz刷新率，但仍处于低灰高刷范围内时，保持Z Hz刷新率不变，即保持现有的打散组数不变，将灰度数据平均分配在现有打散组数中，以避免达到Z Hz刷新率后立即使用色阶优化等级H导致的刷新率再次下降。
可选的，所述步骤6中，输入灰度数据保持大于2W时，输出PWM不受临界刷新率Z Hz及临界灰度值2W的限制。
本发明的有益效果在于：
(1)通过两种模式切换，实现在不同灰度数据、不改变总灰度的前提下，有效提高整体的刷新率，提升视觉流畅度；
(2)通过寄存器配置PWM输出模式选择的设计方法，从而使用户可以通过具体参数可根据需求自行定义，灵活性和适用性强。
附图说明
图1是S-PWM基本原理波形图；
图2是OS-PWM算法非低灰模式优化等级0显示控制图；
图3是OS-PWM算法非低灰模式优化等级1显示控制图；
图4是低灰高刷OS-PWM算法1920Hz PWM输出效果图；
图5是低灰高刷OS-PWM算法3840Hz PWM输出效果图；
图6是低灰高刷OS-PWM算法1920Hz显示控制图实例；
图7是低灰高刷OS-PWM算法3840Hz显示控制图实例。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种低灰高刷的LED驱动芯片显示算法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例一
本发明提供了一种低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，包括：
步骤1、配置模式选择寄存器为低灰高刷模式；
需要寄存器增加低灰高刷配置模式以用于上位机在输入低灰数据时相应的配置低灰高刷模式，从而实现显示质量的提升。
步骤2、在低灰高刷模式下，设定显示灰度二进制数据位数N，总的显示周期时间为2N，刷新倍数2T，将总的显示周期时间划分为2T组子周期，每组子周期2D个GCLK周期，其中N为正整数，T、D为小于N的非负整数，N＝T+D；
其中，N位二进制灰度数据DN-1DN-2…D1D0，由外部输入至驱动芯片中，范围为[2N-1：0]。
步骤3、设定色阶优化等级L及H，其中L为针对低灰情况优化等级，H为针对非低灰情况优化等级；H能够通过寄存器配置设定多种模式；
L为针对低灰情况优化等级，此时设定色阶优化等级低，即每个子周期允许的最大PWM宽度相对较小，旨在快速提升低灰条件下的刷新率；
H为针对非低灰情况优化等级，此时增大每个子周期允许的的最大PWM宽度，有利于高灰条件下的显示效果。
步骤4、设定临界刷新率Z Hz，临界灰度值2W，即将灰度范围0-2W设定为低灰高刷范围，W为小于N的正整数；
临界刷新率Z Hz为芯片自身设定好的定值，其中Z为正整数；临界刷新率即所述步骤3在通过色阶优化等级L使刷新率快速达到的设定值；
临界灰度值2W也为芯片自身设定好的定值，即为色阶优化等级L转到H的临界灰度值。
步骤5、在输入灰度数据位于0-2W低灰高刷范围时，将灰度数据均匀分配到2T个子周期中，每个子周期的灰度分配按照色阶优化等级L进行处理，保证每个子周期中的最小PWM宽度为L，通过这种优化等级使得刷新率尽快达到设定临界刷新率Z Hz，在达到临界刷新率Z Hz后，刷新率将保持Z Hz；
当灰度数据保持Z Hz刷新率，但仍处于低灰高刷范围内时，保持Z Hz刷新率不变，即保持现有的打散组数不变，将灰度数据平均分配在现有打散组数中，以避免达到Z Hz刷新率后立即使用色阶优化等级H导致的刷新率再次下降。
步骤6、在输入灰度数据大于2W时，将灰度数据均匀分配到2T个子周期中，每个子周期的灰度分配按照色阶优化等级H进行处理，保证每个子周期中的最小PWM宽度为H，使得显示效果在高灰时得到更好优化；
输入灰度数据保持大于2W时，输出PWM不受临界刷新率Z Hz及临界灰度值2W的限制。
本发明适用于多通道恒流LED驱动芯片，图1为S-PWM基本原理波形图。S-PWM算法的基本思想是将一个完整的PWM控制信号周期分散成H占空比相同，周期为1/H PWM周期的控制信号，这样得到了更高的刷新率。S-PWM算法就是对PWM控制信号进行分块分成H段，则刷新率提高到原来的H倍。举例说明，如图2所示，以4位灰度数据4’b1100为例。4bit灰度数据则显示周期为16t，灰度值为4’b1100，则一组数据周期需要点亮LED的时间长度为12t，熄灭时间为3t；而根据S-PWM的工作原理，则将点亮时间平均打散为3个等份，每份5t，亮灭1t，总的占空比保持不变(4∶1)，总点亮时间依然是12t，从而在不影响灰度和亮度的情况下提高了LED显示屏的刷新率。
图2、图3为OS-PWM算法非低灰模式优化等级0、1显示控制图。通过OS-PWM算法将PWM脉冲打散后，导致PWM波形平均打开的时间缩短，在低灰度情况下尤为突出，由于模拟电路之间的耦合及器件特性的影响，数字电路中的仿真波形并不能完美的在电路中实现，其上升沿和下降沿都会呈现一定的倾斜；另外在每颗芯片之间或者芯片通道之间的工作过程不可能完全一样，产生的脉冲倾斜也将不同，如果边沿倾斜很小，模拟通道将不能快速反应数字信号的变化，由此会在LED显示屏上产生“麻点”现象。针对这种问题，增加了色阶优化功能，即在低灰条件下，设定每个子周期最小PWM脉冲数，如图2、图3所示分别为色阶优化等级0、1的两种情况，分别对应每个子周期8个GCLK和16个GCLK。从而减弱在低灰情况下灰度数据的打散效果，增加灯管的打开时间，提高亮度，增强显示效果，解决“麻点”现象。
Figure GDA0003149970830000051
Figure GDA0003149970830000061
表1
表1是低灰高刷OS-PWM算法实例数据表。上述增加的色阶优化功能在对跨板耦合起到一定的减轻作用，但是会带来低灰刷新率不足的问题，较好的解决低灰“麻点”问题的同时，也会导致在低灰情况下刷新率不足的问题。为解决此问题，本发明增加了低灰高刷功能，通过设定临界刷新率Z Hz、临界灰度值2W，一方面在低灰时以类似色阶优化(1个GCLK)的方式，尽快达到Z Hz，后面一段刷新率保持Z Hz，当灰度数据达到新的色阶优化时，即超过临界灰度值2W，切换到新的色阶优化0/1(两种色阶优化配置)进行显示。显示效果图如图4和图5所示，图4和图5分别为刷新率设定为1920Hz、3840Hz时的实际刷新率随灰度的变化关系图。其中，实线为低灰高刷模式下刷新率随灰度的变化关系，虚线为非低灰高刷模式时，即正常模式时实际刷新率随灰度的变化关系。由图可以发现，相比于正常模式，在低灰高刷模式下，实际刷新率能够较快达到临界刷新率Z Hz，在达到临界刷新率Z Hz后，刷新率将保持到灰度数据达到临界灰度值2W，在输入灰度值大于临界灰度值2W时，将切换到新的色阶优化0/1进行显示，刷新率继续升高。
下面将对算法进行实例解析。具体步骤如下：
(1)设定临界刷新率为480Hz；刷新率为1920Hz、色阶优化0时的临界灰度值为1024，刷新率为1920Hz、色阶优化1时的临界灰度值为2048，刷新率为3840Hz、色阶优化0时的临界灰度值为512，刷新率为3840Hz、色阶优化1时的临界灰度值为1024，如表1所示。
(2)在刷新率设定为1920Hz情况下，在低灰高刷模式时，以类似色阶优化(1个GCLK，采用倍频技术，即1个GCLK表示两个灰度数据)的方式，将灰度尽快打散，从而使刷新率尽快达到480Hz，如图6所示为1920Hz时，灰度值分别为23、64、128、256、1024、2048、4096时的PWM输出波形。由图6可见，在低灰高刷模式下，达到480Hz时的组数为28组(即第28个子周期)，达到480Hz时的灰度值为128。对于打散后剩下的不满一个GCLK的灰度值，算法固定放在第一个子周期，如灰度值为23时，第一个子周期为3，其余子周期为2。在达到设定临界灰度值后，重新开始新的色阶优化模式，即正常的显示模式(8GCLK、16GCLK优化模式)。
(3)在刷新率设定为3840Hz情况下，在低灰高刷模式时，以类似色阶优化(1个GCLK，采用倍频技术，即1个GCLK表示两个灰度数据)的方式，将灰度尽快打散，从而使刷新率尽快达到480Hz，如图7所示为3840Hz时，灰度值分别为23、32、64、128、512、1024、2048时的PWM输出波形。由图可见，在低灰高刷模式下，达到480Hz时的组数为56组(即第56个子周期)，达到480Hz时的灰度值为64。对于打散后剩下的不满一个GCLK的灰度值，算法固定放在第一个子周期，如灰度值为23时，第一个子周期为3，其余子周期为2。在达到设定临界灰度值后，重新开始新的色阶优化模式，即正常的显示模式(8GCLK、16GCLK优化模式)。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims (8)

1.一种低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，其特征在于，包括：
步骤1、配置模式选择寄存器为低灰高刷模式；
步骤2、在低灰高刷模式下，设定显示灰度二进制数据位数N，总的显示周期时间为2N，刷新倍数2T，将总的显示周期时间划分为2T组子周期，每组子周期2D个GCLK周期，其中N为正整数，T、D为小于N的非负整数，N＝T+D；
步骤3、设定色阶优化等级L及H，其中L为针对低灰情况优化等级，H为针对非低灰情况优化等级；
步骤4、设定临界刷新率Z Hz，临界灰度值2W，即将灰度范围0-2W设定为低灰高刷范围，W为小于N的正整数；
步骤5、在输入灰度数据位于0-2W低灰高刷范围时，将灰度数据均匀分配到2T个子周期中，每个子周期的灰度分配按照色阶优化等级L进行处理，保证每个子周期中的最小PWM宽度为L，通过这种优化等级使得刷新率尽快达到设定临界刷新率Z Hz，在达到临界刷新率ZHz后，刷新率将保持Z Hz；
步骤6、在输入灰度数据大于2W时，将灰度数据均匀分配到2T个子周期中，每个子周期的灰度分配按照色阶优化等级H进行处理，保证每个子周期中的最小PWM宽度为H，使得显示效果在高灰时得到更好优化。
2.如权利要求1所述的低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，其特征在于，所述步骤1中，需要寄存器增加低灰高刷配置模式以用于上位机在输入低灰数据时相应的配置低灰高刷模式，从而实现显示质量的提升。
3.如权利要求2所述的低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，其特征在于，所述步骤2中，N位二进制灰度数据DN-1DN-2…D1D0，由外部输入至驱动芯片中，范围为[2N-1:0]。
4.如权利要求3所述的低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，其特征在于，所述步骤3中，设定色阶优化等级L及H：
L为针对低灰情况优化等级，此时设定色阶优化等级低，即每个子周期允许的最大PWM宽度相对较小，旨在快速提升低灰条件下的刷新率；
H为针对非低灰情况优化等级，此时增大每个子周期允许的的最大PWM宽度，有利于高灰条件下的显示效果。
5.如权利要求4所述的低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，其特征在于，H能够通过寄存器配置设定多种模式。
6.如权利要求4所述的低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，其特征在于，所述步骤4中，临界刷新率ZHz为芯片自身设定好的定值，其中Z为正整数；临界刷新率即所述步骤3在通过色阶优化等级L使刷新率快速达到的设定值；
临界灰度值2W也为芯片自身设定好的定值，即为色阶优化等级L转到H的临界灰度值。
7.如权利要求6所述的低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，其特征在于，所述步骤5中，当灰度数据保持ZHz刷新率，但仍处于低灰高刷范围内时，保持Z Hz刷新率不变，即保持现有的打散组数不变，将灰度数据平均分配在现有打散组数中，以避免达到ZHz刷新率后立即使用色阶优化等级H导致的刷新率再次下降。
8.如权利要求7所述的低灰高刷的LED驱动芯片显示算法，其特征在于，所述步骤6中，输入灰度数据保持大于2W时，输出PWM不受临界刷新率Z Hz及临界灰度值2W的限制。
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