CN116504179B - 像素复用方法、数据传输系统以及显示屏控制系统和方法 - Google Patents
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Abstract
像素复用方法、数据传输系统以及显示屏控制系统和方法，涉及像素倍增显示技术领域，解决了现有隔行同基色像素排布显示屏画面锐利边缘颜色失真的问题。将所述同基色行中的子像素作为中间子像素，将上一行与其相邻的两个异基色像素和下一行与其相邻的两个异基色像素作为边缘子像素，五个子像素共同组成一个显示单元，使得每个边缘子像素被四个显示单元复用，所有显示单元组成矩阵显示结构；确定各子像素与图像源像素点的映射关系，每个所述边缘子像素的显示数据为图像源中对应像素点中对应颜色子像素显示数据均值的1/2的亮度分量。本发明可以应用于像素倍增显示屏，提升显示效果。
Description
技术领域
本发明涉及像素倍增显示技术领域，具体涉及一种像素复用方法、数据传输系统以及显示屏控制系统和方法。
背景技术
像素复用技术是LED显示器的感知分辨率提升技术中的一种重要技术，它将每一个亚像素的灯点被周围的若干个虚拟的像素点所共用，以类似于将原本的视频图像数据做平滑滤波然后降采样的方法，实现在LED显示器上显示出超出显示器物理分辨率的图像，以增大感知分辨率，增强显示效果。
在像素复用的实现过程中，数据处理是必不可少的过程，将原来的数据量减少以实现在同面积的更少灯点的显示模块上显示出相同分辨率的视频源图像。在发送卡的前端实现像素倍增算法的方法，要比在接收卡上实现的方法节省了发送和接收上的带宽，以及发送卡的带载能力和接收卡的数据处理能力，这些都会使得像素倍增技术的实现成本更低。但是，不论是在发送卡前端实现还是在接收卡上实现像素倍增技术，由于像素排布和复用算法（不加权平均），都会导致锐利边缘的颜色失真问题，最严重的就是单像素直线，会直接变色。
例如，中国专利文献《一种发光像素排布结构、显示面板及电子设备》（公开号为CN114743465A，公开日为2022年7月12日）中公开了一种像素排布结构和对应复用显示方案，排布结构如图1所示，将同基色行的每一个基色像素和上一行与其相邻的两个异基色像素组成的三角形结构作为一个复用显示单元，同时和下一行与其相邻的两个异基色像素组成的三角形结构作为一个显示单元。该种复用方式秉承着传统显示的观念，每一个像素点由三颗灯组成，每两像素共用一个灯点，每两个灯点被4个像素同时使用，从而实现像素空间密度的提高，可达到相同像素密度显示更多图像信息的目的。但是，该方案下的显示面板在显示锐利边缘与单像素时，图像会出现严重的偏色现象，导致在显示单像素横竖线、斜线以及锐利边缘时出现严重的彩边现象。具体地，当显示单像素白线时，如图2所示，由于像素排布原因，左侧边仅为红蓝混色，因此显示时左侧边发紫，而右侧边绿色混色更多，所以偏绿；除此之外，对于锐利边缘，与直线同理，不论是横向边缘还是竖向边缘，都存在类似问题。因其排布的特殊性（特指其中一个颜色单独成行、成列），边缘会出现明显的偏色现象，而偏色的具体颜色与边缘排布的基色有关。
综上，采用传统的倍增算法的隔行同基色像素排布显示屏，其显示画面中锐利边缘会出现颜色失真的问题，严重影响显示效果。
发明内容
为了解决现有隔行同基色像素排布显示屏画面锐利边缘颜色失真的问题，本发明提出了一种像素复用方法、数据传输系统以及显示屏控制系统和方法。
本发明的技术方案如下：
一种基于像素倍增排布的像素复用方法，所述像素倍增排布具体为：包括隔行排布的同基色行以及由另外两种基色像素相互交替排布而成的异基色行，所述同基色行中的每一个基色像素和上一行与其相邻的两个异基色像素组成三角形结构，同时和下一行与其相邻的两个异基色像素组成三角形结构，所述像素复用方法具体为：
将所述同基色行中的子像素作为中间子像素，将上一行与其相邻的两个异基色像素和下一行与其相邻的两个异基色像素作为边缘子像素，五个子像素共同组成一个显示单元，使得每个边缘子像素被四个显示单元复用，所有显示单元组成矩阵显示结构；
确定各子像素与图像源像素点的映射关系，每个所述边缘子像素的显示数据为图像源中对应像素点中对应颜色子像素显示数据均值的1/2的亮度分量。
本发明还提供了一种像素倍增显示屏的数据传输系统，所述像素倍增显示屏应用上述基于像素倍增排布的像素复用方法，所述数据传输系统包括上位机、HDMI解码芯片、HDMI编码芯片、数据处理模块和发送卡，所述上位机用于将待显示的HDMI视频信号发送至所述HDMI解码芯片；所述HDMI解码芯片用于将所述HDMI视频信号解码，并将解码之后的数据发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块包含像素倍增数据处理单元，用于对每帧数据进行像素倍增的数据处理；所述像素倍增数据处理单元内部包含FIFO存储器和6个数据寄存器，用于在每一帧数据到来以后对数据进行动态存储和读出，形成数据矩阵，再根据像素倍增数据处理算法对6个寄存器的数据进行计算得到单色像素数据，并将单色像素数据发送至HDMI编码芯片重新编码成HDMI视频信号输出至发送卡。
优选地，所述数据处理模块还包括DDR存储芯片和同步信号生成单元，所述DDR存储芯片用于对处理后的数据进行帧缓存，所述同步信号生成单元用于生成显示数据需要的行同步信号、场同步信号和使能信号，并且将从DDR存储芯片中读出的数据与生成的信号同步。
优选地，所述解码之后的数据包括行同步信号、场同步信号、使能信号和RGB灰度数据。
优选地，所述数据处理模块为FPGA处理器。
本发明还提供一种显示屏控制系统，包括接收卡、驱动IC、以及如上所述的数据传输系统，所述接收卡用于接收经过所述数据传输系统中的发送卡分箱后的有效视频信号，做电光转换和亮色度校正后传送给驱动IC以驱动显示屏显示。
本发明还提供一种显示屏控制方法，所述控制方法应用上述像素倍增显示屏控制系统，所述控制方法包括以下步骤：
S1、上位机将待显示的HDMI视频信号发送至HDMI解码芯片；
S2、HDMI解码芯片对HDMI视频信号进行解码，解码之后的数据包括行同步信号、场同步信号、使能信号和RGB灰度数据，然后发送至数据处理模块；
S3、数据处理模块中的像素倍增数据处理单元对数据进行像素倍增的数据处理，处理后的数据经DDR存储芯片进行帧缓存，然后发送至HDMI编码芯片重新编码成HDMI视频信号输出至发送卡；
S4、发送卡对视频数据进行解码、截取和分箱，将有效像素数据截取之后，将有效视频信号分箱打包发送至接收卡，然后接收卡再对数据做电光转换和亮色度校正并传送至驱动IC以驱动显示屏显示。
优选地，在像素倍增的数据处理之前，对24bit的RGB灰度数据进行gamma变换，展开成RGB亮度数据；在像素倍增的数据处理之后，将处理后的亮度数据进行gamma逆变换恢复成灰度数据。
优选地，所述像素倍增的数据处理的具体步骤为：
SS1、在一帧数据来到以后，先利用FIFO存储器暂存第一行的数据，第二行数据输入时读取在FIFO存储器里缓存的第一行数据，在存储的同时用6个寄存器存储当前两行的当前时刻和上一个时钟周期的数据，构成一个2×3的数据窗；
SS2、设置一个计算操作的标志信号，当每行的列计数器计数到2k（k为正整数）时将计算操作标志信号拉高，进行计算操作和赋值操作，其余时刻将计算操作标志信号拉低，将相应位数的0赋值给输出数据。
优选地，所述像素倍增显示屏的分辨率为m×n，在一帧数据来到以后，根据使能信号对行和列进行计数，在使能信号为1的时候，每个像素时钟上升时对列计数器进行加一操作，当列记满m-1时对行计数器进行加一操作，并将列计数器归零，代表着一行数据处理的结束，对下一行进行同样操作，当行计数器记满n-1时计数器全部归零，代表着一帧数据处理结束。
与现有技术相比，本发明的具体有益效果为：
本发明摒弃了传统的复用思想，将一个像素所需要的灯点由3个组成的等边复用单元变成5个，通过增加像素的显示面积和减小了各基色的权值，避免了单色成行成列和和颜色过渡生硬的问题，所显示的单线由3列像素组成，均呈现为中间明亮绿色，两侧为较暗的红蓝，这避免了绿色或者较亮的红蓝显示所导致的偏色问题，且锐利边缘出现自然而然的过渡效果，不会有明显的偏色现象；配合所述数据传输系统，不仅能够解决彩边显示问题，还能够节省发送卡到接收卡之间的传输带宽、发送卡带载以及接收卡的数据处理能力，从而大幅度降低了成本，降低短路风险且装置易于维修。
附图说明
图1为隔行同基色像素排布方式的传统像素复用方法；
图2为传统复用方法下单像素线和锐利边缘颜色不收敛原理示意图；
图3为本发明提供的隔行同基色像素排布下的像素复用方法示意图；
图4为采用本申请像素复用方法渲染的单像素线示意图；
图5为采用本申请像素复用方法渲染的锐利边缘示意图；
图6为实施例9中所述数据处理方法原理示意图。
具体实施方式
为使本发明的技术方案更加清楚，下面将结合本发明的说明书附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，需要说明的是，以下实施例仅用于更好地理解本发明的技术方案，而不应理解为对本发明的限制。
实施例1.
本实施例提供了一种基于像素倍增排布的像素复用方法，所述像素倍增排布具体为：包括隔行排布的同基色行以及由另外两种基色像素相互交替排布而成的异基色行，所述同基色行中的每一个基色像素和上一行与其相邻的两个异基色像素组成三角形结构，同时和下一行与其相邻的两个异基色像素组成三角形结构，所述像素复用方法具体为：
如图3所示，将所述同基色行中的子像素作为中间子像素，将上一行与其相邻的两个异基色像素和下一行与其相邻的两个异基色像素作为边缘子像素，五个子像素共同组成一个显示单元，使得每个边缘子像素被四个显示单元复用，所有显示单元组成矩阵显示结构；
确定各子像素与图像源像素点的映射关系，所述边缘子像素的显示数据为图像源中对应像素点中对应子像素显示数据均值的1/2的亮度分量。
从结构上来讲，本实施例应用的像素结构的排布方案具有特殊性，传统的一个像素由三个灯点显示的复用方法会造成单像素显示时单色单独成行成列，从而出现偏色的问题。而本实施例摒弃传统的复用思想，令一个像素所需要的灯点由3个变成5个，从而增加了像素的显示面积，并且减小了各基色的权值，能够避免单色成行成列和和颜色过渡生硬的问题，解决传统算法带来彩线问题，从而提升显示屏观感。
具体地，针对单像素线的问题，如图4所示，本实施例所提出的复用方法所显示的单线由3列子像素组成，均呈现为中间明亮绿色，两侧为较暗的红蓝，这避免了边缘为较亮的绿色或者较亮的红蓝显示所导致的紫色偏色问题。
其次，针对锐利边缘，如图5所示，因本复用算法中所有的显示单元均为5个子像素构成，中间亮四周暗，所以在显示边缘的时候，会出现自然而然的过渡效果，不会有明显的偏色现象。
实施例2.
本实施例提供了一种像素倍增显示屏的数据传输系统，所述像素倍增显示屏应用实施例1所述基于像素倍增排布的像素复用方法，所述数据传输系统包括上位机、HDMI解码芯片、HDMI编码芯片、数据处理模块和发送卡，所述上位机用于将待显示的HDMI视频信号发送至所述HDMI解码芯片；所述HDMI解码芯片用于将所述HDMI视频信号解码，并将解码之后的数据发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块包含像素倍增数据处理单元，用于对每帧数据进行像素倍增的数据处理；所述像素倍增数据处理单元内部包含FIFO存储器和6个数据寄存器，用于在每一帧数据到来以后对数据进行动态存储和读出，形成数据矩阵，再根据像素倍增数据处理算法对6个寄存器的数据进行计算得到单色像素数据，并将单色像素数据发送至HDMI编码芯片重新编码成HDMI视频信号输出至发送卡。
本实施例提供的像素倍增显示屏的数据传输系统，应用实施例1所述的像素复用方法，不仅解决了传统算法带来锐利边缘颜色失真问题，还做到了在上位机到发送卡之间的传输路径上实现数据的虚拟处理，节省发送卡到接收卡之间的传输带宽、发送卡带载以及接收卡的数据处理能力，降低系统对发送卡和接收卡的要求，从而大幅度降低了成本；还减少了对应的显示屏控制装置中发送卡和接收卡之间的走线数量，使得装置箱体内部走线规整，降低短路风险且装置易于维修。
实施例3.
本实施例为对实施例2的进一步举例说明，所述数据处理模块还包括DDR存储芯片和同步信号生成单元，所述DDR存储芯片用于对处理后的数据进行帧缓存，所述同步信号生成单元用于生成显示数据需要的行同步信号、场同步信号和使能信号，并且将从DDR存储芯片中读出的数据与生成的信号同步。
实施例4.
本实施例为对实施例2的进一步举例说明，所述解码之后的数据包括行同步信号、场同步信号、使能信号和RGB灰度数据。
实施例5.
本实施例为对实施例2的进一步举例说明，所述数据处理模块为FPGA处理器。
实施例6.
本实施例提供了一种显示屏控制系统，包括接收卡、驱动IC、以及如实施例2至5中任一项所述的数据传输系统，所述接收卡用于接收经过所述数据传输系统中的发送卡分箱后的有效视频信号，做电光转换和亮色度校正后传送给驱动IC以驱动显示屏显示。
实施例7.
本实施例提供了一种显示屏控制方法，所述控制方法应用如实施例6所述的像素倍增显示屏控制系统，所述控制方法包括以下步骤：
S1、上位机将待显示的HDMI视频信号发送至HDMI解码芯片；
S2、HDMI解码芯片对HDMI视频信号进行解码，解码之后的数据包括行同步信号、场同步信号、使能信号和RGB灰度数据，然后发送至数据处理模块；
S3、数据处理模块中的像素倍增数据处理单元对数据进行像素倍增的数据处理，处理后的数据经DDR存储芯片进行帧缓存，然后发送至HDMI编码芯片重新编码成HDMI视频信号输出至发送卡；
为了把分散的图像数据集中化，以真正实现数据的减少，将处理后的数据经DDR存储芯片进行帧缓存，这样以2/3的有效数据量缓存至DDR之中，以分辨率为1080P为例，在DDR3读取的时候，利用一个同步信号生成单元生成显示数据需要的同步信号（行场同步和使能），然后根据使能信号进行列计数，产生前1280列前540行有效的DDR读取FIFO的读使能信号，在这些时间内将处理得到的2/3帧数据读取出来与同步信号生成单元生成的同步信号同步，一帧中其余时刻的信号即无效信号依然赋值为0，然后发送至HDMI编码芯片重新编码成HDMI视频信号输出至发送卡；
S4、发送卡对视频数据进行解码、截取和分箱，将有效像素数据截取之后，将有效视频信号分箱打包发送至接收卡，然后接收卡再对数据做电光转换和亮色度校正并传送至驱动IC以驱动显示屏显示。
实施例8.
本实施例为对实施例7的进一步举例说明，在像素倍增的数据处理之前，对24bit的RGB灰度数据进行gamma变换，展开成RGB亮度数据；在像素倍增的数据处理之后，将处理后的亮度数据进行gamma逆变换恢复成灰度数据。
本实施例所述展开成RGB亮度数据的位数是靠LED显示终端的gamma表来决定的，Gamma表可以针对不同的显示器做不同的改变，展开之后的bit数也会有所改变。
实施例9.
本实施例为对实施例8的进一步举例说明，所述像素倍增的数据处理的具体步骤为：
SS1、在一帧数据来到以后，先利用FIFO存储器暂存第一行的数据，第二行数据输入时读取在FIFO存储器里缓存的第一行数据，在存储的同时用6个寄存器存储当前两行的当前时刻和上一个时钟周期的数据，构成一个2×3的数据窗；
SS2、设置一个计算操作的标志信号，当每行的列计数器计数到2k（k为正整数）时将计算操作标志信号拉高，进行计算操作和赋值操作，其余时刻将计算操作标志信号拉低，将相应位数的0赋值给输出数据。
下面对本实施例提供的数据处理方法进行详细举例说明。如图6所示，每个虚线框中的五个子像素组成一个显示单元，显示单元与视频源中像素点相对应；本实施例假定送入系统的视频源为RGGB组成的32位的数据源，实线框中的四个子像素分别控制，对于①中的子像素，左上角的B子像素需要视频源像素点12、13、22和23中的B数据，右上角R子像素需要的是像素点13、14、23和24和12的R数据，左下角G子像素需要像素点23的G数据，右下角G子像素需要像素点24的G数据，因此这四个子像素点需要的视频源数据是视频源像素点12、13、14、22、23和24六个数据。缓存一行之后，在读出FIFO里面第一行数据的同时，第二行第四列数据到来的这个时钟周期，对现存数据的6个寄存器里面的数据进行计算，然后赋值给输出，就得到像素倍增显示器的①内的RGB数据。
对于②中的子像素，左上角的R子像素需要视频源像素点22、23、32和33中的R数据，右上角B子像素需要的是像素点23、24、33和34的B数据，左下角G子像素需要像素点33的G数据，右下角G子像素需要像素点34的G数据，因此这四个子像素点需要的视频源数据是视频源像素点22、23、24、32、33和34六个数据。即缓存一行之后，在读出FIFO里面第二行数据的同时，第三行第四列数据到来的这个时钟周期，对现存数据的6个寄存器里面的数据进行计算，然后赋值给输出，就得到像素倍增显示器的②内的RGB数据；
依此类推，在每一个计算标志信号为高电平的时候只需要根据本实施例算法对本时刻的6个寄存器内的数值作相应的处理，然后将处理得到的数据赋值输出，一直到最后一行的最后一列数据到来之际，一帧数据的计算结束，数据处理模块的功能完成。
根据本实施例提供的数据处理方法可以清楚，送入系统的视频源为RGGB组成的32位的数据源，相对于24位的RGB标准数据源多给了一位，且按照行列读取计算，每一行的列计数器计数到偶数列时进行计算和赋值，因此有效数据量减少为原本的4/3×1/2=2/3。
实施例10.
本实施例为对实施例9的进一步举例说明，所述像素倍增显示屏的分辨率为m×n，在一帧数据来到以后，根据使能信号对行和列进行计数，在使能信号为1的时候，每个像素时钟上升时对列计数器进行加一操作，当列记满m-1时对行计数器进行加一操作，并将列计数器归零，代表着一行数据处理的结束，对下一行进行同样操作，当行计数器记满n-1时计数器全部归零，代表着一帧数据处理结束。
Claims (8)
1.一种显示屏控制系统，其特征在于，包括接收卡、驱动IC以及像素倍增显示屏的数据传输系统；
所述像素倍增显示屏应用一种基于像素倍增排布的像素复用方法，所述像素倍增排布具体为：包括隔行排布的同基色行以及由另外两种基色像素相互交替排布而成的异基色行，所述同基色行中的每一个基色像素和上一行与其相邻的两个异基色像素组成三角形结构，同时和下一行与其相邻的两个异基色像素组成三角形结构，所述像素复用方法具体为：将所述同基色行中的子像素作为中间子像素，将上一行与其相邻的两个异基色像素和下一行与其相邻的两个异基色像素作为边缘子像素，五个子像素共同组成一个显示单元，使得每个边缘子像素被四个显示单元复用，所有显示单元组成矩阵显示结构；确定各子像素与图像源像素点的映射关系，每个所述边缘子像素的显示数据为图像源中对应像素点中对应颜色子像素显示数据均值的1/2的亮度分量；
所述数据传输系统包括上位机、HDMI解码芯片、HDMI编码芯片、数据处理模块和发送卡，所述上位机用于将待显示的HDMI视频信号发送至所述HDMI解码芯片；所述HDMI解码芯片用于将所述HDMI视频信号解码，并将解码之后的数据发送至所述数据处理模块；所述数据处理模块包含像素倍增数据处理单元，用于对每帧数据进行像素倍增的数据处理；所述像素倍增数据处理单元内部包含FIFO存储器和6个数据寄存器，用于在每一帧数据到来以后对数据进行动态存储和读出，形成数据矩阵，再根据像素倍增数据处理算法对6个寄存器的数据进行计算得到单色像素数据，并将单色像素数据发送至HDMI编码芯片重新编码成HDMI视频信号输出至发送卡；
所述接收卡用于接收经过所述数据传输系统中的发送卡分箱后的有效视频信号，做电光转换和亮色度校正后传送给驱动IC以驱动显示屏显示。
2.根据权利要求1所述的显示屏控制系统，其特征在于，所述数据处理模块还包括DDR存储芯片和同步信号生成单元，所述DDR存储芯片用于对处理后的数据进行帧缓存，所述同步信号生成单元用于生成显示数据需要的行同步信号、场同步信号和使能信号，并且将从DDR存储芯片中读出的数据与生成的信号同步。
3.根据权利要求1所述的显示屏控制系统，其特征在于，所述解码之后的数据包括行同步信号、场同步信号、使能信号和RGB灰度数据。
4.根据权利要求1所述的显示屏控制系统，其特征在于，所述数据处理模块为FPGA处理器。
5.一种显示屏控制方法，其特征在于，所述控制方法应用如权利要求1-4中任一项所述的显示屏控制系统，所述控制方法包括以下步骤：
S1、上位机将待显示的HDMI视频信号发送至HDMI解码芯片；
S2、HDMI解码芯片对HDMI视频信号进行解码，解码之后的数据包括行同步信号、场同步信号、使能信号和RGB灰度数据，然后发送至数据处理模块；
S3、数据处理模块中的像素倍增数据处理单元对数据进行像素倍增的数据处理，处理后的数据经DDR存储芯片进行帧缓存，然后发送至HDMI编码芯片重新编码成HDMI视频信号输出至发送卡；
S4、发送卡对视频数据进行解码、截取和分箱，将有效像素数据截取之后，将有效视频信号分箱打包发送至接收卡，然后接收卡再对数据做电光转换和亮色度校正并传送至驱动IC以驱动显示屏显示。
6.根据权利要求5所述的显示屏控制方法，其特征在于，在像素倍增的数据处理之前，对24bit的RGB灰度数据进行gamma变换，展开成RGB亮度数据；在像素倍增的数据处理之后，将处理后的亮度数据进行gamma逆变换恢复成灰度数据。
7.根据权利要求6所述的显示屏控制方法，其特征在于，所述像素倍增的数据处理的具体步骤为：
SS1、在一帧数据来到以后，先利用FIFO存储器暂存第一行的数据，第二行数据输入时读取在FIFO存储器里缓存的第一行数据，在存储的同时用6个寄存器存储当前两行的当前时刻和上一个时钟周期的数据，构成一个2×3的数据窗；
SS2、设置一个计算操作的标志信号，当每行的列计数器计数到2k（k为正整数）时将计算操作标志信号拉高，进行计算操作和赋值操作，其余时刻将计算操作标志信号拉低，将相应位数的0赋值给输出数据。
8.根据权利要求7所述的显示屏控制方法，其特征在于，所述像素倍增显示屏的分辨率为m×n，在一帧数据来到以后，根据使能信号对行和列进行计数，在使能信号为1的时候，每个像素时钟上升时对列计数器进行加一操作，当列记满m-1时对行计数器进行加一操作，并将列计数器归零，代表着一行数据处理的结束，对下一行进行同样操作，当行计数器记满n-1时计数器全部归零，代表着一帧数据处理结束。
Priority Applications (1)
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