CN1329879C - 一种等离子体显示屏的驱动电路 - Google Patents

Abstract

等离子体显示屏的驱动电路涉及驱动导电栅网板型等离子体显示屏，在该驱动电路的视频源中，视频模数转换电路的输入端接模拟视频信号，输出端接视频信号处理电路；主控电路中的图象处理电路的输入端接视频信号处理电路的输出端，输出端接视频存储电路；视频存储电路的输出端接列驱动电路，功耗自动调整电路的输出端分别接系统控制电路和行驱动电路的输入端，系统控制电路的输出端接维持驱动电路中的维持波型发生电路、能量复得电路的输入端；能量复得电路的输出端接维持波型发生电路的输入端，维持波型发生电路的输出端分别接行列驱动电路中的行驱动电路和列驱动电路的输入端，行驱动电路和列驱动电路的输出端分别接导电栅网板型等离子体显示屏。

Description

一种等离子体显示屏的驱动电路

技术领域

本发明涉及应用于驱动导电栅网板型等离子体显示屏，尤其是利用功耗自动调整电路，提高峰值亮度，并将整机功耗稳定在一定的安全范围内，保证导电栅网板型等离子体显示屏驱动电路稳定性。

背景技术

导电栅网板型等离子体显示屏要完成如电视或电脑显示终端一类的全彩色动态影像的显示用途，必需有一种可靠的灰度级显示方式。按照通常的视频显示要求，动态影像按每秒50帧的速度进行图像显示，即每20毫秒显示一帧静止图象。存储式时序方式将一帧图像的显示时间再分为若干个子场，每个子场包含一个寻址期、一个维持期和一个擦除期。在寻址期中，扫描电极按照依次或跳跃式的顺序产生一个寻址脉冲，寻址电极针对这个子场和这一行上所有的像素应该产生的亮暗效果分别决定每一个寻址电极是否产生与寻址脉冲极性相反的脉冲，由于两个脉冲同时产生，且电压差超过点火电压，使该行所有应选择到的像素进入被点火状态，所有行依次产生寻址脉冲后则完成该子场寻址期对整屏像素的寻址；在维持期中，由扫描电极产生一定幅度的正负交替的脉冲，由于壁电荷的存在，使得被点火的单元在维持脉冲的作用下不断放电；在擦除期中，行上加一个幅度从零到一定电压的斜波脉冲，使所有单元产生弱放电，擦除所有单元的壁电荷。

等离子体显示屏发光主要是在维持期间，其系统功耗也主要消耗在维持发光期间。因此要调整系统功耗，就必须知道系统功耗主要和那些因素密切相关。不难通过试验得到一下的结论：在显示静态图像的情况下，也就是在屏的显示亮度等级不变的情况下，维持总脉冲数和系统功耗大致呈线性关系，维持脉冲总数越大，系统功耗越大，而在每帧维持脉冲数不变的情况下，亮度等级和系统功耗同样大致呈线性关系，亮度等级越高，系统功耗越大。因此，系统功耗是由亮度等级和维持脉冲数共同决定的，要调整系统功耗，使之稳定在一个安全的范围内，就可以根据不同的亮度等级通过调整维持脉冲总数来调整系统的总功耗。功耗过大一直是等离子体显示屏驱动电路存在的一个主要问题，导电栅网板型等离子体显示屏作为一种新型结构的等离子体显示屏，也存在同样的问题，因此必须针对导电栅网板型等离子体显示屏的特性，采用一种功耗调整电路来降低功耗。

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种针对导电栅网板型等离子体显示屏的驱动电路，该驱动电路包含有自动功耗调整电路，它根据视频图像输入自动调整系统功耗，将系统功耗稳定在一个安全的范围内，提高显示屏峰值亮度。

技术方案：本发明的等离子体显示屏的驱动电路的视频源中，视频模数转换电路的输入端接模拟视频信号，输出端接视频信号处理电路；主控电路中的图象处理电路的输入端接视频信号处理电路的输出端，图象处理电路的输出端接视频存储电路，视频存储电路的输出端接列驱动电路，功耗自动调整电路的输出端分别接系统控制电路和行驱动器的输入端，系统控制电路的输出端接维持驱动电路中的维持波型发生电路、能量复得电路的输入端；能量复得电路的输出端接维持波型发生电路的输入端，维持波型发生电路的输出端分别接行列驱动电路中的行驱动电路和列驱动电路的输入端，行驱动电路和列驱动电路的输出端分别接导电栅网板型等离子体显示屏。功耗自动调整电路中的输入亮度等级计算电路的输出端接比较电路的输入端，比较电路的输出端接亮度控制电路的输入端，亮度控制电路的输出端接亮度等级计算电路的输入端，亮度等级计算电路的输出端分别接自动功耗控制电路和比较电路的输入端，自动功耗控制电路的输出端分别接只读存储电路和系统控制电路。

在本发明中，视频源电路进行视频的模数转换、解码，并进行去隔行、分辨率和帧频的调整。行列驱动电路用于产生行、列高压驱动波形。维持驱动电路在主控电路的控制下，产生维持波形，其中维持波形发生电路产生维持波形，能量复得电路进行维持期的能量回收。电源电路给各电路模块提供电源。

主控电路由视频存储器、图像处理器、功耗自动调整电路以及系统控制电路四个电路模块组成，完成数字信号的处理和存储以及所有的系统控制信号。其中图像处理电路对输入视频信号进行运动预估，计算出运动矢量信息，将这些信息传给视频存储电路；视频存储电路将输入数字视频信号作格式转换，根据图像处理电路提供的运动信息对视频数据进行运动补偿，然后按子场存储到视频存储器中，同时产生列驱动电路的控制信号和数据信号。系统控制电路产生点火、维持、擦除三种不同工作状态下维持驱动电路以及行列驱动电路的控制信号。功耗自动调整电路根据视频信号自动调整维持脉冲数。

自动功耗调整电路由输入亮度等级计算电路，比较电路，输出亮度等级计算电路，亮度控制电路，自动功耗控制电路以及只读存储电路组成。

其中输入亮度等级计算电路计算当前输入视频信号的输入亮度等级。这里所说的输入亮度等级具有特殊的含义，它和等离子体显示屏工作时的功耗相关联，亮度等级越大，系统功耗越大，反之，功耗越小。亮度等级是由亮度决定的。在本发明中，亮度等于将一帧中所有RGB数据按权重相加后的总和。将当前亮度除以全屏最亮时候的亮度值，就得到了当前的亮度比率。亮度比率乘上最大亮度等级级数再取整，就得到了当前的亮度等级了。如果视频输入分辨率为852×480那么亮度l，最大亮度L、亮度比率

以及亮度等级Y的计算公式如下表示：

$l=\underset{(i=0,j=0)}{\overset{(i=851,j=479)}{\mathrm{\Σ}}}(\mathrm{\αR}(i,j)+\mathrm{\βG}(i,j)+\mathrm{\γB}(i,j))$

$L=\underset{(i=0,j=0)}{\overset{(i=851,j=479)}{\mathrm{\Σ}}}({\mathrm{\αR}}_m+{\mathrm{\βG}}_m+{\mathrm{\γB}}_m)$

$\hat{l}=l/L$

$Y=\left(\mathrm{int}\right)(\hat{l}\×Y_{\mathrm{Max}})$

其中l表示亮度，L表示最大亮度， 表示亮度比率，Y表示亮度等级，Y_Max表示最大亮度等级级数，α、β、γ分别表示红、绿、蓝颜色信号的权重系数，R(i，j)、G(i，j)、B(i，j)分别表示在屏上(i，j)坐标处红色、绿色和蓝色的象素数据。每种颜色的数据权重都是不同的，该权重系数的取值和屏的结构以及各色荧光粉的特性有关。值得注意的是，这里算出来的亮度等级越高，并不一定代表屏点亮时人眼看到的亮度越高，但能说明功耗越高。

输出亮度等级计算电路用于确定当前的输出亮度等级，从而由自动功耗控制电路确定下一帧的维持脉冲个数。它数值的变化由亮度等级控制电路决定。

比较电路将输入亮度等级和输出亮度等级做比较，并将结果传给亮度控制电路。亮度控制电路根据比较电路的输出信息，通知输出亮度等级电路如何取得新的显示亮度等级。亮度控制电路实际上可以看作是一个信号滤波器，该滤波器控制着当前显示亮度等级如何随着外部输入亮度等级的变化而变化。如果该滤波器是直通的，那么输出亮度等级电路直接根据比较电路的比较信息，调整当前显示亮度等级的值，使之和输入亮度等级一致，这样显示亮度等级和输入亮度等级的变化是一致的，只不过是迟滞了一帧的时间。这样的方式容易会引起图像质量的降低，为改善图像质量，本发明根据比较电路的输出信息，改变显示亮度等级值修正的步长，差值越大，步长越大，差值越小，步长越小。图5比较了直通和带滤波两种情况下输出亮度等级的变化情况。

自动功耗控制电路根据输出亮度等级，查表确定维持脉冲数。输出亮度等级和维持脉冲数的对应关系保存在只读存储电路中。导电栅网板型等离子体显示屏的功耗，和亮度以及维持脉冲数都大致呈正比关系，根据这种关系，为了使保证峰值亮度参数的情况下将功耗稳定在安全功耗范围内，本发明用以下两条非线性曲线来确定亮度和维持脉冲数的关系曲线。

$\hat{n}=A/\hat{l},(\hat{n}=n/N)$ --------曲线方程1

$\hat{n}=B-C\×{\hat{l}}^2,(\hat{l}=l/L)$ --------曲线方程2

其中 是维持脉冲率，即归一化后的维持脉冲， 是亮度率，即归一化后的亮度，n是维持脉冲数，N为最大维持脉冲数，L是最大亮度值。A是功耗调整系数，其值小于1，其具体数值大小由安全驱动功耗值(SPV)和最大驱动功耗值决定。B是方程2的调整系数，C用于调整低亮度时的维持脉冲个数。为保持关系曲线的光滑以防止视频图像的失真，让这两个曲线切线相连。这样就可以得到B＝(2A²C)^1/3+(A²C/4)^1/3。为使亮度为0的时候，能输出最大维持脉冲数，以提高峰值亮度，将维持脉冲率范围调整到0到1，这样得到最后的亮度和维持脉冲数的关系曲线方程如下。

$\left\{\begin{array}{cc}\hat{n}=A/B\hat{l}& (\hat{l}>{(A/2C)}^{1/3})\\ (\hat{n}=1-C{\hat{l}}^2/B)& (\hat{l}\≤{(A/2C)}^{1/3})\end{array}\right.$

关系曲线如图6所示。

由于亮度等级的级数是有限的，而最大维持脉冲数也是有限的，所以在具体的应用中，将这个关系曲线转换为一个离散关系式：

$\left\{\begin{array}{cc}n={\mathrm{NAY}}_{\mathrm{Max}}/\mathrm{BY}& (Y>\left(\mathrm{int}\right){(A/2C)}^{1/3}{Y}_{\mathrm{Max}})\\ n=N(1-{\mathrm{CY}}^2/\left({{\mathrm{BY}}_{\mathrm{Max}}}^2\right))& (Y\≤\left(\mathrm{int}\right){(A/2C)}^{1/3}{Y}_{\mathrm{Max}})\end{array}\right.$

其中N为最大维持脉冲数，Y_Max表示最大亮度等级级数，n为维持脉冲数，Y为亮度等级，A是功耗调整系数，B是方程调整系数，C用于调整低亮度时的维持脉冲个数。根据这个对于关系式，将维持脉冲数和亮度等级关系做成一个查找表，存在只读存储电路中，就可以方便的进行亮度等级到维持脉冲数的转换了。

有益效果：本发明具有以下优点：

①在等离子体显示屏驱动电路中加入了自动功耗调整电路，根据视频图像对系统功耗进行调整，使系统功耗稳定在一个安全值内，从而在不提高系统功耗的情况下提高了显示峰值亮度，提高了驱动电路的稳定性。

②定义了的一种新的亮度计算方法，使亮度值的大小直接反映了系统功耗的大小，从而有利于更有效地进行功耗调整。

③在进行亮度变化检测时，亮度比较的不是连续帧的输入亮度，而是输入亮度和输出亮度，这种比较方法是一种带反馈的比较，它更合理地发映了亮度地变化趋势，从而使功耗调整更精确、合理。

④在进行亮度控制时，亮度的变化不是突变的，而是用一种自适用滤波算法进行控制，使得输出亮度的变化比较平滑连续，这样保证了图像的连续性。

⑤根据导电栅网板型等离子体显示屏的特性，用一条非线性曲线来确定亮度等级和维持脉冲个数的关系，该曲线由两条曲线分段组合而成，并且这两条曲线在交点处相切，因此由它们组成的这条曲线是光滑连续的，这样能更精确地控制功耗，并且曲线的连续性保证了图像的连续性，由于只要确定几个和屏相关的参数就可以确定整条曲线，因此该电路应用起来比较方便。

附图说明

图1为本发明针对导电栅网板型等离子体显示屏的驱动电路示意图；其中有：视频源电路200，视频模数转换电路210，视频信号处理电路220，主控电路300，视频存储电路310，图象处理电路320，功耗自动调整电路330，系统控制电路340，行列驱动电路400，行驱动电路410，列驱动电路420，维持驱动电路500，维持波形发生电路510、能量复得电路520，导电栅网板型等离子体显示屏100，电源电路600。

图2为本发明功耗自动调整工作原理示意图；其中有：输入亮度等级计算电路331，输出亮度等级计算电路332，比较电路333，亮度控制电路334，只读存储电路335，自动功耗控制电路336。

图3为显示图像不变时功耗和维持脉冲个数关系示意图。

图4为维持脉冲总数不变时功耗和视频输入亮度关系示意图。

图5为直通方式、带通滤波两种亮度调整方法比较示意图。

图6为本发明亮度比率和维持脉冲比率关系曲线示意图。

图7为本发明针对导电栅网板型等离子体显示屏的主控电路原理图；其中有视频存储电路310，图象处理电路320，功耗自动调整电路330，系统控制电路340。

具体实施方式

在上述发明的基础上进一步考虑具体实施方案，提出以下实施例。在该驱动电路的视频源电路200中，视频模数转换电路210的输入端接模拟视频信号，输出端接视频信号处理电路220；主控电路300中的图象处理电路320的输入端接视频信号处理电路220的输出端，图象处理电路320的输出端接视频存储电路310，视频存储电路310的输出端接列驱动电路420，功耗自动调整电路330的输出端分别接系统控制电路340和行驱动电路410的输入端，系统控制电路520的输入端；能量复得电路520的输出端接维持波型发生电路510的输入端，维持波型发生电路510的输出端分别接行列驱动电路400中的行驱动电路410和列驱动电路420的输入端，行驱动电路410和列驱动电路420的输出端分别接导电栅网板型等离子体显示屏100。

功耗自动调整电路330中的输入亮度等级计算电路331的输出端接比较电路333的输入端，比较电路333的输出端接亮度控制电路334的输入端，亮度控制电路334的输出端接亮度等级计算电路322的输入端，亮度等级计算电路332的输出端分别接自动功耗控制电路336和比较电路333的输入端，自动功耗控制电路336的输出端分别接只读存储电路335和系统控制电路340。

视频源电路200将模拟视频信号模数转化后进行分辨率、帧频变换以及γ调整。维持驱动电路500在主控电路300的控制下，产生维持波形，并在维持期进行能量恢复。行列驱动电路400根据主控电路300的控制信号，产生行、列高压驱动波形。主控电路300接收视频源电路200输出的数字视频信号，由图像处理电路320进行视频图像预估，输出运动矢量信息。视频存储电路310将视频信号作格式转换，并根据运动矢量信息对图像数据进行运动补偿，然后按子场将视频数据存入视频存储器。系统控制电路330则将显示的每帧图像分为若干个子场，每一子场中都包括扫描期，维持期和擦除期，假设显示屏的分辨率为852×480，则480条扫描电极按由上而下的顺序依次发出寻址脉冲，每个寻址脉冲时间内各寻址电极根据该子场该行图像的亮暗效果决定是否出与寻址脉冲等脉宽的数据脉冲，每个寻址脉冲宽度为1.5微秒，则每个子场的寻址期约为720微秒；每个擦除期由扫描电极给出一个斜波脉冲，其电压幅度与维持脉冲组中的正负脉冲幅度相同。

维持期的维持脉冲个数由本专利提出的自动功耗调整电路给出，不同亮度给出的脉冲个数不同。首先输入亮度计算电路331根据本专利给出的计算公式计算出输入亮度等级，然后和当前输出亮度等级(当前输出给屏的亮度等级)做比较，将比较信息输出给亮度控制电路334，亮度控制电路334根据差值信息决定输出亮度等级调整步长，输出亮度等级计算模块332根据这个步长确定下一帧的输出亮度等级，最后自动功耗控制电路336根据输出亮度等级在只读存储电路335中查表得到这个亮度等级所对应的维持脉冲数目，并将这个数值输出给行驱动波形发生器。只读存储电路335中存储的是亮度等级和维持脉冲数的对应关系，其对应关系为一非线性分段曲线，曲线方程如下：

$\left\{\begin{array}{cc}n={\mathrm{NAY}}_{\mathrm{Max}}/\mathrm{BY}& (Y>\left(\mathrm{int}\right){(A/2C)}^{1/3Y_{\mathrm{Max}}})\\ n=N(1-{\mathrm{CY}}^2/\left({{\mathrm{BY}}_{\mathrm{Max}}}^2\right))& (Y\≤\left(\mathrm{int}\right){(A/2C)}^{1/3}{Y}_{\mathrm{Max}})\end{array}\right.$

其中A和C是确定的参数，A是功耗调整系数，C是低亮度区维持脉冲调整等级级数，n为维持脉冲数，Y是亮度等级。

亮度等级取256级，即根据不同的亮度，一共有256种不同的脉冲个数输出方法，这样就能比较精确的控制系统功耗，同时也保证了图像显示的连续性。

视频源电路中视频解码用飞利浦公司SAA7118E实现，视频信号处理可用Pixelworks公司专用芯片实现；行列驱动电路400中高压波形驱动均可用ST公司的专用高压驱动芯片实现；主控电路300可用FPGA实现，只读存储电路335利用FPGA内部集成的存储资源实现，这就构成了本发明。

Claims (2)

1、一种等离子体显示屏的驱动电路，其特征在于在该驱动电路的视频源电路(200)中，视频模数转换电路(210)的输入端接模拟视频信号，输出端接视频信号处理电路(220)；主控电路(300)中的图象处理电路(320)的输入端接视频信号处理电路(220)的输出端，图象处理电路(320)的输出端接视频存储电路(310)，视频存储电路(310)的输出端接列驱动电路(420)，功耗自动调整电路(330)的输出端分别接系统控制电路(340)和行驱动电路(410)的输入端，系统控制电路(340)的输出端接维持驱动电路(500)中的维持波型发生电路(510)、能量复得电路(520)的输入端；能量复得电路(520)的输出端接维持波型发生电路(510)的输入端，维持波型发生电路(510)的输出端分别接行列驱动电路(400)中的行驱动电路(410)和列驱动电路(420)的输入端，行驱动电路(410)和列驱动电路(420)的输出端分别接导电栅网板型等离子体显示屏(100)。

2、如权利要求1所述一种等离子体显示屏的驱动电路，其特征在于功耗自动调整电路(330)中的输入亮度等级计算电路(331)的输出端接比较电路(333)的输入端，比较电路(333)的输出端接亮度控制电路(334)的输入端，亮度控制电路(334)的输出端接亮度等级计算电路(322)的输入端，亮度等级计算电路(332)的输出端分别接自动功耗控制电路(336)和比较电路(333)的输入端，自动功耗控制电路(336)的输出端分别接只读存储电路(335)和系统控制电路(340)。

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