CN211831261U

CN211831261U - 一种应用于led光源的灰阶信号处理电路

Info

Publication number: CN211831261U
Application number: CN202020838418.0U
Authority: CN
Inventors: 陈邓伟; 赵云云
Original assignee: Guangzhou Joinmax Display Technology Co ltd
Current assignee: Guangzhou Joinmax Display Technology Co ltd
Priority date: 2020-05-19
Filing date: 2020-05-19
Publication date: 2020-10-30
Anticipated expiration: 2030-05-19

Abstract

本实用新型涉及一种应用于LED光源的灰阶信号处理电路，所述灰阶信号处理电路包括信号解码单元和去亮度饱和处理电路，信号解码单元包括依次连接的移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元，信号解码单元用于将灰阶信号经校正后发送给去亮度饱和处理单元；去亮度饱和处理单元包括寄存器矩阵、若干乘法运算器、一个亮度加法器、亮度饱和校正曲线运算器、校正参数h寄存器，以及像素颜色数据寄存器、移位寄存器、归零码发生器和发送控制器，经亮度饱和校正曲线运算器进行处理，最终得到新的灰阶信号。本实用新型提供的灰阶信号，用于驱动LED光源发光，在保持颜色比例的情况下，能够进行亮度修正。

Description

一种应用于LED光源的灰阶信号处理电路

技术领域

本实用新型涉及灰阶信号处理电路技术领域，具体涉及一种应用于LED光源的灰阶信号处理电路。

背景技术

人眼视觉系统并不是对所有亮度区域都有同样的敏感度，在亮度较高区域，人眼视觉系统受到光刺激后会产生饱和，也即对该亮度区域形成亮度饱和区域。人眼对亮度饱和区域的亮度等级的敏感度和灰度的识别率都会大大下降，甚至产生厌恶的情绪，也即造成光污染，而且还额外耗能，为此需要对LED光源进行控制。

传统的LED驱动控制方式是，当LED的驱动电流确定后，其输出的功率亮度则为固定值，当多基色同时亮灯的时候，由于亮度叠加造成亮度饱和，进而形成亮度饱和区域，若简单把LED光源的整体功率调低，则一种颜色发光(亮灯)时又显得太暗。导致要么多基色整灯全亮时形成亮度饱和，要么单色亮灯亮度不足，无法符合目前的实际使用需求。因此，需要对LED光源的灰阶信号进行处理，以使得处理后的灰阶信号驱动LED光源发光，使得发光强度既能保障照明所需亮度，又不至于形成亮度饱和区域而浪费能源，也即能够消除多余饱和亮度。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型的目的提供一种应用于LED光源的灰阶信号处理电路，其能够解决提供可消除多余饱和亮度所需灰阶信号的问题。

实现本实用新型的目的的技术方案为：

本实用新型的有益效果为：本实用新型提供灰阶信号，根据此灰阶信号驱动LED光源发光，在保持颜色比例的情况下，能够进行亮度修正，使得多基色LED光源在多像素混合使用时候能实现消除额外超于人眼可接受范围外的亮度，自动降低功耗，达到节能减排的效果。

附图说明

图1为本实用新型的电路示意图；

图2为本实用新型的GAMMA校正单元的电路示意图；

图3为本实用新型的亮度饱和校正曲线运算器的电路示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方案，对本实用新型做进一步描述。

如图1-图3所示，一种应用于LED光源的灰阶信号处理电路，包括信号解码单元和去亮度饱和处理电路。信号解码单元包括移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元和接收控制器，移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元依次连接，接收控制器分别与移位寄存器和协议解码单元连接，移位寄存器在接收控制器的控制下用于接收灰阶信号接收电路输出的灰阶信号，并输出给数据缓冲区内存放，接收控制器产生中断信号通知协议解码单元，协议解码单元接收到中断信号后对数据缓冲区内的灰阶信号进行协议解码，解码得到的数据计算每个颜色的像素数据，并将像素颜色数据存放到像素颜色数据寄存器内。GAMMA校正单元把每个像素颜色数据进行GAMMA校正，并把校正后的数据输入给去亮度饱和处理单元。GAMMA校正也即是灰阶信号值转换为带GAMMA校正的灰阶信号值，假设灰阶信号值为 8bit，则转换公式为：

x表示接收到的输入的灰阶信号值，γ为GAMMA校正值，为常数，一般取γ＝2.2，f_γ(x)为转换后的灰阶信号值。上述转换公式可以通过运算器、寄存器和存储器实现，本实施例给出一个示例。如图2所示，所述GAMMA校正单元包括FIFO存储器、GAMMA校正参数存储器、幂指数运算器和校正后数据存储器。其中，FIFO存储器用于接收输入的数据，也即接收灰阶信号值x，GAMMA校正参数存储器用于存储GMMA 校正值γ，若γ＝2.2,则GAMMA校正参数存储器预先存储2.2，幂指数运算器接收FIFO存储器传送过来的灰阶信号值x和GMMA校正值γ，并进行幂指数运算，以实现上述公式①的计算，计算出来的结果放入校正后数据存储器，校正后数据存储器即是存储经过GAMMA校正(转换)过后的灰阶信号值f_γ(x)。幂指数运算器属于现有技术，其主要原理可通过加法器和/或乘法运算器实现，在此不进行赘述。

所述去亮度饱和处理单元包括寄存器矩阵、若干乘法运算器、一个亮度加法器、亮度饱和校正曲线运算器、校正参数h寄存器，以及像素颜色数据寄存器、移位寄存器、归零码发生器和发送控制器，假设LED光源具有n个像素和m种颜色，则每一个像素下对应有m个寄存器存储该像素下的m种颜色，也即每一个像素需要m个寄存器，因此寄存器矩阵共有n×m个寄存器，GAMMA校正单元将对应像素颜色数据送入寄存器矩阵中对应的寄存器。寄存器矩阵中的每个寄存器将对应像素的颜色数据发送给亮度加法器进行相加求和处理，求和结果发送给亮度饱和校正曲线运算器进行处理，然后将处理结果发送给各个校正参数h寄存器，经校正参数h寄存器处理后的处理结果分别发送给乘法运算器。寄存器矩阵中的每一个像素颜色数据分别发送给对应的乘法运算器，各个像素颜色数据和校正参数h相乘后均发送给像素颜色数据寄存器，然后将像素颜色数据发送给移位寄存器，移位寄存器在发送控制器的控制下进行缓存，然后将像素颜色数据发送给归零码发送器，归零码即是经灰阶信号处理电路处理后的新的灰阶信号，生成归零码后通过输出端口DA发送到PWM输出电路。

如图3所示，亮度饱和校正曲线运算器包括最大亮度寄存器、第一预设寄存器-第六预设寄存器、第一乘法运算器-第十乘法运算器、第一幂指数运算器-第三幂指数运算器、校正参数a寄存器、校正参数b寄存器、校正参数c寄存器、加法运算器、预设饱和寄存器、第一常量寄存器、饱和亮度阈值寄存器、比较器、校正运算结果H寄存器和第二常量寄存器。最大亮度寄存器分别与比较器的第一输入端、第一乘法运算器的第一输入端、第一幂指数运算器的第一输入端、第二乘法运算器的第一输入端、第二幂指数运算器的第一输入端、第三乘法运算器的第一输入端、第三幂指数运算器的第一输入端和第十乘法运算器的第一输入端连接。第一预设寄存器的输出端与第一乘法运算器的另一输入端连接，第一乘法运算器的输出端与第一幂指数运算器的另一输入端连接，第一幂指数运算器的输出端与第四乘法运算器的另一输入端连接，第四乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第一输入端连接。第二预设寄存器的输出端与第二乘法运算器的另一输入端连接，第二乘法运算器的输出端与第二幂指数运算器的另一输入端连接，第二幂指数运算器的输出端与第五乘法运算器的第一输入端连接，第五预设寄存器的输出端与第五乘法运算器的另一输入端连接，第五乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第二输入端连接，校正参数a寄存器与第六乘法运算器的第三输入端连接，第六乘法运算器的输出端与加法运算器的第一输入端连接。第三预设寄存器的输出端与第三乘法运算器的另一输入端连接，第三乘法运算器的输出端与第三幂指数运算器的另一输入端连接，第三幂指数运算器的输出端与第七乘法运算器的第一输入端连接，第六预设寄存器的输出端与第七乘法运算器的另一输入端连接，第七乘法运算器的输出端与第八乘法运算器的第一输入端连接，校正参数b寄存器的输出端与第八乘法运算器的另一输入端连接，第八乘法运算器的输出端与加法运算器的第二输入端连接，校正参数c寄存器的输出端与加法运算器的第三输入端连接。加法运算器的输出端与第十乘法运算器的另一输入端连接，第十乘法运算器的输出端与校正运算结果H寄存器的输入端连接，校正运算结果H寄存器的输出端与选择器的第一输入端连接，第二常量寄存器与选择器的第二输入端连接。预设饱和亮度寄存器和第九乘法运算器的第一输入端连接，第一常量寄存器与第九乘法运算器的另一输入端连接，第九乘法运算器的输出端与饱和亮度阈值寄存器的输入端连接，饱和亮度阈值寄存器的输出端与比较器的另一输入端连接，比较器的输出端与选择器的第三输入端连接，选择器的输出计算输出校正系数。第一预设寄存器-第三预设寄存器均预设常量0.8，第四预设寄存器-第六预设寄存器均预设常量255。

第六乘法运算器有三个输入端，对三个输入端的输入数据进行相乘运算，当然也还可以为由两个只有两个输入端的乘法运算器完成。

其中，亮度饱和校正曲线运算器对大于预设值的亮度进行修正，也即消除饱和亮度，其修正系数α即是在亮度饱和校正曲线运算器内计算完成，选择器输出的修正系数即是修正系数α。图3中，选择器根据比较器的输出结果，从校正运算结果H寄存器和第二常量寄存器中选择一个数值作为修正系数α值，其中，第二常量寄存器预设的数值为1，第十乘法运算器经过乘法运算后发送给校正运算结果H寄存器的数值为

饱和亮度阈值寄存器存储接收第九乘法器发送的数值为0.8*L_saturation，也即第一常量寄存器预设的常量为0.8，预设饱和亮度寄存器的数量为L_saturation，L_saturation为饱和亮度阈值，也即是预设阈值。最大亮度寄存器存储的数值为L_t，L_t也即是LED光源的混合色总亮度。比较器对0.8*L_saturation和L_t进行比较，若L_t>0.8*L_saturation，则选择器选择校正运算结果H寄存器的数据作为修正系数α值。也即选择器实现如下公式②的功能：

其中，表示函数

中变量

的函数值，也即

其中，a,b,c为系数，其值为常数，a,b,c的数值经过计算得到后，分别用校正参数a 寄存器、校正参数b寄存器和校正参数c寄存器进行预先设置存储。函数

也即是去饱和亮度修正曲线，其函数值即是去饱和亮度修正曲线的亮度值。第六乘法器的输出端的结果即为

第八乘法器的输出端的结果即为

因此，加法运算器即是对

和c三者进行相加。第七乘法运算器的输出结果为

Figure DEST_PATH_GDA00026898578200000710

第三乘法运算器的输出结果为0.8*L_t，而第三幂指数运算器实现

Figure DEST_PATH_GDA00026898578200000711

的幂指数运算，第六预设寄存器预设数值为255来代替2⁸(等于256)，用255来代替2⁸是考虑寄存器位数而近似替代，并不影响结果，当然也可直接将第六预设寄存器预设数值为256。图3的其他部分电路原理与类似，这里不过多赘述。

经过计算得到的修正系数α随后发送给校正参数h寄存器进行存储，校正参数h寄存器分别将修正系数α分别发送给图3中的寄存器，然后修正系数α与图1中各个像素颜色寄存器中的灰阶信号值进行相乘运算，图1中各个像素颜色寄存器中的灰阶信号值即是经过公式①转换后的灰阶信号值f_γ(PWM_(pi,cj))。也即，图1中校正参数h寄存器与各个乘法器实现公式③的计算：

其中，G′_γ为各个像素各种颜色的去饱和亮度的灰阶矩阵，其为 GAMMA转换后灰阶矩阵G_γ和算子h的哈达玛积，

表示第i个像素的第j种颜色的消除饱和亮度后的灰阶信号值，LED光源的各个像素的各种颜色根据对应的灰阶信号值

进行发光，从而实现LED光源的调光调色的控制。

本实用新型的工作原理：当接收控制器检测到有灰阶信号(RXD) 时，控制启动移位寄存器将灰阶数字信号的数据字节存放到数据缓冲区，并产生中断信号通知协议解码单元对数据缓冲区中的灰阶数字信号进行协议解码，然后存入像素颜色数据寄存器，经过GAMMA校准单元进行校正后即完成信号解码单元的处理。然后将校正后的数据发送到去亮度饱和处理单元的寄存器矩阵中，亮度加法器把每个像素的每种颜色的数据转换为对应的亮度值后再进行亮度相加，得到叠加总亮度后发送到亮度饱和校正曲线运算器中，也即最大亮度寄存器存储叠加总亮度。亮度饱和校正曲线运算器根据总亮度和预设定的校正曲线得到消除饱和亮度的修正系数α，也即将修正系数α发送给校正参数 h寄存器内。修正系数α和每个像素颜色寄存器中的原始颜色数据通过乘法运算器得到新的校正后的颜色数据并存放到像素颜色数据寄存器中。发送控制器检测到有数据需要发送的时候，开启移位寄存器把校正后的颜色数据传输到归零码发送器中，生成归零码后通过端口 DA发送到外部的PWM输出电路中，从而通过恒流驱动电路将调制后的像素颜色数据发送到各个LED，完成LED光源的调光调色，从而消除亮度饱和。

本说明书所公开的实施例只是对本实用新型单方面特征的一个例证，本实用新型的保护范围不限于此实施例，其他任何功能等效的实施例均落入本实用新型的保护范围内。对于本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及变形，而所有的这些改变以及变形都应该属于本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims

1.一种应用于LED光源的灰阶信号处理电路，其特征在于，所述灰阶信号处理电路包括信号解码单元和去亮度饱和处理电路，信号解码单元包括移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元和接收控制器，移位寄存器、数据缓冲区、协议解码单元、像素颜色数据寄存器、GAMMA校正单元依次连接，接收控制器分别与移位寄存器和协议解码单元连接，移位寄存器在接收控制器的控制下用于接收灰阶信号接收电路输出的灰阶信号，并输出给数据缓冲区内存放，接收控制器产生中断信号通知协议解码单元，协议解码单元接收到中断信号后对数据缓冲区内的灰阶信号进行协议解码，解码得到的每个像素颜色数据，并将像素颜色数据存放到像素颜色数据寄存器内，GAMMA校正单元把每个像素颜色数据进行GAMMA校正，并把校正后的数据输入给去亮度饱和处理单元；

所述去亮度饱和处理单元包括寄存器矩阵、若干乘法运算器、一个亮度加法器、亮度饱和校正曲线运算器、校正参数h寄存器，以及像素颜色数据寄存器、移位寄存器、归零码发生器和发送控制器，寄存器矩阵共有n×m个寄存器，n为LED光源的像素数量，m为LED光源的颜色数量，GAMMA校正单元将对应像素颜色数据送入寄存器矩阵中对应的寄存器，寄存器矩阵中的每个寄存器将对应像素的颜色数据发送给亮度加法器进行相加求和处理，求和结果发送给亮度饱和校正曲线运算器进行处理，然后将处理结果发送给校正参数h寄存器，经校正参数h寄存器处理后的处理结果分别发送给各个乘法运算器，

寄存器矩阵中的每一个像素颜色数据分别发送给对应的乘法运算器，各个像素颜色数据和校正参数h相乘后均发送给像素颜色数据寄存器，然后将像素颜色数据发送给移位寄存器，移位寄存器在发送控制器的控制下进行缓存，然后将像素颜色数据发送给归零码发送器，归零码即是经灰阶信号处理电路处理后的新的灰阶信号。

2.根据权利要求1所述的应用于LED光源的灰阶信号处理电路，其特征在于，所述GAMMA校正单元包括FIFO存储器、GAMMA校正参数存储器、幂指数运算器和校正后数据存储器，

其中，FIFO存储器用于接收灰阶信号值x，GAMMA校正参数存储器用于存储GMMA校正值γ，幂指数运算器接收FIFO存储器传送过来的灰阶信号值x和GMMA校正值γ，并进行幂指数运算，计算出来的结果放入校正后数据存储器，校正后数据存储器即是存储经过GAMMA校正过后的灰阶信号值。

3.根据权利要求1所述的应用于LED光源的灰阶信号处理电路，其特征在于，亮度饱和校正曲线运算器包括最大亮度寄存器、第一预设寄存器-第六预设寄存器、第一乘法运算器-第十乘法运算器、第一幂指数运算器-第三幂指数运算器、校正参数a寄存器、校正参数b寄存器、校正参数c寄存器、加法运算器、预设饱和寄存器、第一常量寄存器、饱和亮度阈值寄存器、比较器、校正运算结果H寄存器和第二常量寄存器，

最大亮度寄存器分别与比较器的第一输入端、第一乘法运算器的第一输入端、第一幂指数运算器的第一输入端、第二乘法运算器的第一输入端、第二幂指数运算器的第一输入端、第三乘法运算器的第一输入端、第三幂指数运算器的第一输入端和第十乘法运算器的第一输入端连接；第一预设寄存器的输出端与第一乘法运算器的另一输入端连接，第一乘法运算器的输出端与第一幂指数运算器的另一输入端连接，第一幂指数运算器的输出端与第四乘法运算器的另一输入端连接，第四乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第一输入端连接；第二预设寄存器的输出端与第二乘法运算器的另一输入端连接，第二乘法运算器的输出端与第二幂指数运算器的另一输入端连接，第二幂指数运算器的输出端与第五乘法运算器的第一输入端连接，第五预设寄存器的输出端与第五乘法运算器的另一输入端连接，第五乘法运算器的输出端与第六乘法运算器的第二输入端连接，校正参数a寄存器与第六乘法运算器的第三输入端连接，第六乘法运算器的输出端与加法运算器的第一输入端连接；第三预设寄存器的输出端与第三乘法运算器的另一输入端连接，第三乘法运算器的输出端与第三幂指数运算器的另一输入端连接，第三幂指数运算器的输出端与第七乘法运算器的第一输入端连接，第六预设寄存器的输出端与第七乘法运算器的另一输入端连接，第七乘法运算器的输出端与第八乘法运算器的第一输入端连接，校正参数b寄存器的输出端与第八乘法运算器的另一输入端连接，第八乘法运算器的输出端与加法运算器的第二输入端连接，校正参数c寄存器的输出端与加法运算器的第三输入端连接，加法运算器的输出端与第十乘法运算器的另一输入端连接，第十乘法运算器的输出端与校正运算结果H寄存器的输入端连接，校正运算结果H寄存器的输出端与选择器的第一输入端连接，第二常量寄存器与选择器的第二输入端连接，预设饱和亮度寄存器和第九乘法运算器的第一输入端连接，第一常量寄存器与第九乘法运算器的另一输入端连接，第九乘法运算器的输出端与饱和亮度阈值寄存器的输入端连接，饱和亮度阈值寄存器的输出端与比较器的另一输入端连接，比较器的输出端与选择器的第三输入端连接，选择器的输出计算输出校正系数，

其中，第一预设寄存器-第三预设寄存器均预设相同第一常量，第四预设寄存器-第六预设寄存器均预设相同第二常量，第一常量小于第二常量。

4.根据权利要求3所述的应用于LED光源的灰阶信号处理电路，其特征在于，所述第六乘法运算器为三输入的乘法器，或为由两输入的两个乘法器连接构成。