KR20130039141A - 대형 ｌｅｄ 전광판용 디밍데이터 생성장치 - Google Patents

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Abstract

대형 LED 전광판용 디밍데이터 생성장치가 개시된다. 본 발명에 따른 디밍데이터 생성장치는 0과 1을 포함하는 랜덤 패턴을 주기적으로 생성하는 시프트 레지스터, 상기 시프트 레지스터에서 랜덤으로 생성된 0과 1을 입력받아 복수의 확률값을 생성하는 확률생성기, 상기 확률생성기에서 생성된 복수의 확률값 중 2개의 확률값을 선택하는 제1 멀티플렉서 및 상기 제1 멀티플렉서에서 선택된 2개의 확률값 중 하나의 확률값을 선택하는 제2 멀티플렉서를 포함한다. 이에 의하여 기존 PPWM 구조를 그대로 채용하여 동일한 효과를 가지면서, 하드웨어 비용을 최소화할 수 있다.

Description

대형 ＬＥＤ 전광판용 디밍데이터 생성장치{DIMMING DATA GENERATING APPARATUS FOR A LARGE-SIZE LED DISPLAY}
본 발명은 대형 LED 전광판용 디밍데이터 생성장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확률적인 PWM(Pulse Width Modulation) 펄스 생성 기법과 선형 PWM 생성 기법을 혼합하여 어레이 단위로 LED를 제어하는 디밍데이터 생성장치에 관한 것이다.
일반 조명으로 널리 사용되는 LED(Light emitting diode)는 공연장이나 쇼핑몰, 전시회 등 대형 LED 디스플레이로 사람들에게 이목을 집중시키는 아이템으로 떠오르고 있다. 최근 대형 LED 디스플레이는 점점 더 화려하고 다채로운 색상 표현이 필요해지고 있으며, 이를 위한 다방면의 연구가 진행 중이다.
LED 영상 제어를 위해서 사용되는 PWM(Pulse Width Modulation) 기법은 LED 입력 전류를 고정시키고 입력 시간을 조정하는 정전류 방식으로 가변 전류에 의한 색상 변이가 발생하지 않으므로 고화질 영상 표현 방식으로 널리 사용되고 있다. 그러나 고화질 LED 디스플레이 시스템의 높은 LED 밀도로 인해 내장된 LED가 동시에 켜질 때 발생하는 피크 전류(inrush current)와 이로 인한 발열 문제는 시스템 내구성 약화와 유지 비용 증가를 야기하고 있다. 또한 피크 전류와 높은 전류 변화량은 EMI(Electro Magnetic Interference) 현상을 유발시키고, 궁극적으로 시스템 오작동의 원인이 될 수 있다.
상기 문제들에 대한 해결책으로 제시된 확률 기반의 PWM(Probability-based PWM, PPWM) 방식은 선형 되먹임 시프트 레지스터(Linear feedback shift register, LFSR)를 이용하여 한 주기 내 각 LED에 입력되는 전류량은 그대로 유지하면서 입력 시점을 분산하여 전체 LED 어레이가 사용하는 소모 전류량, 즉 피크 전류의 최대값을 감소시키거나 그 빈도를 줄일 수 있기 때문에 발열이나 EMI 문제에 효과적으로 대처할 수 있다.
그러나 PPWM에서 사용하는 LFSR은 각 LED 단위로 이전 상태 정보를 저장하고 있어야 하므로 각 LED 별로 PPWM 생성 하드웨어가 부착되어야 하며, 시스템에 내장된 LED의 수가 증가할수록 필요한 하드웨어 비용은 선형적으로 증가하는 문제가 있다.
또한 대형 LED 디스플레이 시스템에서 고화질 동영상 표현을 위해서는 PWM 형태의 LED 밝기 제어가 합리적이다. 그러나 기존 PWM 기법들은 LED 밝기 제어 용도로 사용할 경우 다음과 같은 문제점이 발생한다.
첫번째로, 종래의 PWM의 문제점을 개선하는 대부분의 방법은 한 주기 내 펄스 발생 위치와 길이를 가변하는 방식으로 주기 반복성은 유지되므로, 같은 입력값에서 발생하는 PWM 펄스의 위치는 항상 동일하다.
고화질 영상의 경우 이웃하는 픽셀 간 화소 값은 큰 차이가 없다. 따라서 이웃하는 픽셀들이 직렬로 연결되어 있는 LED 모듈 구조 상 발열문제와 EMI 발생을 피하기는 어렵다.
두번째로, 펄스의 발생위치를 랜덤하게 가변시키는 방식인 PPWM은 상기 문제점을 효과적으로 해결할 수 있으나, LED 하나당 하드웨어 하나씩 연결되어야 하는 형태이다.
예를 들어 64*64 크기의 LED 모듈 하나에는 총 64*64*3(RGB의 3채널)의 LED가 내장되며 이러한 모듈 수백 개가 필요한 대형 LED 디스플레이 시스템에는 수백만 개의 LED가 소모된다. 이를 고려하면 각 LED 별로 PWM 생성 로직을 부착하는 방식의 실효성은 매우 낮아지게 된다.
따라서 대형 LED 디스플레이 시스템을 효율적으로 이용하기 위해서는 먼저 이러한 문제점이 해결되어야 할 필요가 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 기존 PPWM 구조를 그대로 채용하면서 하드웨어 비용을 최소화할 수 있는 디밍데이터 생성장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치는, 입력된 영상데이터를 기초로 LED를 제어하기 위한 디밍데이터를 생성하는 디밍데이터 생성장치에 있어서, 0과 1을 포함하는 랜덤 패턴을 주기적으로 생성하는 시프트 레지스터; 상기 시프트 레지스터에서 랜덤으로 생성된 0과 1을 입력받아 복수의 확률값을 생성하는 확률생성기; 상기 확률생성기에서 생성된 복수의 확률값 중 2개의 확률값을 선택하는 제1 멀티플렉서; 및 상기 제1 멀티플렉서에서 선택된 2개의 확률값 중 하나의 확률값을 선택하는 제2 멀티플렉서;를 포함한다.
그리고 상기 확률생성기는 상기 시프트 레지스터에서 생성되는 랜덤 패턴을 주기적으로 0으로 만들어, 0과 1의 비율을 동일하게 유지할 수 있다.
또한 제2 멀티플렉서는, k비트의 참조값을 생성하는 카운터; 및 상기 참조값과 상기 입력된 영상데이터의 일부 비트를 비교하기 위한 비교기;를 더 포함할 수 있다.
그리고 상기 참조값은 0을 시작으로 하여, 상기 시프트 레지스터가 한 주기의 랜덤 패턴 생성이 완료되면 1씩 증가하는 값일 수 있다.
또한 상기 비교기는, 상기 참조값과 상기 입력된 영상 데이터의 하위 k비트의 값을 비교할 수 있다.
그리고 상기 제2 멀티플렉서는, 상기 k비트의 참조값보다 상기 입력된 영상 데이터의 하위 k비트 값이 큰 경우에는, 상기 제1 멀티플렉서에서 선택된 2개의 확률값 중 큰 값을 선택할 수 있다.
또한 상기 제1 멀티플렉서는, 상기 입력된 영상데이터의 상위 j비트를 기초로 하여 상기 2개의 확률값을 선택할 수 있다.
상기 구성을 갖는 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치에 의하면, 기존 PPWM 구조를 그대로 채용하여 동일한 효과를 가지면서, 하드웨어 비용을 최소화할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치에 있어서, 시프트 레지스터와 제로 마스킹 결과 생성된 출력값을 나타내는 표,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치에 있어서, 제1 멀티플렉서의 동작 결과 선택된 확률값을 나타내는 표,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치의 일구성인 제2 멀티플렉서의 구성 및 동작을 설명하기 위한 도면, 그리고,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치의 동작을 전체적으로 설명하기 위한 도면이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치의 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 구체적으로 도 1의 디밍데이터 생성장치는 M비트 디밍데이터를 생성하며, 디밍데이터 생성장치는 2M-N 길이를 갖는 LPWM(Linear PWM) 블록 1개와 2N 길이를 갖는 LFSRPWM 블록 1개로 구성된다. LFSRPWM 블록은 LED 영상 데이터(led_data)의 입력 속도와 동기되며, LPWM 블록은 LFSRPWM 한 주기마다 1씩 증가하는 구조를 갖는다.
디밍데이터 생성장치가 동시에 제어 가능한 LED의 수는 i*(2N-1)+1개이다 (여기서, i=0,1,2,…). 이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치를 더욱 상세히 설명하되, 이해를 돕기 위해 상기 M=4, N=2, i=1, 즉 4비트 LED 영상 데이터를 가지고 2비트 LFSR을 이용해 4개의 LED 램프를 제어하는 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치는 시프트 레지스터(110), 확률생성기(120), 제1 멀티플렉서(130) 및 제2 멀티플렉서(140)를 포함한다. 제2 멀티플렉서(140)에서 출력된 디밍데이터는 연결된 LED(L1, L2, L3, L4)를 제어하는데 이용된다.
시프트 레지스터(110)는 0과 1을 포함하는 랜덤 패턴을 주기적으로 생성하는 LFSR로 구성된다. 이때 0과 1의 발생 빈도는 조합회로를 구성하여 조정할 수 있다. 시프트 레지스터(110)의 경우 최종 출력값이 1이 될 확률은 5개(0, 1/4, 2/4, 3/4, 1)이며, 이를 위해서 주기적으로 출력 값을 0으로 만들어준다. 도 2에서는 제로 마스킹(zero-masking)이라 도시하였다.
도 3의 표는 시프트 레지스터(110)와 제로 마스킹 결과 생성된 출력값을 보여준다. 1~3번째 칸에는 시프트 레지스터(110)에서 출력된 출력값(200)이며, 그 이후 제로 마스킹에 의하여 0값(210)이 삽입된다. 도 3에서는 시프트 레지스터(110)에서 차례대로 1,2,3이 출력된다는 가정 하에 4번째 주기 출력값을 제로 마스킹하였다.
이후 또다시 시프트 레지스터(110)에서 출력된 출력값이 생성되고 다시 4번째 주기에 제로 마스킹하여 0값을 삽입한다. 이렇게 해서 0과 1의 후술할 확률생성기(120)로 입력되는 0과 1의 비율을 항상 동일하게 만들어 줄 수 있다.
확률생성기(Probability Generator, 120)는 입력된 0과 1을 조합회로를 거쳐 5개의 확률(0, 1/4, 2/4, 3/4, 1)로 출력한다.
제1 멀티플렉서(130)는 확률생성기(120)에 의하여 만들어진 5개의 확률(0, 1/4, 2/4, 3/4, 1), 즉 1이 생성될 5개의 확률(0, 1/4, 2/4, 3/4, 1) 중에서 LED 영상 데이터(led_data)의 상위 2비트를 제어신호(mux1_sel)로 하여 표 4와 같이 2개의 확률값을 선택한다.
도 4에 도시된 바와 같이 영상 데이터(led_data)가 0000이면 상위 2비트인 00을 제어신호(mux1_sel)로 하므로, 2개의 확률값인 0/4 및 1/4가 선택된다. 또 만약 영상 데이터(led_data)가 1011이면 상위 2비트인 10에 해당하는 확률값인 2/4 및 3/4가 선택된다.
제2 멀티플렉서(140)는 제1 멀티플렉서(130)에서 선택된 2개의 확률값 중 하나를 실제 LED 램프의 입력값으로 결정하기 위해 선택하는 기능을 갖는다. 만약 1/4이 최종 값으로 선택된 경우에, 해당 LED 램프는 확률적으로 4번 중 1번 온(ON)이 된다는 것을 의미한다.
제2 멀티플렉서(140)의 동작과 관련해서 도 5를 참조하면서 더욱 상세히 설명하면, 멀티플렉서(140)는 참조값을 생성하는 카운터(150)와 비교기(160)로 구성될 수 있다.
제2 멀티플렉서(140)는 제1 멀티플렉서(130)에서 선택된 2개의 확률값 중 하나를 영상 데이터와 주기를 기준으로 선택하여, LED 램프 입력으로 결정한다.
우선 카운터(150)는 (M-N) 카운터이며, 본 설명에 있어서는 M=4, N=2이므로 2비트 카운터가 된다. 카운터(150)는 한 주기, 즉 LED 램프를 4번 디밍하면 1씩 증가하여 참조값(ref_data)을 출력한다.
비교기(160)는 카운터(150)에서 생성된 2비트의 참조값과 LED 영상 데이터(led_data)의 하위 2비트를 비교한다. 그 결과, 카운터(150)에서 생성된 2비트의 참조값이 LED 영상 데이터(led_data)의 하위 2비트보다 작은 경우에는 mux2_sel 신호를 1로 하여, 제1 멀티플렉서(140)에서 생성된 2개의 확률값 중 높은 확률을 선택하게 된다. 도 4의 도표를 예로 들면 1's probability in en2의 확률값이 선택될 것이다.
반대로 카운터(150)에서 생성된 2비트의 참조값이 LED 영상 데이터(led_data)의 하위 2비트보다 크거나 같은 경우에는 mux2_sel 신호를 0으로 하여, 제1 멀티플렉서(140)에서 생성된 2개의 확률값 중 작은 확률을 선택하게 된다. 도 4의 도표를 예로 들면 1's probability in en1의 확률값이 선택될 것이다.
지금까지의 설명을 바탕으로 4비트 영상 데이터를 기준으로 각 신호값과 LED 램프의 온(ON) 시점의 예를 도 6을 참조하면서 설명한다.
먼저 4개의 LED 램프(L1, L2, L3, L4)에 각각 4비트의 LED 영상 데이터인 2,4,7,9가 입력되었다고 가정한다. 이는 각각 0010, 0100, 0111, 1001에 해당한다.
LED 영상 데이터의 상위 2비트가 mux1_sel 신호이므로 L1부터 L4까지의 mux1_sel 신호는 각각 00, 01, 01, 10이다.
이를 상기 도 4의 표에 의하면 선택된 2개의 확률값은 각각 (0/4,1/4), (1/4,2/4), (1/4,2/4), (2/4,3/4)가 된다. 이때 카운터(150)는 도 5에서 설명한 바와 같이 00부터 11까지 4번째 디밍을 기준으로 1씩 증가한다.
L1에 해당하는 영상 데이터는 2, 즉 0010이므로 하위 2비트는 10이다. 따라서 참조값이 00이거나 01일 때는 상기 L1에 해당하는 영상 데이터의 하위 2비트인 10보다 크므로 mux2_sel 신호는 1이 되며, 참조값이 10이거나 11일 때는 상기 L1에 해당하는 영상 데이터의 하위 2비트인 10보다 작거나 같기 때문에 mux2_sel 신호는 0이 된다.
mux2_sel 신호가 1인 경우에는 L1의 확률값(0/4,1/4) 중 1/4이 최종 L1 디밍 값으로 출력된다.
반대로 mux2_sel 신호가 0인 경우에는 L1의 확률값(0/4,1/4) 중 0/4이 최종 L1 디밍 값으로 출력된다. 이때 L1은 은 항상 오프(OFF) 상태가 된다.
결과적으로 t=1부터 16까지 총 16번의 디밍 과정 중 L1이 온(ON)이 되는 경우는 총 2번으로 4비트 LED 영상 데이터 값 2를 정확히 표현할 수 있다.
나머지 L2부터 L4까지도 같은 방법으로 진행되는데, 결과만 설명하면, L2는 총 4번, L3는 총 7번, L4는 총 9번으로 처음 입력된 영상 데이터 2,4,7,9를 만족한다.
이러한 구성에 의하여 본 발명의 일 실시예에 따른 디밍데이터 생성장치는 발열과 EMI 등의 문제를 효과적으로 줄이면서 대형 LED 전광판을 이용해 고화질 영상을 표현할 수 있게 된다.
상기한 바에서, 다양한 실시예에서 설명한 각 구성요소 및/또는 기능은 서로 복합적으로 결합하여 구현될 수 있으며, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100...............................................디밍데이터 생성장치
110...............................................시프트 레지스터
120...............................................확률생성기
130...............................................제1 멀티플렉서
140...............................................제2 멀티플렉서
150...............................................카운터
160...............................................비교기

Claims (7)

  1. 입력된 영상데이터를 기초로 LED를 제어하기 위한 디밍데이터를 생성하는 디밍데이터 생성장치에 있어서,
    0과 1을 포함하는 랜덤 패턴을 주기적으로 생성하는 시프트 레지스터;
    상기 시프트 레지스터에서 랜덤으로 생성된 0과 1을 입력받아 복수의 확률값을 생성하는 확률생성기;
    상기 확률생성기에서 생성된 복수의 확률값 중 2개의 확률값을 선택하는 제1 멀티플렉서; 및
    상기 제1 멀티플렉서에서 선택된 2개의 확률값 중 하나의 확률값을 선택하는 제2 멀티플렉서;를 포함하는 디밍데이터 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 확률생성기는 상기 시프트 레지스터에서 생성되는 랜덤 패턴을 주기적으로 0으로 만들어, 0과 1의 비율을 동일하게 유지하는 것을 특징으로 하는 디밍데이터 생성장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    제2 멀티플렉서는,
    k비트의 참조값을 생성하는 카운터; 및
    상기 참조값과 상기 입력된 영상데이터의 일부 비트를 비교하기 위한 비교기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디밍데이터 생성장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 참조값은 0을 시작으로 하여, 상기 시프트 레지스터가 한 주기의 랜덤 패턴 생성이 완료되면 1씩 증가하는 값인 것을 특징으로 하는 디밍데이터 생성장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 비교기는,
    상기 참조값과 상기 입력된 영상 데이터의 하위 k비트의 값을 비교하는 것을 특징으로 하는 디밍데이터 생성장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제2 멀티플렉서는,
    상기 k비트의 참조값보다 상기 입력된 영상 데이터의 하위 k비트 값이 큰 경우에는, 상기 제1 멀티플렉서에서 선택된 2개의 확률값 중 큰 값을 선택하는 것을 특징으로 하는 디밍데이터 생성장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 제1 멀티플렉서는,
    상기 입력된 영상데이터의 상위 j비트를 기초로 하여 상기 2개의 확률값을 선택하는 것을 특징으로 하는 디밍데이터 생성장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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