混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路

摘要

本发明涉及一种混合叠加灰度级控制显示屏驱动电路包括灰度级控制装置，该装置包括将N bit的灰度数据G的高M bit作为叠加的基准值GH，低(N-M)bit作为叠加的增量值GL，将GH与叠加量Xi叠加得到多次扫描过程中用到的扫描数据Gi的混合叠加加法器；用于设置溢出位F的装置；用于输出扫描数据Gi的装置。与脉宽调制的灰度级控制方法相比，在实现相同的灰度表现能力时，本发明可以提高显示屏的刷新频率。本发明在实现过程中每次扫描所用的时间即扫描周期的时间是固定的，便于软件实现；此外表示灰度级大小的脉冲宽度是通过多次扫描叠加实现的，在灰度级控制过程中不需要调节脉冲电流的大小，节约了驱动电路的硬件成本。

权利要求

1.一种混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路，包括灰度级控制装置，其特征在于所述的灰度级控制装置包括：混合叠加加法器：将Nbit的灰度数据G分成高Mbit和低(N-M)bit，高Mbit作为叠加的基准值GH，低(N-M)bit作为叠加的增量值GL，将GH与叠加量Xi叠加得到S次扫描过程中用到的扫描数据Gi；

Gi＝GH+Xi；

S＝2N-M；

M

用于设置溢出位F的装置：当GH+Xi≤(2-1)时，F＝0，表明没有溢出，Gi＝GH+Xi；当M MGH+Xi＞(2-1)时，F＝1，表明出现溢出，设置Gi＝2-1；

用于输出扫描数据Gi的装置。

2.根据权利要求1所述的混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路，其特征在于所述的灰度级控制装置还包括：非线性变换装置：用于根据式(2)对K bit的原始数据D作非线性变换得到N bit的灰度数据G；

r

G＝C·D (2)其中C是比例常数，r是非线性变换系数，2.2≤r≤2.9，C＝1。

3.根据权利要求2所述的混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路，其特征在于所述的K非线性变换装置存储有按照点对点的方式计算出的K bit原始数据0～2-1对应的非线K性变换的结果，这些计算结果按照地址0～2-1的顺序存放，构成非线性变换查找表。

说明书

混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路

技术领域

[0001] 本发明属于显示屏灰度级控制技术领域，涉及一种混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路。

[0002] 背景技术

[0003] 显示屏是人们接收各种信息的重要媒介之一。作为一种多媒体显示终端，显示屏有一个重要指标，即显示屏所能表现出的灰度级数也称灰度表现能力。显示屏所能表现出的灰度级数越多，即灰度表现能力越强，显示出的图像就越细腻，图像的层次就越分明，给人眼的视觉感觉就越好。灰度级数和灰度数据的位宽有关，假设灰度数据的位宽为N bit，N N则显示屏能表现出0～(2-1)共计2 个灰度级，此时也称显示屏有N bit的灰度表现能力。
显示屏每增加1bit的灰度表现能力，相应的灰度级数需增加一倍。脉宽调制是当前控制灰度级的主要方法之一，该方法通过调节占空比的大小来表现不同的灰度级。这种方法控制灰度级的具体步骤是，首先根据灰度数据的位宽确定一个显示周期T，然后根据灰度数据的大小调制相应的占空比，根据调制的占空比就可以得到在一个显示周期内一个显示单元显示该灰度数据的时间。设灰度数据为G，调制的占空比为d，显示单元的显示时间为Ton，则有

[0004]

[0005] 以控制8bit灰度数据的灰度级为例，当灰度数据在0～255之间时，由式(1)可知对应的占空比d在0/255～255/255之间调节，此时显示屏可以表现出0～255共计256个灰度级。在一个显示周期内，当灰度数据为0时，对应的灰度级为0级；当灰度数据为255时，对应的灰度级为255级。采用这种方法控制显示屏的灰度级时，为了使灰度表现能力增加1bit，占空比计数器的计数时钟的个数必须增加一倍，当使用相同频率的计数时钟时，一个显示周期的时间变成原来的二倍。例如，生成并调制12bit灰度数据的占空比时，它比8bit灰度数据多4bit，如果计数时钟的频率不变，12bit灰度数据对应的显示周期是8bit灰度数据的16倍，此时显示屏刷新频率降到原来的1/16。这种刷新频率的成倍降低，将会引起显示屏的闪烁，图像变得不适于观看。

[0006] 中国专利公报公开了一种“调制电路、使用该调制电路的图像显示器和调制方法”。(公开日：2001.04.21；公开号：01123328)该发明提供了一种具有高分辨率脉冲宽度调制并同时控制位数增加的调制电路。这种调制电路用于输出根据二进制码的值调制的脉冲信号，它包括用于将从最高有效位到最低有效位的二进制码分成多个二进制码，并以预设的顺序选择和输出由此分割产生的分割二进制码的选择装置；用于接收从选择装置获得的分割二进制码，并以预定周期输出多个具有对应于分割二进制码的脉冲宽度和电平的脉冲信号的脉冲输出装置。根据该发明的调制电路，把用于调制脉冲信号的二进制码，从最高有效位到最低有效位分成多个二进制码，由此分割获得的多个二进制码被定义为分割二进制码。对应于每个分割二进制码，选择装置将预定周期分成多个长度子帧周期，不同的子帧周期提供的脉冲电流的值是不同的。以将14位二进制码分割成高10位和低4位两个分割二进制码为例，记高10位分割二进制码和低4位二进制码分别为B1和B2，与其对应的子帧周期的长度为T1和T2，与T1和T2对应的脉冲电流的大小为I1和I2。T1和T2、I1和I2之间4 4
存在如下关系：T1＝2×T2；I1＝2×I2。采用这种方法虽然可以精确的控制灰度级，但是一方面该方法在分割二进制码的时候，需要根据不同的分割二进制码设置不同长度的子帧周期，这无疑增加了软件设计的工作量；另一方面该方法在精确控制灰度级的过程中需要根据不同长度的子帧周期调节不同大小的脉冲电流，这无疑会增加的驱动电路的硬件成本。 发明内容

[0007] 本发明要解决的技术问题是提供一种可以在同等的灰度表现能力下，使显示屏具有更高的刷新频率，并且不增加驱动电路硬件成本的混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路。

[0008] 为了解决上述技术问题，本发明的混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路包括灰度级控制装置，其特征在于所述的灰度级控制装置包括：

[0009] 混合叠加加法器：将N bit的灰度数据G分成高M bit和低(N-M)bit，高M bit作为叠加的基准值GH，低(N-M)bit作为叠加的增量值GL，将GH与叠加量Xi叠加得到S次扫描过程中用到的扫描数据Gi；

[0010] Gi＝GH+Xi；

[0011] S＝2N-M；

[0012] 用于设置溢出位F的装置：当GH+Xi≤(2M-1)时，F＝0，表明没有溢出，Gi＝GH+Xi；M M
当GH+Xi＞(2-1)时，F＝1，表明出现溢出，设置Gi＝2-1；

[0013] 用于输出扫描数据Gi的装置。

[0014] M大小不是固定的，是可以根据对显示屏刷新频率的要求、显示屏驱动电路的特点以及显示屏本身的特点设置的。

[0015] 实现N bit的灰度表现能力即控制2N-1个灰度级时，如果采用的是背景技术中介绍的脉宽调制的灰度级控制方法，设完成一个显示周期所用的时间是T，则显示屏的刷新频率为1/T；如果采用本发明，则在计数时钟的周期不变的情况下，完成一个显示周期需要的时间也是T，但是由于在一个显示周期内完成了S次扫描，因此显示屏的刷新频率为S/T，也就是说与脉宽调制的灰度级控制方法相比，在实现相同的灰度表现能力时，本发明可以将显示屏的刷新频率提高S倍。

[0016] 本发明在实现过程中每次扫描所用的时间即扫描周期的时间是固定的，便 于软件实现；此外表示灰度级大小的脉冲宽度是通过S次扫描叠加实现的，在灰度级控制过程中不需要调节脉冲电流的大小，节约了驱动电路的硬件成本。

[0017] 所述的灰度级控制装置还包括：

[0018] 非线性变换装置：用于根据式(2)对K bit的原始数据D作非线性变换得到N bit的灰度数据G；

[0019] G＝C·Dr (2)

[0020] 其中C是比例常数，r是非线性变换系数，2.2≤r≤2.9，C＝1。

[0021] 本发明采用上述装置对图像信息(即原始数据)做非线性变换，以增加灰度数据的位宽，目的是增强显示屏的灰度表现能力，使显示屏显示出的图像更细腻，层次更分明，视觉效果更好。

[0022] 所述的非线性变换装置存储有按照点对点的方式计算出的K bit原始数据0～K K2-1对应的非线性变换的结果，这些计算结果按照地址0～2-1的顺序存放，构成非线性变换查找表。K和N的大小不是固定的，K的大小取决于数据源的位宽，N的大小取决于预期实现的灰度表现能力。

[0023] 本发明采用非线性变换查找表，在显示的过程中，原始数据以寻址的方式对照非线性变换查找表即可完成非线性变换，对原始数据的非线性变换方便快捷，节省了数据运算时间和硬件资源。

[0024] 附图说明

[0025] 图1是背景技术的脉宽调制灰度级控制方法的显示驱动电路结构框图。 [0026] 图2是本发明的混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路中灰度级控制装置结构框图。

[0027] 图3是本发明的混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路的结构框图。 [0028] 图4是逻辑控制单元的结构框图。

[0029] 图5是实现混合叠加灰度级控制的程序流程图。

[0030] 图6是当K＝8，M＝11，N＝12，G＝11，扫描数据的叠加方式是一次叠加，扫描数据的混合方式是G1G2时，在一个显示周期内，一个显示单元在各次扫描过程中的显示情况示意图。

[0031] 图7是当K＝8，M＝11，N＝12，G＝11，扫描数据的叠加方式是一次叠加，扫描数据的混合方式是G2G1时，在一个显示周期内，一个显示单元在各次扫描过程中的显示情况示意图。

[0032] 图8是当K＝8，M＝10，N＝12，G＝11，扫描数据的叠加方式是三次叠加，扫描数据的混合方式是G1G2G3G4时，在一个显示周期内，一个显示单元在各次扫描过程中的显示情况示意图。

[0033] 图9是当K＝8，M＝10，N＝12，G＝11，扫描数据的叠加方式是三次叠加，扫描数据的混合方式是G4G3G2G1时，在一个显示周期内，一个显示单元在各次扫描过程中的显示情况示意图。

[0034] 图10是当K＝8，M＝10，N＝12，G＝11，扫描数据的叠加方式是一次叠加，扫描数据的混合方式是G1G2G3G4时，在一个显示周期内，一个显示单元在各次扫描过程中的显示情况示意图。

[0035] 图11是当K＝8，M＝10，N＝12，G＝11，扫描数据的叠加方式是一次叠加，扫描数据的混合方式是G4G3G2G1时，在一个显示周期内，一个显示单元在各次扫描过程中的显示情况示意图。

具体实施方式

[0036] 背景技术的脉宽调制灰度级控制方法具体实现过程如图1所示，其中逻辑控制单元1通过控制移位寄存器2、3、4的移位时钟，将各个显示单元的灰度数据传送到相应的位置，在灰度数据到达指定的位置后，逻辑控制单元1将各个单元的灰度数据锁存到对应的灰度比较器5、6、7中。一个复位信号过后，所有显示单元都处于开启状态，各个显示单元的红绿蓝三基色占空比控制计数器8、9、10在计数时钟的驱动下开始计数。当占空比控制计数器8和灰度比较器5中的数值相等的时候，显示单元11中的红基色被关断。当占空比控制计数器9和灰度比较器6中的数值相等的时候，显示单元11中的绿基色被关断。当占空比控制计数器10和灰度比较器7中的数值相等的时候，显示单元11中的蓝基色被关断。这样在一个显示周期T内就完成了对各个显示单元的灰度级控制。在一个周期结束之后对所有计数器清零，准备开始下一个周期。值得注意的是，当灰度数据为0时，显示单元一直处于关断状态，灰度比较器5、6、7和占空比控制计数器8、9、10都无需工作。 [0037] 如图2所示，混合叠加灰度级控制显示屏的驱动电路中灰度级控制装置包括： [0038] 非线性变换装置101；

[0039] 混合叠加加法器102；

[0040] 用于设置溢出位F的装置103；

[0041] 用于输出扫描数据Gi的装置104。

[0042] 本发明在保证显示屏具有显示M bit灰度数据时的刷新频率的前提下，使显示屏具有N bit的灰度表现能力(M＜N)。也就是说在实现N bit的灰度表现能力时，显示屏的N-M刷新频率是背景技术中介绍的脉宽调制的灰度级控制方法的2 倍。其原理是这样的，将N-M
灰度数据分成高M bit和低(N-M)bit，在一个显示周期内用2 次扫描完成灰度数据的输N
出。通过对灰度数据的控制，保证在一个显示周期内显示屏可以表现出2 个灰度级，即实现N-M
N bit的灰度表现能力。由于在一个显示周期内完成了2 次扫描，因此可以将刷新频率提N-M
升2 倍。

[0043] 首先，为了增强显示屏的灰度表现能力，需要对图像信息做非线性变换，增加灰度数据的位宽。这里把未经过非线性变换的图像信息称为原始数据D。非线性变换就是对原始数据D做类似于式(2)的运算，其中C是比例常数，r是非线性变换系数，它们是根据人眼的视觉特性、原始数据特点以及显示屏的显示特性决定的。r一般在2.2～2.9之间，LCD中r一般取2.2，LED显示屏中r一般取2.3或者2.5，也有一些LED显示屏的r为2.9。比例常数C一般情况下取1。

[0044] G＝C·Dr (1)

[0045] 在显示的过程中，如果对每一个原始数据D都做式(2)的运算，无疑会浪费很多时间和资源。为了更方便快捷的完成对原始数据的非线性变换，设原始数据的位宽为Kbit，首K先通过一些数学运算软件(如Matlab)，按照点对点的方式计算出原始数据0～2-1对应K
的非线性变换的结果，这些计算结果按照地址0～2-1的顺序存放，构成非线性变换查找表，存储在非线性变换装置101中。在显示的过程中，原始数据以寻址的方式对照非线性变换查找表即可完成非线性变换，无需再做式(2)的计算。若非线性变换后的灰度数据位宽K
为Nbit，则非线性变换查找表的大小为2×Nbit。

[0046] Kbit的原始数据D经过非线性变换后得到的Nbit的灰度数据G。

[0047] Nbit的灰度数据G分成高Mbit和低(N-M)bit，经过混合叠加加法器103后得到Mbit的扫描数据G1，G2，…，GS-1，GS。混合叠加加法器的实现过程是这样的：取灰度数据的高Mbit为叠加的基准值记作GH，取灰度数据的低(N-M)bit为叠加的增量值记作GL。G，GH，GL之间的关系可以用式(3)表示。

[0048] G＝2(N-M)·GH+GL (3)

[0049] 一个显示周期所用的时间是2N-1个计数时钟周期，一个显示周期内完成的扫描次数记作S，则有

[0050] S＝2N-M (4)

[0051] 将GH与叠加量Xi叠加得到扫描数据Gi＝GH+Xi，

[0052] 根据选择的混合方式和叠加方式，确定在第i次扫描时的叠加量Xi的大小，完成对灰度数据的叠加：

[0053] 当GL＝0时有

[0054] Gi＝GH i＝1，2，…S (5)

[0055] 当GL＝1时有

[0056]

[0057] 当GL＝2时有

[0058]

[0059] 或者

[0060]

[0061] 当GL＝3时

[0062]

[0063] 或者

[0064]

[0065] 或者

[0066]

[0067] 当GL＝4时

[0068]

[0069] 或者

[0070]

[0071] 或者

[0072]

[0073] 或者

[0074]

[0075] 或者

[0076]

[0077] 依次类推就可得到S次扫描过程中用到的扫描数据。可以看出G，GH，GL和G1，G2，…，GS-1，GS之间存在如式(17)所示的关系。

[0078]

[0079] 像式(5)那样的叠加方式为零次叠加，它只会在GL＝0时出现；像式(6)、式(7)、式(9)、式(16)那样把GL叠加在一个扫描数据上的叠加方式为一次叠加；像式(8)、式(10)、式(13)、式(14)那样把GL分开叠加在两个扫描数据上的叠加方式为二次叠加；像式(11)、式(15)那样把GL分开叠加在三个扫描数据上的叠加方式为三次叠加；像式(16)那样把GL分开叠加在四个扫描数据上的叠加方式为四次叠加。依次类推可以给所有叠加方式命名。不难推断出最高的叠加方式是GL次叠加。

[0080] 由于在一个显示周期T内完成了S次扫描，因此一次扫描所用的时间就是T/S。由式(1)可知，在S次扫描数据过程中扫描数据G1，G2，…，GS-1，GS对应的占空比分别为 这样在一个显示周期内灰度数据G对应的显示单元的显示
时间Ton′为

[0081]

[0082] 将式(3)、(4)、(17)代入式(18)得

[0083]

[0084] 可以看出采用本方法可以表现出 共计(2N-2N-M+1)种占空比，而不是预想的 共计2N种占空比，也就说此时的灰度级数比预期实现NbitN-M M
的灰度表现能力所需的灰度级数减少了(2 -1)个，这是由于当GH＞(2-1-Xi)时，在叠加M N
的过程中可能会出现GH+Xi＞(2-1)的情况，此时混合叠加加法器会溢出。但是对2 个灰度级来说减少的这些灰度级只是很少的一部分，以N＝12，M＝10为例，预期表现出的灰度级数是4096，实际表现出的灰度级数是4093，灰度级数只减少了3个，不会对显示屏的灰度表现能力造成太大的影响。

[0085] 之所以称这里的加法器为混合叠加加法器，一方面是因为S次扫描过程中输出扫描数据G1，G2，…，GS-1，GS的顺序不是固定的，它可以有多种混合方式，以四次扫描为例，表1给出了四次扫描过程中输出扫描数据的24种混合方式；另一方面是因为扫描数据G1，G2，…，GS-1，GS可以采用多种叠加方式得到，同样以四次扫描为例，根据GL的不同可以有零次叠加、一次叠加、二次叠加、三次叠加这四种叠加方式。不管采用哪种叠加方式得到扫描数据，也不管采用何种混合方式输出扫描数据，最终在显示屏上体现出的灰度级是S个扫描数据混合叠加的结果。

[0086] 表1

[0087]

[0088] 如图3所示，本发明的混合叠加灰度级控制显示屏驱动电路包括显示数据输入单元14，时钟输入单元15，显示数据存储单元16，显示数据输出单元17，时钟输出单元18，逻辑控制单元19。可以看出逻辑控制单元19是该装置的主控部分。逻辑控制单元19主要由图4中所示的6个模块构成，即时钟管理模块21、数据输入控制模块22、存储器控制模块23、混合叠加灰度级控制模块24和数据输出控制模块25。显示数据输入单元14采用串行接口或者网口，时钟 输入单元15采用晶振，显示数据存储单元16采用SDRAM或者DDRAM存储器，显示数据输出单元17采用扁平电缆，时钟输出单元18采用扁平电缆，逻辑控制单元19采用FPGA或者ASIC，但不限于FPGA或者ASIC实现。

[0089] 其中时钟管理模块21的功能是根据系统时钟生成各个模块所需的时钟，同时该模块还有同步和协调各个模块之间工作顺序的作用；数据输入控制模块22将输入的串行显示数据转换成并行原始数据；存储器控制模块23主要完成的是把原始数据写入存储器和从存储器中读出的操作；混合叠加灰度级控制模块24根据混合叠加的方法得到扫描数据。数据输出控制模块25将输出的扫描数据转换为与显示屏20兼容的数据格式，完成显示过程。

[0090] 本发明的灰度级控制装置是通过在显示屏驱动电路的逻辑控制单元中编制软件实现的(即图4中的混合叠加灰度级控制模块)

[0091] 如图5所示，混合叠加灰度级控制模块软件流程主要有以下几个步骤： [0092] a.从存储器中读出原始数据D；

[0093] b.对原始数据D做非线性变换得到灰度数据G；

[0094] c.选择灰度数据的混合叠加方式；

[0095] 至于采用哪一种叠加方式生成扫描数据以及采用何种混合方式得到扫描数据，可以通过一些参数在程序中设置；为了便于参数的设置这里还需要对程序做进一步的优化，这种优化主要体现在对扫描数据的混合方式的优化上，以GL＝3，S＝4，叠加方式为三次叠加为例，得到的扫描数据如式(20)所示

[0096]

[0097] 此时的G1，G2，G3是相等的，这样一来表3中所列出的24中混合方式除G1G2G3G4，G1G2G4G3，G1G4G2G3，G4G1G2G3这四种混合方式互不相同外，其它混合方式都和这四种混合方式中的某一种是相同。也就是说在这种情况下， 扫描数据实际上只有四种混合方式。基于这些情况，本发明在设置混合方式的参数的时候，除去了混合方式中相同的混合情况。 [0098] d.根据选择的混合方式和叠加方式，确定在第i次扫描时的叠加量Xi的大小，完成对灰度数据的叠加。

[0099] e.设置一个溢出位F，当F＝0时表明没有溢出，当F＝1时表明出现溢出。一旦M出现溢出的情况，混合叠加加法器的计算结果一律设置为2-1。

[0100] f.输出扫描数据。

[0101] g.判断扫描次数，当扫描次数i等于S时表明一个灰度数据处理完毕，开始处理下一个灰度数据。

[0102] 本发明的混合叠加灰度级控制显示屏驱动电路不限于上述实施方式，只要是包含了采用混合叠加方式对灰度级进行控制的装置，都在本发明意图保护范围之内。 [0103] 实施例1：

[0104] 以LED显示屏为例，取K＝8、N＝12、M＝11。在这种情况下，扫描次数S＝2(N-M)＝2，GH＝G[11:1]，GL＝G[0]。表1给出了二次扫描时扫描数据的叠加方式和叠加结果。图6和图7给出了在G＝11即GH＝5，GL＝1的情况下，扫描数据的叠加方式是一次叠加，扫描数据的混合方式是G1G2和G2G1时，在一个显示周期内，一个显示单元在各次扫描过程中的显示情况示意图。图中P表示一个显示周期的时间为T，也就说完成一次扫描所用的时间是T/2。P1、P2表示两次扫描过程，T1、T2表示在两次扫描过程中扫描数据对应的显示单元的显示时间。图6中， 图7中，
此时显示屏的刷新频率为 与采用脉宽调制的灰度级控制方法时的刷新频率相比，刷新频率提高了2倍。

[0105] 表2

[0106]

[0107] 实施例2：

[0108] 以LED显示屏为例，取K＝8、N＝12、M＝10。在这种情况下，扫描次数S＝2(N-M)＝4，GH＝G[11:2]，GL＝G[1:0]。表3给出了四次扫描时扫描数据的叠加方式和叠加结果。图8、图9、图10、图11分别给出了在G＝11即GH＝2，GL＝3的情况下，扫描数据的叠加方式是三次叠加，扫描数据的混合方式是G1G2G3G4时；扫描数据的叠加方式是三次叠加，扫描数据的混合方式是G4G3G2G1时；扫描数据的叠加方式是一次叠加，扫描数据的混合方式是G1G2G3G4时；扫描数据的叠加方式是一次叠加，扫描数据的混合方式是G4G3G2G1时，在一个显示周期内，一个显示单元在各次扫描过程中的显示情况示意图。图中P表示一个显示周期的时间为T，也就说完成一次扫描所用的时间是T/4。P1、P2、P3、P4表示四次扫描过程，T1、T2、T2、T4表示在4次扫描过程中扫描数据对应的显示单元的显示时间。图8中，
图 9中，
图10 中，
图11中， 此时
显示屏的刷新频率为 与采用脉宽调制的灰度级控制方法时的刷新频率相比，刷新频率提高了4倍。

[0109] 表3

[0110]