3 視頻控制器單元的實現

3.1 灰度掃描方法

對于多灰度級LED大屏幕顯示而言,灰度的分層(灰度掃描)顯示方法是視頻控制器設計的關鍵,由于LED的發(fā)光亮度與掃描周期內的發(fā)光時間近似成正比,所以灰度等級的實現通常是由控制LED的發(fā)光時間與掃描周期的比值,即采用調制占空比來實現的。

(1) 灰度掃描約束公式

首先給出幾個定義:行周期h指視頻控制器輸入1行數據的時間,即計算機輸出視頻行周期。顯示基本時間單位td定義為灰度級為1的像素在屏體的對應點亮時間。幀掃描周期T定義為存儲單元的存儲器中1幀圖像的讀出時間,存儲器中1幀圖像對應2×8×16行1/n屏(n=l,2,3,…)輸入視頻圖像。幀頻F為幀掃描周期的倒數,為滿足人眼的視覺要求,假定幀頻不低于60Hz。屏體顯示效率η定義為幀掃描周期內LED屏體全亮(即全屏數據皆為最高灰度級)時間與幀掃描周期的比值。全屏顯示指視頻控制器每個存儲單元存儲的數據列數為計算機屏幕全屏的有效顯示列數,相對應的是半屏顯示、l/3屏顯示等等。

設顯示灰度等級數為N,由于灰度級為1的像素在屏體的對應點亮時間為td,因而灰度線性調制后灰度級為i的數據顯示時間為i×td,灰度級最高的數據顯示時間為(N-1)×td。通常的考慮[3]是在td內完成對存儲器一行數據的一次讀出,同時以td為周期將讀出的一行數據打入到屏體進行灰度顯示。由于共有N 級灰度級數,幀掃描周期為

由以上分析可知,高的灰度級數、高掃描幀頻與低的存儲器讀出速率是相互矛盾的。要獲得高的灰度級數,就必須提高存儲器讀出速率,或者降低幀掃描頻率,當灰度級數較高時,以目前的集成電路實現水平難以達到三者的兼顧。

解決的方法之一是大量采用并行結構,但掃描頻率每減小一倍成本就增加將近一倍,而且電路的復雜程度也有所增加;另一種方法是適當犧牲屏體顯示效率η以求得幀頻與速率的折中,這種方法經實踐驗證是可行的。

仍然以td作為顯示基本時間單位,以對存儲單元1行數據的一次讀出時間作為屏體數據更新時間(屏體數據打入周期),引入“消隱時間”的概念:“消隱時間”指屏體正常工作時間里的無效顯示時間。屏體數據更新時間可以大于顯示基本時間單位,即在屏體數據更新低灰度級時存在“消隱時間”,它雖然使顯示效率有所下降,但可以實現較低的掃描速率和較高的掃描幀頻。舉例來說,若屏體數據更新時間為h,而顯示基本時間單位td為h/16,則灰度級為1的數據會引入 15/16行“消隱時間”,灰度級為2的數據會引入7/8行“消隱時間”…,灰度級為8的數據會引入1/2行“消隱時間”,而灰度級為16的數據則不會引入“消隱時間”,這樣就能在不提高存儲器讀出速率(λ≤1)的情況下(而且可以降低存儲器讀出速率Vo=32.5MHz,h=31.7,λ=0.5)實現 256級灰度掃描。這時幀掃描周期為

T=(1+1+1+1+1+2+4+8)×h×m=304h=9.64(ms) (11)

幀頻為,F=1/T=103.6(Hz) (12)

但這時LED大屏幕顯示屏體的顯示效率降低為

η''=(1/16+1/8+1/4+1/2+1+2+4+8)×h×m/T=83.88% (13)