LED显示系统的图像数据补偿方法及LED显示系统与流程

本发明总体涉及用于驱动显示屏的方法和装置。更具体地说，本发明涉及一种通过图像数据补偿以提高led显示屏的刷新率和亮度均匀性的方法和装置。

背景技术：

1、现代发光二极管(led)显示面板需要更高的灰阶，以实现更高的色深以及更高的视觉刷新率从而减少闪烁。例如，rgb led像素的16位灰阶分别允许红色、绿色和蓝色led的16位色阶(216＝65536)。这种rgb led像素能够显示总共655363种颜色。调节led灰阶的常用方法之一是脉宽调制(“pwm”)。简而言之，pwm产生一系列电压脉冲以驱动led。当脉冲电压高于led的正向电压时，led导通。否则，led保持关断状态。相应地，当脉冲幅值超过阈值时，pwm信号的脉冲持续时间(即，脉冲宽度)决定led的导通时间和关断时间。导通时间占导通时间与关断时间之和(即pwm周期)的百分比是占空比，该占空比决定led的亮度。在2015年2月24日公布的美国专利8963811以及于2018年2月21日提交的美国专利申请15/901,712中详细说明了一种包括led拓扑、电路、pwm引擎等的示例性led显示系统的配置和操作。

2、led显示屏的另一个参数是灰阶值，即，led显示屏的亮度级别。在16位分辨率led显示屏中，灰阶值的范围为0(全黑)至65535(最大亮度)，与0％至100％占空比对应。当灰阶值较低时，led的亮度级别较低。相反，当灰阶值较高时，亮度级别也较高。led显示屏常常在低灰阶值时出现性能问题。

3、led显示屏的另一个参数是其灰阶时钟(“gclk”)频率，该参数与数据帧中的最大gclk周期数(“gclk”)和显示屏的刷新率有关。另外，帧速率是视频源在一秒内向显示屏反馈整个新数据帧的次数。led显示屏的刷新率是led显示屏每秒绘制数据的次数。刷新率等于帧速率乘以段数。

4、pwm的优点之一是开关器件的功耗很低。当开关关断时，几乎没有电流。当开关接通时，开关上几乎没有压降。因此，两种情况下的功耗都接近于零。另一方面，pwm由占空比、开关频率和负载特性限定。当开关频率足够高时，能平滑脉冲序列，并能恢复平均模拟波形。但是，当开关频率较低时，led的关断时间会变得很显著，对于观看者而言会表现为闪烁。

5、正弦波脉宽调制(“s-pwm”)改变了传统的pwm，并实现了更高的视觉刷新率。为实现这一目的，s-pwm将pwm周期中的导通时间加扰为一些较短的pwm脉冲，这些pwm脉冲依次驱动每条扫描线。换言之，总灰阶值在pwm周期内被加扰为多个pwm脉冲。在传统的pwm模式中，可能只有一个pwm脉冲，因此led会连续点亮一段时间，而在剩余的时间内led不点亮。相比之下，s-pwm允许led在pwm周期内以连续的短脉冲发光，使得光脉冲在pwm周期中更均匀地分布，从而避免或减少闪烁。

6、一个pwm周期的gclk周期数等于2的控制位数次方：

7、gclk数目＝2控制位数。

8、例如，16位灰阶具有65536个gclk。注意，一个pwm周期中的gclk数目等于其在最大亮度下的灰阶值(即，最大脉冲宽度)。在一些s-pwm中，gclk的总数可划分为灰阶周期的最高有效位(msb)和最低有效位(lsb)。每个pwm周期按以下公式划分为多个段(或子pwm周期)：

9、段数＝2lsb的数值

10、对于具有60hz帧速率和8000个gclk的pwm周期长度的视频源，可将pwm周期划分为32个段(lsb＝5)，使得每段具有250个gclk的脉冲持续时间。因此，总共1600个gclk的灰阶值可按每段50个gclk分配到32个段中，这可能使刷新率提高到32倍。但是，当段中的pwm脉冲持续时间(即，脉冲宽度)短于将led电压升到高于其正向电压所需的时间时，led会保持不亮状态。美国专利9,390,647提供了一种解决方案，该解决方案通过向脉冲增加固定数量的gclk来延长脉冲持续时间。但是，如在本发明中的其它位置所说明的，这种s-pwm方案会导致低亮度级别时光能输出的显著增加。其它技术方案可能需要第二个电源来提供额外的驱动电流以延长脉冲持续时间，因而增加了led显示屏的电气系统的复杂性和成本。

11、因此，需要一种能改善led显示屏的图像质量而没有现有技术的缺点的新型系统和方法。

技术实现思路

1、本发明的led显示系统的一个实施例包括耦合至驱动电路的led显示面板。该驱动电路包括spwm发生器、寄存器和存储器。spwm发生器接收(x+k)灰阶值的图像数据。x是来自外部图像源的数据的灰阶值，k是由驱动电路产生的补偿值。

2、根据一个实施例，spwm发生器按照以下一组规则将(x+k)灰阶值分配到多个段中：当(x+k)等于或小于g0*s0时，s＝ceil((x+k)/g0)且r＝mod(x+k,g0)；当(x+k)大于g0*s0时，m＝floor((x+k)/s0)且l＝mod(x+k,s0)。

3、在上面的公式中，g0是分组数，s0是存储在驱动电路中的预设段数。s是输出段的数目，其中s-1个段的脉冲宽度为g0个gclk，并且其余一个段的脉冲宽度为r。

4、此外，l是分别接收m+1脉冲宽度的段的数目。其余的s0-l个段分别接收m脉冲宽度。注意，脉冲宽度或灰阶值的单位是gclk。例如，m脉冲宽度表示具有m个gclk的时间长度的脉冲宽度。

5、分组数g0可根据经验预先确定，或者通过校准led显示屏的闪烁而获得。它可存储在驱动电路的存储器中。补偿值k与在led显示屏的高亮度下获得的第一组校准数据和在低亮度下获得的第二组校准数据相关。例如，k＝(floor(p*x)+q-x，其中p是从第一组校准数据得出的，q是从第二组校准数据得出的。

6、在一些实施例中，led显示面板可布置为共阴极配置或共阳极配置。led显示面板可以是用于室内或室外的大型壁挂式显示屏。led显示面板也可以是手持设备的微型显示屏。

7、本发明还提供了一种用于操作led显示系统的方法。该led显示面板与具有spwm发生器的驱动电路耦合。x值的图像数据馈送至该驱动电路。通过在乘法器中乘以校准系数p来补偿数据x。通过在加法器中将该数据与灰阶值q相加来进一步补偿该数据。这样，向x增加总补偿值k，使得补偿的图像数据具有(x+k)值。

8、然后将补偿的图像数据(x+k)发送至spwm发生器。spwm发生器将图像数据加扰到多个段中，以产生待发送至电源或电流源的短pwm脉冲。本发明还提供了一种用于led显示系统的图像数据补偿方法。该led显示面板由具有spwm发生器的驱动电路驱动。该驱动电路连接至视频源。自视频源的输入图像数据是x。补偿的图像数据是floor(p*x)+q。p、q或这两者的值是通过校准获得的。例如，以高亮度级别校准显示面板的均匀性以确定p的值，并以低亮度级别校准显示面板的均匀性以确定q的值。p、q或这两者的值可以预先确定而无需校准。

9、可针对led显示屏中的每个led独立地确定p、q或这两者的值。或者，对于led显示屏中的相同颜色的led，p是一个常数，q是一个常数，或者两者都是常数。