способ управления яркостью свечения элементов матричного светодиодного экрана

Формула изобретения

1. Способ управления яркостью свечения элементов матричного светодиодного экрана, включающий формирование для каждого элемента матричного светодиодного экрана соответствующего ему в каждом кадре воспроизводимого изображения сигнала импульсного управления яркостью его свечения, в соответствии с которым пропускают через соответствующий элемент матричного светодиодного экрана импульсы тока с суммарной длительностью, за время одного кадра, прямо пропорциональной яркости свечения этого элемента матричного светодиодного экрана в соответствующем кадре, воспроизводимого изображения, отличающийся тем, что управление яркостью свечения каждого элемента матричного светодиодного экрана в каждом кадре воспроизводимого изображения осуществляют соответствующим ему кодовым N-битовым сигналом импульсного управления, включающем m старших и l=(N-m)<2 ^m младших бит, значения которых соответствуют требуемому числу Г-уровней градаций яркости свечения элементов матричного светодиодного экрана и определяемому из соотношения Г=2¹ ·(2^m-1), при этом в соответствии c m-разрядным кодом старших бит каждого N-битового сигнала импульсного управления пропускают через соответствующий данному N-битовому сигналу импульсного управления элемент матричного светодиодного экрана соответствующее количество Т 2^m-1 импульсов тока длительностью t постоянной амплитуды и частоты следования, а в соответствии с количеством и комбинацией активных значений 1 младших бит этого же N-битового сигнала импульсного управления дополнительно через тот же элемент матричного светодиодного экрана пропускают, равное числу активных значений его 1 младших бит, импульсы тока той же амплитуды и частоты следования, но с длительностью t_i= t·2^-i, зависящей от порядкового номера i=1, 2,..., 1 младших бит, имеющих активное значение, причем импульсы тока с длительностью меньшей t формируют из той же последовательности импульсов тока длительностью t путем ограничения времени протекания этих импульсов тока через соответствующий элемент матричного светодиодного экрана.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что число m старших бит и числа 1 младших бит удовлетворяют соотношению 2^m >3(l-1).

Описание изобретения к патенту

Изобретено относится к технике отображения информации, а более конкретно к альтернативному телевидению о использованием больших экранов.

Из уровня техники известны различные способы управления яркостью свечения элементов матричного светодиодного экрана (МСЭ).

Так, при амплитудно-модуляционном способе в процессе сканирования элементов МСЭ путем последовательного (за время одного кадра) воспроизведения субкадров, число которых равно числу градационных уровней яркости свечения элементов МСЭ, управление яркостью свечения элементов МСЭ осуществляют путем прикладывания к ним напряжения, величина которого соответствует требуемому уровню яркости свечения каждого элемента в воспроизводимом на экране изображении (см. заявку EP-A1-№0762374, 1997). Следовательно, для осуществления описанного выше способа необходимо использовать совокупность источников напряжения, число которых равно числу уровней градации яркости свечения элементов МСЭ. Однако при увеличении (в пределах допустимого диапазона изменения яркости свечения) числа уровней градации яркости свечения элементов МСЭ уменьшается разность выходных напряжений источников, соответствующих смежным уровням градации яркости свечения. В результате существенно повышаются требования к выходным параметрам (точности и стабильности) используемых источников напряжения, а как следствие - возрастает стоимость МСЭ. Кроме того, с увеличением числа градационных уровней яркости свечения элементов МСЭ уменьшается время, необходимое для формирования каждого субкадра. Иными словами, время, в течение которого ко всем элементам МСЭ, имеющим соответствующий одинаковый уровень яркости свечения в воспроизводимом изображении, прикладывают напряжение, соответствующее уровню яркости свечения этих элементов МСЭ в данном кадре. В результате увеличивается рабочая частота процессорных средств управления МСЭ, а следовательно, его стоимость.

Таким образом, недостаток описанного выше способа управления яркостью свечения элементов МСЭ заключается в том, что увеличение числа уровней градации яркости свечения элементов МСЭ неизбежно ведет к усложнению его системы управления и питания, а следовательно, к повышению стоимости.

В другом (широтно-импульсном) способе управление яркостью свечения элементов МСЭ осуществляют путем изменения длительности прикладываемых при сканировании к ним импульсов напряжения или тока постоянной амплитуды в соответствии с требуемым уровнем яркости свечения соответствующего элемента МСЭ в воспроизводимом изображении (см. заявку GB-А-№2336459, 1999, фиг.12). Иными словами, визуально воспринимаемая яркость свечения элементов МСЭ (при осуществлении данного способа) пропорциональна длительности их свечения за время одного кадра. Недостаток этого способа заключается в необходимости использования, во-первых, запоминающего устройства для хранения соответствующей каждому кадру воспроизводимого изображения информации о длительности импульсов напряжения или тока для каждого элемента МСЭ, а во-вторых, сложного устройства для формирования импульсов напряжения или тока различной длительности, соответствующих уровням градации яркости свечения элементов МСЭ.

В способе управления яркостью свечения элементов МСЭ, который описан в патенте RU-С2-№2217814, 2001 и взят в качестве прототипа, визуально воспринимаемая яркость свечения элементов МСЭ также пропорциональна длительности их свечения за время одного кадра, но, в отличие от описанного выше широтно-импульсного способа, в прототипе от источника питания постоянного тока с помощью коммутационных элементов формируют импульсы тока постоянной амплитуды, а при сканировании элементов МСЭ в соответствии с сигналом изображения пропускают через соответствующий элемент МСЭ указанные выше импульсы тока постоянной амплитуды с суммарной их длительностью за время одного кадра, пропорциональной яркости его свечения в воспроизводимом изображении.

В прототипе число уровней градации яркости свечения элементов МСЭ определяется максимальным числом импульсов тока постоянной амплитуды, которые могут быть пропущены через каждый элемент МСЭ за время одного кадра, которое в большинстве практически важных случаях составляет приблизительно 2·10^-2 сек, (50-60 Гц). Однако вследствие необходимости сканирования, например построчного, элементов МСЭ при развертке изображения кадра максимальная суммарная длительность свечения элементов МСЭ в кадре существенно меньше его длительности. Следовательно, в способе управления яркостью свечения элементов МСЭ, взятом в качестве прототипа, увеличение числа уровней градации яркости свечения элементов МСЭ может быть достигнуто только за счет уменьшения длительности импульсов тока постоянной амплитуды.

Недостаток прототипа заключается в том, что увеличение числа уровней градации яркости свечения элементов МСЭ приводит к увеличению до мегагерцевого диапазона рабочей частоты процессорных средств управления МСЭ, а следовательно, не только к усложнению и удорожанию аппаратурной реализации способа управления яркостью свечения элементов МСЭ, но и к дополнительным затратам, связанным с необходимостью защиты окружающей среды от высокочастотного излучения, возникающего при функционировании МСЭ.

Настоящее изобретение направлено на решение технической задачи по обеспечению получения числа уровней градации яркости свечения элементов МСЭ, которое, по крайней мере, на два порядка превышает число используемых для формирования уровней яркости свечения элементов МСЭ импульсов тока постоянной амплитуды при одновременном обеспечении высокого значения коэффициента - К использования яркости МСЭ, например К 0,75.

Поставленная задача решена тем, что в способе управления яркостью свечения элементов МСЭ, включающем формирование для каждого элемента матричного светодиодного экрана соответствующего ему в каждом кадре воспроизводимого изображения сигнала импульсного управления яркостью его свечения, в соответствии с которым пропускают через соответствующий элемент матричного светодиодного экрана импульсы тока с суммарной длительностью за время одного кадра, прямо пропорциональной яркости свечения этого элемента матричного светодиодного экрана в соответствующем кадре воспроизводимого изображения, согласно изобретению, управление яркостью свечения каждого элемента матричного светодиодного экрана в каждой кадре воспроизводимого изображения осуществляют соответствующим ему кодовым N-битовым сигналом импульсного управления, включающем m старших и l=(N-m)<2^m младших бит, значения которых соответствуют требуемому числу - Г уровней градации яркости свечения элементов матричного светодиодного экрана, определяемому из соотношения Г=2^l·(2^m-1), при этом в соответствии с m-разрядным кодом старших бит каждого N-битового сигнала импульсного управления пропускают через соответствующий данному N-битовому сигналу импульсного управления элемент матричного светодиодного экрана соответствующее количество - Т 2^m-1 импульсов тока длительностью t постоянной амплитуды и частоты следования, а в соответствии с количеством и комбинацией активных значений l младших бит этого же N-битового сигнала импульсного управления дополнительно через тот же элемент матричного светодиодного экрана пропускают равное числу активных значений его l младших бит, импульсы тока той же амплитуды и частоты следования, но с длительностью t_i= t·2^-i, зависящей от порядкового номера i=1, 2,..., l младших бит, имеющих активное значение, причем импульсы тока с длительностью, меньшей t, формируют из той же последовательности импульсов тока длительностью t путем ограничения времени протекания этих импульсов тока через соответствующий элемент матричного светодиодного экрана.

Кроме того, поставленная задача решена тем, что число m старших бит и число l младших бит удовлетворяют соотношению 2^m >3(l-1).

Преимущество предложенного способа управления яркостью свечения элементов МСЭ перед известным, взятым в качестве прототипа, заключается в том, что использование двух групп различающихся по длительности импульсов тока постоянной амплитуды (в первой группе длительность 2^m-1 импульсов тока одинакова и равна t, а во второй группе длительность каждого из l импульсов тока определяется зависимостью t_i= t·2^-i, где i=1, 2,...,l) для формирования уровней яркости свечения элементов МСЭ позволяет получить Г=2 ^l·(2^m-1) уровней градации яркости свечения элементов МСЭ, используя всего Г-2^-l+l импульсов тока постоянной амплитуды, тогда как в прототипе число уровней градации яркости свечения элементов МСЭ равно числу используемых при этом импульсов тока постоянной амплитуды. При этом коэффициент К использования яркости МСЭ, определяемый из соотношения К=2^m·(2 ^m-1+l)^-1, при 2^m>l больше 0,5, а при 2^m>3(l-1) больше 0,75. Таким образом, предложенный способ позволяет также путем подбора величин m и l получить оптимальное для каждого конкретного случая использования МСЭ значение коэффициента К.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения приведенной выше совокупностью существенных признаков требуемого технического результата.

На фиг.1 графически показан принцип формирования кодовой комбинации младших бит каждого 2^l уровня квантования;

на фиг.2 схематично представлена принципиальная схема устройства для осуществления предложенного способа.

устройство для осуществления предложенного способа содержит (фиг.2) матричный светодиодный экран 1 (МСЭ), который включает ортогонально расположенные друг относительно друга горизонтальные (строчные) шины ГШ 1, ГШ 2,... ГШ Р и вертикальные (столбцовые) шины ВШ 1, ВШ 2,..., ВШ Q, соединенные между собой в местах их взаимного пересечения через соответствующие элементы 2, которые образуют прямоугольную матрицу светоизлучающих элементов и выполнены либо в виде отдельных светодиодов, либо в вида группы из последовательно и/или параллельно соединенных светодиодов. Устройство содержит также блок 3 коммутации горизонтальных шин о управляемыми ключами 3.1, 3.2,..., 3.Р, блок 4 коммутации вертикальных шин с управляемыми ключами 4.1, 4.2,..., 4.Q, генератор 5 постоянного тока, блок 6 управления, а также управляемые ключи 7 и 8. Первые выводы управляемых ключей 3.1-3.Р являются соответствующими выводами блока 3 коммутации горизонтальных шин и подключены к соответствующим им горизонтальным шинам ГШ 1-ГШ Р МСЭ 1. Аналогично первые выводы управляемых ключей 4.1-4.Q являются соответствующими выводами блока 4 коммутации вертикальных шин и подключены к соответствующим им вертикальным шинам: ВШ 1-ВШ Q.

Вторые выводы управляемых ключей 3.1-3.Р соединены между собой и являются общим выводом 9 блока 3 коммутации горизонтальных шин МСЭ 1. Аналогично вторые выводы управляемых ключей 4.1-4.Q соединены между собой и являются общим выводом 10 блока 4 коммутации вертикальных шин МСЭ 1. Вывод 9 соединен с одним полюсом генератора 5 постоянного тока, а вывод 10 через последовательно соединенные управляемые ключи 7 и 8 соединен с другим полюсом генератора 5 постоянного тока. Первый вход 11 блока 6 управления соединен с выходом устройства (на чертеже не показано) формирования N-битовых сигналов импульсного управления яркостью свечения элементов 2 МСЭ 1. Второй 12 и третий 13 входы блока 6 управления служат для подачи соответственно сигнала тактовой частоты и кадрового сигнала. Управляющие входы управляемых ключей 3.1-3.Р, 4.1-4.Q, 7 и 8 подключены к соответствующим выходам блока 6 управления, который может быть выполнен на базе микроконтроллера.

Предложенный способ может быть осуществлен с использованием другой, известной в данной области техники элементной базы, а именно сдвиговых регистров, управляемых затворок и т.д. (см., например, заявки ЕР-А2-№1148466, 2001, ЕР-А2-№1087365, 2001).

Способ управления яркостью свечения элементов 2 МСЭ 1 осуществляется следующим образом. Дня каждого кадра воспроизводимого изображения сигнал яркости, соответствующий каждому элементу 2 МСЭ 1, преобразуют в N-битовый сигнал импульсного управления яркостью свечения соответствующего элемента 2 МСЭ 1 в соответствующем кадре, который включает m старших и l=(N-m)<2^m младших бит, при этом значения m и l соответствуют требуемому числу - Г уровней градации яркости свечения элементов 2 МСЭ 1, определяемому из соотношения Г=2 ^l·(2^m-1). Для этого амплитуду сигнала яркости каждого элемента 2 МСЭ 1 в соответствующем кадре сначала (с использованием известных средств импульсно-кодовой модуляции телевизионного сигнала, см., например, Г.В.Мамчев, Основы цифрового телевидения, СибГУТИ, Новосибирск, 2003, с.28-34) подвергают 2^m -1 уровневому квантованию с шагом U₀ и m-разрядному кодированию каждого уровня квантования. При этом одновременно выделяют из амплитуды сигнала яркости каждого элемента 2 МСЭ 1 компоненту, величина которой меньше шага - U₀ квантования. Затем каждую из упомянутых выше компонент, выделенных из соответствующих амплитуд сигналов яркости элементов 2 МСЭ 1, подвергают 2^l-1 уровневому квантованию с шагом U₁= U₀·2^-l и кодированию каждого из полученных 2^l-1 уровней квантования комбинацией активных значений (например, соответствующего символу "1" электрического импульса) l младших бит N-битоваго сигнала импульсного управления, при этом активному значению каждого i-го бита, где i=1, 2,..., l, соответствует уровень квантования, имеющий значение - U₀·2^-i.

Для иллюстрации вышесказанного на фиг.1 графически показано формирование кодов (кодовых комбинаций) в случав l=3 младших бит N-битового сигнала импульсного управления яркостью свечения элементов 2 МСЭ 1 с определяемыми символом "1" активными значениями, равными соответственно значениям U₀·2^-1; U₀·2^-2 и U₀·2^-3, для семи (2³ -1) уровней квантования U₁₁, U₁₂, U₁₃, U₁₄, U₁₅, U₁₆, U₁₇, расположенных между S·( U₀) и (S+1)·( U₀), где S=1, 2,..., (2^m-1) уровнями квантования, расположенных с шагом, равным U_0, и имеющих m-разрядный код, определяемый двоичной комбинацией m старших бит.

После этого осуществляют импульсное управление яркостью свечения элементов 2 МСЭ 1, при этом в соответствии с сформированным для каждого элемента 2 МСЭ 1 N-битовым сигналом импульсного управления яркостью его свечения в соответствующем кадре воспроизводимого изображения пропускают через него соответствующее кодовой комбинации старших m бит его N-битового сигнала импульсного управления количество Т 2^m-1 импульсов тока одинаковой длительности - t, постоянной амплитуды и частоты следования. Кроме того, в соответствии с количеством и комбинацией активных значений l младших бит этого же N-битового сигнала импульсного управления дополнительно пропускают через этот же элемент 2 МСЭ 1 (равное количеству активных значений его l младших бит) импульсы тока той же амплитуда и частоты следования, но с длительностью t_i= t·2^-i, зависящей от порядкового номера i=1, 2, 3, ..., l младших бит, имеющих активное значение, например, соответствующее символу "1". Таким образом, за время одного кадра через каждый элемент 2 МСЭ 1 пропускают две группы импульсов тока с одинаковой амплитудой и частотой следования, но имеющих в одной группе одну и ту же длительность t, а в другой группе импульсы тока имеют разную длительность t_i= t·2^-i, при этом суммарная длительность импульсов тока длительностью t и t_i за время одного кадра прямо пропорциональна яркости свечения соответствующего элементе 2 МСЭ 1 в соответствующем кадре воспроизводимого изображения. При пропускании каждого импульса тока через соответствующий элемент 2 МСЭ 1 происходит излучение импульса света с длительностью, равной длительности протекающего через элемент 2 импульса тока. Иными словами, импульсам тока длительностью t соответствуют временные интервалы - t излучения света (большие изменения яркости свечения элементов 2 в соответствующем кадре воспроизводимого изображения), а импульсам тока длительностью t_i соответствуют временные интервалы t_i излучения света (меньшие изменения яркости свечения элементов 2 в соответствующем кадре воспроизводимого изображения).

Иллюстрацией вышесказанного является описание работы представленного на фиг.2 простейшего варианта выполнения устройства, реализующего предложенный способ управления яркостью свечения элементов 2 МСЭ 1. В блоке 6 управления осуществляется раздельное декодирование (аналогично тому, как описано в патенте EP-А2-№1132883, 2001) старших и младших бит поступающих на его вход 11 N-битовых сигналов импульсного управления яркостью свечения элементов 2 первой строки МСЭ 1. В результате декодирования кодовой комбинации, соответствующей старшим битам каждого из указанных выше N-битовых сигналов импульсного управления, определяют количество импульсов тока длительностью t, которое необходимо пропустить через соответствующие элементы 2 первой строки МСЭ 1 за время одного кадра. Аналогично в результате декодирования кодовой комбинации, соответствующей младшим битами каждого из указанных выше N-битовых сигналов импульсного управления, определяют, какие импульсы, соответствующие группе из l импульсов меньшей длительностью t_i по сравнению с t, необходимо пропустить через соответствующие элементы 2 первой строки МСЭ 1 за время одного кадра воспроизводимого изображения.

В соответствии с поступающим на вход 12 блока 6 управления сигналом тактовой частоты осуществляют замыкание управляемого ключа 8 на время t с постоянной во времени частотой следования. В исходном состоянии (перед приходом очередного кадрового импульса) все управляемые ключи 3.1-3.Р блока 3 коммутации горизонтальных шин и все управляемые ключи 4.1-4.Q блока 4 коммутации вертикальных шин находятся в разомкнутом положении, а управляемый ключ 7 - в замкнутом положении. С приходом очередного кадрового импульса замыкают управляемый ключ 3.1. В результате осуществляется выборка элементов 2 первой строки МСЭ 1. Одновременно замыкают управляемые ключи 4.1-4.Q, соединенные с теми вертикальными шинами МСЭ 1, к которым подключены элементы 2 первой строки МСЭ 1, излучающие в данном кадре, по крайней мере, один импульс света длительностью t.

Формируемые с помощью управляемого ключа 8 импульсы тока длительностью t постоянной амплитуды и частотой следования через находящиеся в замкнутом положении управляемые ключи блока 4 коммутации вертикальных шин пропускают через излучающие свет в данном кадра элементы 2 первой строки МСЭ 1. Одновременно в блоке 6 управления производится подсчет импульсов тока длительностью t, пропущенных через соответствующие элементы 2 первой строки МСЭ 1. После того, как через элемент 2 первой строки МСЭ 1, подключенный, например, к вертикальной шине ВШ Q, будет пропущено количество импульсов тока длительностью t, соответствующее кодовой комбинации старших бит его N-битового сигнала импульсного управления, управляющий ключ 4.Q размыкают. Аналогично обеспечивается пропускание определяемого соответствующей кодовой комбинацией старших бит количества импульсов тока длительностью t и через другие элементы 2 первой строки МСЭ 1. После формирования с помощью управляемого ключа 8 первой серии (в данном кадре) из (2^m-1) импульсов тока длительностью t осуществляют с помощью управляемых ключей 7 и 8 формирование первой серии из l импульсов тока с убывающей в соответствии с зависимостью t_i= t·2^-i, где i=1, 2,..., l, длительностью t_i. Для этого при разомкнутых управляемых ключах 7 и 8 замыкают те управляемые ключи блока 4 коммутации вертикальных шин, которые соединены с теми вертикальными шинами, к которые подключены элементы 2 первой строки МСЭ 1, излучающие в данном кадре импульс света с длительностью t₁= t·2^-1.

Иными словами, те элементы 2 первой строки МСЭ 1, имеющие активное значение первого младшего бита в соответствующем им N-битовом сигнале импульсного управления. Управляемый ключ 7 переводят в замкнутое положение одновременно с управляемым ключом 8, а размыкание управляемого ключа 7 осуществляют раньше - через интервал времени, равный t₁= t·2^-1.

Аналогично путем ограничения времени протекания импульсов тока с длительностью t через соответствующие элементы 2 первой строки МСЭ 1 формируют из той же последовательности импульсов тока длительностью t последовательность импульсов тока меньшей длительностью, а именно t_i= t·2^-i. При этом частота следования импульсов тока меньшей длительностью (по сравнению с t) и их амплитуда остаются такими же, как и при формировании импульсов тока длительностью t.

Аналогично через элементы 2 первой отроки МСЭ 1, имеющие активное значение второго младшего бита в соответствующем им N-битовом сигнале импульсного управления, пропускают импульс тока с длительностью t₂= t·2^-2, а затем импульс тока длительностью t₃= t·2^-3 и т.д. до i=l. После формирования в данном кадре первых (2^m-1+l) импульсов тока управляемый ключ 3.1 размыкают, а управляемый ключ 3.2 замыкают. Иными словами, осуществляют выборку элементов 2 второй строки МСЭ 1 и описанный выше процесс управления яркостью свечения теперь уже элементов 2 второй строки МСЭ 1 повторяется.

Здесь необходимо отметить, что описанная выше последовательность обработки N-битовых сигналов импульсного управления не является единственно возможной. Действительно, сначала осуществляют пропускание импульсов тока с длительностью t через соответствующие элементы 2 последовательно первой, затем второй и т.д. до Р-ой строки МСЭ 1. Затем в той же последовательности пропускают импульсы тока меньшей длительности t_i.

Преимущество предложенного способа управления яркостью свечения элементов 2 МСЭ 1 перед известным, взятым в качестве прототипа, можно наглядно продемонстрировать на конкретном числовом примера. Число уровней градации яркости свечения элементов 2 МОЭ 1 в случае 16-битового сигнала при m=5, а l=11 равно Г=2^l·(2^m-1)=2¹¹ ·(2⁵-1)=63488. При этом число импульсов тока постоянной амплитуды, необходимых для получения указанного выше числа уровней градации яркости свечения элементов МСЭ, более чем в 1511 раз меньше величины Г и равно 2⁵-1+11=42.

При осуществлении предложенного способа могут быть использованы стандартные электронные компоненты, что обуславливает возможность его широкого использования в системах альтернативного телевидения, где требуется высокое качество воспроизводимых изображений.