[发明专利]时间交错位面脉宽调制数字显示系统

说明书

发明领域

本发明涉及脉宽调制(PWM)技术领域。更具体地，本发明涉及在数字显示器上提供灰度或彩色的方法和设备，在该方法和设备中对权重不同的位进行时间交错，以使得数据带宽的峰值最小。

发明背景

在显示技术中使用PWM形成灰度是众所周知的。用PWM产生灰度的技术可直接应用于在显示技术中用PWM产生彩色的技术。为了避免在无关紧要的细节方面使本发明难于被理解，只相对于黑白灰度显示的形成来描述已有技术和本发明。对本领域普通技术人员而言，这些技术可直接用来形成彩色显示是显而易见的。很容易理解，这种灰度技术可应用于彩色系统以产生强度变化的彩色信号。应认识到彩色也在本发明的技术的范围之内。

在数字显示器上显示图象时，象素不是被“接通”就是被“关闭”。为了形成更富于变化的图象，需要产生可选择的灰度。这种增大了的可变性可用来提供更多的信息或更真实的图象。例如，考虑“接通”象素是白而“关闭”象素是黑情况下的显示。为了获得中间状态，例如灰，可使象素在“接通”和“关闭”之间均等地反复。如果象素显示持续时间足够短，观看者的眼睛/大脑系统就自动地合成该反复象素，从而感觉其为灰图象而不是黑或白图象。为了获得较浅或较深的灰，可以调整象素反复的占空因数使象素接通的时间长一些或短一些。

上一段所描述的技术通常称为脉宽调制(PWM)。众所周知，PWM方案可以是未加权的或是加权的。图1表示普通3位未加权PWM方案。在未加权PWM方案中，象素的图象显示周期(通常称为一个帧)被分成7个相等的时隙。每一个象素在时隙的持续时间内是接通还是关闭的选择可通过写入相应的数据值来实现。可在从0至7的任何个数的时隙的期间内驱动象素。只要帧速率足够高，则对于位的任何排序都将得到相同的强度。因此，在图1的系统中，有8个不同的强度级，其范围从在所有时隙的期间内关闭象素至在所有时隙的期间内接通象素。

图2表示普通二进制加权8位PWM方案。在这种PWM方案中，每一个事件的持续时间是不相同的，后一事件的持续时间是前一事件的持续时间的一半。这样就能够利用普通二进制编码来选择象素的强度。在一般加权的情况下，帧周期被分成N个事件，通过对位加权来选择每一事件的持续时间。在N个位的系统中，帧周期被分成1/2n-1个时间间隔，这里n={0,N}，全部时间间隔之和是1/2+1/4+…+1/2N。持续时间最短的事件(相应于最低有效位)是帧周期/(2^N-1)。因此，图2所示的PWM方案在从黑至白的范围内有256(0至255)种灰度级可供选择。

已把本发明设计成可应用于包括按行和列的阵列排列的许多象素的显示系统。这种系统包括1024行象素，每一行具有按列排列的1280个象素。把显示数据装入1280个寄存器，然后把这些数据写入显示器。用移位寄存器顺序地存储一行象素的数据。把一行数据装入这些移位寄存器的可供使用的时间是Λ/(行数#)，这里Λ是象素显示持续时间，而行数#在本例子中是1024。因此，把数据提供给这些移位寄存器的电子电路所需的数据总线峰值带宽是(行数#)/Λ×1280。很容易理解，系统的成本随着峰值带宽需求的增大而显著增大。

按照PWM方式的常规做法，首先装入和显示持续时间最长的事件Λ₁的数据，然后装入和显示持续时间次最长的事件Λ₂的数据，依此类推，直到装入和显示持续时间最短的事件Λ_N的数据为止。因为必需在持续时间最短的事件Λ_N的时间内装入并接着显示全部1024个数据位，所以这就是系统带宽的限制因素。

图3A、3B和3C是利用4位加权灰度来装入和显示一个显示系统的一行象素所需的定时的图形表示。在图3A、3B和3C的该例子中，灰度数据是4位，所以有16种不同的灰度级。在图3A的图形表示中，水平轴表示时间，而垂直轴表示用来显示显示器的一个行的线。应认识到对显示器的每一列要重复图3A的时间轴，以便形成一个帧的完整图象。一旦显示了一帧，形成一帧的过程就无限地重复下去，以便形成显示序列中的每一个后续帧。

按照常规做法，顺序地把所有行的位3(持续时间最长的位)的数据装入显示器。在如图3A简要所示的事件的持续时间内显示数据。一旦位3的持续时间结束，就把位2的数据写入显示器。一旦位2的持续时间结束，就把位1的数据写入显示器。一旦位1的持续时间结束，就把位0的数据写入显示器。最后，一旦位0的持续时间结束，就把下一帧的位3的数据写入显示器。显示位3的数据的这一过程必需在位0的事件的持续时间内结束。