CN105991981B - Mems显示控制***及方法和显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种MEMS显示控制***，其实现了视频处理模块，可以支持色彩空间转换，实现了MEMS驱动，利用控制单元内编程的各模块功能，将大大简化硬件设计，所有的视频流和控制流都在控制单元内完成，这将极大地降低功耗，提高显示质量，并使输出能达到1080P的高清视频，从而解决了目前传统方案的功耗高、***成本高而分辨率低的问题。

Description

MEMS显示控制***及方法和显示设备

技术领域

本发明涉及投影技术，特别是涉及一种MEMS显示控制***及方法和显示设备。

背景技术

微型投影显示的核心是显示光电集成芯片，以及包括光源在内的微型投影光机***，其中常见的也是目前相对较为成熟的四种主流微型投影技术包括：MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微机械式光扫描微投影)、LCD(Liquid Crystal Display，透射微投影)、DLP(Digital Light Procession，数字光学处理技术)和LCoS(Liquid Crystalon Silicon，硅基液晶技术)反射式微投影。

传统的三片式LCD投影显示，由于要考虑至微型投影的微型化和低成本，LCD透射微投影主要采用单片式白光光源通过三色色彩空间合成的成像机制，光机***也相对简单、成本较低，投影机的光源则采用了成本相对较低的单片式白光单色光源为主。不过由于偏光的问题，芯片功耗虽然得到了很好的控制，但是光利用于较其他芯片偏低，另外也受到了微加工工艺的限制，在进一步缩小尺寸的同时要提高分辨率也比较困难。

DLP反射微投影采用红绿蓝三色色彩分时成像机制，在消除扫描影像缺陷的同时，延承了MEMS光扫描微投影的高光效率特征，而光机***较MEMS光扫描微投影略为复杂。业界认为，配合红绿蓝三色LED(Light Emitting Diode)光源是DLP微显示芯片的最佳组合，高速的DLP像素灰度调制结合LED光源三色分时，可以实现较高的光效率和成像效果。基于高速微机械电调制，DLP微显示芯片及其驱动芯片的功耗相比之下偏高，抵消了部分光利用率的优势，另外，由于芯片制造工艺的复杂和知识产权的约束，***成本居高不下。

LCoS反射微投影采用了单芯片解决方案，大大的降低了投影机***设计难度和成本，而光源则有红绿蓝三色色彩分野和白光空间三色合成两种，其中白光空间三色合成是配合与LCoS微显示芯片像素——对应的RGB三色真彩点阵膜来实现，相对三色色彩分时而言其光效率较低，***整体功耗上较高。

MEMS激光微投影技术主要延承了上世纪曾经流行的激光扫描背投电视技术，其以三色激光光源的色彩分时为色彩组合机制，通过动态调制MEMS微镜反射色彩分时光源实现空间扫描，配合同步调制红绿蓝光源亮度来实现动态色彩灰度画面，其拥有投影光机***简单和光损失率低等突出优点，但是目前其控制***较为复杂。

发明内容

本发明目的在于提供一种MEMS显示控制***，旨在解决传统的MEMS显示***构架十分复杂，导致***成本高昂，并容易引入干扰噪声，影响最终的显示质量的问题。

本发明提供了一种MEMS显示控制***，包括视频缓冲器、LDD芯片、激光LED、MEMS以及MEMS反光镜，还包括可编程的控制单元，所述控制单元包括：

视频接口模块，用于接收所述视频缓冲器输出的视频信号；

视频处理模块，用于对所述视频信号进行处理；

接口驱动模块，从处理后的所述视频信号提取HS信号和VS信号以生成用于驱动所述MEMS的MEMS信号，读取该MEMS信号中的扫描信号，使视频信号中的像素时钟与该扫描信号时刻同步，同时输出相应像素的视频信号到所述LDD芯片驱动所述激光LED的开关和亮暗，所述MEMS反光镜在所述MEMS的带动下，将激光LED投射的光线逐行反射出去。

本发明还提供了一种MEMS显示控制方法，该方法包括以下步骤：

接收视频信号，并对所述视频信号进行处理；

从处理后的所述视频信号提取HS信号和VS信号以生成用于驱动MEMS的MEMS信号；

读取该MEMS信号中的扫描信号，使视频信号中的像素时钟与该扫描信号时刻同步，同时输出相应像素的视频信号到LDD芯片驱动激光LED的开关和亮暗；

MEMS反光镜在所述MEMS的带动下，将激光LED投射的光线逐行反射出去。

本发明还提供了一种显示设备，包括权利要求上述的MEMS显示控制***。

上述的MEMS显示控制***的控制单元可以支持色彩空间转换和MEMS驱动，将视频数据根据MEMS的显示时序进行整理后数字信号输出给LDD以驱动三基色激光LED；从视频数据信号中提取出时钟、行同步、场同步，经过处理后驱动MEMS使输出的图像正确地显示出来，利用控制单元内编程的各模块功能，将大大简化硬件设计，所有的视频流和控制流都在控制单元内完成，这将极大地降低功耗，提高显示质量，从而解决了目前传统方案的功耗高、***成本高而分辨率低的问题。

附图说明

图1为本发明较佳实施例中MEMS显示控制***的结构示意图；

图2为MEMS扫描图像的方式示意图；

图3为传统的MEMS显示控制***扫描时中像素时钟和像素的对比图；

图4为图1中的MEMS显示控制***扫描时中像素时钟和像素的对比图。

具体实施方式

为了使本发明要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明较佳实施例中显示***中设置的MEMS显示控制***，MEMS显示控制***包括电源管理模块100、视频缓冲器200、LDD(Laser Diode Driver，激光器驱动)LDD芯片300、激光LED 400、MEMS 500、MEMS反光镜600和还包括控制单元700，所述控制单元700包括控制整个控制单元700执行各种功能的中央处理器模块710、视频接口模块720、视频处理模块730、接口驱动模块740和通用I/O口750。

视频接口模块720与视频缓冲器200连接，用于接收视频缓冲器200输出的视频信号；视频处理模块730与视频接口模块720连接，用于对视频信号进行处理；接口驱动模块740与视频处理模块730连接，从处理后的视频信号提取HS信号(行同步信号)和VS信号(场同步信号)以生成用于驱动MEMS 500的MEMS信号，读取该MEMS信号中的扫描信号，使视频信号中的像素时钟与该扫描信号时刻同步同时输出相应像素的视频信号到LDD芯片300驱动激光LED 400的开关和亮暗，激光光线投射到MEMS反光镜600上，MEMS反光镜600在MEMS 500的带动下，将激光LED 400投射的光线逐行反射出去。

其中，视频处理模块730从视频接口模块720获取到视频信号时，判断其为RGB信号还是YCbCr信号，如果是RGB信号将直接被存储到缓冲器；如果是YCbCr信号，先转换成RGB信号后存储到缓冲器。YCbCr信号进行色彩空间换成RGB信号满足以下公式：

视频处理模块730对视频信号进行处理还包括：小波滤波降噪，帧间对比降噪，图像缩放，RGB色彩对比度、亮度、饱和度调节，图像的镜像和反转，梯形失真校正，桶形失真校正。

然后把RGB信号数据根据MEMS 500的显示时序进行整理后数字信号输出给LDD以驱动三基色激光LED 400；

从RGB数字信号中提取出像素时钟、HS信号、VS信号，经过处理后驱动MEMS 500使输出的图像正确地显示出来，传统的MEMS扫描图像的方式如图2。

由图2中可以看出，MEMS扫描和传统CRT方式的扫描不同，MEMS 500正向扫描和回扫时都打开LD，显示图像内容，只有在垂直下移时关闭LD，没有图像。

驱动MEMS 500另一个问题是视频时序的变化，因为在获取图像时，采样的速度是恒定不变的，而MEMS扫描显示图像，在每一行的开始和结束时，由于物理惯性，MEMS 500需要加速和减速，这就导致像素时钟和MEMS 500的运动不同步，出现像素堆积的问题，表现到图像上就是水平方向边沿亮度高且图像压缩和坐标失真，如图3所示。

为了应对以上问题，本实实施方式将对像素时钟重新整理。接口驱动模块740使视频信号的像素时钟与该扫描信号时刻同步具体为：在行扫描时，将视频信号的像素时钟根据MEMS信号中的慢扫描信号和快扫描信号的速率调整，使每个时钟边沿只对应一个像素。更具体地，在行扫描开始时将像素时钟根据MEMS 500的慢扫描的速率调整，使每个像素时钟边沿只对应一个像素，同样在行中间和行结束阶段也进行同步，使像素能均匀地排列在MEMS 500反射镜的每一行上，那么反射出来的图像就是正常的了。参考图4。

至此，输入的视频经过控制单元700的图像处理后，由分离出的HS信号和VS信号生成驱动MEMS的MEMS信号，同时读取MEMS 500输出的慢扫描和快扫描信号，使像素时钟与之同步后同时输出相应像素的RGB数字信号到LDD芯片300驱动激光LED 400的开关和亮暗，激光光线投射到MEMS反光镜600上，在MEMS 500的带动下，将光线逐行反射出去，重新组合成一幅图像，因为所有的图像处理都是运行在FPGA内部的硬件算法，所以只要运行速度可以足够快，就可以刷新出无抖动的高分辨率视频图像。

另外，控制单元700根据内部资源可以将该通用I/O口750分配为UART、I2C、SPI或USB通用接口，以备扩展其他功能。

本实施例中，控制单元700为FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)，FPGA通过编程来实现了数字视频输入接口，可以支持数字RGB、HDMI、BT656、BT601等数字信号。在其他实施例中，控制单元700还可以为PAL(Programmable ArrayLogic，可编程逻辑器件)、GAL(Generic Array Logic，通用阵列逻辑器件)、CPLD(CPLD(Complex Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)，利用FPGA内编程的各模块功能，将大大简化硬件设计，所有的视频流和控制流都在FPGA内完成，这将极大地降低功耗，提高显示质量，并使输出能达到1080P的高清视频，从而解决了目前传统方案的功耗高、***成本高而分辨率低的问题。

电源管理模块100主要负责向控制单元700、LDD芯片300和MEMS 500供电，至少需要稳定输出2A电流，因为当输出图像为全屏白色时，RGB三基色激光LED 400的功率达到最大值，根据选用的LD(半导体激光器，Laser Diode)和LDD芯片300不同，其最大发光强度不同，所以最大功率值不同，但至少需要1A的电流供应；当输出图片为全屏黑色时，RGB三基色激光LED400全部关闭，此时功耗最小，整个***功耗不超过100mA；所以电源管理模块100要求保证电流在瞬时变化时电压输出要保持稳定。

此外，还提供了一种MEMS 500显示控制方法，该方法包括以下步骤：

接收视频信号，并对视频信号进行处理；

从处理后的视频信号提取HS信号和VS信号以生成用于驱动MEMS 500的MEMS信号；

读取该MEMS信号中的扫描信号，使视频信号中的像素时钟与该扫描信号时刻同步，同时输出相应像素的视频信号到LDD芯片300驱动激光LED 400的开关和亮暗；

MEMS反光镜600在MEMS 500的带动下，将激光LED 400投射的光线逐行反射出去。

进一步地，使视频信号中的像素时钟与该扫描信号时刻同步具体为：

在行扫描时，将视频信号的像素时钟根据MEMS信号中的慢扫描信号和快扫描信号的速率调整，使每个时钟边沿只对应一个像素。

进一步地，获取到视频信号时，判断其为RGB信号还是YCbCr信号，如果是RGB信号将直接被存储到缓冲器；如果是YCbCr信号，先转换成RGB信号后存储到缓冲器。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元完成，即将装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述装置中单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种MEMS显示控制***，包括视频缓冲器、LDD芯片、激光LED、MEMS以及MEMS反光镜，其特征在于，还包括可编程的控制单元，所述控制单元包括：

视频接口模块，用于接收所述视频缓冲器输出的视频信号；

视频处理模块，用于对所述视频信号进行处理；

接口驱动模块，从处理后的所述视频信号提取HS信号和VS信号以生成用于驱动所述MEMS的MEMS信号，读取该MEMS信号中的扫描信号，使视频信号中的像素时钟与该扫描信号时刻同步，同时输出相应像素的视频信号到所述LDD芯片驱动所述激光LED的开关和亮暗，所述MEMS反光镜在所述MEMS的带动下，将激光LED投射的光线逐行反射出去；

所述接口驱动模块使视频信号中的像素时钟与该扫描信号时刻同步具体为：

在每一行的行扫描开始时和行扫描结束阶段，像素时钟根据MEMS信号中的慢扫描信号进行速率调整，在每一行的行扫描过程中，像素时钟根据MEME信号中的快扫描信号进行速度调整，使每个像素时钟边沿只对应一个像素。

2.如权利要求1所述的MEMS显示控制***，其特征在于，所述视频处理模块从所述视频接口模块获取到视频信号时，判断其为RGB信号还是YCbCr信号，如果是RGB信号将直接被存储到缓冲器；如果是YCbCr信号，先转换成RGB信号后存储到缓冲器。

3.如权利要求2所述的MEMS显示控制***，其特征在于，所述视频处理模块对所述视频信号进行处理还包括：小波滤波降噪，帧间对比降噪，图像缩放，RGB色彩对比度、亮度、饱和度调节，图像的镜像和反转，梯形失真校正，桶形失真校正。

4.如权利要求1所述的MEMS显示控制***，其特征在于，所述控制单元还包括通用I/O口，所述控制单元根据内部资源可以将该通用I/O口分配为UART、I2C、SPI或USB通用接口。

5.一种MEMS显示控制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

接收视频信号，并对所述视频信号进行处理；

从处理后的所述视频信号提取HS信号和VS信号以生成用于驱动MEMS的MEMS信号；

读取该MEMS信号中的扫描信号，使视频信号中的像素时钟与该扫描信号时刻同步，同时输出相应像素的视频信号到LDD芯片驱动激光LED的开关和亮暗；

MEMS反光镜在所述MEMS的带动下，将激光LED投射的光线逐行反射出去；

所述使视频信号中的像素时钟与该扫描信号时刻同步具体为：

在每一行的行扫描开始时和行扫描结束阶段，像素时钟根据MEMS信号中的慢扫描信号进行速率调整，在每一行的行扫描过程中，像素时钟根据MEME信号中的快扫描信号进行速度调整，使每个像素时钟边沿只对应一个像素。

6.如权利要求5所述的MEMS显示控制方法，其特征在于，获取到视频信号时，判断其为RGB信号还是YCbCr信号，如果是RGB信号将直接被存储到缓冲器；如果是YCbCr信号，先转换成RGB信号后存储到缓冲器。

7.如权利要求6所述的MEMS显示控制方法，其特征在于，所述视频处理模块对所述视频信号进行处理还包括：小波滤波降噪，帧间对比降噪，图像缩放，RGB色彩对比度、亮度、饱和度调节，图像的镜像和反转，梯形失真校正，桶形失真校正。

8.一种显示设备，其特征在于，包括权利要求1至4任一项所述的MEMS显示控制***。