CN108806615B - 一种针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法及装置，该方法根据电润湿显示器的驱动波形和驱动芯片的特点，确定电润湿显示器的像素数据编码方式，使电润湿显示器在现有驱动芯片实现灰度等级有限的情况下实现更高灰阶的显示。
Description
技术领域
本发明涉及电子显示领域，特别是一种针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法及装置。
背景技术
近年来，由于对显示器低功耗和户外阅读的需求越来越强，而使反射式显示器件备受关注，其中有一种新型反射式电润湿（电润湿又名电湿润）（Electro Wetting Device，EWD）显示器件，因其是基于加电状态下对极性液体的控制下实现显示，故而相对于其他的反射显示器件而言反应速度较快，同时也能实现高亮度、高对比度、低能耗等优点。但如何在电润湿器件上显示图像甚至视频仍有很大的进步空间。为了能够在电润湿显示器上实现图像和视频的显示，必须能使电润湿器件实现灰度的显示。
电润湿器件又分无源和有源驱动，它们的主要区别在于每个电润湿单元上是否有集成薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT），这两种显示器在驱动上基本类似，但是具有集成TFT的有源器件性能优于一般的无源器件。为了更好的实现电润湿显示器的多灰度动态显示，需要采用有源电润湿显示器，而采用有源电润湿显示器就必须要设计出符合电润湿特性的后级驱动芯片实现电润湿显示器的多灰度动态刷新显示。
由于电润湿还处在实验室研发阶段，目前还没有一款针对电润湿显示器的专用驱动芯片以实现显示器的多灰度动态显示。而目前市面上相对比较适合电润湿显示器的可替代驱动芯片可实现的灰度等级太低，一般只有2-4个灰度等级，这样远远不能达到电润湿显示器的灰度显示要求。所以在研发出专用驱动芯片之前需要在已有的驱动芯片的基础上通过软件的方式来弥补硬件的不足。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提出一种针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法及装置，在现有的低灰度驱动芯片的基础上实现了更高灰度的显示，从而弥补目前专用多灰度调制驱动芯片的空白。
本发明采用以下方案实现：一种针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：确定不同灰度等级驱动波形的组成方式；
步骤S2：根据灰度驱动芯片确定输入数据与输出电压的对应关系；
步骤S3：根据步骤S1与步骤S2确定像素数据编码方式，并根据所述编码方式将原始像素帧编码成一个以上的驱动子帧；
步骤S4：将步骤S3产生的驱动子帧在时序信号的控制下输入到所述灰度驱动芯片中并解码输出相应的电压；
步骤S5：将步骤S4得到的电压输入所述电润湿显示器的像素电极，步骤S4得到的电压与所述电润湿显示器的行控制电压共同作用，使得电润湿显示器的像素单元的非极性流体产生收缩，进而实现输入灰度数据在现有的灰度驱动芯片的基础上输出精准的目标灰度等级调制。
进一步地，步骤S2中，所述灰度驱动芯片为电泳式电子纸灰度驱动芯片。
较佳的，所述驱动子帧的个数由驱动波形决定，驱动子帧的像素数据位数由驱动芯片的输入输出接口特点决定；
所述驱动子帧的个数由驱动波形的子帧或子场个数N frame 决定，所述驱动子帧的像素数据位数由所述灰度驱动芯片的输入数据位数N bit 决定。
本发明还提供了一种基于上文所述的针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法的装置，包括主控制单元、灰度驱动芯片、以及电润湿显示器；所述主控制单元包括时序控制单元、像素数据缓存单元、编码单元、驱动数据缓存单元、以及行列接口控制单元；
所述像素数据缓存单元用以存储原始图像的像素帧数据；所述编码单元分别与所述像素数据缓存单元、驱动数据缓存单元相连，用以从像素数据缓存单元中读取原始像素帧且进行编码得到一个以上的驱动子帧，并将驱动子帧传输至所述驱动数据缓存单元进行缓存；所述灰度驱动芯片分别与所述驱动数据缓存单元、行列接口控制单元相连，并经所述行列控制单元连接至电润湿显示器的像素电极，用以从所述驱动数据缓存单元中提取驱动子帧数据且进行解码得出相应的电压，并将得到的电压输入电润湿显示器的像素电极；
所述时序控制单元与所述像素数据缓存单元、编码单元、驱动数据缓存单元、以及行列接口控制单元相连，用于对该四个单元进行时序控制。
较佳的，所述时序控制单元为TCON时序控制单元。
较佳的，所述像素数据缓存单元和驱动数据缓存单元可以存储一帧以上像素数据，需要视频显示时可以对缓存单元按视频刷新率进行实时刷新。
所述像素数据缓存单元与驱动数据缓存单元由具有查找表功能的FPGA存储器件或者具有运算功能的集成电路模块构成。
较佳的，所述编码单元可以实现2的n次方灰度数据的编码。
所述编码单元为一种编码表或者具有编码功能的查找表。
进一步地，还包括与主控制单元、灰度驱动芯片、以及电润湿显示器电性相连的电源单元，用以给所述主控制单元、灰度驱动芯片、以及电润湿显示器进行供电。
进一步地，所述电源单元由多电压输出开关电源或者线性稳压电压电路构成。
较佳的，所述主控制单元为具有编程控制功能的单片机CPU、嵌入式CPU、计算机CPU、或者可编程逻辑阵列FPGA等。
较佳的，所述行列接口控制单元包括行扫描驱动接口与列数据输出驱动接口，是一组专门用于控制后级驱动芯片的接口，该单元可以将编码的后的数据传输给后级驱动芯片，并对驱动芯片进行相应的时序控制。
与现有技术相比，本发明有以下有益效果：本发明采用了一种新型像素编码方式，在现有的低灰度驱动芯片的基础上实现了更高灰度的显示，从而弥补目前专用多灰度调制驱动芯片的空白。此外，本发明为该编码方式设计了一套编码***，从而实现***在不需要借助外部设备的基础上实现自动编码与多灰度显示。
附图说明
图1为本发明实施例的像素数据编码及多灰度实现过程框图。
图2为本发明实施例的所设计的驱动波形。
图3为本发明实施例的8灰度等级原始图像帧像素数据与驱动子帧像素数据对应关系。
图4为本发明实施例的3x3的8灰度等级图像的编码表。
图5为本发明实施例的新型像素数据编码装置。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
如图1所示，本实施例提供了一种针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法，具体包括以下步骤：
步骤S1：确定不同灰度等级驱动波形的组成方式；
步骤S2：根据灰度驱动芯片确定输入数据与输出电压的对应关系；
步骤S3：根据步骤S1与步骤S2确定像素数据编码方式，并根据所述编码方式将原始像素帧编码成一个以上的驱动子帧；
步骤S4：将步骤S3产生的驱动子帧在时序信号的控制下输入到所述灰度驱动芯片中并解码输出相应的电压；
步骤S5：将步骤S4得到的电压输入所述电润湿显示器的像素电极，步骤S4得到的电压与所述电润湿显示器的行控制电压共同作用，使得电润湿显示器的像素单元的非极性流体产生收缩，进而实现输入灰度数据在现有的灰度驱动芯片的基础上输出精准的目标灰度等级调制。
图1中，本实施例以带有TFT矩阵背板的电润湿显示器为例，可以通过Source和Gate驱动芯片实现动态扫描显示。在扫描过程中，Source IC根据目标像素的灰度值不同输出不同的驱动波形去驱动像素，从而实现多灰度动态显示。其编码及多灰度形成原理如下：1）根据FPGA从嵌入式***获得的视频数据得到电润湿电子纸的像素灰度；2）根据每个像素的目标灰度设计驱动波形；3）编码单元在时序TCON的控制下根据已设计的驱动波形将获得的视频数据编码成驱动数据；4）驱动数据被传送到源极驱动器（灰度驱动芯片），源极驱动器根据驱动数据解码输出相应的驱动（电压）波形驱动像素。根据电润湿目标像素灰度的不同，源极驱动器会产生不同的驱动波形驱动像素，因此可以实现多灰度显示。
在本实施例中，步骤S2中，所述灰度驱动芯片为电泳式电子纸灰度驱动芯片。
较佳的，在本实施例中，所述驱动子帧的个数由驱动波形决定，驱动子帧的像素数据位数由驱动芯片的输入输出接口特点决定；
所述驱动子帧的个数由驱动波形的子帧或子场个数N frame 决定，所述驱动子帧的像素数据位数由所述灰度驱动芯片的输入数据位数N bit 决定。
本实施例还提供了一种基于上文所述的针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法的装置，包括主控制单元、灰度驱动芯片、以及电润湿显示器；所述主控制单元包括时序控制单元、像素数据缓存单元、编码单元、驱动数据缓存单元、以及行列接口控制单元；
所述像素数据缓存单元用以存储原始图像的像素帧数据；所述编码单元分别与所述像素数据缓存单元、驱动数据缓存单元相连，用以从像素数据缓存单元中读取原始像素帧且进行编码得到一个以上的驱动子帧，并将驱动子帧传输至所述驱动数据缓存单元进行缓存；所述灰度驱动芯片分别与所述驱动数据缓存单元、行列接口控制单元相连，并经所述行列控制单元连接至电润湿显示器的像素电极，用以从所述驱动数据缓存单元中提取驱动子帧数据且进行解码得出相应的电压，并将得到的电压输入电润湿显示器的像素电极；
所述时序控制单元与所述像素数据缓存单元、编码单元、驱动数据缓存单元、以及行列接口控制单元相连，用于对该四个单元进行时序控制。
较佳的，在本实施例中，所述时序控制单元为TCON时序控制单元。
较佳的，在本实施例中，所述像素数据缓存单元和驱动数据缓存单元可以存储一帧以上像素数据，需要视频显示时可以对缓存单元按视频刷新率进行实时刷新。
所述像素数据缓存单元与驱动数据缓存单元由具有查找表功能的FPGA存储器件或者具有运算功能的集成电路模块构成。
较佳的，在本实施例中，所述编码单元可以实现2的n次方灰度数据的编码。
所述编码单元为一种编码表或者具有编码功能的查找表。
在本实施例中，还包括与主控制单元、灰度驱动芯片、以及电润湿显示器电性相连的电源单元，用以给所述主控制单元、灰度驱动芯片、以及电润湿显示器进行供电。
在本实施例中，所述电源单元由多电压输出开关电源或者线性稳压电压电路构成。
较佳的，在本实施例中，所述主控制单元为具有编程控制功能的单片机CPU、嵌入式CPU、计算机CPU、或者可编程逻辑阵列FPGA等。
较佳的，所述行列接口控制单元包括行扫描驱动接口与列数据输出驱动接口，是一组专门用于控制后级驱动芯片的接口，该单元可以将编码的后的数据传输给后级驱动芯片，并对驱动芯片进行相应的时序控制。
图2是本发明实施例所设计的驱动波形的基本设计方式。所述驱动波形由4个子帧组成，且子帧由+15V，0V，-15V三种电压构成。驱动时，可以通过子帧的不同组合方式实现不同的灰度等级。
图3是8灰度等级原始图像帧像素数据与驱动子帧像素数据对应关系。所述原始图像由000-111八种像素数据组成，每种像素数据编码成相应的驱动数据，每种驱动数据由4个3位数据组成。
图4是3x3的8灰度等级图像的编码表。所述编码表根据图3 所示的像素数据对应关系编码而成。每一帧图像可以编码成4个驱动子帧，且每个子帧的像素数据为2位。
图5是本发明实施例的新型像素数据编码装置。所述编码装置包括FPGA主控制器（像素数据缓存单元、驱动数据缓存单元、编码单元、时序控制单元）、行列接口控制单元（行扫描驱动接口、列数据输出驱动接口）、电源单元。所述FPGA主控制器用于实现电润湿显示器的新的像素数据编码装置的编程控制器，主要用于缓存和时序控制；所述像素数据缓存单元用于实现存储原始图像帧数据；所述驱动数据缓存单元用于实现对编码后的驱动子帧进行存储；所述编码单元用于完成从像素数据缓存单元读取数据进行编码，并将编码后的驱动子帧存储在驱动数据缓存单元；所述时序控制单元用于完成数据缓存、编码和输入输出的时序控制；所述行列接口控制单元用于对后级行列驱动芯片进行控制；所述电源单元用于对其他单元模块供电。
本实施例的方法用于在现有低灰度驱动芯片的基础上调整预置脉冲和复位脉冲在电润湿电子纸显示器中的持续时间实现更高灰度等级显示。具体包括以下步骤：根据所设计的驱动波形确定不同灰度等级驱动波形的组成方式。如灰度0驱动波形由4个+15V显示子帧组成；灰度1驱动波形由3个+15V和一个0V显示子帧组成；灰度2驱动波形由2个+15V和2个0V显示子帧组成，其他灰度波形以此类推。
根据Source IC灰度驱动芯片确定输入数据与输出电压的对应关系。以目前各项参数最合适电泳电子纸灰度驱动芯片为例，其输入数据与输出电压的对应关系为：00 =0V；01 = +15V；10 = -15V；如图3所示。
根据所述的驱动波形组成方式和驱动芯片输入数据如输出电压的关系确定像素数据编码方式。如图3所示，当输入原始图像的像素数据是000时，其对应的灰度是0灰度，因此根据所设计的0灰度驱动波形将000编码成01，01，01，01；当输入像素数据是001时，其对应的灰度是1灰度，因此根据所设计的1灰度驱动波形将000编码成00，01，01，01，其他灰度像素输几局以此类推。
根据所述的像素数据编码方式确定一帧原始图像编码成驱动子帧的方式。如图4所示以3x3的8灰度图像为例，一帧图像可以编码成4个驱动子帧，且每个驱动子帧的像素位数是2位，与驱动芯片的输入数据位数相同，驱动子帧的个数是4个，与所设计的驱动波形子帧个数相等。
在本实施例中，主控制器单元由具有编程控制功能的单片机CPU、嵌入式CPU、计算机CPU、或者可编程逻辑阵列FPGA等，本实施例选用可编程逻辑阵列FPGA，用于完成实现电润湿显示器新型像素数据编码装置控制电路***的编程控制，完成数据缓存传输、编码和时序控制等。像素数据缓存单元和驱动数据缓存单元由可寻址的存储单元或者具有缓存功能或者锁存功能的数字逻辑电路构成，缓存器件的空间大小大于等于一帧像素图像和驱动子帧的大小决定，如一帧原始图像的分辨率为800x600，数据位深是8，所以像素数据缓存单元的空间大小至少等于480000字节（800x600x（8/8））。编码单元由具有查找表功能的存储器件、FPGA查找表或者具备运算功能的集成电路构成，本实施例选用Altera FPGA MAX系列芯片EPM7032SC7，采用Verilog语言编写查找表程序，用于实现像素数据与驱动数据的对应关系，如像素数据中某个像素数据111对应驱动10，00，10，10 。时序控制单元以FPGA、单片机或者其他的可编程控制器为平台通过编写相应的软件对成数据缓存、编码和数据输入输出单元进时序控制。行列接口控制单元是一组专门用于控制后级驱动芯片的接口，该单元可以将编码的后的数据传输给后级驱动芯片，并对驱动芯片进行相应的时序控制。电源单元由多电压输出开关电源或者线性稳压电压电路构成，用于为电路装置的各个模块提供所需的工作电压，主要包括数字逻辑电路电压、线性电压放大器单元所需的电压、行扫描器单元所需的电压等。
特别的，本发明实施例中假定的电润湿显示屏为单色显示器，如果所要驱动的电润湿显示器为彩色显示屏时，以上所述的电路实施过程依然可以采用，只不过对于彩色电路来说，还需要再制作另外两套相同的行列驱动电路，其核心内容与上面所述的单色驱动电路***完全一致，只是此时有3路彩色的二进制灰度数据分别作为3路基色列数据的输入，每个基色的列驱动脉冲输出分别接入对应颜色的电润湿显示屏，这样就可以实现彩色显示。
特别的，本发明实施例所假定的电润湿显示屏的分辨率为3x3，本发明实施例方法其实也完全适用于比它高的各种分辨率显示屏，此时所需的行列驱动路数做相应的增减即可。当然如果达到一定分辨率后，所需要的主控器CPU就需要选择更高性能的处理器，才能顺利的处理和控制本电路***，但是不管采用何种芯片，本发明实施例的核心想法不会改变。
特别的，本发明实施例所假设的最高显示灰度为8灰阶，本发明实施例方法其实也完全适用于更高灰度的显示，此时只需增加像素数据缓存单元和驱动数据缓存单元的的空间大小即可。当灰度为16灰阶时，所需的缓存单元在原来的基础上增加1/3。其他灰度以此类推。
特别的，电润湿又名电湿润，本发明中电润湿显示器灰度显示调制方法同样也适用于电湿润显示器。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (7)
1.一种针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤S1：确定不同灰度等级驱动波形的组成方式；
步骤S2：根据灰度驱动芯片确定输入数据与输出电压的对应关系；
步骤S3：根据步骤S1与步骤S2确定像素数据编码方式，并根据所述编码方式将原始像素帧编码成一个以上的驱动子帧；
步骤S4：将步骤S3产生的驱动子帧在时序信号的控制下输入到所述灰度驱动芯片中并解码输出相应的电压；
步骤S5：将步骤S4得到的电压输入所述电润湿显示器的像素电极，步骤S4得到的电压与所述电润湿显示器的行控制电压共同作用，使得电润湿显示器的像素单元的非极性流体产生收缩；
其中，所述驱动子帧的个数由驱动波形的子帧或子场个数N frame 决定，所述驱动子帧的像素数据位数由所述灰度驱动芯片的输入数据位数N bit 决定；
其中，一帧图像的驱动子帧个数与所设计的驱动波形子帧个数相等，每个驱动子帧的像素位数与驱动芯片的输入数据位数相同。
2.根据权利要求1所述的一种针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法，其特征在于：步骤S2中，所述灰度驱动芯片为电泳式电子纸灰度驱动芯片。
3.一种基于权利要求1-2任一项所述的针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法的装置，其特征在于：包括主控制单元、灰度驱动芯片、以及电润湿显示器；所述主控制单元包括时序控制单元、像素数据缓存单元、编码单元、驱动数据缓存单元、以及行列接口控制单元；
所述像素数据缓存单元用以存储原始图像的像素帧数据；所述编码单元分别与所述像素数据缓存单元、驱动数据缓存单元相连，用以从像素数据缓存单元中读取原始像素帧且进行编码得到一个以上的驱动子帧，并将驱动子帧传输至所述驱动数据缓存单元进行缓存；所述灰度驱动芯片分别与所述驱动数据缓存单元、行列接口控制单元相连，并经所述行列控制单元连接至电润湿显示器的像素电极，用以从所述驱动数据缓存单元中提取驱动子帧数据且进行解码得出相应的电压，并将得到的电压输入电润湿显示器的像素电极；
所述时序控制单元与所述像素数据缓存单元、编码单元、驱动数据缓存单元、以及行列接口控制单元相连，用于对该四个单元进行时序控制。
4.根据权利要求3所述的一种基于针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法的装置，其特征在于：所述像素数据缓存单元与驱动数据缓存单元由具有查找表功能的FPGA存储器件或者具有运算功能的集成电路模块构成。
5.根据权利要求3所述的一种基于针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法的装置，其特征在于：所述编码单元为一种编码表或者具有编码功能的查找表。
6.根据权利要求3所述的一种基于针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法的装置，其特征在于：还包括与主控制单元、灰度驱动芯片、以及电润湿显示器电性相连的电源单元，用以给所述主控制单元、灰度驱动芯片、以及电润湿显示器进行供电。
7.根据权利要求6所述的一种基于针对电润湿显示器的新型像素数据编码方法的装置，其特征在于：所述电源单元由多电压输出开关电源或者线性稳压电压电路构成。
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