一种打散脉冲的脉宽调制方法与流程

1.本发明涉及led显示技术领域，更具体地说，涉及一种打散脉冲的脉宽调制方法。


背景技术：

2.在led显示应用中，一般采用数字脉宽调制(pwm)信号来控制led像素点的显示亮度。受限于系统最高时钟频率的限制，如果像素点显示的灰阶数很高的话，例如16bit数据有65536种灰阶，对应的刷新率就会很低，刷新周期为灰阶数*时钟周期。而较低的刷新率会影响高动态画面的显示，并使画面有人眼可察觉的闪烁感，这势必会影响显示效果，也给人眼带来不适感，降低用户的使用满意度。


技术实现要素：

3.本发明要解决的技术问题在于当像素点显示的灰阶数高、刷新率低时，影响高动态画面的显示，并使画面有人眼可察觉的闪烁感，这势必会影响显示效果，也给人眼带来不适感，降低用户的使用满意度，针对现有技术的上述的缺陷，提供一种打散脉冲的脉宽调制方法，包括步骤：
4.获取n位pwm灰阶数据；
5.将n位pwm灰阶数据输入到加法器的一端，将加法器的输出端分为m+1位高位组合n-m位低位组，将加法器的输出端的n-m位低位组数据反馈到加法器的另一端；
6.将加法器的输出端m+1位高位组数据，作为子pwm信号产生模块的输入，产生打散脉冲后的子pwm信号；
7.其中n为自然数，为输入的pwm信号的灰阶位数，m为小于n的自然数，为打散后的子pwm信号的灰阶位数。
8.优选地，所述获取n位pwm灰阶数据的步骤包括：
9.获取数据；
10.对所述数据进行处理，处理后得到n位pwm灰阶数据。
11.优选地，所述pwm信号包括：黑白显示的灰度信号。
12.优选地，所述pwm信号包括：彩色显示的红、绿、蓝的亮度信号。
13.优选地，所述子pwm信号产生模块包括：接收模块和输出模块。
14.优选地，所述对所述数据进行处理，处理后得到n位pwm灰阶数据的步骤具体包括：
15.将色度数据分解为rgb数据，并通过截取或者补齐的方式将rgb数据转换为需要的n位；
16.色度信号中提取亮度信号，并通过截取或补齐调整为n位。
17.优选地，所述接收模块用于接收来自加法器的m+1位的高位数据。
18.优选地，所述输出模块用于输出高电平和低电平。
19.优选地，所述打散脉冲后的子pwm信号指的是：所述高电平和低电平。
20.优选地，所述n的数值由输入的pwm灰阶数据决定，m的数值由时钟频率、输入的pwm
灰阶数据的位数，以及打散后的目标刷新频率决定。
21.实施本发明的打散脉冲的脉宽调制方法，具有以下有益效果：通过首先获取n位pwm灰阶数据；然后将n位pwm灰阶数据输入到加法器的一端，将加法器的输出端分为m+1位高位组合n-m位低位组，将加法器的输出端的n-m位低位组数据反馈到加法器的另一端；再将加法器的输出端m+1位高位组数据，作为子pwm信号产生模块的输入，产生打散脉冲后的子pwm信号；其中n为自然数，为输入的pwm信号的灰阶位数，m为小于n的自然数，为打散后的子pwm信号的灰阶位数；结构简单可靠；避免采用复杂的尾数补偿算法；spwm子周期具有很好的均匀度，有利于改善led显示的效果。
附图说明
22.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
23.图1是本发明打散脉冲的脉宽调制方法流程图；
24.图2是现有技术中pwm信号与spwm信号示意图；
25.图3是现有技术中pwm信号转spwm信号所采用的尾数补偿的数学模型示意图；
26.图4是本发明打散脉冲的脉宽调制方法中采用的pwm信号转spwm信号的框架示意图。
27.图5是本发明打散脉冲的脉宽调制方法中采用的pwm信号转spwm信号的数学模型示意图。
具体实施方式
28.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
29.需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后
……
)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。
30.另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
31.pwm(pulse width modulation)一般指脉冲宽度调制。脉冲宽度调制是一种模拟控制方式，根据相应载荷的变化来调制晶体管基极或mos管栅极的偏置，来实现晶体管或
mos管导通时间的改变，从而实现开关稳压电源输出的改变。这种方式能使电源的输出电压在工作条件变化时保持恒定，是利用微处理器的数字信号对模拟电路进行控制的一种非常有效的技术。广泛应用在从测量、通信到功率控制与变换的许多领域中。
32.脉宽调制(pwm)基本原理是：控制方式就是对逆变电路开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等但宽度不一致的脉冲，用这些脉冲来代替正弦波或所需要的波形。也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按一定的规则对各脉冲的宽度进行调制，既可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。
33.一个影像可被定义是一个二维的函数f(x,y)，其中x和y是空间平面坐标,在任意一对坐标轴(x,y),f的大小称为这幅影像在该点的强度(intensity)或灰阶(graylevel)也即，灰阶是指地物电磁波辐射强度表现在黑白影像上的色调深浅的等级，是划分地物波谱特征的尺度。一般性定义所谓灰阶，是将最亮与最暗之间的亮度变化，区分为若干份。以便于进行信号输入相对应的屏幕亮度管控。
34.请参阅图1，为本发明打散脉冲的脉宽调制方法流程图。如图1所示，在本发明第一实施例提供的打散脉冲的脉宽调制方法中，包括步骤：
35.s1、获取n位pwm灰阶数据。
36.图2是现有技术中pwm信号与spwm信号示意图。如图2所示，图2显示了一个5位的数字pwm信号。其灰度信号用5位数据表示。一个pwm周期需要32个时钟周期，灰度信号的数值表示pwm信号在一个pwm周期内有多少个时钟周期为高电平。图2中对应的灰度数据为21，表示在一个pwm周期内，有21个时钟周期的高电平，剩余11个时钟周期为低电平。从图2中也可以看出，在时钟频率不变的情况下，灰度数据的位数越多，则pwm周期越长，刷新频率越低。为了提高刷新率，可以采用打散pwm脉冲的方式，如图2中的spwm信号，一个pwm时钟周期(32clk)被分为8个spwm时钟周期(8*4clk)，每个spwm时钟周期保持尽量均匀一致占空比。在整个pwm周期内，spwm信号有21个周期为高电平，11个周期为低电平，与pwm信号保持一致，但是刷新频率是pwm信号的8倍。
37.在本实施例的一些可选的实现方式中，步骤s1、获取n位pwm灰阶数据的步骤还可以包括步骤：
38.s11、获取数据。
39.具体实施时，可以通过接收数字电视信号，对图像数据进行解码，可得对应像素点的rgb信号以及亮度信号。或者通过hdm i、dp等数字影音接口接收并解码数字图像信号，获得对应像素点的rgb及亮度信号。也可以由图像传感器采集图像信息，生成对应点阵的rgb及亮度信号。或者通过微处理器读取图像或者视频文件，解码后获得像素点的彩色或者灰度数据，或者由微处理器直接生成图像显示界面点阵的rgb及亮度信号。
40.s12、对所述数据进行处理，处理后得到n位pwm灰阶数据。
41.将色度数据分解为rgb数据，并通过截取或者补齐的方式将rgb数据转换为需要的n位。或者从色度信号中提取亮度信号，并通过截取或补齐调整为n位。
42.pwm灰阶数据表示每个像素点的亮度。在本实施例的一些可选的实现方式中，可以通过系统中的控制电路部分传输pwm灰阶数据，从而获取n位pwm灰阶数据。
43.s2、将n位pwm灰阶数据输入到加法器的一端，将加法器的输出端分为m+1位高位组
合n-m位低位组，将加法器的输出端的n-m位低位组数据反馈到加法器的另一端。
44.加法器由时钟控制，输出有寄存器锁存，保证当前加法器运算的结果在下一次计算之前保持不变，当前计算结果的n-m位低位数据能够正确反馈到输入端，用于下一次加法计算。
45.仍然以图2所示例子，说明将pwm信号打散为spwm信号的常用方法。图3是现有技术中pwm信号转spwm信号所采用的尾数补偿的数学模型示意图。如图3所示，将21转换为二进制数为10101，此5位数据表示led的灰阶数值，为了获得8倍刷新率的spwm信号，将原始数据的低3位去掉，仅截取最高的两位10做为spwm的基本灰阶数值，spwm的周期为4个时钟周期，基本灰阶的占空比为2个时钟周期(二进制灰阶数值10)。基本灰阶的占空比在8个spwm周期内贡献了16个时钟周期的脉宽。
46.与pwm数据的原始脉宽相比少了5个时钟周期，而这5个时钟周期正是pwm灰阶数据的低三位的数值101。为了获得与原始pwm数据一致的占空比，需要将这5个时钟周期均匀地补到8个spwm周期中。
47.现有技术中的这种补偿方式，则每个spwm周期的脉宽数分别为：3，2，3，2，3，2，3，3，如图2的spwm信号所示。输入为n位灰阶数据，f
clk
/2n为灰阶数据的刷新率。灰阶数据被分为m位的高位d[n-1:n-m]，做为基本的spwm脉宽；以及n-m位的尾数d[n-m-1:0]，补偿到spwm里面。低位的n-m位数据输入到尾数补偿算法模块，以通过一定算法将尾数尽可能均匀地补偿到每个spwm子周期中。其输出为0或者1，分别表示当前子周期中是否需要加入补偿脉冲。尾数补偿模块的输出与基本的spwm脉宽相加获得当前子周期的脉宽数据ds[m:0]，考虑到有可能的进位，加法器的输出增加了一位。此数据输入到“spwm产生”模块，产生当前子周期对应的spwm信号。目前pwm信号打散为spwm基本上都是基于上述方式，不同的实现中对尾数补偿的策略有所不同。
[0048]
s3、将加法器的输出端m+1位高位组数据，作为子pwm信号产生模块的输入，产生打散脉冲后的子pwm信号。
[0049]
图4是本发明打散脉冲的脉宽调制方法中采用的pwm信号转spwm信号的框架示意图。如图4所示，在本实施例的一些可选的实现方式中，pwm信号可以包括但是不限于黑白显示的灰度信号，或者彩色显示的红、绿、蓝的亮度信号等。
[0050]
在本实施例的一些可选的实现方式中，子pwm信号产生模块包括：接收模块和输出模块，接收模块用于接收来自加法器的m+1位的高位数据，其根据输入的数值(0～2m)，决定在接下来的2m个时钟周期内输出多少个周期的高电平和多少个周期的低电平。如果输入的数据为n(0≤n≤2m)，则子pwm信号产生模块先输出n个时钟周期的高电平，再输出2
m-n个时钟周期的低电平。由输出模块输出高低电平。在本实施例的一些可选的实现方式中，打散脉冲后的子pwm信号指的是：上述n个时钟周期的高电平以及2
m-n个时钟周期的低电平。
[0051]
在本实施例的一些可选的实现方式中，打散脉冲后的子pwm信号指的是：上述n个时钟周期的高电平以及2
m-n个时钟周期的低电平。
[0052]
在本实施例的一些可选的实现方式中，加法器的两个输入端数据位数分别为n位和n-m位，其中一个输入端n-m位的位数较少，实现起来占用的资源比通用的加法器更少，输出为n+1位以包含可能产生的进位。
[0053]
从应用上考虑显示的刷新率比较优化的频率为2khz左右，此刷新频率下人眼完全
不会有闪烁感。更高的刷新频率对显示没有显著地提升，反而会增加功耗。在本实施例的一些可选的实现方式中，n的数值由输入的原始灰度数据决定，例如输入的原始灰度数据分别为8位、10位及16位的话，则n分别为8、10及16等。根据时钟的频率、输入的原始灰度数据的位数，以及打散后的目标刷新频率，可以确定m的数值。
[0054]
图5是本发明打散脉冲的脉宽调制方法中采用的pwm信号转spwm信号的数学模型示意图。如图5所示，out信号是将第一个加法器的输出ds[n:0]的低n-m位置0之后的结果，在数学上相当于在ds[n:0]中减掉了n-m位lsb的数值(+e＝-lsbs)。所以out的高m+1位为msbs，低位全部为0。ds[n:0]的低位ds[n-m-1:0]为lsbs，其反馈到加法器的输入端有一个时钟的延时。写出输入到输出的关系式可得：
[0055]
out＝in+e(1
–
z-1
)，其中z表示离散域的复频率符号。
[0056]
由此可见，由lsbs部分组成的e(e＝-lsbs)被(1-z-1
)的高通滤波器滤除，而使得out与in在长期上看是相等的。因此由msbs产生的spwm信号的平均脉冲宽度与pwm输入的脉冲宽度也是相等的。
[0057]
下面仍然以前面输入灰度数据为21的例子来说明此方案工作的过程，如表1所示：
[0058]
表1
[0059][0060][0061]
在一个pwm周期内加法器的输入保持不变，一直为21。第一次加法时反馈输入为初始值0，加法器输出为21，对应的lsb和msb分别为5和2，第二次加法时将第一次输出的lsb反馈回加法器的输入，得到第二次的lsb和msb分别为2和3。依此类推，8次加法过程msb的值分别为2，3，2，3，3，2，3，3。以此msb的数值做为spwm子周期的占空比，则其总的高电平宽度为21个时钟周期，与输入的灰阶数据完全一致，如果考虑连续多个pwm周期，则可以看出2和3的子周期分布的均匀度比前面的例子更优。
[0062]
本发明通过以上实施例的设计，其有益效果是：通过首先获取n位pwm灰阶数据；然后将n位pwm灰阶数据输入到加法器的一端，将加法器的输出端分为m+1位高位组合n-m位低位组，将加法器的输出端的n-m位低位组数据反馈到加法器的另一端；再将加法器的输出端
m+1位高位组数据，作为子pwm信号产生模块的输入，产生打散脉冲后的子pwm信号；其中n为自然数，为输入的pwm信号的灰阶位数，m为小于n的自然数，为打散后的子pwm信号的灰阶位数；结构简单可靠；避免采用复杂的尾数补偿算法；spwm子周期具有很好的均匀度，有利于改善led显示的效果。
[0063]
本发明是根据特定实施例进行描述的，但本领域的技术人员应明白在不脱离本发明范围时，可进行各种变化和等同替换。此外，为适应本发明技术的特定场合，可对本发明进行诸多修改而不脱离其保护范围。因此，本发明并不限于在此公开的特定实施例，而包括所有落入到权利要求保护范围的实施例。

技术特征：
1.一种打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，包括步骤：获取n位pwm灰阶数据；将n位pwm灰阶数据输入到加法器的一端，将加法器的输出端分为m+1位高位组合n-m位低位组，将加法器的输出端的n-m位低位组数据反馈到加法器的另一端；将加法器的输出端m+1位高位组数据，作为子pwm信号产生模块的输入，产生打散脉冲后的子pwm信号；其中n为自然数，为输入的pwm信号的灰阶位数，m为小于n的自然数，为打散后的子pwm信号的灰阶位数。2.根据权利要求1所述的打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，所述获取n位pwm灰阶数据的步骤包括：获取数据；对所述数据进行处理，处理后得到n位pwm灰阶数据。3.根据权利要求1所述的打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，所述pwm信号包括：黑白显示的灰度信号。4.根据权利要求1所述的打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，所述pwm信号包括：彩色显示的红、绿、蓝的亮度信号。5.根据权利要求1所述的打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，所述子pwm信号产生模块包括：接收模块和输出模块。6.根据权利要求2所述的打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，所述对所述数据进行处理，处理后得到n位pwm灰阶数据的步骤具体包括：将色度数据分解为rgb数据，并通过截取或者补齐的方式将rgb数据转换为需要的n位；色度信号中提取亮度信号，并通过截取或补齐调整为n位。7.根据权利要求5所述的打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，所述接收模块用于接收来自加法器的m+1位的高位数据。8.根据权利要求5所述的打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，所述输出模块用于输出高电平和低电平。9.根据权利要求8所述的打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，所述打散脉冲后的子pwm信号指的是：所述高电平和低电平。10.根据权利要求1至9任意一项所述的打散脉冲的脉宽调制方法，其特征在于，所述n的数值由输入的pwm灰阶数据决定，m的数值由时钟频率、输入的pwm灰阶数据的位数，以及打散后的目标刷新频率决定。

技术总结
本发明属于LED显示技术领域，涉及一种打散脉冲的脉宽调制方法，包括：获取N位PWM灰阶数据；将N位PWM灰阶数据输入到加法器的一端，将加法器的输出端分为M+1位高位组和N-M位低位组，将加法器的输出端的N-M位低位组数据反馈到加法器的另一端；将加法器的输出端M+1位高位组数据，作为子PWM信号产生模块的输入，产生打散脉冲后的子PWM信号；其中N为自然数，为输入PWM信号的灰阶位数，M为小于N的自然数，为打散后子PWM信号的灰阶位数。结构简单可靠；避免采用复杂的尾数补偿算法；SPWM子周期具有很好的均匀度，有利于改善LED显示的效果。有利于改善LED显示的效果。有利于改善LED显示的效果。


技术研发人员：闸钢
受保护的技术使用者：深圳能芯半导体有限公司
技术研发日：2023.06.30
技术公布日：2023/10/6