LED显示屏的扫描算法 第7页
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短时间，是本文中的一个重要变量。屏体扫描方法要求在t(x)
t,n时
间内必须将一线数据全部
送上屏体。用单位时间t(x)
t,n乘
以式5和式6中的各个比例项就可以求出每个
m
2级灰度每
线所对应的STR间隔时间和RES有效时间，分别记为t(m)
STRmx
tnRES,
=2??0≤m<n,m∈N(8)
由式7和式8可知，如果已知t(x)
t,n
，就可求出STR和RES的时序了。根据考虑问题的
角度的不同，t(x)
t,n
可以由多种表示的方法。下面讨论其中的一种。
如果驱动模块线数为s，场频为F，那么对于行优先扫描来说，显示一级灰度的图像
需要的最短时间为st(x)
t,n
?，由此可得出显示所有灰度即一帧图像的时间为∑()stm；
而对于灰度优先的扫描来说，扫描一线图像的时间是∑()
?
=
1
0
n
m
STR
tm，扫描s线即一帧图像的时
间是∑()n
m
STR
stm。可见对于两种灰度扫描方式，结果是一样的。由场频为F可得，一帧
的时间为
F
1
，则有下式成立：1
,
??+?=
tnn?x
Fsxt
x(10)
定义x+2n?x?1为子场数量，记为
sf
N。
sf
N的实际意义是这样的，通常当
t(m)t(x)
STRt,n
≥时，不是将数据送上屏体之后等待t(m)
STR
时间再锁存，而是使用t(x)
t,n
的东南大学硕士学位论文
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时间对同样的数据扫描m
?x
2次。这样在一帧的时间里STR共锁存了Ns
sf
?次。将式10代入
式7和式8可以得到STR信号的和RES信号时序的另一种表示方法。注意对于t(m)
STR
和t(m)
RES都
是每级灰度每线时序。对于行优先扫描和对于灰度优先扫
描它们出现的顺序是不同的。对于行优先扫描t(m)
STR
和t(m)
RES
需要重复s次，而后才是
t(m+1)
STR
和t(m+1)
RES
，直到最后一级灰度；而对于灰度优先扫描则是在产生t(m)
STR
和
t(m)
RES
之后紧接着产生t(m+1)
STR
和t(m+1)
RES
，直到最后一级灰度，然后再将这个过程
重复s次。然而在实际情况中，并不需要每级灰度顺序扫描，下文就讨论了各级灰度打散扫
描的情况。
3.4.3亮度与对比度
LED单管亮度物理上限制了屏的最高亮度，而实际的亮度影响因素还有：线数，因为
扫描的分时扫描，所以亮度还需要除以线数；屏体点亮效率η与最高亮度成正比；色彩校正
因素，由于色偏校正或亮度校正，所以实际的最高亮度可能并不是能显示的最高亮度使用，
而是选择的符合色彩和亮度要求的某个亮度值，设为m
ax
g，则设计亮度是最高灰度和所选
灰度的一个比值，由上所述LED显示屏的最高亮度可以表示为：(13)
m
L：暗室环境中屏体的亮度，又称白亮度（cd/m2）
s
L：暗室环境中屏体LED的亮度（cd/m2）
式13描述的是暗室环境中的亮度，称为亮度公式，这样的亮度更具有绝对意义，也为
下文的对比度描述提供了数据。亮度的设计指标通常由用户给出，是用户考察的一个重要参
数，在设计中要着重考虑，依据亮度公式来预先评估设计的目标亮度，同时决定扫描线数s
等设计参数。
用于室外的LED显示屏应该在阳光下也能观看,所以亮度必须比室内用的高出一档,单
独提高亮度并非不好,更重要的是对比度。要识别的图像必须与背景有亮度差(比)。如果是文
字可以是2:1,如果是图像其中还有差别，经验上10:1是容许的最低限度,20:1是标准,希望在第二章LED显示屏系统概述
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40:1以上。在暗室测定最大图像信号输入时的亮度
m
L(又称白亮度)及某种外光下无信号时
的环境亮度bL(又称黑亮度)，然后就可以计算出对比度V+=
(14)
式14可称为对比度公式。可以看出增加白亮度和降低黑亮度都可以使对比度提高，有
些室外LED显示屏就通过加装一定角度的遮光板来降低黑亮度以此来提高对比度。显然
LED显示屏不能象电视一样依靠模拟量来调节亮度和对比度。常用的只使用若干固定等级
的亮度和对比度。而这也是靠改变扫描参数来实现的，有的改变RES和STR时序来实现，
也有的靠改变颜色查找表来实现。
3.4.4点亮效率对设计参数的约束
由上述分析可知，当一种扫描算法显示其最大灰度时，LED的点亮时间只占总显示时间
的一部分。定义这个点亮时间与总显示时间的比值为显示屏的点亮效率，它是x的函数，记
为η(x)。由式8可知一帧最大灰度图像对应的LED的点亮时间是∑()n
m
RES
stm，同理由式7
可知一帧图像总显示时间是∑()m
STR
stm，从而可以计算出点亮效率为：xη
x(15)
从式15可以看出x取值越大，点亮效率越低，显示屏亮度越暗。下表列出了不同的n、
x值时，η(x)的取值(用百分数记)，可以用于设计时的参考：
n
x
6 8 10 12
0 100.0 100.0 100.0 100.0
1 98.4 99.6 99.9 100.0
2 92.6 98.1 99.5 99.9
3 78.8 93.8 98.4 99.6
4 56.2 83.9 95.4 98.8
5 32.8 66.4 88.8 96.9
6 16.4 44.3 76.1 92.7
7 24.9 57.1 84.2
8 12.5 36.3 69.5
9 20.0 50.0东南大学硕士学位论文
20
10 10.0 30.8
11 16.7
12 8.3
表2点亮效率表
在设计中η是一个重要的考虑因素，η过小会白白浪费LED的亮度资源。通常假定一个
较低的可接受的点亮效率
min
η比如75％，使式15中的x满足x
nx
x
(16)
式16是LED显示屏扫描算法设计中的另一个重要原则，可称作点亮效率约束式。
3.4.5上屏时钟对设计参数的约束
若LED显示屏的分时时钟数为C，在数据上屏时C个时钟先后起作用，设上屏时钟频
率为f，每个周期将一组数据并行锁入对应的模块。则将一行数据串入模块的时间为
WCf
F
??1
，而S
TR
t的最小值为t(x)
t,n，
则应有下式成立：
WCt(x)
f
Ft,n
1?
?≤即
Fsf
f≥W?C?s?F?N(17)
取等号的条件是上屏数据流连续，在设计硬扫描的异步屏时，这个条件几乎可以达到，
此时将()WC
ft
x
tnF
=??1
,，
代入式7和式8，就可以得到STR和RES时序的另一种表达式。20
≤m<n,m∈N(19)
而设计同步屏时场频是固定不变的因素，式17一般出现大于的情况，使每行数据上屏
之后留有一段空余时间，以此来满足STR和RES时序的要求。
由于LED显示驱动控制模块的限制，时钟要小于m
ax
f，所以设计时要选取合适的F，
F
W，C和x使之满足：
Fsf
f≥f≥W?C?s?F?N
max(
20)
式20是LED显示屏扫描算法设计中的一个重要原则，可称作上屏时钟约束式。第二章LED显示屏系统概述
3.4.6帧缓存
这里分析可以缓存一帧数据的存储器容量。LED显示屏扫描的特殊性决定了标准数据
源一般都无法满足其扫描特性，在某些数据格式变换如位扩展和位面分离的过程中经常需要
缓存整帧的数据。这部分讨论帧缓存的容量和速度的要求。
3.4.6.1容量分析
以
t
C表示存放一帧数据的存储器的容量，单位为字节,则有：
CWHNn/8
tco
=???(21)
将式21称为帧缓存容量公式。
3.4.6.2峰值速度分析
这里的峰值速度是指，为了能配合显示屏扫描的数据吞吐量，而对帧缓存速度提出的需
求。只有存储器的访问速度大于要求的峰值速度，才能保证扫描电路每次取得的数据都正确，
才能保证显示的图像正确。上文提到t(x)
t,n
是完成一线灰度扫描的最短时间,在此时间之内
必须完成从存储器中取得足够的数据,并将其显示到LED屏上,设屏的宽为W象素,高位H
象素,线数为s，
co
N为基色数，则一级灰度一线的数据量为T为访问
存储器一位的时间,于是有:(22)
若设mW为存储器位宽,
m
T为存储器访问周期,则有????≤
(24)
式24表达了扫描电路对帧缓存的速度要求，可称为帧缓存速度公式1这在选择存储器
时提供了依据。对式24中的W?H应用总象素公式，有