LED显示屏的扫描算法 第8页
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式26阐述了帧缓存速度与上屏时钟的关系，可称为帧缓存速度公式2另一方面，从数
据流量的角度讲，数据从帧缓存中读出，然后以同样的数据量送达屏体，所以读出的数据流
量一定不能小于上屏的数据流量。这里以一位数据的平均速度考虑，从帧缓存读出速度为
mm
W Tbit/s，而送上屏体的速度为
td
f?W，前者应该不小于后者，所以有3.4.7闪烁现象
【9】
3.4.7.1理论
【1】【3】【12】【13】【14】【17】【18】
人眼对快速变化的光信号会产生闪烁感，由于LED的点亮是间断性的，当LED变化频率不
够快时，人眼会感觉到的快速的一明一暗变化的图像，即产生闪烁感。但当变化频率很高时
由于人眼的视觉暂留效应，观察者将不再感觉到闪烁，通常将恰好不引起闪烁，即人眼可以
感觉到稳定的图像时的频率叫做临界闪烁频率。人眼的临界闪烁频率与许多因素有关，以下
几个因素较重要：
1.闪烁图形的面积：通常是用人眼的视角来衡量闪烁面积的。实验表明视角越大,临
界闪烁频率越高。
2.闪烁图形的亮度：闪烁图像的亮度越高，临界闪烁频率越高。
3.闪烁的幅值：闪烁的幅度越大，人眼感觉到的闪烁越明显，当闪烁幅值小与人眼所
能分辨的亮度时，观察者将不再感觉到闪烁。
4.观察时间：对于短时间的观察可能对闪烁感觉不明显，长时间观察更容易感到闪
烁。
3.4.7.2分析与建模
【16】
通过上述分析，设计中可以控制的参数有闪烁图像的亮度和闪烁的幅值，由于图像的亮
度直接影响到LED的效率，通常不能无限制的降低LED的点亮效率，故闪烁的幅值就成了影响
闪烁的关键因素。由于引起闪烁感的只是LED点亮时序中低于临界闪烁频率或在其附近的低
频分量，故可以通过求取不同灰度级别时LED点亮时序的低频分量幅值来评价图像闪烁的程
度。这里考虑相对静态的图像，其各个象素的点亮时序可以认为是周期信号，这些信号具有
相同的周期，对这些不同灰度的信号进行傅立叶展开，就可以求其直流分量和一阶分量。取
一典型灰度波形进行考查，如图10：第二章LED显示屏系统概述
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这是某级灰度的信号p(t)，设周期为T，频率为F（场频）。令高电平时p(t)=1，低电平
时p(t)=0。例如实现28即256级灰度，可以将一场信号分为8个子场。对任意灰度H，其
进制表示为7
6543210
H:HHHHHHHH，
n
H表示其中的某一位也可以表示其中的某级灰
度。各级灰度是在不同子场扫描的，设对应灰度级m的扫描时间为T(0≤m<8)
m，
为了计
算方便，将
m
T用如下方式表达：∈??(27
其中C(m)和D(m)是第m级灰度扫描时间占场时间T的百分比，
2
T?
是将时间原点移到2
T
处以便于计算。求函数f(t)的一阶分量，利用傅立叶级数展开可得：(29
同理可得1
π
(32
由式29,30，31，32就可以计算出一种扫描方式中各级灰度的p分量幅值，得到一条灰
度－幅值曲线。
3.4.7.3典型扫描分析
下面分析几种典型扫描情况下的灰度－幅值曲线。
①n=8(即256级灰度),x=0,s=4,行优先扫描，顺序灰度子场即八个子场的时间比例为
图10典型灰度波形东南大学硕士学位论文
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1 :2:4:L:64:128。
C(m)和D(m)的表达式为：将式33代入式29,30，31，32可以求出各级灰度p分量幅值和直流分量幅值，以纵坐标
表示幅值，横坐标表示灰度，就可以得到如图2所示的灰度幅值曲线，曲线A表示信号中F分
量的幅值,曲线B表示的是灰度值也可以理解为直流分量幅值或是亮度。
从图11可以看出最大幅值出现在128级和192级两处，如果此时极限闪烁频率在f附近,那么
图像中上述两级灰度附近的部分将引起强烈的闪烁感,另外由于直流分量的增强即亮度的提
高也会使这种闪烁感加剧。
②n=8(即256级灰度),x=7,s=4,行优先扫描，顺序灰度子场。≤m<8
灰度幅值曲线为：
此时亮度幅值大幅下降，但伴随着的亮度也降低，原因是点亮效率降低了。
③n=8,x=0,s=4,灰度优先扫描，顺序灰度子场
图11典型扫描的灰度－幅值曲线1
图12典型扫描的灰度－幅值曲线2第二章LED显示屏系统概述m=Cm+?0≤m<8
灰度幅值曲线为：
可以看出灰度优先扫描的亮度虽然和行优先扫描的亮度相同，但幅值大幅增加。实际观测发
现其临界闪烁频率大约是行优先扫描临界频率的2倍，要想获得较好的显示效果，必须达到
高的场频，在观察某款同步屏控制系统时，在帧频60Hz的情况下，场频达到3倍即180Hz时才
能得到稳定的显示效果。而提高场频意味着同样条件下，屏体宽度就要减小。但灰度扫描优
先也有其优点，首先其可以避免行管频繁切换，（频繁的行管切换增加功耗），第二通过
安排子场顺序可以避免消影的影响（虽然影响很轻微），第三可以使帧缓存的容量减小。
3.4.7.4灰度打散扫描方式
【4】【20】
图11中的幅值最大点在128和192两处是因为在此种扫描方法中，在显示128和192两级灰
度数据时脉冲的宽度达到最大且频率与场频相同，这会使对应的幅值也达到最大。设想如果
将一个较宽的脉冲分成两个较窄的脉冲，并彼此间隔一段时间显示，那么有可能将相应的灰
度闪烁幅值降低。而且如果能保持两个脉冲的总时间不变，那么表现出来的灰度也不会改变
如果将一个脉冲打散成若干个子脉冲，在脉冲的表示上将改变nT的表达方式，同时会使式
28中的连续积分转化为分段积分但计算分量幅值的方法仍然是相同的。这里只讨论脉冲二等
分对闪烁的影响，若将某级灰度的单个脉冲分成两个，并设两个脉冲起作用的时间分别为T′t∈CT??，按照类似式28的推导，此时的
幅值可以表示为：图13典型扫描的灰度－幅值曲线3(35
因为扫描波形是一个周期函数，所以对于一种特定的扫描方法来说，灰度－幅值曲线与
0时刻的选取没有关系，如子场时间安排为1:2:4:8:16:32:64:128和子场时间安排为
64:128:1:2:4:8:16:32两种情况下所得的灰度－幅值曲线是相同的。所以为了简化计
算，另0
1
C=，同时另两个脉冲的宽度相等即?=?=Δ
1122
DCDC。计算式34和式35可在式36和式37中以
2
C为变量，可以画出
2
C－幅值曲线，下图表示了在不同灰度值即不
同的Δ下的
2
C－幅值曲线，这组曲线表达了两个脉冲之间的时间间隔对幅值的影响，图中
的曲线A，B，C分别对应于灰度值为64，32，16时的情况，
从上图可以看00.5
2
<C<，函数单调递减，而在0.51.0
2
<C<是时函数单调递增，只有当
两个脉冲的时间间隔
2
1
2
C=时，波形的f分量幅值可以取到最小值，且最小值为0。所以在
将一个脉冲拆成两个时，要尽量使两个脉冲的间隔时间为
2
T
。
如果在T时间内将一场的图像扫描两遍，即将场频提升为2f，且两遍扫描的子场顺序
完全相同。则在各级灰度波形都将满足上述条件，f分量的幅值将减小为0。
但实际情况有所不同，根据STR时序，也就是子场时间：可知，当0≤m<x时的时间是不能再分割的，只有x≤m<n的子场才能分割成两部
分。所以一般只将高灰度子场分为两次来扫描。
图14脉冲分割对幅值的影响