專利名稱：四色led顯示屏子像素重組方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及LED顯示屏，尤其是涉及四色LED顯示屏子像素重組方法。
背景技術(shù)：
LED顯示屏作為一種高光效、低成本的視覺信息載體，其應(yīng)用領(lǐng)域在不斷擴(kuò)大，同時(shí)，市場(chǎng)對(duì)LED顯示屏的分 辨率、色彩還原度、功耗、穩(wěn)定性等要求也日益提高。使用RGBW四色像素可以降低LED顯示屏11% 33%的功耗，同時(shí)也可以增強(qiáng)顯示圖像的色彩準(zhǔn)確度。但是相比RGB像素結(jié)構(gòu)，RGBW像素結(jié)構(gòu)的LED數(shù)目增加了 1/3，提高了 LED顯示屏的硬件成本。目前，通常使用子像素重組(也稱為虛擬像素、像素復(fù)用、復(fù)合像素、像素共享、像素分解等……)技術(shù)，在不增加LED顯示屏上LED數(shù)目的情況下提高LED顯示屏的分辨率。文獻(xiàn)[I]“A Novel RGBff Pixel for LED Displays”(作者:Neveen Shlayan, Dr.Rama Venkat, Paolo Ginobbi, Glenn Mercier ;出處:IEEE Computer Society, 2008,43:407-411)提出了 RGBW LED像素結(jié)構(gòu)，并將其的光譜圖與RGB顯示結(jié)構(gòu)作為對(duì)比，得出二者的顯示效果基本相同。最后通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方式，得出RGBW像素結(jié)構(gòu)比RGB像素結(jié)構(gòu)節(jié)約了 32%的電能。文獻(xiàn)[2]“A Modified Stripe-RGBff TFT-LCD with Image-Processing Enginefor Mobile Phone Displays，，(作者:Chih-Chang Lai, Ching-Chih Tsai ；出處:IEEETransactions on Consumer Electronics, 2007, 53 (4):1628-1633)簡單列舉了現(xiàn)有的RGBW像素結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上提出了 MS-RGBW像素結(jié)構(gòu)，其核心思想是將3個(gè)子像素看作一個(gè)像素，缺少的顏色分量使用相鄰像素的顏色分量作為補(bǔ)充。之后又提出了一種提高圖像銳利度和對(duì)比度的顏色采樣算法，經(jīng)過實(shí)際測(cè)試，可以明顯提高圖像的銳利度和對(duì)比度。文獻(xiàn)[3] “LED顯示屏虛擬像素原理及應(yīng)用”(作者:王橋立，郝宗潮；出處:現(xiàn)代顯示，2004，2:33-35)提出了基于2R1G1B子像素結(jié)構(gòu)的子像素重組方案。通過在以2X2矩陣方式排列的RGB像素基礎(chǔ)上使用子像素重組技術(shù)，在物理分辨率為MXN的顯示屏上實(shí)現(xiàn)了(2M-1) X (2N-1)的顯示分辨率。文獻(xiàn)[4]“Multicolor Virtual Matrix LED Display Controlled by D-TypeFlip-Flop Drivers，，(作者:Alfonso Gago-Calderon, JoseFernandez-Ramos, and AlfonsoGago-Boh6rquez ;出處:JOURNAL OF DISPLAY TECHNOLOGY, 2011, 7 (4):174-180)將傳統(tǒng)的RGB像素以六邊形方式排列，使得一個(gè)像素可以被6個(gè)相鄰像素復(fù)用，可以在使用同樣數(shù)目的LED的情況下，將LED顯示屏的分辨率提高至原來的8倍。文獻(xiàn)[I]中只提出了棋盤狀RGBW像素結(jié)構(gòu)，并沒有對(duì)現(xiàn)有的其它兩種RGBW像素結(jié)構(gòu)——垂直條帶RGBW和柵格瓦(Pentile) RGBW進(jìn)行分析和驗(yàn)證；文獻(xiàn)[2]的子像素重組方法只能將RGBW像素結(jié)構(gòu)顯示屏的分辨率提高33%，而且實(shí)際應(yīng)用表明，這種像素結(jié)構(gòu)只適合顏色變化多，重復(fù)性低，不講究線條的圖像顯示，對(duì)于規(guī)則的圖形、漸變效果明顯的圖片顯示效果比較差。文獻(xiàn)[3]中對(duì)2R1G1B像素結(jié)構(gòu)的子像素重組技術(shù)雖然可行，但是需要2個(gè)紅色子像素，造成了 LED的浪費(fèi)；文獻(xiàn)[4]的子像素重組技術(shù)雖然使用IRlGlB像素結(jié)構(gòu)，在相同數(shù)目LED的情況下實(shí)現(xiàn)了比文獻(xiàn)[3]更高的分辨率，但是其使用的六邊形像素結(jié)構(gòu)和需要重新更改LED顯示屏的結(jié)構(gòu)，無法直接應(yīng)用于現(xiàn)有的LED顯示屏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種四色LED顯示屏子像素重組方法。本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有的垂直條帶、棋盤狀、柵格瓦(Pentile)三種RGBW像素結(jié)構(gòu)存在的不足，在現(xiàn)有的垂直條帶、棋盤狀、柵格瓦(Pentile)三種RGBW像素結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，將子像素重組技術(shù)與之結(jié)合的子像素重組顯示方案，以達(dá)到在不增加LED數(shù)量的情況下，將顯示屏的顯示分辨率提高至原來的4 8倍。本發(fā)明包括以下步驟:I)針對(duì)垂直條帶RGBW、棋盤狀、柵格瓦三種不同的LED顯示屏像素結(jié)構(gòu)，通過像素采樣算法，將單幀高分辨率的原始圖像采樣為多幀適合低分辨率LED顯示屏的圖像，然后在LED顯示屏上進(jìn)行顯示；2)通過把分離后的低分辨率圖像的RGB顏色分量轉(zhuǎn)換至RGBW LED的亮度分量，將RGB共有的亮度值用白色LED代替；3)使用LED顯示屏子像素重組技術(shù)，將LED顯示屏的傳統(tǒng)像素分割為單個(gè)LED，再將原本屬于不同像素的相鄰LED進(jìn)行重新組合，形成新的視覺像素；4)將每一幅低分辨率的圖像與進(jìn)行子像素重組后的LED上的像素進(jìn)行--映射，
通過時(shí)分復(fù)用的方法依次交 替顯示多幀低分辨率圖像，完成四色LED顯示屏的子像素重組。本發(fā)明是一種結(jié)合了四色(RGBW) LED像素和子像素重組技術(shù)的新型平面顯示技術(shù)。該顯示技術(shù)通過對(duì)顯示輸入的高分辨率圖像按照特定的算法進(jìn)行采樣，生成多幀符合LED顯示屏分辨率的低分辨率圖像；之后分別按照現(xiàn)有的垂直條帶、棋盤狀、柵格瓦(Pentile)三種RGBW像素組織方式，根據(jù)每幀低分辨率圖像像素的顏色分量，計(jì)算出紅綠藍(lán)白(RGBW)四個(gè)LED的亮度分量；最后通過對(duì)LED顯示屏上的四色LED進(jìn)行分時(shí)復(fù)用，將多幀低分辨率的圖像依次快速交替地在LED顯示屏上進(jìn)行顯示，達(dá)到在低分辨率LED顯示屏上顯示高分辨率圖像的目的。本發(fā)明結(jié)合了 RGBW像素結(jié)構(gòu)和子像素重組顯示技術(shù)，同時(shí)具有RGBW像素結(jié)構(gòu)的色彩準(zhǔn)確度高、能耗低，和子像素重組技術(shù)在不增加LED數(shù)量的情況下提高LED顯示屏圖像分辨率的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)于傳統(tǒng)的RGB LED顯示屏，RGBW LED顯示屏可以在具有相同物理像素?cái)?shù)目的情況下將LED顯示屏的功耗降低11% 33%，降低了 LED顯示屏的使用成本，白色LED的假日也提高LED顯示屏的色彩準(zhǔn)確度；而基于RGBW LED顯示屏子像素重組方法將LED顯示屏的視覺分辨率提高至原來的4 8倍，不僅彌補(bǔ)了 RGBW四色LED顯示屏在顯示相同像素情況下比RGB LED顯示屏多出1/3LED的缺點(diǎn)，還在不提高RGBW LED顯示屏生產(chǎn)成本和結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上提升了顯示圖像的精細(xì)度。


圖1為垂直條帶像素分離方式。圖2為4種垂直條帶子像素重組方式。
圖3為垂直條帶的視覺像素分布。圖4為棋盤狀像素分離方式。圖5為4種棋盤狀子像素重組方式。圖6為棋盤狀的視覺像素分布。圖7為柵格瓦像素分離方式。圖8為8種柵格瓦(Pentile)子像素重組方式。圖9為柵格瓦(Pentile)的視覺像素分布。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明分別針對(duì)垂直條帶、棋盤狀、柵格瓦(Pentile)提出了相應(yīng)的像素重組方法。一、針對(duì)垂直條帶RGBW的實(shí)施方式:1、將分辨率為4MXN的原始圖像分割為4張MXN分辨率的圖像。則采樣公式如下所示:frame_buf[j] [i+M] [i%M] = src_buf[i+M] [ (i%M) X4+j] (I)其中src_buf為原始圖像的BMP格式像素矩陣，frame_buf為采樣后的每一幀圖像的BMP格式像素矩陣，j為幀編號(hào)，i為原始圖像像素矩陣中第i個(gè)像素，M為LED顯示屏的水平分辨率。具體采樣方式如圖1所示:圖中每一個(gè)方格代表4MXN分辨率原始圖像的一個(gè)像素，方框中的編號(hào)為對(duì)應(yīng)的MXN分辨率圖像的編號(hào)，最終將所有編號(hào)為j的像素放入第j幀。2、計(jì)算將4張MXN分辨率的圖像在顯示屏上的顏色分量。設(shè)i為像素水平坐標(biāo)，j為像素垂直坐標(biāo)，則RayGajPBaj)為原始MXN圖像中像素(i，j)的三色分量數(shù)值。則顯示屏上對(duì)應(yīng)像素的四色LED的亮度R’ aj)、G’ aj)、B’ aj)、W’ aj)通過公式(2) (5)計(jì)算得出:r (i；J) = min{R(i；J),G(i；J),B(i；J)} (2)R' (i，j) = R(i； J)-W/ (i，j) (3)G' (i，j) = G(U)-W' (i，j) (4)B' (i，j) = B(U)-W' (i，j) (5)3、將每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的LED亮度分量映射至相應(yīng)的LED。圖2所示黑色方框框起來的為一個(gè)像素，黑色圓點(diǎn)位置為像素的視覺中心。將第1、2、3、4幀圖像中每個(gè)像素映射至圖2A、圖2B、圖2C、圖2D的像素，每個(gè)LED的亮度分量為根據(jù)相應(yīng)像素的RGB值計(jì)算得出的RGBW 值。4、將步驟3中的第I 4幀圖像在LED上依次交替快速顯示，當(dāng)顯示刷新速度足夠快時(shí)，人眼感受到的顯示屏顯示的像素就如圖3所示。二、針對(duì)棋盤RGBW的實(shí)施方式:1、將分辨率為2MX2N的原始圖像分割為4張MXN分辨率的圖像，采樣公式如下所示:frame_buf
[i+M] [i%M] = src_buf[ (i+M) X 2] [ (i%M) X 2] (6)
frame_buf [I] [i+M] [i%M] = src_buf[ (i+M) X2] [ (i%M) X2+1] (7)frame_buf [2] [i+M] [i%M] = src_buf[ (i+M) X 2+1] [ (i%M) X 2] (8)frame_buf [3] [i+M] [i%M] = src_buf[ (i+M) X 2+1] [ (i%M) X 2+1] (9)其中src_buf為原始圖像的BMP格式像素矩陣，frame_buf [X]為采樣后的第X幀圖像的BMP格式像素矩陣，j為幀編號(hào)，i為原始圖像像素矩陣中第i個(gè)像素，M為LED顯示屏的水平分辨率。具體采樣方式如圖4所示:圖中每一個(gè)方格代表2MX2N分辨率原始圖像的一個(gè)像素，方框中的編號(hào)為對(duì)應(yīng)的MXN分辨率圖像的編號(hào)，最終將所有編號(hào)為j的像素放入第j幀。2、計(jì)算將4張MXN分辨率的圖像在顯不屏上的顏色分量。設(shè)R(i，j)、G(i，」)、B(i；J)為原始MXN圖像中像素(i，j)的三色分量數(shù)值，則顯示屏上對(duì)應(yīng)像素的四色LED的亮度R’(i，」)、G’(i，」)、B’(i，」)、W’(i，j)通過公式(2) (5)計(jì)算得出。3、將每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的LED亮度分量映射至相應(yīng)的LED。圖5所示黑色方框框起來的為一個(gè)像素，黑色圓點(diǎn)位置為像素的視覺中心。將第1、2、3、4幀圖像中每個(gè)像素映射至圖5A、圖5B、圖5C、圖的像素，每個(gè)LED的亮度分量為根據(jù)相應(yīng)像素的RGB值計(jì)算得出的RGBW 值。4、將步驟3中的第I 4幀圖像在LED上依次交替快速顯示，當(dāng)顯示刷新速度足夠快時(shí)，人眼感受到的顯示屏顯示的像素就如圖6所示。三、針對(duì)柵格瓦(Pentile) RGBff的實(shí)施方式:1、將分辨率為4MX2N的原始圖像分割為8張MXN分辨率的圖像，采樣公式如下所示:frame_buf
[i+M] [i%M] = src_buf[ (i+M) X 2] [ (i%M) X 4] (10)frame_buf[l] [i+M] [i%M] = src_buf[ (i+M) X 2] [ (i%M) X 4+1] (11)frame_buf [2] [i+M] [i%M] = src_buf[ (i+M) X 2] [ (i%M) X 4+2] (12)frame_buf[3] [i+M] [i%M] = src_buf[ (i+M) X 2] [ (i%M) X 4+3] (13)frame_buf [4] [i + 2M] [i%2M] = src_buf[ (i + 2M) X 4+3] [ (i%2M) X 2] (14)frame_buf[5] [i + 2M] [i%2M] = src_buf [ (i + 2M) X 4+3] [ (i%2M) X 2 + 1]
(15)frame_buf [6] [i + 2M] [i%2M] = src_buf[ (i + 2M) X 4+1] [ (i%2M) X 2] (16)frame_buf[7] [i + 2M] [i%2M] = src_buf [ (i + 2M) X 4+1] [ (i%2M) X 2 + 1](17)其中src_buf為原始圖像的BMP格式像素矩陣，frame_buf [X]為采樣后的第X幀圖像的BMP格式像素矩陣，j為幀編號(hào)，i為原始圖像像素矩陣中第i個(gè)像素，M為LED顯示屏的水平分辨率。具體采樣方式如圖7所示:圖中每一個(gè)方格代表8MX2N分辨率原始圖像的一個(gè)像素，方框中的編號(hào)為對(duì)應(yīng)的MXN分辨率圖像的編號(hào)，最終將所有編號(hào)為j的像素放入第j幀。2、計(jì)算將8張MXN分辨率的圖像在顯不屏上的顏色分量。設(shè)R(i，j)、G(i，」)、B(i；J)為原始MXN圖像中像素(i，j)的三色分量數(shù)值，則顯示屏上對(duì)應(yīng)像素的四色LED的亮度R’(i，」)、G’(i，」)、B’(i，」)、W’(i，j)通過公式(2) (5)計(jì)算得出。3、將每個(gè)像素對(duì)應(yīng)的LED亮度分量映射至相應(yīng)的LED。圖8所示黑色方框框起來的為一個(gè)像素，黑色圓點(diǎn)位置為像素的視覺中心。將第1、2、3、4幀圖像中每個(gè)像素映射至圖8A、圖8B、圖8C、圖8D的像素，每個(gè)LED的亮度分量為根據(jù)相應(yīng)像素的RGB值計(jì)算得出的RGBW 值。4、將步驟3中的第I 8幀圖像在LED上依次交替快速顯示，當(dāng)顯示刷新速度足夠快時(shí)，人眼感受到的顯示屏顯示的像素就如圖9所示。
權(quán)利要求
1.色LED顯示屏子像素重組方法，其特征在于包括以下步驟: 1)針對(duì)垂直條帶RGBW、棋盤狀、柵格瓦三種不同的LED顯示屏像素結(jié)構(gòu)，通過像素采樣算法，將單幀高分辨率的原始圖像采樣為多幀適合低分辨率LED顯示屏的圖像，然后在LED顯示屏上進(jìn)行顯示； 2)通過把分離后的低分辨率圖像的RGB顏色分量轉(zhuǎn)換至RGBWLED的亮度分量，將RGB共有的亮度值用白色LED代替； 3)使用LED顯示屏子像素重組技術(shù)，將LED顯示屏的傳統(tǒng)像素分割為單個(gè)LED，再將原本屬于不同像素的相鄰LED進(jìn)行重新組合，形成新的視覺像素； 4)將每一幅低分辨率的圖像與進(jìn)行子像素重組后的LED上的像素進(jìn)行一一映射，通過時(shí)分復(fù)用的方法依次交替顯示多幀低分辨率圖像，完成四色LED顯示屏的子像素重組。
全文摘要
四色LED顯示屏子像素重組方法，涉及LED顯示屏。針對(duì)垂直條帶RGBW、棋盤狀、柵格瓦三種不同的LED顯示屏像素結(jié)構(gòu)，通過像素采樣算法，將單幀高分辨率的原始圖像采樣為多幀適合低分辨率LED顯示屏的圖像，然后在LED顯示屏上進(jìn)行顯示；通過把分離后的低分辨率圖像的RGB顏色分量轉(zhuǎn)換至RGBW LED的亮度分量，將RGB共有的亮度值用白色LED代替；使用LED顯示屏子像素重組技術(shù)將LED顯示屏的傳統(tǒng)像素分割為單個(gè)LED，再將原本屬于不同像素的相鄰LED進(jìn)行重新組合形成新的視覺像素；將每一幅低分辨率的圖像與進(jìn)行子像素重組后的LED上的像素進(jìn)行一一映射，通過時(shí)分復(fù)用的方法依次交替顯示多幀低分辨率圖像。
文檔編號(hào)G09G3/32GK103093722SQ201310058158
公開日2013年5月8日 申請(qǐng)日期2013年2月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年2月22日
發(fā)明者郭東輝, 王晨, 陳國忠 申請(qǐng)人:廈門大學(xué)