一种显示设备及适用于显示设备的灰阶扩展方法与流程

本发明涉及一种显示设备及适用于显示设备的灰阶扩展方法，属于显示控制技术领域。

背景技术：

在医学影像显示领域，微小的灰度差异就可能对诊断结果产生极大的影响，就存在误诊的可能性。因此，医疗领域的专业显示器必须具备显示较多灰阶数的能力，现在较先进的专业医疗显示器位宽可以达到16位，即显示器具备显示2¹⁶种灰阶的能力。

由于主流的液晶显示面板位宽大多为8位、10位，如何用较低位宽的面板来显示更多的灰阶数，这是显示器领域最初面临的矛盾之一。帧率控制技术的提出很好的解决了这个矛盾，现在已被大多数显示器厂家所采用。

帧率控制技术是利用人眼的视觉暂留来达到灰阶扩展的目的。在所需扩展位宽较高（如20位），或显示单元位宽较低（如6位）的情况下，帧率控制技术无法“骗”过人眼，从而使显示器出现闪烁、噪点等异常情况。如何破解此类异常问题是帧率控制技术当前的瓶颈所在，也是显示器灰阶扩展的难点所在。

技术实现要素：

本发明的主要目的在于，克服现有技术中的不足，提供一种显示设备及适用于显示设备的灰阶扩展方法，不仅可以实现较高灰阶扩展数（如20位），并可应用于显示单元位宽较低（如6位）的场景，而且可大幅减小显示画面的闪烁等异常情况，极具有产业上的利用价值。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种显示设备，包括显卡，与显卡相连并用于视频信号解码的解码单元，与解码单元相连并用于处理灰阶数据的灰阶校正单元，与灰阶校正单元相连并用于将扩展出的位宽重新组合的重组单元，与重组单元和灰阶校正单元分别相连并用于使亮度均匀化的亮度均衡单元，与亮度均衡单元相连并用于输出扩展后灰阶的帧率控制单元，与帧率控制单元相连并用于视频信号编码的编码单元，以及与编码单元相连并用于显示的显示单元。

进一步的：所述显示单元为灰阶显示器或彩色显示器。

本发明还提供一种适用于显示设备的灰阶扩展方法，包括以下步骤：

1）解码单元将显卡输出的视频信号解码为位宽为M位的RGB信号，其中R、G、B信号各为M位，M是显卡的位宽；

2）灰阶校正单元经电路内部查表分别对M位的R、G、B信号作校正，并输出校正后数据，校正后R、G、B信号的位宽各为M+N位，其中N是需要可扩展的位宽；

3）灰阶校正单元分别输出低M+N-K位的R、G、B信号到重组单元，重组单元对3个M+N-K位的R、G、B信号根据重组条件进行数据重组并输出3个M+N-K位的重组数据，其中K是显示单元的位宽；

4）亮度均衡单元对来自重组单元的3个M+N-K位的重组数据，根据均匀分布原则分别替换灰阶校正单元输出的M+N位校正后R、G、B信号的低M+N-K位，并在空间维度上均匀分布；

5）帧率控制单元输出表示2^M+N种灰阶的RGB数据，其位宽为K；

6）编码单元对帧率控制单元输出的RGB数据进行编码后输出到显示单元显示。

进一步的：所述步骤3）中的重组条件为，设灰阶校正单元分别输出低M+N-K位的R、G、B信号分别为a、b、c，并设3个M+N-K位的重组数据分别为x、y、z，要求x、y、z满足以下三个条件，

条件一：x+y+z=a+b+c，

条件二：x=2^M+N-K或x=0，

条件三：y=2^M+N-K或y=0。

进一步的：所述步骤4）中的均匀分布原则为，在替换灰阶校正单元输出的M+N位校正后R、G、B信号的低M+N-K位时，通过数值的均匀分布以避免相同数值在空间上相邻。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果是：

本发明提供的一种显示设备及适用于显示设备的灰阶扩展方法，通过显卡、解码单元、灰阶校正单元、重组单元、亮度均衡单元、帧率控制单元、编码单元和显示单元的设置，其中经重组单元将扩展出的位宽重新组合输出，再经亮度均衡单元进行亮度均匀化，以及采用帧率控制单元输出扩展后灰阶，不仅可以实现较高灰阶扩展数（如20位），并可应用于显示单元位宽较低（如6位）的场景；而且，由于RGB数据的低M+N-K位数值为0或2^M+N-K时，经过帧率控制单元处理后数值不会发生改变，因此RGB数据三个子像素R、G、B中仅有一个子像素随帧率发生数值变化，从而可大幅减小画面的闪烁感。

上述内容仅是本发明技术方案的概述，为了更清楚的了解本发明的技术手段，下面结合附图对本发明作进一步的描述。

附图说明

图1为本发明一种显示设备的结构示意图；

图2为本发明一种适用于显示设备的灰阶扩展方法的流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图，对本发明作进一步的说明。

本发明提供一种显示设备，如图1所示，包括显卡，与显卡相连并用于视频信号解码的解码单元，与解码单元相连并用于处理灰阶数据的灰阶校正单元，与灰阶校正单元相连并用于将扩展出的位宽重新组合的重组单元，与重组单元和灰阶校正单元分别相连并用于使亮度均匀化的亮度均衡单元，与亮度均衡单元相连并用于输出扩展后灰阶的帧率控制单元，与帧率控制单元相连并用于视频信号编码的编码单元，以及与编码单元相连并用于显示的显示单元；其中显示单元为灰阶显示器或彩色显示器。

本发明还提供一种适用于显示设备的灰阶扩展方法，如图2所示，包括以下步骤：

1）解码单元将显卡输出的视频信号解码为位宽为M位的RGB信号，其中R、G、B信号各为M位，M是显卡的位宽。

2）灰阶校正单元经电路内部查表分别对M位的R、G、B信号作校正，并输出校正后数据，校正后R、G、B信号的位宽各为M+N位，其中N是需要可扩展的位宽。

3）灰阶校正单元分别输出低M+N-K位的R、G、B信号到重组单元，重组单元对3个M+N-K位的R、G、B信号根据重组条件进行数据重组并输出3个M+N-K位的重组数据，其中K是显示单元的位宽；

所述重组条件为，设灰阶校正单元分别输出低M+N-K位的R、G、B信号分别为a、b、c，并设3个M+N-K位的重组数据分别为x、y、z，要求x、y、z满足以下三个条件，

条件一：x+y+z=a+b+c，

条件二：x=2^M+N-K或x=0，

条件三：y=2^M+N-K或y=0。

4）亮度均衡单元对来自重组单元的3个M+N-K位的重组数据，根据均匀分布原则分别替换灰阶校正单元输出的M+N位校正后R、G、B信号的低M+N-K位，并在空间维度上均匀分布；其中，均匀分布原则为，在替换灰阶校正单元输出的M+N位校正后R、G、B信号的低M+N-K位时，通过数值的均匀分布以避免相同数值在空间上相邻。

5）帧率控制单元输出表示2^M+N种灰阶的RGB数据，其位宽为K。

6）编码单元对帧率控制单元输出的RGB数据进行编码后输出到显示单元显示。

以显卡输出为M=8位，需要扩展的位宽为N=12位，显示单元为K=8位为例对本发明的适用于显示设备的灰阶扩展方法进行详细说明。

1）显卡输出色深为8位的视频信号，经解码单元后输出RGB信号，其中R、G、B信号各为8位。

2）灰阶校正单元经电路内部查表输出符合目标要求的RGB信号，其中R、G、B信号各为20位。

3）灰阶校正单元输出R、G、B信号的低12位到重组单元，假设RGB信号的低12位分别为a=4000、b=2000、c=1000，重组后的数据为x、y、z，根据如下条件进行重组，

条件一：x+y+z= a+b+c，

条件二：x=2^M+N-K或x=0，

条件三：y=2^M+N-K或y=0；

则重组后的数据为x=0、y=4096、z=2904。

4）亮度均衡单元接收灰阶校正单元输出的RGB信号的高8位和重组单元输出的x、y、z数据，生成分别为20位的RGB数据。

具体是，假设灰阶校正单元输出的RGB信号的高8位分别为X=50、Y=100、Z=200，根据x、y、z均匀分布原则，亮度均衡单元的20位输出分别为，

R=X*2¹²+y，

G= Y*2¹²+x，

B= Z*2¹²+z。

5）帧率控制单元接收亮度均衡单元输出各20位的RGB数据，并输出各8位的RGB数据。由于输入的R、G信号低12位为0，故R=X=50、G=Y=100保持不变；B的数值在Z和Z+1两个数值中随帧率发生变动，变动周期为4096帧，其中B取值为Z+1的帧数为2904帧（z值），取值为Z的帧数为1192帧（4096-z的值）。

6）编码单元接收帧率控制单元输出的RGB数据并进行编码后输出到显示单元显示。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。