实现实时动态刷新率的方法、显示系统及图像信号发生器与流程

本发明属于图像处理领域，更具体地，涉及一种实现实时动态刷新率的方法、显示系统及图像信号发生器(pattern generator，pg)。

背景技术：

1、人们对于电子显示技术的探索与革新让广大消费者的观看体验在近几十年里有了长足的进步，从大块头的阴极射线管(cathode ray tube，crt)显示器到轻薄小巧的液晶显示器(liquid-crystal display，lcd)，甚至最新的有机发光二极管(organic light-emitting diode，oled)，从工作原理到制作材料，以上三者之间大相径庭，但它们显示图像时都需要对屏幕内容不断的刷新(refresh)，从而能显示动态的画面效果。大部分显示设备的刷新率(refresh rate)是一个固定的值，这对于很多应用场景使用起来没有问题，比如看电影，办公等，但是电子游戏则不同。

2、电子游戏作为高度依赖显示技术的娱乐方式，这些技术的变革与升级对其自身的发展有着巨大的影响。电子游戏图像的生成十分复杂，游戏主程序对场景需要哪些贴图、模型进行计算，从存储器中调用，最后由显示单元进行运算输出到显示设备。在游戏画面生成的过程中，由于显卡或图形处理器(graphics processing unit，gpu)性能不足或是游戏程序架构设计方面存在问题，造成帧速率(framerate)不能总是一个固定的值，这就导致在游戏画面生成完毕并输出到显示设备时，游戏画面的帧率可能和显示设备的刷新过程不匹配，从而导致显示画面出现问题，一般常见的问题分为两种：画面撕裂(tearing)和画面卡顿(stuttering)。

3、需要说明的是，画面撕裂(tearing)产生的原因为：如果显示设备以固定刷新率显示图像，且图像传输接口也以固定的刷新率传输图像，而帧生成时间不确定时，当屏幕上正在显示的那一帧画面还没完全消失，新一帧画面就被输出到了显示设备上，将会看到两帧不同的画面同时出现在显示设备，如图1所示。画面卡顿(stuttering)产生的原因为：游戏画面生成过程中某些环节出现了拖慢，导致显卡输出的时间节点和显示设备的刷新时间有了错位，有可能会对一帧图像帧重复显示导致该帧停留的时间为其他帧的两倍，视觉上便会产生卡顿的感觉，如图2所示。

4、目前已有显示器支持了可变刷新率技术，即显示一帧的时间可以根据图像源的帧率进行自适应。这就要求传输图像的接口也需支持传输动态刷新率的图像数据，使得两者刷新率可以完全匹配以解决上述问题。具体实现方案为：通过重新配置像素时钟(pixelclock，pclk)的频率来实现刷新率的改变。如前文所述，实际上显示设备的像素时钟频率frequency计算公式为：frequency＝htotal×vtotal×framerate；vtotal为一帧图像的总行数，htotal为一行的总像素时钟周期。那么当一幅图像的分辨率固定时，如果将像素时钟变为原来的一半，则刷新率也会对应减半。此方法的缺点为，当重新配置像素时钟频率后，在一段时间之内像素时钟是不稳定的，甚至没有像素时钟信号输出，这就会导致在这段时间内没有图像数据发送到显示器，从而观察到黑屏或者闪烁的现象，如图3中的虚框所示，图3中data表述图像帧数据。此外，像素时钟的频率也有范围限制，过低则时钟芯片无法输出低频的时钟，过高则会导致时序难以收敛等。因此该方法实现的刷新率可调节范围较窄。

技术实现思路

1、针对现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种实现实时动态刷新率的方法、显示系统及pg，旨在解决现有图像显示的刷新率动态可调节范围过窄的问题。

2、为实现上述目的，第一方面，本发明提供一种实现实时动态刷新率的方法，包括：

3、渲染生成图像帧，并确定对应的帧速率；

4、根据渲染生成每帧图像的帧速率确定向显示模块发送每帧图像的行消隐区和/或场消隐区的长度；

5、结合所确定的行消隐区和场消隐区的长度向显示模块发送对应的图像帧，以便显示模块基于行消隐区和场消隐区的长度动态调整其显示对应图像帧的刷新率。

6、可以理解的是，本发明根据图像帧的帧速率动态调整图像帧的发送时序，使得图像帧的发送时序携带其生成过程的帧速率信息，以便显示模块基于图像帧的时序信息动态调整刷新率，使得刷新率和帧速率动态匹配，保证显示画面的质量，避免出现画面撕裂、卡顿、黑屏或闪烁等等情况。

7、在一种可能的实现方式中，该方法还包括：

8、当所述行消隐区和/或场消隐区的长度被调整后，向显示模块发送相关指示信息，以指示显示模块基于行消隐区和场消隐区的长度动态调整其显示对应图像帧的刷新率。

9、需要说明的是，有一些显示模块可以自动识别图像帧的时序信息，以依据图像帧时序相应调整其刷新率，但是有一些显示模块不能自动识别图像帧的时序信息，对于那些无法自动识别的显示模块，需要向显示模块发送相关指示信息，以指示显示模块去识别图像帧的时序，以依据图像帧时序动态切换其刷新率。

10、在一种可能的实现方式中，该方法还包括：

11、当渲染生成下一帧图像帧的帧速率相比渲染生成上一帧图像帧的帧速率发生改变时，确定下一帧图像帧的帧速率，并进行锁存；

12、当所述上一帧图像帧向显示模块发送完毕后，基于下一帧图像帧的帧速率调整行消隐区和/或场消隐区的长度，以结合调整后的行消隐区和场消隐区的长度向显示模块发送所述下一帧图像帧。

13、具体地，由于渲染生成完一帧图像帧到这一帧图像帧传输完成存在时间差。为了保证显示模块不会在一帧图像帧未传输完成的时候获取到刷新率变化，从而导致发送到显示的单帧画面出错，本发明获取到下一帧刷新率发生了变化的信息后会先进行锁存，只有在当前图像帧发送完成后，才会去调整时序，从而避免在一帧图像帧之内存在两种不同的刷新率。

14、在一种可能的实现方式中，设图像帧的帧速率为framerate，则通过如式确定各图像帧的行消隐区和场消隐区的长度：

15、

16、其中，frequency为显示模块的像素时钟频率，htotal为一行的总像素时钟周期，htotal＝hactive+hblank，hactive为行有效区，hblank为行消隐区；vtotal为一帧图像帧的总行数，vtotal＝vactive+vblank，vactive为场有效区，vblank为场消隐区。

17、具体地，通常情况下，vactive和hactive的长度是固定，因此可以依据图像帧的帧速率调整行消隐区和/或场消隐区的长度调整htotal和/或vtotal的长度，来动态调整显示模块的刷新率。

18、需要说明的是，显示模块的刷新率refreshrate一般通过下式确定：

19、

20、因此，当htotal和/或vtotal的长度改变时，显示模块的刷新率相应改变，且显示模块的刷新率和生成图像的帧速率能够动态实时匹配，实现对图像帧的高质量显示。

21、在一种可能的实现方式中，所述行消隐区hblank包括：水平同步信号脉宽(hsyncpulse width，hpw)、水平同步信号后肩(hsync backporch，hbp)以及水平同步信号前肩(hsync front porch，hfp)；

22、通过调整hpw、hbp以及hfp中至少之一的长度调整行消隐区的长度。

23、在一种可能的实现方式中，所述场消隐区vblank包括：垂直同步信号脉宽(vsyncpulse width，vpw)、垂直同步信号后肩(vsync back porch，vbp)以及垂直同步信号前肩(vsync front porch，vfp)；

24、通过调整vpw、vbp以及vfp中至少之一的长度调整场消隐区的长度。

25、在一种可能的实现方式中，所述frequency固定不变。

26、第二方面，本发明提供了一种实现实时动态刷新率的方法，该方法应用于显示模块，包括：

27、接收图像生成模块发送的各帧图像；其中，每帧图像的hblank和/或vblank的长度已根据渲染生成每帧图像的帧速率进行调整；

28、在显示模块像素时钟频率固定的情况下基于接收的各帧图像的hblank和vblank的长度动态调整显示模块显示各帧图像的刷新率，使得显示模块的刷新率与图像生成的帧速率动态匹配。

29、在一种可能的实现方式中，该方法还包括：

30、接收图像生成模块发送的指示信息；

31、根据所述指示信息基于hblank和vblank的长度动态调整显示模块显示各帧图像的刷新率。

32、第三方面，本发明提供了一种显示系统，包括：图像生成模块、图像传输接口模块以及显示模块；

33、所述图像生成模块，用于渲染生成图像帧，并确定对应的帧速率；

34、所述图像传输接口模块，用于根据渲染生成每帧图像的帧速率确定向显示模块发送每帧图像的行消隐区和/或场消隐区的长度；

35、所述显示模块，用于基于所述行消隐区和场消隐区的长度动态调整其显示对应图像帧的刷新率。

36、需要说明的是，本发明中提到的图像生成模块可以是显卡或gpu等渲染生成图像的装置、模块及设备的核心部分等等，图像传输接口模块可以是显卡或gpu与显示器之间传输接口对应的软件控制部分。显示模块可以是显示器、显示面板、显示屏或液晶模组等等。本发明中模块可以是硬件形式、软件形式或软硬件结合的形式。另外，本发明中各个模块可以相互独立存在，可以是分开的装置、模块或设备，也可以是合并存在，可以是内包在一个装置、模块或者设备。例如，本发明中图像生成模块、图像传输接口模块和显示模块可以共同内嵌在手机、平板电脑、车载设备、增强现实(augmented reality，ar)/虚拟现实(virtual reality，vr)设备、可穿戴设备、笔记本电脑、台式电脑、超级移动个人计算机(ultra-mobile personal computer，umpc)、个人数字助理(personal digitalassistant，pda)、上网本、智慧大屏等具备显示屏的电子设备，本发明对上述图像生成模块、图像接口模块和显示模块对应设备或装置的具体类型不作任何限制。

37、第四方面，本发明提供了一种pg，包括：图像生成模块和图像传输接口模块；

38、所述图像生成模块，用于渲染生成图像帧，并确定对应的帧速率；

39、所述图像传输接口模块，用于根据渲染生成每帧图像的帧速率确定向显示模块发送每帧图像的行消隐区和/或场消隐区的长度。

40、在一种可能的实现方式中，所述图像传输接口模块的功能通过pg的中控单元实现。

41、第五方面，本发明提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质被配置为存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如第一方面、第一方面的任一种可能的实现方式、第二方面或第二方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。

42、第六方面，本发明提供一种电子设备，包括：至少一个存储器，用于存储程序；至少一个处理器，用于执行存储器存储的程序，当存储器存储的程序被执行时，处理器用于执行如第一方面、第一方面的任一种可能的实现方式、第二方面或第二方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。

43、第七方面，本发明提供一种计算机程序产品，当计算机程序产品在处理器上运行时，使得处理器执行如第一方面、第一方面的任一种可能的实现方式、第二方面或第二方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。

44、第八方面，本发明提供一种芯片系统，所述芯片系统包括存储器和处理器，所述处理器被配置为执行所述存储器中存储的计算机程序，以实现如第一方面、第一方面的任一种可能的实现方式、第二方面或第二方面的任一种可能的实现方式所描述的方法。

45、可以理解的是，上述第三方面至第八方面的有益效果可以参见上述第一方面和/或第二方面中的相关描述，在此不再赘述。

46、总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具有以下有益效果：

47、本发明提供一种实现实时动态刷新率的方法、显示系统及pg，由于本发明通过调整时序中的行消隐区和/或场消隐区的长度调整显示模块的刷新率，由于行消隐区和场消隐区的可调区间较长，使得刷新率的变化范围较宽，可以避免通过调节像素时钟频率调节刷新率导致像素时钟频率过低或过高导致时钟无法生成或时序难以收敛等问题。

48、本发明提供一种实现实时动态刷新率的方法、显示系统及pg，通过控制图像帧的时序接口上动态调整图像帧的时序，以在不改变显示模块像素时钟频率的情况下实现显示模块刷新率的实时动态切换；由于本发明中时序中的行消隐区和/或场消隐区是通过图像帧的帧速率计算得到，使得显示模块由时序计算的刷新率与帧速率自动匹配，能够保证动态切换刷新率时显示画面顺滑，不会有黑屏、闪烁以及卡顿等现象，保证了显示画面的质量。