低密度点阵显示器上显示高密度点阵图象的方法及系统

摘要

用于在大尺寸低密度点阵显示器上显示高密度位映象点阵成象数据的方法和系统。分配多个并相邻排列的点图象数据组中的每一个的位映象数据,以驱动上述显示器的一个点。这是通过一种处理进行的,其中使用数据选择顺序标准以便从上述点图象数据组的每一个连续而重复地高速交替选择和抽取图象数据,且其中从每一点图象数据组抽取的图象数据用来驱动显示器上一个点。

说明书

本发明涉及使用大屏幕低密度点阵显示装置来显示高密度位映象点阵图象数据的方法。特别地，本发明涉及通过上述大屏幕点阵显示器获得尽可能清晰的图象的方法。

由垂直和水平定向排列的发光二极管阵列组成的大尺寸点阵型显示器常常用于大厦、运动场及其他场所作为可视化传送信息的装置。这类显示器使用一般可提供与普通电视类似的图象分辨率的大显示面。

典型的电视接收机提供等于480垂直和720水平显示行的图象分辨率的水平。用于这种分辨率标准的位映象图象数据被处理为480垂直点和720水平点。如果这一数据显示标准用于例如96垂直乘144水平点模式的大屏幕点阵显示器，则结果将成为仅能提供位映象图象数据本来能够具有的分辨率的五分之一。

对这种类型的显示器执行控制的最简单的方法削减水平和垂直点密度为五分之一正常密度，由此480乘720的位映象图象被重新格式化为96乘144模式，并以一位数据驱动96乘144点模式中的每一个点。通过这种方法，仅使用图象数据的一个点驱动其中可获得图象数据的25个点(5×5)的区域内的显示器的一个点。

这一图象削减显示控制方法的结果是造成大量的数据损失和图象分辨率的降低。此外，当只使用这种削减处理时，会产生显著降低图象质量的叠混效应。本专业中周知，图象格式转换，即对很小的图象区域内的图象数据求平均的一种处理，能够用来降低叠混的有害影响。例如，通过低通滤波器提供的求平均转换能够降低叠混，其中图象数据的一个点是由二十五个(25)点(5x5)或由5x5点区域内的九个(9)点(3x3)(这种情形下，舍去数据(25-9)的十六个(16)个点)求平均而得。执行这种格式转换之后，平均的图象数据的一个点用来驱动屏幕上的一个显示点。本专业中还知道，可使用加权平均格式转换运算，其中在数据转换处理中对点的小组的中心部分特别强调或者说进行“加权”。双线性、三次样条和高斯滤波器是加权平均格式转换的一些例子。

可以通过求平均的格式转换处理从高密度图象数据推导出低密度位映象图象数据，并在大尺寸低密度点阵显示装置上显示。一旦设置了所需的控制参数，这一方法与简单的图象削减相比其结果能够获得改进的图象质量。

关于显示装置的结构，最好使用低密度点阵装置用于以上高密度图象的显示，因为近来的大尺寸显示系统一般包含比较厚的固态的平板结构，其中集成有诸如高强度LED组合之类的大量的发光元件。由于有用于驱动装在平板结构中的元件的电子装置，故平板结构不能成为透明的。然而，在当今计划或设计中带有各式外观诸如帘式墙壁的建筑物时，对于大尺寸的显示装置就需要与建筑物个外观同样能够保持透过显示装置的可视性。显然，以上传统的带有固态平板结构的显示装置不能用于这种用途。

本发明的目的是要提供一种借助于新的显示控制标准使用高密度位映象图象数据驱动低密度点阵型显示装置的方法，其中与传统的方法相比达到了较高的图象分辨率。

本发明的另一目的是要提供一种具有透过其结构能保持可视性的透明结构的显示装置。

根据本发明的一个方面，使用高密度位映象图象数据驱动低密度点阵显示装置的方法包括以下步骤：为显示装置上的一个显示点分配位映象图象数据中相互接近的多个被定向的点组的每一个，采用预定的图象数据选择序列标准借助于重复高速数据选择操作从多个点组的每一个之内交替选择数据的一个图象点，并作为显示驱动数据的一个点向显示装置提供交替选择的数据的每一个点的部分。预定的图象数据选择序列标准可包含一预定的图象数据计算标准。

根据本发明的另一方面，用于在低密度点阵显示器上显示高密度点阵位映象图象数据的系统采用了包括上述步骤的方法。

根据本发明的又一个方面，点阵显示装置包含：按显著大于每一撑件宽度的间隔彼此交叉的多个撑件，分别配置在撑件交叉点处的多个发光元件，每一发光元件的成形应不使由交叉的撑件构成的结构透明性恶化，每一发光元件的配置使得其光轴指向基本垂直于由交叉的撑件形成的结构表面，以及用于分别控制发光元件的驱动的装置，该控制装置分布在撑件内。该显示装置还可以包含多个显示模块，每一显示模块具有如同上述显示装置基本相同的配置。

从以下详细的说明，本发明的其他目的和优点对于本专业人员将是显而易见的，其中仅简单地通过被认为是实施本发明最佳方式而显示了和说明了本发明优选实施例。应当理解的是，本发明可以是其他的不同的实施方式，并且在不背离本发明的情形下其若干细节在各个明显的方面可以修改。于是，附图和说明就其性质而言是示例性的，而非限制性的。

图1是借助于本发明可被驱动的透明显示板的外形图；

图2是结合在一起形成图1所示的透明显示板的多个网格模块的示意图；

图3是用来驱动图1和2中所示的显示板的主电路的框图；

图4是表示安装在每一网格模块的电路的框图；

图5是表示图4的显示电路10更为详细的描述的框图；

图6是本发明规定的选择序列标准的一个实施例；

图7是本发明规定的选择序列标准的另一个实施例；以及

图8是本发明规定的选择序列标准的又一个实施例。

以下从讨论本发明可适用作为其控制装置的大尺寸低密度点阵显示装置开始有关本发明的实施例的讨论。

透明显示板

图1表示作为本发明的一个实施例的透明型显示板的外形视图。这一显示板包括按100mm间隔交叉形成不遮光网格结构的垂直和水平撑件1。每一撑件1为12mm宽。网格内每一交叉点装有形成为网格结构的组成部件的直径27mm的圆柱形壳体2，并装有高强度LED灯3，灯3装在每一壳体2内并包含红、绿、蓝灯元件以便允许多种颜色的显示。如图1所示，灯3的发光轴垂直于显示板的前表面。

虽然图1示出七个垂直和七个水平撑件1，但是这些撑件只形成了大尺寸显示板的一个单个部分，该显示板总共装有128个垂直及256个水平撑件，且其实际尺寸为十三(13)乘二十六(26)米。整个显示板装有32，768个灯(128×256)，可对这些灯的发光分别地随机地加以控制，以便类似于点阵显示装置那样提供文字、数字或图象的静态或动态的显示。本实施例中，显示器使用四(4)位数据分另驱动红、绿、蓝灯，这样就需要12位的数据信号。这类显示装置允许显示多达4，096种颜色。

正如最后更为详细地讨论所述，用来控制显示操作及用于驱动各个灯3的显示驱动电路分成几个模块并安装在网格结构之内。电线沿撑件1布线并把每一灯连接到它的控制电路。电源连接到显示板并连接到诸如台式计算机之类用来向显示板提供显示控制数据的主控装置。

这一大尺寸13×26米的显示板安装在大厦的透明墙壁上，灯3面向外以便于过往的人们观看。由于在网格构型内的圆柱形壳体2和撑件1之间形成了大的间隔，该显示器允许透过其安装的透明墙壁的可视性，因而尽管装有这一大尺寸的显示板，但却允许建筑物内的人们观看外部区域。当从外向建筑物内部观看时，13乘26米128乘256点阵的显示板的透明网格结构使得显示板很难看见，并允许建筑物内部的光线从外部清楚可见。

显示板模块

上述大尺寸的点阵显示板由图2所述的多个较小的网格模块组成。这些模块在图中指定为M1，M2，M3等等，并且每一模块由八个撑件1组成，其中四个水平配置四个垂直配置，以形成圆柱形壳体2和LED灯3安装在其中的十六(16)个交叉点。每一个模块的外部尺寸是40cm乘40cm。

水平撑件1的右端与右侧的网格模块的水平撑件的左端配合。同样地，撑件1的上端与上方的网格模块的撑件的下端配合。这一相互连锁的模块结构允许多个网格模块相互连接并结合以形成大尺寸的网格显示板，网格交叉点之间有100mm均匀的间距。

每一网格模块装有：驱动包含在其中的十六(16)个灯3的控制电路，由于在模块之间传输显示驱动数据的信号传输电路，以及向包含在模块内的电路提供电能的电源系统。虽然在撑件1和圆柱形壳体2的内部有用来安装上述电路和电源系统的空间，但是借助于电路单元或类似的装置由撑件围绕的九(9)个开放的区域之一也可以用来容纳上述电路和电源。虽然使用网格内开放的区域安装电路装置会降低显示板透明度的水平，但是所述电路装置在整个显示板上的均匀分布的结果将会使显示板的透明度损失最小。

上述六十四(64)个网格模块水平连接，三十二(32)个模块垂直连接，以便形成提供128点乘256点组成的点阵显示构型的13乘26米的大尺寸透明显示板。包含在六十四(64)个网格模块内水平轴上的电路借助于安装在撑件1的左端内的输入连接器、安装在右端内的输出连接器被串联，在撑件1的右端插入如上所讨论的右侧的网格模块撑件的左端时所述连接器相互连接在一起。

整个显示板的布线

如前面所讨论的那样，具有128乘256显示点构型的13乘26米透明显示板是通过连接水平轴上的六十四(64)个网格模块和垂直轴上的三十二(32)个网格模块形成的，上述网格模块的每一个具有4乘4点显示构型。如图3中所示上述六十四(64)个水平连接的网格模块是电串联的。

图3中，主控装置4可以是作为对显示板的显示控制装置的台式计算机或计算机工作站。主控装置4包含存储在硬盘或其他数据存储装置上的专用的静态或者动态显示数据文件，并能够使用计算机程序通过显示板的写系统控制显示数据的分布。

以下称串行电连接的六十四(64)个被连接的网格模块的水平阵列为模块行。这里所示的显示板结构的实施例由全部三十二(32)模块行组成。数据分配电路S1到S32连接到每一模块行的左端，并还串联到主控装置4。

该显示器装有128乘256点构型，正如以上所讨论的，对于一个点显示的控制数据为12位的格式。于是，对于一个显示帧所需的图象控制数据计算出来为128×256×12位。一帧的图象数据是通过主控装置4以排列为12位数据的高速串行输出的。同时输出时钟信号或显示帧同步信号以控制数据变化的速率。

由于一模块行装有六十四(64)个网格模块，且一个网格模块包含对应于显示点的十六(16)个灯，故对于一个模块行需要1，064(16×64)个点的图象数据。在每一模块行处的每一图象数据分配电路(S1到S32)从主控装置4接收必须的1，064(16×64)个点数据用于在一帧显示内的一模块行的显示，并把该数据提供给行中的各模块。

由分配电路S1到S32提供给每一模块行的数据被顺序地发送到每一网格模块。内置到每一模块中的电路接收并在存储器中保持发送到该模块行的1，064(16×64)个点的图象数据中其特定的16点部分，并使用该数据控制模块中的十六(16)个灯的发光。控制系统反复向显示板中的2，048(64×32)个网格模块以高速发送图象数据，从而以各种颜色在具有32，768(128×256)点阵构型的大尺寸13乘26米的透明显示板上形成可能的静态和动态图象显示。

模块电路结构

图4表示包含在一个网格模块中的电路结构。如前所讨论的那样，输入连接器5安装到每一撑件的左端，且输出连接器9安装到右端。来自输入连接器5的输入信号通过输入缓存器6的处理并提供给数据选择器7。数据选择器7抽取用于该具体的网格模块的16点数据并把它与必要的时钟或同步信号一同发送到显示电路10。进而，为了向水平阵列中的下一个网格模块发送各种类型的信号，在这些信号从连接器9输出之前可以在输出缓存器8处执行波形或者定时产生操作。

此外，来源于网格模块行的左端的数据分配电路的电源线11反复安装在输入连接器5和输出连接器9之间作为向水平行中的所有六十四(64)个网格模块供电的装置。开关调节器12内置安装到每一网格模块，它从外部电源接收电能并进行操作以便提供稳定的电流以驱动网格模块内的逻辑电路和显示灯。

图5表示安装在每一网格模块内的上述显示电路10的结构。十六(16)个显示灯3连接到16点阵电路13，该电路通过由公共驱动器14和行驱动器15执行的常规定时操作来控制灯3的发光。已经抽取的16点图象数据以及由上述数据选择器7提供的所施加的时钟或同步信号通过控制器17作为控制数据被处理，并暂时写入数据存储器16。在扫描公共驱动器14的同时，控制器17按4点数据组顺序地读出数据存储器16中的图象数据并把该数据输入到行驱动器15。

显示控制系统

显示板的128×256点阵构型是由用于640×1，280点阵构型的位映象图象数据驱动的。如上所述，位映象图象数据的密度五倍于显示板的分辨率能力。

当这种类型的图象数据用来驱动显示板的整个面时，对于显示板上的一个点有二十五(25)(5×5)个可用的显示数据的点。作为图6所示的本发明的一个实施例，在上述可用数据的25点内可指定九(9)个点(3×3)作为有效的点，这样便能够在一个点的显示内的作为多个点被驱动。对于围绕上述九(9)个有效点的十六(16)个点的数据是不予使用的。换言之，用于上述9点组的数据被分配给显示器上的每一点，从而能够形成一个系统，该系统允许所有的图象数据规定被用来驱动显示器。

用于640×1，280点阵构型显示的位映象图象数据存储在视频RAM装置中并由显示控制处理器以高速进行读取访问。根据规定的选择顺序标准，显示控制处理器借助于高速重复进行的交替选择操作从9点组数据抽取用于显示器一点的数据，并把该数据作为驱动一点手段施加到显示器上。为了以高速驱动128×256点显示板上的所有显示点，这一处理是同步的。

以下的讨论将对上述选择顺序标准的第一实施例进行说明。如图6中所示，9点组内的数据位被标记为1到9。例如，可以建立1-2-3-4-5-6-7-8-9这一顺序作为选择顺序标准的第一实施例，该标准用来通过进行反复高速选择操作而交替抽取显示点数据。在视频RAM中的图象数据在以1／30秒的间隔刷新的情形下，显示控制处理器将对于每个显示帧在第1／270秒执行九(9)个显示扫描，以便交替施加9点组中每一数据位作为显示驱动数据。这一例子中，均匀而相等地使用用于所有九(9)点的数据。

以下的例子将说明上述选择顺序标准的第二实施例。在这一选择顺序中，对于点5的数据以八倍于其他点数据的频率被抽取。这一选择顺序可表示为1-5-2-5-3-5-4-5-6-5-7-5-8-5-9-5，这是一个在数据选择操作期间连续被重复的顺序。

以上解释的数据选择顺序标准决不是在限制本发明的实施方式。按需要和应用的要求可采用各种其他的数据选择顺序。例如如图7所示，数据选择操作可仅按1-2-3-4的顺序对四个显示点施加数据，其中数据的每一位以重复进行的高速数据选择操作被交替地抽取。根据预定的选择标准从高密度点阵位映象图象选择四个显示点，以便定义一个多点组。选择的标准可以根据诸如实际可视性、清晰度等所需要的质量等因素建立。

图8表示本发明的另一实施例。本实施例中，按照一种顺序将16点显示数据组顺次分配到一个显示点上，在该顺序中首先抽取用于点1的数据并用作为显示数据。这之后是选择点2，3和4，对数据求平均并然后使用该平均数据驱动一个显示点。接下来之后是选择点数据5，6，7，8和9，对数据求平均并然后使用该平均数据驱动一个显示点。该顺序接下来进行对点数据10，11，12，13，14，15和16的选择，求数据的平均并然后使用该平均数据驱动一个显示点。这一数据选择操作连续地重复地以高速执行。

当用摄象机记录由本发明提出的显示系统显示的图象时，被显示的数据一帧中一个小区域中的多个点随后分别在一个很短的时间一次激励摄像机成象元件一个特定的点。结果，由于对于上述多个点的小区域中的图象数据基于定时求平均，故能够获得更为平滑的图象效果。如前所述，通过对图象数据很小的区域求平均或者加权平均而产生低通滤波器的效果，本发明能够降低当削减图象数据时引起的叠混畸变这一问题。

人类的眼睛工作方式与摄像机的不同之处在于，人眼很难保持专门注视于单一的光点，而是连续不断地在注视的小区域附近运动。当借助于本发明驱动的显示系统由人眼观看时，通过抽取一个帧内很小的点组所提供的发光，基于一种顺序刺激视网膜视觉神经的不同区域。当与简单的图象削减操作相比时，本发明提供的图象显示装置向观看者提供了更多的图象数据。可以认为，本发明更为近似地模拟了人类眼睛的特性及视觉的动态性质。虽然利用本发明驱动的显示系统提供的图象的显示可能由于各观察者之间感知上的差异的结果而有所不同，但如前所述，本发明通过低通滤波器的效果和降低叠混畸变而能够提高分辨率。

作为这一说明书中解释的方法和装置的结果，通过新的显示技术，本发明提供了使用高密度点阵位映象图象数据驱动大尺寸低密度点阵显示器的方法，这种技术提供了在显示装置的极限范围内可能的最佳图象质量和最高分辨率。