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汉振分享 | DLP特征编码图案成像探究(2)—— 序列图案帧率分析
日期:2019年09月12日

RGB表示红色、绿色、蓝色三原色光,24-bit指的是颜色位深,即有2的24次方约1678万种色彩组合。

DLPC350最高支持帧率为120Hz的24-bit RGB数据输入,每一帧都是由三色(RGB)组成的。以120Hz为例,每帧数据的时间为8.3ms(1000ms/120),如果RGB占比为1:1:1,则平均每一种颜色有2.78ms的时间片。每种颜色又可以划分成8位的bit-planes,1 bit-plane代表一幅2D图片所有像素的1位集合,如图1所示:


每个bit-plane的时隙长度用它与相应的2的幂来加权。这样就提供了图像的二进制脉冲宽度调制。在24-bit RGB流输入中,每个颜色时隙被分成8-bit平面。 在单颜色时隙中加权的所有bit的总和等于255(bit-plane由二进制表示加权)。如图2所示:


单个24-bit帧由一系列bit-plane组成。因为DMD镜子的打开或关闭,bit-plane通过与位平面中设置的位对应的反射镜的打开和及对应的颜色光源照射创建画面。利用二进制脉冲宽度调制,通过控制镜子开启和照明的时间量来再现颜色的强度等级。对于输入到DLPC350的24-bit RGB帧图像,DLPC350创建24 bit-plane,将这些平面存储在内部存储器缓冲区中,并将这些平面发送到下一帧的DLP4500 DMD,一次一个位平面。 根据位平面的位权重,DLPC350控制该位平面暴露在光线下的时间。


DLPC350可以在内部存储器缓冲区中存储两个24-bit帧。 这48 bit-plane显示缓冲区允许DLPC350向DMD阵列发送一个24-bit缓冲区,而第二个缓冲区从闪存填充或通过24-bit RGB数据接口流入。 在流模式下,DMD阵列显示先前的24位帧,而当前帧填充显示缓冲区的第二个24位帧。 显示24位帧后,缓冲区旋转并访问DMD的下一个24位帧。 结果,显示的图像是通过24位RGB并行接口流传输的数据后面的24位帧。


因此,24-bit RGB输入与DMD输出之间有约一帧时间差。


在视频模式下,DLPC350通过最大30-bit RGB或FPD-link(LVDS)接口输入,支持高达1280×800像素分辨率(120 Hz)。 DLPC350处理数字输入图像并将数据转换为DLP4500 DMD的适当格式。 DLPC350处理功能包括格式转换和视频增强模块。


图片显示模式又可细分两种模式:Pattern Sequence和Pattern Sequence [Variable Exposure]。

在Variable Exposure Pattern Display模式中,Sequence中每一个pattern的曝光时间和周期都是可以单独设置的。在Pattern Display模式中,每一个pattern的曝光时间和周期都是完全相同的,不能单独设置。这两种模式具有完全相同的数据输入接口:24-bit RGB、FPD-link或flash memory;在图案显示模式下,DLPC350可绕过视频处理和图像增强功能,提供高达120HZ的精确912×1140像素分辨率。


使用来自闪存的最多2个24位平面的模式序列可以达到最快的模式速率。 只要这样的序列组合总共≤48bit-plane,可以是 48个1bit模式,或6个8bit或任何此类模式组合,总计48bit-plane。在这种情况下,模式从闪存预先加载到DLPC350内部RAM,单个模式可以以最快的速率显示,与模式图片加载时间无关(在4225hz时为1位;在120hz时为8位;参见表1)。 

当总数> 48 bit-plane时,每次需要从flash里载入新的图片,default 时间为200ms,即200ms载入48张1bit图片。同时,buffer里的48bit图片在200ms内显示完。这样帧率将会随新的实际加载时间的变化大幅降低。 


对于DLP4500,如果使用的图案如图5所示,其中强度/位/颜色在X方向上变化,但图案在Y方向上相同,即row0,row1, 。。。。。。,row1140都相同:


在这种情况下,压缩仅存储row0,解压缩复制row0以形成1140行。(如果使用GUI创建闪存映像,如果所有行都相同,GUI会自动选择此压缩)。压缩图像尺寸非常小,并且基于图案内容不会有太大变化。对于这样的图像,加载时间相对恒定并且约为100ms。


如果使用的模式不是由相同的行组成,如图6所示:


在这种情况下,压缩图像的大小将根据模式而变化。加载时间(来自闪存的每个24位模式)将与压缩图像大小成正比。加载时间也将与闪存访问时间成比例。

加载时间:


上面的公式将评估到大约的加载时间。给定图像的实际加载时间(可使用GUI工具测量)可能与上述估计值相差5-10%。 上述公式可用于快速估计可实现的图案速度,但是建议在决定最终图案速率和曝光时间之前使用GUI和EVM测量实际加载时间。

那么超出48位平面也可根据帧率计算公式算出 fps = frameNum / elapsedTime,

FrameNum = 实际帧数总和;

elapsedTime = 48位平面内帧显示用时+超出部分加载耗时+超出部分显示时间总和。

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