本發(fā)明涉及液晶顯示控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及單色高灰階液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)裝置。

背景技術(shù)：

隨著數(shù)字成像設(shè)備和顯示控制技術(shù)的發(fā)展，影像診斷醫(yī)師閱讀影像的模式也已經(jīng)從傳統(tǒng)的熒光屏、膠片、燈箱為主的硬閱讀模式向數(shù)字化信息醫(yī)用顯示器的軟閱讀模式過(guò)渡。為便于醫(yī)生診斷和觀察，醫(yī)用顯示器和傳統(tǒng)的膠卷都采用灰階單色顯示，而采用彩色顯示器表現(xiàn)單色的醫(yī)學(xué)影象，可能會(huì)產(chǎn)生掉色的情況導(dǎo)致醫(yī)生無(wú)法準(zhǔn)確診斷病情。因此在醫(yī)療環(huán)境下，醫(yī)生需要有專用的顯示器。

現(xiàn)有技術(shù)的醫(yī)用顯示器普通顯示器只有256灰階(8bit)，用于顯示彩色圖象，無(wú)法支持高灰階顯示，圖像顯示不清晰。此外，專業(yè)的醫(yī)用顯示器必須支持DICOM PART14的標(biāo)準(zhǔn)，也就是說(shuō)必須具備調(diào)整DICOM標(biāo)準(zhǔn)曲線的能力，使其和DICOM標(biāo)準(zhǔn)相吻合，從而保證影像的顯示質(zhì)量。醫(yī)用顯示器有可以根據(jù)影像的需要，需要可以橫/豎屏轉(zhuǎn)換，同時(shí)具有很高的分辨率。目前專用的醫(yī)用灰階顯示器價(jià)格非常高昂，限制了顯示器的應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明的目的是提供一種單色高灰階液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)裝置，基于FPGA芯片具有顯示曲線采集和正常工作兩種工作模式，顯示曲線動(dòng)態(tài)可調(diào)并具有加密單元保證數(shù)據(jù)的安全性。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的具體解決方案提供一種單色高灰階液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)裝置，包括圖像處理單元、輔助測(cè)試單元和加密單元：

圖像處理單元包括解碼芯片、FPGA芯片、編碼芯片、配置芯片EPCS4、I2C存儲(chǔ)器，所述解碼芯片將DVI輸入信號(hào)解碼成三基色的灰度值數(shù)據(jù)和相應(yīng)的行信號(hào)、場(chǎng)信號(hào)、點(diǎn)時(shí)鐘控制信號(hào)，并將解碼后的數(shù)據(jù)輸出到FPGA芯片，所述FPGA芯片將接收到的三基色灰度數(shù)據(jù)進(jìn)行灰度校正，并且將矯正之后的三基色灰度數(shù)據(jù)按照液晶顯示器的掃描方式進(jìn)行重組緩存和灰度調(diào)制，所述EPCS4為FPGA芯片的配置芯片，存儲(chǔ)有FPGA芯片的算法處理程序，所述I2C存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)在掉電狀態(tài)下FPGA芯片的調(diào)整參數(shù)和映射信息，編碼芯片將FPGA芯片矯正之后的數(shù)據(jù)重新編碼成DVI信號(hào)；

輔助測(cè)試單元與FPGA芯片引腳連接，接收并處理用戶的控制輸入?yún)?shù)，所述參數(shù)包括亮度、對(duì)比度，并根據(jù)參數(shù)調(diào)整顯示映射關(guān)系曲線，隨后與FPGA芯片進(jìn)行通信，將上述處理好的信息傳遞給FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片對(duì)I2C存儲(chǔ)器進(jìn)行讀寫(xiě)操作；

加密單元對(duì)配置芯片EPCS4中存儲(chǔ)的算法處理程序進(jìn)行加密，當(dāng)FPGA芯片開(kāi)始工作時(shí)，加密單元對(duì)FPGA芯片進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)驗(yàn)證通過(guò)時(shí)FPGA芯片開(kāi)始調(diào)用EPCS4芯片的配置程序開(kāi)始圖像處理工作。

進(jìn)一步的，所述圖像處理單元還包括內(nèi)存RAM1和內(nèi)存RAM2，作為FPGA芯片擴(kuò)展備用使用。

更進(jìn)一步的，所述FPGA芯片具有顯示曲線采集模式和正常工作模式，當(dāng)FPGA芯片開(kāi)始工作時(shí)，通過(guò)讀取與輔助測(cè)試單元連接的引腳的電平，通過(guò)電平的高低判斷FPGA芯片采用工作模式。

更進(jìn)一步的，當(dāng)電平判斷為高時(shí)，F(xiàn)PGA芯片采用顯示曲線采集模式，輔助測(cè)試板開(kāi)始接收控制信號(hào)，然后和FPGA芯片通訊，F(xiàn)PGA芯片根據(jù)控制信號(hào)對(duì)解碼后的信息進(jìn)行處理然后再輸出給編碼芯片，最后通過(guò)LCD進(jìn)行顯示，并將最佳映射關(guān)系數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到I2C存儲(chǔ)器。

更進(jìn)一步的，當(dāng)電平判斷為低時(shí)，F(xiàn)PGA芯片采用正常工作模式，讀取I2C存儲(chǔ)器存儲(chǔ)的最佳映射關(guān)系數(shù)據(jù)并進(jìn)行編譯，通過(guò)EPCS4芯片直接運(yùn)行顯示數(shù)據(jù)的灰度校正、調(diào)制和處理。

更進(jìn)一步的，所述輔助測(cè)試板包括輔助顯示模塊、MCU模塊和控制輸入模塊，所述控制輸入模塊接收用戶輸入的控制輸入信息并計(jì)算顯示映射關(guān)系曲線，輔助顯示模塊顯示映射關(guān)系曲線，MCU模塊完成數(shù)據(jù)的處理。

更進(jìn)一步的，當(dāng)加密單元對(duì)FPGA芯片進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，首先產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)碼同時(shí)將隨機(jī)碼發(fā)送到輔助測(cè)試板的MCU模塊，MCU模塊和FPGA芯片同時(shí)根據(jù)隨機(jī)碼進(jìn)行加密計(jì)算，各自生成一加密序列，隨后加密單元對(duì)加密序列進(jìn)行比較，如相同則驗(yàn)證通過(guò)。

更進(jìn)一步的，所述FPGA芯片和MCU模塊均加載有同一加密算法，所述加密算法根據(jù)一通用密鑰對(duì)隨機(jī)碼進(jìn)行驗(yàn)證。

本發(fā)明同現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn)和有益效果：

1.本發(fā)明基于FPGA實(shí)現(xiàn)了單色液晶的顯示驅(qū)動(dòng)，在顯示部分支持顯示曲線可調(diào)，用戶可以根據(jù)自己的需要燒寫(xiě)特定的顯示曲線，避免了專用芯片，一方面降低了驅(qū)動(dòng)電路板的成本，另外一方面提高了電路驅(qū)動(dòng)的可擴(kuò)展性。該驅(qū)動(dòng)電路可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行自定義修改。

2.本發(fā)明支持兩種工作模式，顯示曲線獲取模式和正常工作模式?？朔瞬捎脤Ｓ眯酒M(jìn)行設(shè)計(jì)的驅(qū)動(dòng)電路只有正常工作模式狀態(tài)，顯示曲線是內(nèi)部直接定義好的，缺乏靈活性的缺點(diǎn)。

3.具有加密單元。加密單元有效的保證了顯示曲線數(shù)據(jù)的安全性，避免被其他非法用戶獲取。保證了系統(tǒng)安全。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例加密單元的工作流程圖；

圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例顯示曲線采集模式的工作流程圖；

圖4是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例正常工作模式的工作流程圖；

圖5是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例顯示曲線的函數(shù)曲線圖。

附圖標(biāo)記說(shuō)明：

圖像處理單元(1) 加密單元(2) 輔助測(cè)試單元(3) FPGA芯片(4) 解碼芯片(5) 配置芯片EPCS4(6) I2C存儲(chǔ)器(7) 編碼芯片(8) 內(nèi)存RAM1(9) 內(nèi)存RAM2(10) 控制輸入模塊(11) MCU模塊(12) 輔助顯示模塊(13) DVI_D信號(hào)源(14) 電源(15) 液晶顯示屏(16)

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖一所示，一種單色高灰階液晶顯示器的驅(qū)動(dòng)裝置，包括圖像處理單元(1)、輔助測(cè)試單元(3)和加密單元(2)。

圖像處理單元(1)由電源(15)驅(qū)動(dòng)，包括解碼芯片(5)、FPGA芯片(4)、編碼芯片(8)、內(nèi)存RAM1(9)、內(nèi)存RAM2(10),、配置芯片EPCS4(6)和I2C存儲(chǔ)器(7)。解碼芯片(5)采用Silicon公司專用的的DVI解碼芯片(5)SiI1161，該芯片容量為512KB，該芯片是采用TFPQ的封裝結(jié)構(gòu)，具有100個(gè)功能引腳，能夠支持長(zhǎng)達(dá)10米的電纜傳輸，高達(dá)165MHz的輸入像素頻率，數(shù)據(jù)輸出時(shí)采用時(shí)序交叉的方式能夠極大地降低電磁干擾，并且內(nèi)置了同步信號(hào)去抖電路，因此芯片具有良好的穩(wěn)定性。解碼芯片(5)接收DVI_D信號(hào)源(14)的三基色數(shù)據(jù)和時(shí)鐘控制信號(hào)，然后利用解碼芯片(5)內(nèi)部的串并轉(zhuǎn)換電路將串行的三基色數(shù)據(jù)編碼重組為三路8位并行數(shù)據(jù)進(jìn)行輸出，并且同步輸出顯示屏的時(shí)鐘信號(hào)和數(shù)據(jù)有效信號(hào)。

優(yōu)選的，F(xiàn)PGA芯片(4)采用Altera cyclone系列的EP1C6Q240C6，具有185個(gè)可用IO，5980個(gè)LES，最高運(yùn)行速度166MHZ，2個(gè)PLL，92160bit RAM 能夠滿足本系統(tǒng)的要求。FPGA芯片(4)首先將接收到的非線性三基色數(shù)據(jù)進(jìn)行指數(shù)矯正，輸出滿足也就顯示器線性要求的灰度數(shù)據(jù)，然后將矯正之后的顯示曲線數(shù)據(jù)按照權(quán)重進(jìn)行位分離和重組操作。在這過(guò)程中，將內(nèi)存RAM1(9)存儲(chǔ)的灰度數(shù)據(jù)按照液晶顯示屏(16)灰度數(shù)據(jù)的掃描方式進(jìn)行調(diào)制，為液晶顯示屏(16)準(zhǔn)備格式化的掃描數(shù)據(jù)。內(nèi)存RAM2(10)存儲(chǔ)液晶顯示屏(16)的灰度數(shù)據(jù)的時(shí)鐘要求，調(diào)制數(shù)據(jù)的讀寫(xiě)速率。

顯示屏如果想要達(dá)到逼真地顯示物體圖像的目的，就必須要保證最終的顯像亮度和物體的真實(shí)亮度成線性關(guān)系。液晶顯示屏(16)不同于CRT顯示屏，其光電轉(zhuǎn)換特性是線性的，而不同的液晶顯示屏(16)的亮度和對(duì)比度又不同。因此為了適配不同的液晶顯示屏(16)，提高顯示質(zhì)量，需要根據(jù)不同的顯示器調(diào)整顯示曲線，并形成顯示器顯示曲線的映射信息。

顯示曲線通過(guò)配置芯片EPCS4(6)進(jìn)行計(jì)算，型號(hào)為cyclone系列fgpa專用配置芯片，容量為512KB。顯示曲線的技術(shù)原理在于，是在視頻源信號(hào)獲取的過(guò)程中對(duì)之進(jìn)行一次指數(shù)調(diào)制，算法公式為X_out＝(X_in)^γ，其中X_in代表顯卡輸出的信號(hào)亮度值，X_out代表矯正之后的亮度值，γ代表矯正系數(shù)，三基色可以分別取不同的矯正系數(shù)值。1/γ矯正曲線和γ反矯正曲線如圖6所示。

為減輕FPGA芯片(4)運(yùn)算壓力，I2C存儲(chǔ)器(7)用于存儲(chǔ)在掉電狀態(tài)下FPGA芯片(4)的調(diào)整參數(shù)和顯示曲線映射信息。I2C存儲(chǔ)器(7)采用型號(hào)為AT24C64的8kb的E2PROM。

優(yōu)選的，編碼芯片(8)采用將采用Silicon公司專用的的DVI解碼芯片(5)SiI164，其最大支持165Mpps的傳輸速率，將FPGA芯片(4)矯正之后的數(shù)據(jù)重新編碼成DVI信號(hào)。

輔助測(cè)試單元(3)與FPGA芯片(4)引腳連接，用以接收并處理用戶的控制輸入?yún)?shù)，參數(shù)包括亮度、對(duì)比度，并根據(jù)參數(shù)調(diào)整顯示映射關(guān)系曲線，隨后與FPGA芯片(4)進(jìn)行通信，將上述處理好的信息傳遞給FPGA芯片(4)，F(xiàn)PGA芯片(4)對(duì)I2C存儲(chǔ)器(7)進(jìn)行讀寫(xiě)操作。輔助測(cè)試單元(3)采用單片機(jī)或ARM方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，包括輔助顯示模塊(13)、MCU模塊(12)和控制輸入模塊(11)，控制輸入模塊(11)接收用戶輸入的控制輸入信息并計(jì)算顯示映射關(guān)系曲線，輔助顯示模塊(13)顯示映射關(guān)系曲線，MCU模塊(12)完成數(shù)據(jù)的處理。

如圖3和圖4所示，F(xiàn)PGA芯片(4)具有顯示曲線采集模式和正常工作模式，當(dāng)FPGA芯片(4)開(kāi)始工作時(shí)，通過(guò)讀取與輔助測(cè)試單元(3)連接的引腳的電平，通過(guò)電平的高低判斷FPGA芯片(4)采用工作模式。

當(dāng)電平判斷為高時(shí)，F(xiàn)PGA芯片(4)采用顯示曲線采集模式，輔助測(cè)試板開(kāi)始接收控制信號(hào)，然后和FPGA芯片(4)通訊，F(xiàn)PGA芯片(4)根據(jù)控制信號(hào)對(duì)解碼后的信息進(jìn)行處理然后再輸出給編碼芯片(8)，最后通過(guò)LCD進(jìn)行顯示，并將最佳映射關(guān)系數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到I2C存儲(chǔ)器(7)。

當(dāng)電平判斷為低時(shí)，F(xiàn)PGA芯片(4)采用正常工作模式，讀取I2C存儲(chǔ)器(7)存儲(chǔ)的最佳映射關(guān)系數(shù)據(jù)并進(jìn)行編譯，通過(guò)EPCS4芯片(6)直接運(yùn)行顯示數(shù)據(jù)的灰度校正、調(diào)制和處理。

本系統(tǒng)的核心功能就是FPGA的圖像處理功能，而核心功能的所有軟件信息都存儲(chǔ)在EPCS4芯片(6)中，而EPCS4芯片(6)中的內(nèi)容很容易被人竊取，因而我們要對(duì)系統(tǒng)的軟件進(jìn)行加密保護(hù)。目前常見(jiàn)的保護(hù)方法有以下幾種：

1)將FPGA換成具有加密功能的，如cycloneIII LS系列的FPGA，而這些FPGA，價(jià)格很貴，并且都是BGA封裝的。性價(jià)比不高，并且研發(fā)、調(diào)試周期長(zhǎng)。

2)采用CPLD代替FPGA，可以考慮，但目前看安全性也不是特別高。

3)采用加密單元(2)的方式，推薦。

FPGA芯片供應(yīng)商對(duì)位數(shù)據(jù)流的定義是不公開(kāi)的，因此無(wú)法通過(guò)外部的配置數(shù)據(jù)流信息推測(cè)內(nèi)部電路。也就是說(shuō)，即使通過(guò)對(duì)FPGA配置引腳的數(shù)據(jù)進(jìn)行采樣可得到配置信息，但也不能知道內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)。如果在配置完成后使FPGA處于非工作狀態(tài),利用另外一塊保密性較強(qiáng)的單片機(jī)產(chǎn)生密碼驗(yàn)證信息與FPGA進(jìn)行通信，僅在驗(yàn)證成功的情況下使FPGA正常工作，則能有效地對(duì)FPGA進(jìn)行加密。這樣只要單片機(jī)不被破解我們就可以保護(hù)FPGA程序不被破解。本加密單元(2)選用MAXIM公司的DS系列單片機(jī)(保密性能特別好)，具體加密過(guò)程如圖3所示，加密單元(2)對(duì)配置芯片EPCS4(6)中存儲(chǔ)的算法處理程序進(jìn)行加密，當(dāng)FPGA芯片(4)開(kāi)始工作時(shí)，加密單元(2)對(duì)FPGA芯片(4)進(jìn)行驗(yàn)證，當(dāng)驗(yàn)證通過(guò)時(shí)FPGA芯片(4)開(kāi)始調(diào)用EPCS4芯片的配置程序開(kāi)始圖像處理工作。

當(dāng)加密單元(2)對(duì)FPGA芯片(4)進(jìn)行驗(yàn)證時(shí)，首先產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)碼同時(shí)將隨機(jī)碼發(fā)送到輔助測(cè)試板的MCU模塊(12)，MCU模塊(12)和FPGA芯片(4)同時(shí)根據(jù)隨機(jī)碼進(jìn)行加密計(jì)算，各自生成一加密序列，F(xiàn)PGA芯片(4)和MCU模塊(12)均加載有同一加密算法，加密算法根據(jù)一通用密鑰對(duì)隨機(jī)碼進(jìn)行驗(yàn)證，加密單元(2)對(duì)加密序列進(jìn)行比較后，如相同則驗(yàn)證通過(guò)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。