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解析户外LED显示屏技术难点

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解析户外LED显示屏技术难点

发布日期:2019-07-25 作者:三笠恒盈科技 点击:

上世纪80年代以来,各种媒体宣传得到了广泛发展,户外LED显示屏数量越来越多。人们对显示系统的色彩、亮度等要求越来越高。户外LED显示屏具有良好像素,无论白天夜晚、晴天雨天,户外LED显示屏都能够让观众看清显示内容,满足人们对显示系统的需求。但由于户外LED显示屏长期受到自然环境的影响,对其使用寿命而言更是一种考验。

舞台LED显示屏

1、图像采集与处理技术

户外LED显示屏显示图像的原理主要是将数字信号转变为图像信号并通过发光系统呈现出来。传统做法是利用视频采集卡结合VGA卡实现显示功能。视频采集卡的作用主要是采集视频图像,并借助于VGA获得行频、场频、像素点的索引地址,获得数字信号的方式主要通过复制颜色查找表。一般可利用软件进行实时复制或者硬件窃取方式,相比来说硬件窃取方式更加高效。但传统方法存在与VGA之间兼容性问题,并由此导致边缘模糊、图像质量差等不良情况,最终造成电子信息显示器图像质量受损。

基于此行业专家研究出专用视频卡JMC-发光二极管,该卡的原理是基于PCI总线利用64位图形加速器促进VGA以及视频功能合二为一,并实现视频数据以及VGA数据形成叠加效应,之前存在的兼容性问题得到有效解决。其次,在分辨率采集上采用全屏方式,保证视频图像全角度最佳化,边缘部分不再模糊,并可对图像进行任意缩放和移动,满足不同播放要求。最后,能够实现红绿蓝三种颜色的有效分离,满足电子信息显示屏真彩播放要求。


2、真实图像色彩再现

户外LED显示屏在视觉表现上的原理与电视机类似,通过红绿蓝三种颜色有效组合实现图像不同色彩还原再现。红绿蓝三种颜色纯正度会直接影响到图像色彩的再现。需要注意的是图像在再现并非红绿蓝三种颜色的随机组合,而需要一定前提。首先,红绿蓝三种颜色光强之比应接近于3:6:1;其次,相比于其他两种颜色人们在视觉上会对红色有一定敏感性,因此,需要将红色在显示空间上均匀散布;第三由于人们的视觉在针对红绿蓝三种颜色光强的不同非线性曲线响应,因此需要对不同光强的白光对电视机内部射出光进行纠正。第四,不同人在不同情况下对色彩分辨能力存在差异,因此必须找出色彩再现的客观指标,一般如下:

(1)红绿蓝三种基色的波长:660nm、525nm、470nm;

(2)使用4 管单元配白光为佳(多于4 管也可以,主要取决于光强);

(3)三种基色灰度为256 级;

(4)必须采用非线性校正对发光二极管像素进行处理。

红绿蓝三种颜色配光控制系统可由硬件系统实现,也可以配之相应播放系统软件得以实现。


3、专用驱动电路

对当前像素管几种方式进行分类主要有:

(1)扫描驱动;

(2)直流驱动;

(3)恒流源驱动。

针对不同需求的屏幕,采用的扫描方式是不同的。对于户内点阵块屏,主要采用扫描方式,对于户外LED显示屏,为保证其图像的稳定性和清晰度,必须采用直流驱动方式,给扫描装置加上一个恒定电流。早期发光二极管主要采用低压信号串并转换方式,该种方式存在焊点较多。制作成本高昂。可靠性不足等缺点,这些缺点在一定时期内限制了LED显示屏的发展。

为解决户外LED显示屏以上缺点,美国某公司研制出专用集成电路,简称ASIC,该种集成电路能够实现串并转换以及电流驱动合二为一,该集成电路具有以下特点:并行输出驱动能力大,驱动电流课高达200MA,发光二极管在此基础上能够立即被驱动;电流电压公差大,范围宽,一般可在5-15V 之间灵活选择;串并输出电流较大,电流流入以及输出都大于4MA,数据处理速度更快,适合与当前多灰度彩色发光二极管显示屏驱动功能实现。


4、亮度控制D/T 转换技术

户外LED显示屏有众多独立像素点通过排列组合的方式构成,基于像素间互相分离这一特点,户外LED显示屏发光控制驱动方式只能够通过数字信号形式展开。当像素点发光时,其发光状态主要由控制器控制,并实现独立驱动。当视频需要一彩色方式呈现时,意味着每一像素点的亮度及色彩都需要得到有效控制,并且要求在规定时间内同步完成扫描操作。一些大型LED显示屏有数以万计的像素点组成,在进行色彩控制过程中其复杂性大大增加,因此,对数据传输提出更高要求。

实际控制过程中对每一像素点设置D/A是不现实的,因此,必须寻找出一种能够有效控制复杂像素系统的方案。对视觉原理进行分析,人们对像素点平均亮度的主要取决于其亮/灭比例,针对该点若是先对亮/灭比例的有效调节便能够实现对亮度的有效控制。将这一原理利用到发光二极管电子信息显示屏中便意味着将数字信号转变为时间信号,即D/A之间的互相转换。


5、数据重构和存储技术

当前存储器组组织方式主要有两种,其一为组合像素法,即画面上所有像素点位均存放于单个存储体中;另一个为位平面法,即画面上所有像素点位均存放于不同存储体中。储存体多个使用直接作用就是能够一次实现多种像素信息的读取,两种组织方式见。以上两种存储结构中位平面法具更具优势,在提升led屏显示效果时效果更佳。通过数据重构电路以实现对RGB 数据的转换,将具有不同像素的同权位进行有机结合并放在相邻储存结构中。


6、逻辑电路设计中的ISP技术

传统户外LED显示屏控制电路主要采用常规数字电路设计完成,对其控制一般采用数字电路组合方式。传统技术在电路设计部分完成后首先进行电路板制作工序,制作完毕开始安装相关元件并调试效果。当电路板逻辑功能无法负荷实际需求时需重新制作,直至其满足使用效果为止。由此可见,传统设计方式不仅在效果上具有一定偶然性,并且设计周期较长,影响各项工序有效展开,当元件出现故障时维修困难,成本高昂。

在此基础上,系统可编程技术(ISP)出现了,用户能够在自己设计的目标以及系统或电路板等原件上具有反复修改的功能,实现了设计师们硬件程序向软件程序转化的过程,数字系统在系统可编程技术基础上焕然一新。随着系统可编程技术的导入使用,不仅缩短了设计周期,还在根本上拓展元件用途,现场维护以及目标设备功能实现被简化。系统可编程技术的一个重要特点就是采用系统软件输入逻辑时不需考虑所选器件是否有影响,在输入时可随意选取元件,甚至可选择虚拟元件,输入完成后在进行适配即可。


7、结束语

户外LED显示屏已经广泛遍布世界各地,与人们生活紧密连接在一起,为提高户外LED显示屏发光效果,促进该种技术科学发展,需对传统技术存在的各种弊端深入研究针对性引进新技术,促进户外LED显示屏发挥其最佳效果,为人们的生活以及生产带来更多便利。在了解需求的基础上对当前几种关键技术进行深入分析考核,选择最佳技术方案,得到最佳显示效果。

舞台LED显示屏


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