全彩色LED顯示屏真彩色顯示技術(shù)研究

孫麗

【摘?要】自上世紀(jì)80年代以來，各種媒體宣傳得到了廣泛發(fā)展，公共場合外露信息顯示屏數(shù)量越來越多。人們對顯示系統(tǒng)的色彩、亮度等要求越來越高，其次一些樹立于戶外的顯示系統(tǒng)長期受到自然環(huán)境的影響，對其使用壽命而言是一種考驗。全彩色LED電子顯示屏具有良好像素，無論白天夜晚、晴天雨天，LED電子顯示屏都能夠讓觀眾看清顯示內(nèi)容，滿足人們對顯示系統(tǒng)的需求。

【關(guān)鍵詞】全彩色;LED顯示屏;真彩色;顯示技術(shù);研究

1、圖像采集技術(shù)

LED電子顯示屏要顯示真彩圖像，必須首先解決視頻信號的實時采集，將模擬視頻信號采集為數(shù)字視頻圖像早期的做法是利用視頻采集卡和一些帶特征的VGA卡相結(jié)合來實現(xiàn)視頻采集卡用來捕獲視頻圖像，再通過VGA特征口獲得場頻、行頻、像素點頻以及顏色查找表的索引地址，在跟蹤CRT圖像時可以通過復(fù)制顏色查找表的方法來獲得紅、綠、藍(lán)分離的數(shù)字信號一種方法是用軟件定時復(fù)制，另一種是采用硬件竊取技術(shù)，后者更為有效、快速由于上述這種技術(shù)存在著與VGA卡兼容性差、邊緣不清晰、圖像質(zhì)量較差等缺點，電子顯示屏所顯示的圖象質(zhì)量也受到了限制，為此，北京銀河電腦公司于1998年研制開發(fā)出LED電子顯示屏專用視頻卡JMC-LED該卡基于PCI總線，采用64位圖形加速器，將VGA和視頻功能合二為一，負(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)與VGA數(shù)據(jù)的疊加，色空間變換，從根本上解決兼容性問題應(yīng)用全屏分辨率采集，YUV4：2：2無壓縮存儲技術(shù)保證視頻圖像的最佳化，視頻窗口采用EST邊緣增強技術(shù)，保證縮放后圖像的清晰程度支持制式為PAL和NTSC，視頻窗口可以任意縮放、移動該卡可以將電子顯示屏播放視頻時所需的場頻、行頻、像素點頻幾個同步信號提取出來，并將紅、綠、藍(lán)三色信號分離出來數(shù)字RGB格式為8：8：8，各可以產(chǎn)生256級灰度，能滿足電子顯示屏真彩播放的要求。

2、真實圖像色彩

全彩LED電子顯示屏的視覺原理與彩色電視機一樣，是通過紅、綠、藍(lán)三種顏色的不同光強實現(xiàn)圖像色彩的還原再現(xiàn)紅、綠、藍(lán)的純正度直接影響圖像色彩再現(xiàn)的視覺效果然而白光的三色配比不是簡單的三種顏色的疊加第一、在保證光頻純正的前提下，要求紅、綠、藍(lán)光強之比必須接近3：6：1;第二、由于人們視覺對紅色的敏感性，要求紅色發(fā)光源在空間上要分散分布;第三、由于人們視覺對紅、綠、藍(lán)三種顏色光強的不同的非線性曲線響應(yīng)，要求不同光強的白光對紅、綠、藍(lán)要進(jìn)行類似電視機里的γ校正;第四、人的視覺對色差的分辨能力有限因此必須找出圖像色彩再現(xiàn)真實性的客觀指標(biāo)為了再現(xiàn)真實圖像色彩，在LED電子顯示屏的配光上應(yīng)滿足下面一些要求：

①紅、綠、藍(lán)三色的波長應(yīng)分別為：660nm、525nm、470nm左右;

②采用4管單元配白光為佳（多管單元也可以，取決于光強）;

③紅、綠、藍(lán)三色的灰度級為256級;

④必須采用針對LED像素管的非線性校正為了再現(xiàn)真實圖像色彩，在LED電子顯示屏的配光上應(yīng)滿足下面一些要求：

①紅、綠、藍(lán)三色的波長應(yīng)分別為：660nm、525nm、470nm左右;

②采用4管單元配白光為佳（多管單元也可以，取決于光強）;

③紅、綠、藍(lán)三色的灰度級為256級;

④必須采用針對LED像素管的非線性校正

紅、綠、藍(lán)三色配光及非線性校正可以用顯示控制系統(tǒng)硬件實現(xiàn)，也可由播放系統(tǒng)軟件實現(xiàn)。

3、專用現(xiàn)實驅(qū)動電路

對當(dāng)前像素管幾種方式進(jìn)行分類主要有：（1）掃描驅(qū)動;（2）直流驅(qū)動;（3）恒流源驅(qū)動。針對不同需求的屏幕，采用的掃描方式是不同的。對于戶內(nèi)點陣塊屏，主要采用掃描方式，對于戶外像素管屏，為保證其圖像的穩(wěn)定性和清晰度，必須采用直流驅(qū)動方式，給掃描裝置加上一個恒定電流。早期LED主要采用低壓信號串并轉(zhuǎn)換方式，該種方式存在焊點較多。制作成本高昂。可靠性不足等缺點，這些缺點在一定時期內(nèi)限制了LED電子顯示屏的發(fā)展。為解決LED電子顯示屏以上缺點，美國某公司研制出專用集成電路，簡稱ASIC，該種集成電路能夠?qū)崿F(xiàn)串并轉(zhuǎn)換以及電流驅(qū)動合二為一，該集成電路具有以下特點：并行輸出驅(qū)動能力大，驅(qū)動電流課高達(dá)200MA，LED在此基礎(chǔ)上能夠立即被驅(qū)動;電流電壓公差大，范圍寬，一般可在5-15V之間靈活選擇;串并輸出電流較大，電流流入以及輸出都大于4MA，;數(shù)據(jù)處理速度更快，適合與當(dāng)前多灰度彩色LED顯示屏驅(qū)動功能實現(xiàn)。

4、亮度控制D/T轉(zhuǎn)換技術(shù)

LED電子顯示屏有眾多獨立像素點通過排列組合的方式構(gòu)成，基于像素間互相分離這一特點，LED電子顯示屏發(fā)光控制驅(qū)動方式只能夠通過數(shù)字信號形式展開。當(dāng)像素點發(fā)光時，其發(fā)光狀態(tài)主要由控制器控制，并實現(xiàn)獨立驅(qū)動。當(dāng)視頻需要一彩色方式呈現(xiàn)時，意味著每一像素點的亮度及色彩都需要得到有效控制，并且要求在規(guī)定時間內(nèi)同步完成掃描操作。一些大型LED電子顯示屏有數(shù)以萬計的像素點組成，在進(jìn)行色彩控制過程中其復(fù)雜性大大增加，因此對數(shù)據(jù)傳輸提出更高要求。實際控制過程中對每一像素點設(shè)置D/A是不現(xiàn)實的，因此必須尋找出一種能夠有效控制復(fù)雜像素系統(tǒng)的方案。

對視覺原理進(jìn)行分析，人們對像素點平均亮度的主要取決于其亮/滅比例，針對該點若是先對亮/滅比例的有效調(diào)節(jié)便能夠?qū)崿F(xiàn)對亮度的有效控制。將這一原理利用到LED電子顯示屏中便意味著將數(shù)字信號轉(zhuǎn)變?yōu)闀r間信號，即D/A之間的互相轉(zhuǎn)換。

5、數(shù)據(jù)重構(gòu)和存儲技術(shù)

當(dāng)前存儲器組組織方式主要有兩種，其一為組合像素法，即畫面上所有像素點位均存放于單個存儲體中，另一個為位平面法，即畫面上所有像素點位均存放于不同存儲體中。儲存體多個使用直接作用就是能夠一次實現(xiàn)多種像素信息的讀取，兩種組織方式見。以上兩種存儲結(jié)構(gòu)中位平面法具更具優(yōu)勢，在提升LED屏顯示效果時效果更佳。通過數(shù)據(jù)重構(gòu)電路以實現(xiàn)對RGB數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換，將具有不同像素的同權(quán)位進(jìn)行有機結(jié)合并放在相鄰儲存結(jié)構(gòu)中。

6、邏輯電路設(shè)計中的ISP技術(shù)

傳統(tǒng)LED電子顯示屏控制電路主要采用常規(guī)數(shù)字電路設(shè)計完成，對其控制一般采用數(shù)字電路組合方式。傳統(tǒng)技術(shù)在電路設(shè)計部分完成后首先進(jìn)行電路板制作工序，制作完畢開始安裝相關(guān)元件并調(diào)試效果。當(dāng)電路板邏輯功能無法負(fù)荷實際需求時需重新制作，直至其滿足使用效果為止。由此可見，傳統(tǒng)設(shè)計方式不僅在效果上具有一定偶然性，并且設(shè)計周期較長，影響各項工序有效展開，當(dāng)元件出現(xiàn)故障時維修困難，成本高昂。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)可編程技術(shù)（ISP）出現(xiàn)了，用戶能夠在自己設(shè)計的目標(biāo)以及系統(tǒng)或電路板等原件上具有反復(fù)修改的功能，實現(xiàn)了設(shè)計師們硬件程序向軟件程序轉(zhuǎn)化的過程，數(shù)字系統(tǒng)在系統(tǒng)可編程技術(shù)基礎(chǔ)上煥然一新。隨著系統(tǒng)可編程技術(shù)的導(dǎo)入使用，不僅縮短了設(shè)計周期，還在根本上拓展元件用途，現(xiàn)場維護(hù)以及目標(biāo)設(shè)備功能實現(xiàn)被簡化。系統(tǒng)可編程技術(shù)的一個重要特點就是采用系統(tǒng)軟件輸入邏輯時不需考慮所選器件是否有影響，在輸入時可隨意選取元件，甚至可選擇虛擬元件，輸入完成后在進(jìn)行適配即可。

結(jié)語

LED電子顯示屏已經(jīng)廣泛遍布世界各地，與人們生活緊密連接在一起，為提高LED電子顯示屏發(fā)光效果，促進(jìn)該種技術(shù)科學(xué)發(fā)展，需對傳統(tǒng)技術(shù)存在的各種弊端深入研究針對性引進(jìn)新技術(shù)，促進(jìn)LED電子顯示屏發(fā)揮其最佳效果，為人們的生活以及生產(chǎn)帶來更多便利。在了解需求的基礎(chǔ)上對當(dāng)前幾種關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入分析考核，選擇最佳技術(shù)方案，得到最佳LED顯示效果。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉曙光.LED電子顯示屏真彩顯示的幾種關(guān)鍵技術(shù)[J].設(shè)計與應(yīng)用.2012（6）.

（作者單位：國家知識產(chǎn)權(quán)局專利局專利審查協(xié)作江蘇中心）