全彩色LED顯示屏真彩色顯示技術研究

孫麗

【摘?要】自上世紀80年代以來，各種媒體宣傳得到了廣泛發展，公共場合外露信息顯示屏數量越來越多。人們對顯示系統的色彩、亮度等要求越來越高，其次一些樹立于戶外的顯示系統長期受到自然環境的影響，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容，滿足人們對顯示系統的需求。

【關鍵詞】全彩色;LED顯示屏;真彩色;顯示技術;研究

1、圖像采集技術

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卡相結合來實現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圖像時可以通過復制顏色查找表的方法來獲得紅、綠、藍分離的數字信號一種方法是用軟件定時復制，另一種是采用硬件竊取技術，后者更為有效、快速由于上述這種技術存在著與VGA卡兼容性差、邊緣不清晰、圖像質量較差等缺點，電子顯示屏所顯示的圖象質量也受到了限制，為此，北京銀河電腦公司于1998年研制開發出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，負責視頻數據與VGA數據的疊加，色空間變換，從根本上解決兼容性問題應用全屏分辨率采集，YUV4：2：2無壓縮存儲技術保證視頻圖像的最佳化，視頻窗口采用EST邊緣增強技術，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、藍三色信號分離出來數字RGB格式為8：8：8，各可以產生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、藍三種顏色的不同光強實現圖像色彩的還原再現紅、綠、藍的純正度直接影響圖像色彩再現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，要求紅色發光源在空間上要分散分布;第三、由于人們視覺對紅、綠、藍三種顏色光強的不同的非線性曲線響應，要求不同光強的白光對紅、綠、藍要進行類似電視機里的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真實性的客觀指標為了再現真實圖像色彩，在LED電子顯示屏的配光上應滿足下面一些要求：

①紅、綠、藍三色的波長應分別為：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真實圖像色彩，在LED電子顯示屏的配光上應滿足下面一些要求：

①紅、綠、藍三色的波長應分別為：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、藍三色配光及非線性校正可以用顯示控制系統硬件實現，也可由播放系統軟件實現。

3、專用現實驅動電路

對當前像素管幾種方式進行分類主要有：（1）掃描驅動;（2）直流驅動;（3）恒流源驅動。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，為保證其圖像的穩定性和清晰度，必須采用直流驅動方式，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換方式，該種方式存在焊點較多。制作成本高昂?？煽啃圆蛔愕热秉c，這些缺點在一定時期內限制了LED電子顯示屏的發展。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，該種集成電路能夠實現串并轉換以及電流驅動合二為一，該集成電路具有以下特點：并行輸出驅動能力大，驅動電流課高達200MA，LED在此基礎上能夠立即被驅動;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，;數據處理速度更快，適合與當前多灰度彩色LED顯示屏驅動功能實現。

4、亮度控制D/T轉換技術

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

對視覺原理進行分析，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/滅比例的有效調節便能夠實現對亮度的有效控制。將這一原理利用到LED電子顯示屏中便意味著將數字信號轉變為時間信號，即D/A之間的互相轉換。

5、數據重構和存儲技術

當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多種像素信息的讀取，兩種組織方式見。以上兩種存儲結構中位平面法具更具優勢，在提升LED屏顯示效果時效果更佳。通過數據重構電路以實現對RGB數據的轉換，將具有不同像素的同權位進行有機結合并放在相鄰儲存結構中。

6、邏輯電路設計中的ISP技術

傳統LED電子顯示屏控制電路主要采用常規數字電路設計完成，對其控制一般采用數字電路組合方式。傳統技術在電路設計部分完成后首先進行電路板制作工序，制作完畢開始安裝相關元件并調試效果。當電路板邏輯功能無法負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，傳統設計方式不僅在效果上具有一定偶然性，并且設計周期較長，影響各項工序有效展開，當元件出現故障時維修困難，成本高昂。在此基礎上，系統可編程技術（ISP）出現了，用戶能夠在自己設計的目標以及系統或電路板等原件上具有反復修改的功能，實現了設計師們硬件程序向軟件程序轉化的過程，數字系統在系統可編程技術基礎上煥然一新。隨著系統可編程技術的導入使用，不僅縮短了設計周期，還在根本上拓展元件用途，現場維護以及目標設備功能實現被簡化。系統可編程技術的一個重要特點就是采用系統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，輸入完成后在進行適配即可。

結語

LED電子顯示屏已經廣泛遍布世界各地，與人們生活緊密連接在一起，為提高LED電子顯示屏發光效果，促進該種技術科學發展，需對傳統技術存在的各種弊端深入研究針對性引進新技術，促進LED電子顯示屏發揮其最佳效果，為人們的生活以及生產帶來更多便利。在了解需求的基礎上對當前幾種關鍵技術進行深入分析考核，選擇最佳技術方案，得到最佳LED顯示效果。

參考文獻：

[1]劉曙光.LED電子顯示屏真彩顯示的幾種關鍵技術[J].設計與應用.2012（6）.

（作者單位：國家知識產權局專利局專利審查協作江蘇中心）