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LED電子顯示屏真彩顯示的幾種關鍵技術(2)

來源:中國數(shù)字音視網(wǎng)        編輯:數(shù)字音視工程    2009-03-10 00:00:00     加入收藏    咨詢

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LED電子顯示屏真彩顯示的幾種關鍵技術(2)

4 亮度控制D/T轉換技術
  LED電子顯示屏是由許多相互獨立的像素點(發(fā)光元)排列而成,由于像素點的分離性,決定了其發(fā)光的控制和驅動只能以數(shù)字方式進行。這些像素點的發(fā)光狀態(tài)由控制器同步地控制,獨立驅動。視頻真彩色顯示意味著要對每一個像素點的亮度分別進行控制,并且要在規(guī)定的掃描時間內同步地完成。大屏幕是以數(shù)以萬計的像素點組成的,這使得系統(tǒng)的復雜性較兩值顯示大屏幕而言大為增加,并對總體的數(shù)據(jù)傳輸速度提出了更高的要求。給每一像素點設置一個常規(guī)D/A顯然是不現(xiàn)實的,必須尋找一種能最大限度降低系統(tǒng)復雜性且性能盡可能高的解決方案。由視覺原理知道,人對像素點的平均亮度感覺可取決于它的亮/滅占空比。也就是說,只要對像素點亮/滅占空比進行調節(jié),就能實現(xiàn)對亮度的控制。對LED電子顯示屏而言,這意味著只要將代表像素點亮度的數(shù)字轉換為像素點發(fā)光的時間(D/T轉換),即實現(xiàn)了亮度的D/A轉換。設屏幕數(shù)據(jù)刷新的周期為,控制任意像素點亮度的數(shù)據(jù)為n位二進制數(shù)D= bi2i(其中bi=0或1),Ton為相應于D的發(fā)光時間,則像素點亮/滅的占空比為:d=Ton/Ts=D= bi2i。該表達式可用可預置減法計數(shù)器實現(xiàn),但每一像素點配一計數(shù)器將使得顯示電路異常復雜。上式改寫為:Ton=Ts bi2i,這意味著可將Ton分成幾個時間段,由于當足夠小時,幾個分離時間段合成的Ton與總長度相同的連續(xù)的Ton其視覺效果是相同的。于是,一般地有,對于n位二進制數(shù)據(jù)D= bi2i,將分Ts為n段,并選取適當時間分割函數(shù)f(i),使得第i段Ti=Tsf(i)。
        存儲器有兩種組織方式:①組合像素法(Packed Pixel Method):即畫面上每個像素的所有位均集中存放在單個存儲體中;②位平面法(Bit Plane Method):即像素的每一位各自存放在不同的存儲體中。由于使用了多個存儲體,它們可以一次同時讀出更多的像素信息。從兩種存儲結構來分析,利用位平面結構有利于提高LED屏的顯示效果。整個LED顯示屏顯示控制電路結構框圖如圖3所示。其中,數(shù)據(jù)重構電路完成RGB數(shù)據(jù)的轉換,將不同像素的同權位組合在一起,然后存放在相鄰的單元中,從而以位的形式完成整個數(shù)據(jù)的重新組合。數(shù)據(jù)重構電路主要由四大部分組成:8位數(shù)據(jù)并行傳送電路;8位并-串轉換電路;8位數(shù)據(jù)鎖存電路;8位加1計數(shù)器。R/G/B各8位數(shù)據(jù)由經(jīng)同步處理后的像素點頻打入并行鎖存器,8位加1計數(shù)器輸出進位脈沖LD,將8位數(shù)據(jù)同時鎖存到8位并-串轉換電路,由時鐘控制電路完成并-串轉換電路時鐘的控制。數(shù)據(jù)經(jīng)過重構后,一個存儲體中不再是一個像素值,而是不同像素值的同權位。將所有的同權位存放在一起,從而構成以位為單位的位平面存儲結構。在讀出時必須按相反的規(guī)則取出各像素的相鄰權值。
讀寫地址發(fā)生器必須滿足嚴格的時序。對同一存儲芯片來說,可將其分為N片(一個像素值用N位表示),每片表示一個位平面,像素經(jīng)過轉換向同一存儲器寫入時,首先寫0位,再寫1位,最后寫N位。對于8Col×Row點陣的顯示屏,每個位平面存有8Col×Row位。存儲器內部組織取決于驅動屏體上像素管的邏輯連線關系。根據(jù)存儲器組織,讀地址發(fā)生器由列驅動行,再由行驅動位;寫地址發(fā)生器則采用由位驅動列、列驅動行的方式,從而可以保證讀寫同步性,正確地同步顯示原始圖像信息。

5 邏輯電路設計中的ISP技術
        在早期的LED電子顯示屏顯示控制電路中,大量采用的是常規(guī)數(shù)字電路系統(tǒng)設計,用數(shù)字電路組合出復雜控制邏輯。在常規(guī)數(shù)字電路系統(tǒng)設計中,當電路設計完成后,須先制作電路板,然后安裝元件,調試。如果電路板的邏輯功能不符合要求就必須重新設計制作電路板,再重新調試,直到實現(xiàn)邏輯功能為止。很顯然,這種設計方法的設計周期長,成本高,且成品可靠性差,維修麻煩。利用普通可編程的邏輯器件,雖可減少印刷電路板的設計與制作,但在修改該邏輯時仍舊不能避免器件的反復插拔。
  在系統(tǒng)可編程技術(In-System Programmable,縮寫ISP),是指在用戶自己設計的目標系統(tǒng)中或電路板上為重構邏輯器件編程或反復改寫的能力。常規(guī)PLD在使用中通常是先編程后裝配,而采用ISP技術的PLD則是先裝配后編程,成為產(chǎn)品之后還可以反復編程。在系統(tǒng)可編程技術的出現(xiàn),從實踐上實現(xiàn)了邏輯設計師們多年來夢寐以求的“硬件設計與修改軟件化”的愿望,使得數(shù)字系統(tǒng)面貌煥然一新。采用ISP技術后,硬件設計變得像軟件一樣易于修改,硬件的功能可以隨時加以修改或按預定的程序改變組態(tài)。這不僅擴展了器件的用途,縮短了系統(tǒng)調試周期,而且根除了對器件單獨編程的環(huán)節(jié),省卻了器件編程設備,簡化了目標設備的現(xiàn)場維護和升級工作。ISP技術還有一個特點是采用系統(tǒng)設計軟件進行邏輯輸入時,輸入與所選器件無關。因此,在輸入之前可選擇任何一種器件,甚至可以選擇一種“虛擬器件”(Virtual Device)。在輸入完后,再根據(jù)仿真和適配的結果選擇器件。ISPLSI器件是美國LATTICE公司于1992年推出的新一代高密度可編程邏輯器件,容量可達25000門,具有現(xiàn)場可編程門陣列(FPGA)的容量和靈活性。它采用E2CMOS工藝,時鐘頻率可以高達180MHz,傳輸延時為5ns,低功耗,電擦除,編程內容20年不丟失,100%參數(shù)測試,可以加密。器件內部有抗“鎖定”電路,以防止出現(xiàn)CMOS器件中可能產(chǎn)生的有害的鎖定效應。

6 其它有關問題
        LED電子顯示屏一般主要由顯示單元、驅動單元、控制單元、數(shù)傳通信單元、視頻采集單元組成。在顯示單元中,三基色LED管芯為核心器件,對于高質量的LED電子顯示屏必須選用高質量的LED管芯,對此應嚴格挑選波長及發(fā)光強度一致性好的管子。從LED管芯質量上看,日亞公司(日本)、豐田公司(日本)、光磊公司(臺灣)、HP公司的產(chǎn)品質量上佳。在驅動單元中應選用低功耗、長壽命、工作范圍寬、驅動電流大的功率器件,美國TI公司生產(chǎn)的功率器件具有較大的產(chǎn)品優(yōu)勢。在控制和通信單元中,主要為邏輯和時序控制。目前在邏輯電路設計上最先進的技術為ISP 技術,美國 LATTICE公司的ISP產(chǎn)品具有較大的產(chǎn)品優(yōu)勢。在視頻采集單元中,不僅要考慮高頻信息處理的噪音、畸變問題,還要考慮 VGA信號的采樣精度及各種同步信號的同步性能,這方面國內北京銀河電腦公司的LED視頻卡質量上佳。

檢驗LED電子顯示屏的性能,主要應考察以下幾項指標:
□ 顯示分辨率(像素點/平方米)
□ 電子屏的可視距離及視角
□ 亮度及可調性、色彩及對比度、一致性及穩(wěn)定性
□ 配光純正性,RGB非線性校正(γ校正)
□ 灰度:256級
□ 幀頻:>60幀/秒
□ 能否播放靜態(tài)及動態(tài)畫面(包括視頻畫面),能否滿足商業(yè)廣告及體育比賽實況轉播的要求
 □ 能否隨意進行插播和畫面特技編輯
□ 是否具有聲像同步功能
□ 是否具有網(wǎng)絡通信能力(與網(wǎng)管中心進行數(shù)據(jù)交換)
□ 工作穩(wěn)定可靠,保證節(jié)目播放的正常進行
□ 操作簡便,修改易行,維修方便
作為新一代的信息傳播媒體,它自八十年代問世以來發(fā)展迅速,尤其是九十年代,隨著電子技術、信息產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展,巨型彩色顯示屏的發(fā)展更是突飛猛進。高亮度、色彩鮮艷的巨幅彩色畫面能使成千上萬的人同時觀看,有著極大的渲染力。LED電子顯示屏是以先進的視頻顯示技術為核心,采用超高亮LED電致發(fā)光材料為顯示器件,配以音視頻系統(tǒng),可以音視頻同步播放各種圖文信息及多媒體信息。由于LED電子顯示屏具有色彩豐富、亮度高且可調、音視頻同步、能夠播放多媒體畫面、可隨意進行插播和畫面特輯編輯等突出特點,因此,LED電子顯示屏廣泛用于金融、郵電、電力等行業(yè)的標準化窗口及廣告、宣傳、體育場館等公共場所的電子圖文顯示,具有廣闊的應用前景。真彩高分辨率LED電子顯示屏作為一種新的顯示媒體,以其清晰的圖像質量和高性能的播放能力,愈來愈受到人們的重視。目前國內外的LED電子顯示屏正朝著真彩(224種顏色)、高分辨率(>4096像素點/平方米)方向發(fā)展,因此也要求更為先進的視頻顯示控制技術緊跟國際潮流。制約這種技術的主要因素是:第一、高速、大規(guī)模FPGA具有ISP技術的芯片的問世;第二、直流驅動恒流源方式LED顯示控制芯片。美國LATTICE公司在92年已推出了高性能的FPGA 芯片,美國TI公司在98年同樣也推出了高性能的LED顯示控制芯片。在國外,7100像素點/平方米分辨率的顯示單元已經(jīng)出現(xiàn),但國內由于視頻顯示控制技術還沒有完全掌握,因此國內高分辨率LED電子顯示屏還不能生產(chǎn)。目前,LED電子顯示屏的顯示單元正向超亮度、高分辨率、高灰度級方向發(fā)展,其顯示媒體也向多媒體(靜止/動態(tài)圖文、視頻圖像、音視頻同步)方向發(fā)展,系統(tǒng)的運行、操作與維護也向集成化、網(wǎng)絡化、智能化方向發(fā)展。國內的電子行業(yè)及研究機構應不斷追蹤著國際潮流,加大研制及產(chǎn)業(yè)化的步伐,積極開拓國內外市場,努力使其高新技術產(chǎn)品在大屏制造業(yè)獨領風騷。
 

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