浅析LED显示屏

2012-07-31鲍勃科罗曼编译

演艺科技 2012年9期

文/[美]鲍勃·科罗曼编译/施端

（1.上海戏剧学院，上海 200040）

近年来，LED视频显示屏已在舞台剧、音乐会、体育赛事和广告宣传中被用作灯光效果、舞台布景、背景光，甚至还被用作舞台台面。这些应用大多数由视频设计师、视频顾问和编程师指定使用，由租赁公司和传媒公司（拥有广告屏、电子显示屏）提供器材及临时安装或固定安装服务。

虽然LED显示屏在演艺行业的应用越来越广，然而许多业内人士依然对这一日新月异的技术知之甚少，即使人们每天都要在舞台和街道上面对这种设备。

如今，许多人看到LED显示屏时都会问“这是高清的吗”。答案并非“是”或“不是”那么简单，远远要复杂得多。由此，需要了解有关显示屏方面的基础知识，才能辨别它是高清的还是仅仅显示高清图像。

LED与像素

LED显示屏由发光二极管构成。显示屏采用红光、绿光和蓝光LED管来做像素，以混合出数百万种颜色，这与其他的光混合现象类似。有些制造商宣称其产品可以混合出数亿甚至数万亿种颜色，并指出更宽广的色域能在一定程度上提升视觉效果。不过，人眼只能分辨约75万种颜色。

根据制作方法的不同，LED显示屏被分为两大类，这两类显示屏均采用成组的LED，以产生明亮、清晰的单个像素点。

直插式LED显示屏采用单个LED管，其引脚穿过电路板，并被焊接在电路板背面。这类显示屏的LED组合方式有多种，比如把3个和4个LED管作为一个像素，它们采用单个或多个红光、绿光和蓝光LED管，以提高显示屏的混色效果和亮度。有些显示屏甚至把5个或6个LED管作为一个像素，以满足更为苛刻的室外环境对亮度、颜色和对比度的要求。

由于直插式LED显示屏可发出非常明亮的光，且其电路板和LED可被封装在一起，这样就可防止其免受水和其他物体的侵害，因此，这类显示屏常被用于室外。大多数室外显示屏的亮度可达5 000 nt（cd/m2），虽然更新的LED的亮度可能要比这亮得多。

表贴式（SMD）LED显示屏采用RGB LED芯片，焊接于电路板表面的单个节点内有3个非常小的芯片。由于表贴式显示屏的亮度不及直插式显示屏，所以不久前其应用领域还以室内为主。典型的表贴式室内显示屏的亮度为1 000 nt～2 000 nt，这比亮度达400 nt的普通液晶电视要亮得多。

前些年，新型的表贴式显示屏已投入市场，其亮度用于室外环境已绰绰有余，有些还具有防水功能，因此，无需为其配置额外的透镜或保护层就可防止其免受外界物体的侵害。

近来，有些LED制造商也开始生产四合一（RGGB或RRGB）或多合一的表贴式显示屏，而之前他们在每个节点处只采用单个红光、绿光和蓝光LED管来做像素。

像素间距

LED显示屏通常用其像素间距来描述。它是指显示屏上像素与像素之间的距离，单位为毫米（mm）。对直插式LED显示屏而言，是指同一颜色的LED之间的距离；对表贴式LED显示屏而言，是指表贴元件中心点之间的距离。

如：实像素间距为16 mm的（P16）LED显示屏表示其像素间距离为16 mm，如图1所示。有些制造商对测量结果做近似处理，对像素间距为15.5 mm甚至16.5 mm的显示屏，仍称其实像素间距为16 mm。有些制造商还给出虚拟像素间距或有效像素间距，它是通过压缩源图像信息并分享像素点之间的这些信息得到的。

图2展示了像素共享示意图，它通过LED四合一像素来共享图像信息。

制造商通常宣称其虚拟像素显示屏能把分辨率提高到原来的2倍，并提供16/8 mm或24/12 mm LED显示屏，它能在分辨率较低的情况下“有效地”再现图像。事实上，有效分辨率能使显示屏分辨率提高60%～75%，有些制造商在其技术资料中指出了这一点，而有些制造商依然引用翻倍后的分辨率。虽然有些产品的性能确有提升，但是人们依然对这类产品的真实性能持有不同的见解。

分辨率及其重要性

分辨率对显示屏而言是一个非常重要的参数，视距就取决于它。无论对实像素显示屏或虚拟像素显示屏而言，像素都要达到一定数量才能使其显示出可辨认的字母或数字。大部分常用的字母和数字都可以通过一个小的矩阵显示出来，七段数码管就是曾经常用的显示器件，如图3所示。

许多以灯泡作点阵的显示屏采用3×3、4×4和5×5矩阵，以显示更为清晰的字符。简单来说：点数越多，字符越清晰。如果可用的像素数量越多，那么，字符和数字的显示就越清晰，甚至可显示出各种字体。目前常用于显示文字的点阵显示屏的行列数至少要达到7×5。

有一些公式用于计算字符大小所对应的视距。要准确回答这些问题需要某些代数方面的知识，笔者推荐字符高度为视距的1/200，这同样是估算值。

许多智能手机和笔记本电脑的屏幕都很小，因此，在其显示屏分辨率下观看时效果相当不错。根据制造商提供的规格参数，iPhone 4的显示屏分辨率为960×640。大家都认为这一分辨率已相当不错，人们可以在上班途中（火车或公车上）阅读手机信息和电子邮件，欣赏全家福照片，而且还能观看视频。但试想一下，假如有一个像素间距为10 mm的LED显示屏，宽度和高度分别为9.6 m和6.4 m，位于体育场或购物中心内。它的面积很大，但众所周知，大小并不能决定一切，而更重要的是分辨率。

分辨率为960×640的显示屏为字母和数字字符提供了许多行数，但更为重要的是，它提供了许多像素，可以清楚地观看广告和即时重放信息，就像查看手机一样。就这方面来说，观众所看到的图像及其产生和分辨率转换方式变得至关重要。

视距

笔者现介绍像素间距与视距（观众与显示屏之间的距离）之间的关系。观看者所在位置可使相邻像素在人眼视觉器官内很好地实现颜色混合，那么，LED显示屏与观看者之间的这段距离就是理想视距，这时人眼已无法分辨独立的像素，画面效果如同家中的电视画面一样。

大多数制造商是凭经验来评估最近视距的，即用1 000（距离因数）乘以像素间距得到所要的结果。例如：从至少10 m（10 mm×1 000=10 000 mm=10 m）远处观看P10显示屏时，视觉效果最佳。这一结论基于：在乘以该距离因数后得到的视距处（或其附近处），普通人的眼睛和大脑就会“填满”像素之间的空隙，以产生单个图像（而不是点）的视觉感受。

此外，还必须考虑保证观看者能看见显示屏画面内容的最远视距。分辨率与前文提到的iPhone 4相同的P20显示屏的尺寸约为19.2 m×12.8 m，面积为245.7 m2。最远视距可用面积数值乘以20得到（在本例中约为4 900 m）。或许在该视距处可以看见画面内容，但事实上却无法看清。

为了能看清显示屏的画面内容，取10或比它小的数字作因数，这表示当字符高度约为视距的1/200时（在本例中约为2 450 m），观众开始可以辨认出字符和图像。

这些公式确实非常好用，在计算路边和建筑物上的广告屏以及体育场、游乐场和舞台上所用的显示屏的视距确定常常依据这些公式。当然，根据条件不同，这些公式应得到相应修正，比如：LED显示屏是直插式的还是表贴式的，显示屏的亮度情况，采用的是虚拟像素还是实像素，像素与背景之间的对比度等因素。

值得注意的是，所显示的图像也会对像素间距和显示屏分辨率有所要求。输入的图像质量越好，显示出来的图像质量就越佳。

这个显示屏是高清的吗？

当购买电视机时，高清这一概念常常会被提及。销售人员会说它是“全高清”的，可以显示高清图像。这并不是一眼就能看出来的，许多“全高清”产品是把图像经过处理后降低到其实际的物理分辨率后显示出来。分辨率转换是高清的关键所在。

当高清图像以1 920×1 080的分辨率拍摄或制作时，通常认为它的质量是最佳的。比如，蓝光DVD是全高清的，现在有些电影和电视节目也是全高清的，尤其是体育赛事和重大活动的转播。而传输的信息量越多，所需的带宽就越大。这就是为什么高清节目和3D高清节目依然没有普及的原因所在。

被称为“全高清”的视频显示屏的分辨率有三个，分别是：720 p、1080 p和1 080 i。字母和“p ”和“i ”与显示屏的图像扫描方式有关（p表示逐行扫描、i表示隔行扫描）。数字与垂直像素的数量有关，由此可见，固定分辨率为1 920×1 080的显示屏被视为高清，同样，本机分辨率为1 280×720的显示屏也被视为高清。其他“准”高清显示屏的分辨率可为1 366×768，甚至分辨率为1 024×768的老式计算机显示器也可被视为“准”高清。

因此，所有一切都归结为：显示屏的实像素是否达到了高清显示屏的要求，或者显示屏是否能把高清图像转换到显示屏实际的物理分辨率上显示。

前文提到的iPhone 4并不是高清。因为图像被压缩到该显示屏上，才使其视觉效果相当不错。