全彩色LED显示屏真彩色显示技术研究

孙丽

【摘 要】自上世纪80年代以来，各种媒体宣传得到了广泛发展，公共场合外露信息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，其次一些树立于户外的显示系统长期受到自然环境的影响，对其使用寿命而言是一种考验。全彩色LED电子显示屏具有良好像素，无论白天夜晚、晴天雨天，LED电子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。

【关键词】全彩色;LED显示屏;真彩色;显示技术;研究

1、图像采集技术

LED电子显示屏要显示真彩图像，必须首先解决视频信号的实时采集，将模拟视频信号采集为数字视频图像早期的做法是利用视频采集卡和一些带特征的VGA卡相结合来实现视频采集卡用来捕获视频图像，再通过VGA特征口获得场频、行频、像素点频以及颜色查找表的索引地址，在跟踪CRT图像时可以通过复制颜色查找表的方法来获得红、绿、蓝分离的数字信号一种方法是用软件定时复制，另一种是采用硬件窃取技术，后者更为有效、快速由于上述这种技术存在着与VGA卡兼容性差、边缘不清晰、图像质量较差等缺点，电子显示屏所显示的图象质量也受到了限制，为此，北京银河电脑公司于1998年研制开发出LED电子显示屏专用视频卡JMC-LED该卡基于PCI总线，采用64位图形加速器，将VGA和视频功能合二为一，负责视频数据与VGA数据的叠加，色空间变换，从根本上解决兼容性问题应用全屏分辨率采集，YUV4：2：2无压缩存储技术保证视频图像的最佳化，视频窗口采用EST边缘增强技术，保证缩放后图像的清晰程度支持制式为PAL和NTSC，视频窗口可以任意缩放、移动该卡可以将电子显示屏播放视频时所需的场频、行频、像素点频几个同步信号提取出来，并将红、绿、蓝三色信号分离出来数字RGB格式为8：8：8，各可以产生256级灰度，能满足电子显示屏真彩播放的要求。

2、真实图像色彩

全彩LED电子显示屏的视觉原理与彩色电视机一样，是通过红、绿、蓝三种颜色的不同光强实现图像色彩的还原再现红、绿、蓝的纯正度直接影响图像色彩再现的视觉效果然而白光的三色配比不是简单的三种颜色的叠加第一、在保证光频纯正的前提下，要求红、绿、蓝光强之比必须接近3：6：1;第二、由于人们视觉对红色的敏感性，要求红色发光源在空间上要分散分布;第三、由于人们视觉对红、绿、蓝三种颜色光强的不同的非线性曲线响应，要求不同光强的白光对红、绿、蓝要进行类似电视机里的γ校正;第四、人的视觉对色差的分辨能力有限因此必须找出图像色彩再现真实性的客观指标为了再现真实图像色彩，在LED电子显示屏的配光上应满足下面一些要求：

①红、绿、蓝三色的波长应分别为：660nm、525nm、470nm左右;

②采用4管单元配白光为佳（多管单元也可以，取决于光强）;

③红、绿、蓝三色的灰度级为256级;

④必须采用针对LED像素管的非线性校正为了再现真实图像色彩，在LED电子显示屏的配光上应满足下面一些要求：

①红、绿、蓝三色的波长应分别为：660nm、525nm、470nm左右;

②采用4管单元配白光为佳（多管单元也可以，取决于光强）;

③红、绿、蓝三色的灰度级为256级;

④必须采用针对LED像素管的非线性校正

红、绿、蓝三色配光及非线性校正可以用显示控制系统硬件实现，也可由播放系统软件实现。

3、专用现实驱动电路

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，对于户外像素管屏，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LED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电子显示屏的发展。为解决LED电子显示屏以上缺点，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，LED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LED显示屏驱动功能实现。

4、亮度控制D/T转换技术

LED电子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，LED电子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电子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LED电子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LED电子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復修改的功能，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。

结语

LED电子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LED电子显示屏发光效果，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LED电子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LED显示效果。

参考文献：

[1]刘曙光.LED电子显示屏真彩显示的几种关键技术[J].设计与应用.2012（6）.

（作者单位：国家知识产权局专利局专利审查协作江苏中心）