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LED视频同步系统技术突破


作者:吴颖高
摘要:
随着LED芯片发光效率和散热技术的快速提升,显示屏分辩率越来越高,目前填充因子系数已达到10%。当填充因子系数超过10%时,控制系统的8位灰度反GAMMA变换对图像色彩的损失已非常明显。文中介绍了D801全彩同步控制系统14位灰度的反GAMMA变换,大大降低了色彩的损失,系统采用“千兆网卡+接收卡”的控制方式,降低了成本和对硬件设备的要求,让笔记本电脑也能轻松控制大屏幕,开创了新一代同步控制系统的设计模式。
关键词:LED;显示屏;控制系统;填充因子;千兆网卡;灰度

The technique break of LED synchronized video system
Abstract: With the rapid promotion of the LED chip light-emitting efficiency and heat dissipation technology, the fill factor coefficient of the LED display has been up to 10%. With the 8-bit gray-scale anti-GAMMA transform of the display control system, the loss of the image color is very evident when the fill factor coefficient is more than 10%. This paper introduces the 14-bit gray-scale anti-GAMMA transformation of the D801 full-color synchronous control system, which reduces the loss of color significantly. The system uses "Gigabit Ethernet + receiver cards" control mode, reducing the requirements of costs and hardware. And Notebook computers can also easily control the big LED display. The new generation design pattern of the synchronous control system has been set up.
Keywords:Display; control system; fill factor; Gigabit Ethernet; gray;

引言:
在LED显示、光源和照明应用三个层面,LED的控制是一项关键技术,采用先进的千兆网传输技术,反Gamma校正技术、位变换技术、像素校正技术、单接收控制卡级联技术等,使LED显示色彩更逼真、高品质画面表现更持久。

1、LED视频同步控制系统
1.1、高清晰图像显示
由于LED芯片发光效率和散热技术的提升,显示屏LED芯片的填充因子系数越来越高, 目前室内显示屏产品已可达10%。
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当填充因子达到40-50%时,室内大屏幕LED显示可以替代液晶或等离子。
控制系统需有三大突破:
      当填充因子超过10%,反GAMMA变化灰度需≥12 位;否则图像信息损失过大,超过15%。
      对目前控制系统的挑战是提升到大于12位的反GAMMA灰度变化;对目前的驱动芯片的要求:OE变化单位需由100-200ns到30-50ns.
      控制系统的图像实时传送和处理同驱动技术匹配就变得更加关键和复杂。

2、设计原理
2.1、亮度衰减校正
LED芯片发光的不均匀和亮度衰减特性,要求在电路设计时能提供补偿和校正技术,对LED显示芯片亮度衰减的校正技术变得非常重要。
两种校正方法:
      单纯亮度校正——适用于屏厂校正
      亮度和色域双目标校正——适用于室外使用中显示屏校正
三种实现方法:
      驱动级实现——适用于单元板制作厂家
      接受卡系统级实现——适用于屏厂和用户
      上位机系统级实现——适用于终端用户
每种实现方式有各自的特点和技术要求。
2.2、色彩真实
由于LED的显示色域同液晶等传统显示材料的色域不同,色彩的真实再现需要进行色彩校正,而变化的灰度精度对图像质量起到很大影响, 衡量标准:色彩信号损失小于5%是中高档控制系统的主要衡量指标。
目前市场上主流控制系统的图像色彩损失在15-20%左右。其主要的原因是色域空间变化前是8位256级灰度,变换后的扫描是10位1024级灰度或是12位4096级灰度。
2.3、D801特点
2.3.1、低灰度之王,色彩表现更完美
本系统对色彩校正采用14位运算,并进行了算法优化,使色彩表现更丰富,特别是针对中低端的驱动芯片,如MBI5024、MBI5026和TB62762等,表现效果仍能做的很出色。在进行的灰度测试显示,本控制系统能分辨的最小灰度达到1。这样,在播放灰度较低的画面或视频时,本系统能更完美地再现视频。
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2.3.2、单网线传输系统,结构更简单
本系统只需要在上位机运行软件,通过网线发送数据到接收卡,接收卡负责扫描工作。与传统发送卡加接收卡的结构相比,少一个发送环节,这样不仅节省了成本,也提高了稳定性。
通过对网络传输模块的严格设计和极高的PCB设计工艺,本系统用国产的超五类网线传输距离最远能够达到170米,可靠传输距离达到140米,方便工程布线。
2.3.3、更大的带载面积,成本更低
本系统采用了优化FPGA软件结构,单卡的带载面积最大能达到684x256,相对传统的接收卡,带载面积提高了大约20%,这意味着成本的节省。

3、结论
本文介绍的D801控制系统同市场普通驱动芯片组合使用,就可完成14位的反GAMMA变换,能在1时起灰,大大减少了LED显示图像色彩损失。系统采用的千兆网卡传输技术,简化了系统的硬件结构,提升了系统的性能和稳定性。

注:此文发表在《现代显示》2010年第一期
作者简介:
www.261365.com 司董事长兼总经理,模型专家、教授级高级工程师、英国威尔士大学博士。多年从事LED技术开发、项目开发工作和企业管理工作;曾承担多项国家部委项目和工程,主要负责国家科技部《100lm/W功率型白光LED制造技术》,国家发改委《高亮度蓝绿发光二极管芯片产业化》,辽宁省科技厅《小体积功率型发光二极管芯片产业化》等项目。国家级刊物发表论文30篇。
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