導(dǎo)讀：本文章將根據(jù)理論分析和試驗(yàn)而得的垂直拖影與刷新率成正比而與色彩均勻度成反比關(guān)系為基礎(chǔ)，提出一種新的掃描模式——以一種動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)的掃描方式來(lái)達(dá)到兩個(gè)比例對(duì)象的均衡點(diǎn)，使其得到最佳的顯示效果，測(cè)試結(jié)果表明本方案達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

隨著LED行業(yè)技術(shù)的不斷革新，LED顯示屏的品質(zhì)要求越來(lái)越高，為提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，各廠商逐步推出更高品質(zhì)的產(chǎn)品。而在現(xiàn)有眾多的LED控制系統(tǒng)中，為提高模組色彩均勻度和刷新率，而或多或少在屏幕中留下了垂直拖影的病根。本文章將根據(jù)理論分析和試驗(yàn)而得的垂直拖影與刷新率成正比而與色彩均勻度成反比關(guān)系為基礎(chǔ)，提出一種新的掃描模式——以一種動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)的掃描方式來(lái)達(dá)到兩個(gè)比例對(duì)象的均衡點(diǎn)，使其得到最佳的顯示效果，測(cè)試結(jié)果表明本方案達(dá)到了預(yù)期設(shè)計(jì)目標(biāo)。

1. 現(xiàn)有模組掃描方式分析

在現(xiàn)有LED亮度控制中，最常用的就是電流控制和驅(qū)動(dòng)脈沖占空比控制兩種方式。由于在大屏LED顯示控制系統(tǒng)中的主控制器多為FPGA器件，因此采用驅(qū)動(dòng)脈沖占空比的控制方式能更充分的發(fā)揮FPGA的設(shè)計(jì)能力。而電流控制方式則比較少在該領(lǐng)域中使用。

在脈沖占空比模組掃描方式中，采用灰度位權(quán)值點(diǎn)亮控制實(shí)現(xiàn)灰度的方法，即能達(dá)到所需的顯示效果，又能在較短的時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)將一場(chǎng)的視頻數(shù)據(jù)刷新完畢，以達(dá)到高刷新頻率的顯示效果。下面將以12bit灰度位為例來(lái)介紹權(quán)值控制的實(shí)現(xiàn)方法。

我們?cè)陲@示控制系統(tǒng)中引入“頁(yè)[1]”和“消影時(shí)間[1]”兩個(gè)概念。“頁(yè)”即將每個(gè)視頻幀分成P頁(yè)來(lái)顯示，每頁(yè)顯示時(shí)長(zhǎng)為頁(yè)周期T。在頁(yè)周期T內(nèi)利用“消影時(shí)間”來(lái)控制不同灰度位的顯示時(shí)長(zhǎng)，即以一個(gè)頁(yè)周期內(nèi)的OE有效時(shí)間長(zhǎng)度來(lái)控制當(dāng)前顯示的灰度比特位的權(quán)值[2]。下表1.1為不同的灰度位所需要的OE有效及消影時(shí)間關(guān)系。

表1.1 不同灰度位OE有效與消影時(shí)間關(guān)系表

從上表1.1可以看出，11bit的灰度位等級(jí)，一幀的數(shù)據(jù)量需要顯示的時(shí)長(zhǎng)為38T[3]。對(duì)于低位的D0-D7，在38頁(yè)的刷新過(guò)程中僅顯示一次，容易導(dǎo)致低頻幀閃爍，故對(duì)這幾位進(jìn)行特殊控制。為此，將低權(quán)值的灰度位信息打散在整個(gè)幀顯示過(guò)程中，如表1.2所示。

表1.2 38T灰度位打散方案

根據(jù)前面所講的灰度位控制方案，根據(jù)表1.2的灰度位掃描順序連續(xù)掃描上述的38頁(yè)后即完成一行像素點(diǎn)灰度位的掃描。其他的灰度等級(jí)亦可套用上述的刷新控制方案來(lái)實(shí)現(xiàn)模組的灰度控制。

2. 垂直拖影形成分析

根據(jù)上一節(jié)中的掃描控制方法，雖然能達(dá)到控制灰度顯示的效果，但是為了節(jié)省成本，在控制系統(tǒng)中，通常需要讓一張的接收卡帶載較大的顯示范圍(如512*256)，則在1/16的動(dòng)態(tài)掃描模式下計(jì)算得到的刷新頻率只有60Hz。在此情況下，60Hz的led屏幕的刷新頻率，行頻變換慢，整個(gè)屏幕的色彩均勻度降低，人眼觀看時(shí)會(huì)有明顯的閃爍感。為了提高觀看效果，在刷新過(guò)程中，將所有的行掃描1頁(yè)后，再刷新下一頁(yè)的數(shù)據(jù)，則等效的刷新頻率將為原來(lái)的38倍，即等效刷新頻率為2280Hz，顯示色彩均勻度遠(yuǎn)高于前者，人眼觀看效果好。與此同時(shí)，由于行選擇刷新頻率為前者的38倍，因此垂直拖影的程度也越高，以至于影響到觀看效果。因此得到在動(dòng)態(tài)掃描的模式下，行掃描變換頻率越高，色彩均勻度越好，等效刷新頻率也越高，但垂直拖影也會(huì)越嚴(yán)重的結(jié)論，如下圖2.1所示。

圖2.1 黑色背景白色斜線帶垂直拖影圖

所謂的垂直拖影如上圖2.1中1/8動(dòng)態(tài)掃描模組中顯示的黑色背景白色斜線附近輻射出的亮點(diǎn)。在主觀意愿上，顯示一條斜線時(shí)，同一列上只有一個(gè)點(diǎn)被點(diǎn)亮，其他點(diǎn)均為滅燈狀態(tài)。而實(shí)際操作中，同一組動(dòng)態(tài)掃描的8行內(nèi)的同一列中只要有一個(gè)點(diǎn)被點(diǎn)亮，其他的點(diǎn)也會(huì)被不同程度的點(diǎn)亮，從圖2.1中可以清晰的看到在發(fā)光點(diǎn)的上下會(huì)出現(xiàn)多余的亮點(diǎn)。該問(wèn)題極大的影響LED顯示屏在顯示背景色較單一的圖片時(shí)的顯示效果。

垂直拖影的形成關(guān)系復(fù)雜，它跟模組中的行選擇芯片、LED燈管的響應(yīng)時(shí)間，行消影時(shí)間的長(zhǎng)短，驅(qū)動(dòng)電路板的設(shè)計(jì)、動(dòng)態(tài)掃描過(guò)程中的行掃描頻率等都有關(guān)系，其中的關(guān)鍵因素當(dāng)屬行掃描頻率。行掃描頻率越高，垂直拖影也就越明顯。因此下一節(jié)中我們將提出行掃描頻率動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)的掃描方式，使得即可以提高屏幕顯示效果，又不會(huì)產(chǎn)生垂直拖影。

3. 動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)掃描方式

如前所述，若直接將38頁(yè)的灰度位信息在一行中掃描完畢后，再掃描下一行的38頁(yè)灰度位信息，則會(huì)造成等效刷新頻率低，顯示效果欠佳。而采用所有行都掃描完一頁(yè)后，再掃描所有行的下一頁(yè)灰度位信息的方法，雖然可以提高顯示效果，但卻暴露出了垂直拖影的問(wèn)題。那么，如果將兩個(gè)方法綜合一下是不是會(huì)更好呢?如一行中需掃描完N頁(yè)后，再掃描下一行，直到將38頁(yè)灰度位信息在所有的行中掃描完畢，且這個(gè)N可以被用戶動(dòng)態(tài)配置，這樣用戶便可根據(jù)各模組的差異、使用環(huán)境進(jìn)行不同的配置。如戶外屏，由于戶外屏的觀看視距較遠(yuǎn)，輕微的垂直拖影并不會(huì)影響觀看效果，且對(duì)刷新頻率要求高，因此我們可以適當(dāng)?shù)臏p小N的值，以提高行刷新頻率(等效刷新頻率)RFL= 。而對(duì)于室內(nèi)屏則可以適當(dāng)?shù)脑龃驨的值，降低行刷新頻率，以減少甚至消除垂直拖影。同時(shí)，在實(shí)際經(jīng)驗(yàn)中，增大行消影時(shí)間也可以降低垂直拖影，但在高刷新?tīng)顟B(tài)下效果不明顯，且會(huì)降低led的顯示亮度，因此不建議過(guò)量增加行消影時(shí)間，以期達(dá)到消除垂直拖影的效果。如下圖3.1為當(dāng)N=19時(shí)的模組顯示效果。

(a) N的參數(shù)設(shè)置

(b) 黑色背景白色斜線不帶垂直拖影圖

圖3.1 N值等于19時(shí)的顯示效果圖

該方法在實(shí)際驗(yàn)證中，既可提高等效刷新頻率、屏幕顯示的色彩均勻度，又避免了產(chǎn)生垂直拖影對(duì)顯示效果的影響。下圖3.2中圖為60Hz刷新頻率下N等于38和4的拍攝圖片，(a)、(b)兩圖相差巨大的顯示效果體現(xiàn)了在同等視頻幀刷新頻率下，在不出現(xiàn)垂直拖影的前提下改變同一行中連續(xù)掃描刷新的頁(yè)數(shù)N對(duì)顯示效果的改善作用。

(a) 60Hz刷新頻率，N等于38

(b) 60Hz刷新頻率，N等于4

4. 總結(jié)

本文通過(guò)提高等效刷新頻率、顯示色彩均勻度為切入點(diǎn)，提出一種可提高顯示色彩均勻度，且不會(huì)出現(xiàn)垂直拖影問(wèn)題的動(dòng)態(tài)可調(diào)節(jié)模組灰度位掃描方式，從而得到更高的屏幕顯示品質(zhì)。其實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該方法確實(shí)取得了顯示效果的提高，且不會(huì)出現(xiàn)前述的垂直拖影問(wèn)題。

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