Свържете се с нас

Тел: + 86-755-33094305 Факс: + 86-755-33094305 Моб: +8618682045279 Електронна поща: sales@szlitestar.com Добави: E сграда, Индустриален парк Lihaoaoda, Baoan, Шенжен, Китай
Начало > Изложба > Съдържание
Модерни LED видео екрани: Характеристики, технологии, причини за избор Oct 11, 2011

Модерни LED видео екрани: Характеристики, технологии, причини за избор

Днес ние сме склонни да приемаме LED видео екрани за даденост. Всъщност те стават общи черти в нашите градове и най-вече обръщаме внимание на техните външни качествени параметри. Но тъй като нашето списание е специализирано в тази технология, ние вярваме, че е дошло време да се изяснят основните технически принципи на съвременните светодиодни видео екрани, тези принципи, които в крайна сметка гарантират това, което милиони хора виждат на екраните всеки ден.

Модерният LED видео екран е сложна система с огромен брой компоненти. Качеството на изображението и оперативните параметри зависят от качеството на всеки от тези компоненти, както и от функционалността на системата за управление на екрана.

block_eng (1).gif

                                          Типична блокова диаграма на LED видео екран

Следните характеристики на екрана на видео екрана са от съществено значение от гледна точка на качеството на изображението:

  • LED видео разделителна способност на екрана (т.нар. Пространствена разделителна способност), в LED видео екрани тя е тясно свързана с разстоянието между пикселите или размера на стъпката;

  • Максимална яркост (измерена в Nits);

  • Динамичен диапазон на яркост, който се разбира като броят на нивата на яркост, които екранът може да поддържа (понякога се нарича радиометрична или енергийна резолюция);

  • Скоростта на кадрите измерва колко често един източник на видео може да захрани цяла рамка от нови данни на дисплей, като честотата на променящите се кадри в секунда (понякога се нарича временна резолюция);

  • Честотата на опресняване (измерена в Hz) е броят пъти в секунда, че хардуерът на дисплея черпи данните или опреснява рамката (наричана също временна резолюция);

  • Спектрална резолюция: Цветните изображения разграничават светлината от различни спектри. Мултиспектралните изображения разкриват дори по-фини разлики в спектъра или дължината на вълната, отколкото е необходимо за възпроизвеждане на цветовете. Терминът определя колко спектрални компонента създават изображение;

  • Цялостно оцветяване на екрана;

  • Баланс на бялото и възможност за фино регулиране;

  • Линейно възприемане на яркостта - субективно качество на качеството на изображението, което определя как човешкото око прави разлика между съседните нива на яркост, както на тъмните, така и на ярките части на екрана;

  • Контраст на изображението;

  • Качеството на изображението се определя от ъгъла на гледане.

Освен качеството на изображението е важно да се имат предвид някои ключови параметри на работата на светодиодния екран:

  • Система за обратна връзка или наблюдение на състоянието на екрана;

  • Възрастен софтуер и изчерпателна система за управление, които позволяват мащабиране на системата и изграждане на светодиодни и LCD екрани за видео екран с дистанционно управление чрез интернет посредством вградена подсистема за информационна сигурност;

  • Ниво на електромагнитно излъчване под формата на електромагнитни смущения (ЕМИ) от екрана.

Да разгледаме някои от горните параметри по-подробно.

Създаване на изображение на LED видео екрана и управление на яркостта

Импулсна модулация (PWM) и честота на опресняване

Първоначалното изображение, което трябва да се покаже, се създава като PC файл, обикновено клип * .avi или * .mpg. Файлът се декодира от контролния компютър (или видеоконтролера) и се трансформира в специализирания видео поток, който се захранва към микрочипове на постоянно действащи драйвери. IC драйверите препращат постоянен ток към светодиодите, което ги кара да свети в определен спектър.

PWM - (Pulse-width modulation) е често използвана техника за управление на различни нива на яркост. В зависимост от необходимото ниво на яркост, токът се предава на светодиодите прекъсващо, като превключвате превключвателя между захранването и зарядното устройство с бързи темпове. Например, за да се постигне 50% яркост, токът трябва да бъде препратен само половината от продължителността на цикъла, за да достигне 25% яркост, токът ще бъде включен само за една четвърт от продължителността на цикъла. С други думи, светодиодът ще работи в режим "включен - изключен", където продължителността на "включения" период ще съответства на изискваното ниво на яркост.

Технологията PWM гарантира, че светодиодът (и целият видео екран) генерират циклично изображение. Продължителността на минималния цикъл (когато един светодиод се включва и изключва последователно) се нарича период на опресняване или честота на опресняване.

Помислете за пример: Нека кажем, че честотата на опресняване на LED видео екрана е равна на 100 Hz. За да се осигури максимална 100% яркост, трябва да предаваме ток през целия период на опресняване, което в този случай е равно на 1/100 s = 10 ms. За да се намали яркостта наполовина, токът трябва да се пренасочи за 5 ms и след това да се изключи за 5 ms. След това цикълът се повтаря по същия начин. За да се постигне само 1% ниво на яркост токът ще бъде препратен към светодиодите по време на 0,1 ms и периодът на изключване ще продължи 9,9 ms.

Основният метод PWM може да бъде модифициран и модернизиран. Различните производители използват различна терминология: кодиран PWM (макроблок), последователна разделена модулация (Silicon Touch) и адаптивна импулсна модулация (MY's-Semi). Всички тези функции са склонни да "разпространяват" светодиодния превключвател за период през целия период на опресняване. По този начин работата на екрана при 50% яркост с 100 Hz честота на опресняване ще изглежда като повтарящ се цикъл "1 ms LED on - 1 ms LED off". Това означава, че при 50% яркост периодът на опресняване е нараснал пет пъти и е равен на 2 ms. Следователно честотата на опресняване се е увеличила до 500 Hz. Това изчисление е валидно само за 50% яркост. За всеки модел на яркост има минимална яркост на един импулс (минимална продължителност), когато светодиодът е включен, останалото време е изключено.

По този начин строгите "традиционни" PWM цикли са изкривени от съвременните модифицирани методи. В зависимост от изискваното ниво на яркост ние можем да определим по-кратки периоди с по-висока честота на опресняване. На конкретна честота на опресняване на екрана на видеосигнала може да варира между, да кажем, 100 Hz и 1 kHz. Това означава, че по време на минималната или максималната яркост честотата на опресняване е около 100 Hz. Но при други нива на яркост се срещат периоди с по-висока честота на опресняване.

По този начин за модифицираните PWM методи концепцията за честотата на опресняване става по-скоро подвеждаща. Ако обаче определим честотата на опресняване като минимален период, необходим за подновяване на изображението за всички нива на яркост , ще избегнем всички недоразумения, тъй като в тази дефиниция честотата на опресняване не зависи от процеса на PWM.

Преплетени изображения на базата на сканиране и разделяне на времето на светодиодни видео екрани

Някои LED изображения на видео екран са структурирани по такъв начин, че да предотвратят моментално захранване на всички светодиоди наведнъж. Всички светодиоди на видеосигнал са разделени на групи (обикновено два, четири или осем), които се включват на свой ред. Това означава, че методите за създаване на изображение, описани по-горе, се прилагат от своя страна към различни групи светодиоди на видео екран. Ако екранът има две такива групи, образуването на изображение е еквивалентно на преплетеното сканиране в аналогов телевизор.

Този метод се използва най-вече, за да се направят LED видео екрани по-евтини, тъй като този метод на образуване на изображения се нуждае от по-малко количество IC драйвери (съответно с два, четири или осем пъти). Тъй като водачите на ИС допринасят приблизително 15-20% за разходите на екрана, икономиката може да е значителна. Освен това, методът за разделяне по време е практически неизбежен при светодиодни екрани с висока разделителна способност, тъй като малките екрани на терена представляват сериозни проблеми при разполагането на голям брой водачи на ПХБ и при организирането на подходящ топлопренос от IC драйвери.

Разбира се, тази икономика води до по-ниска яркост на видео екрана и по-ниска честота на опресняване (пропорционално на броя на използваните LED групи).

Да кажем, че имаме екран с две светодиодни групи, използващи метод за разделяне по време. Токът се доставя на една група, за да се осигури необходимата яркост. Другата група е изключена. След един период на опресняване групите се редуват: сега втората група се захранва, докато първата затъмнява. Следователно периодът, необходим за подновяване на цялата информация на екрана, става два пъти по-дълъг.

Концепцията за честотата на опресняване в този случай става още по-фини. Строго погледнато, периодът на опресняване или минималното време, необходимо за подновяване на изображението на целия екран, се удвоява. Все пак, за всяка група продължителността на периода на създаване на изображението остава непроменена и можем да твърдим, че скоростта на опресняване остава същата като преди.

LED видео екран, честота на опресняване и човешко око

Първоначално скоростта на опресняване влияе върху възприемането на изображението. Обикновено възприемаме изображението на екрана като гладко и не забележим трептене, защото честотата на трептене е доста висока. Нашето визуално възприятие е психологическо, както и физическо. Индивидуалните светлини се обобщават в "гладко" изображение от нашия мозък. Според Закона на Блок това обобщение трае приблизително 10 ms и зависи от яркостта на светлинните вълни. Ако светлината мига с достатъчна честота (т.нар. Праг CFF - критична честота на трептене), човешкото око не забелязва пулсация съгласно Закона Talbot-Plateau. Прагът CFF зависи от много фактори като спектъра на светлинния източник, позиционирането на източника на светлина спрямо окото, нивото на яркост. Въпреки това при нормални условия тази честота никога не надвишава 100 Hz.

По този начин човешкото око няма да разграничи всички разлики в светодиодните екранни изображения, образувани с PWM или модифицирани PWM методи с честота на обновяване, варираща от 100 Hz до 1 kHz.

LED екран, честота на опресняване и видеокамера

Но човешкото око не е единственият инструмент, който може да възприема образи. Понякога използваме видеокамери за записване на LED видео екрани, а видеооборудването се основава на принципи, които са драстично различни от тези, прилагани от човешкия мозък. Това е особено важно за всички инсталации с LED екран на спортни стадиони, търговски изложения или концертни зали, където събитията се записват с камери. Времето на експониране или скоростта на затвора в съвременните видеокамери може да варира от секунди до милисекунди.

Нека кажем, че гледаме светодиоден екран, където образът се формира чрез традиционен метод PWM с честота на опресняване 100 Hz. Видео екранът показва статично изображение. Ако се опитаме да запишем това изображение с видеокамера с 1/8 секунда скорост на затвора (т.е. време на експониране от 125 милисекунди), сензорът за снимки ще запише светлина от изображението на екрана, произведено от 12,5 периоди на опресняване. LED екранът и видеокамерата ни не са синхронизирани и всеки кадър, записан от камерата, ще съответства на различно време, свързано с началото и края на цикъла на опресняване. Но при тази висока скорост на затвора няма да има конфликт и камерата ще запише гладко изображение на светодиодния екран.

Ако намалим скоростта на затвора до 1/250 секунди, когато времето за експониране е равно на 4 ms, един кадър на камерата ще бъде 2,5 пъти по-кратък от периода на опресняване на светодиодния екран. Този път разминаването между началото на рамката на камерата и началото на цикъла на PWM ще бъде значително. Някои кадри ще съответстват на началото на цикъла PWM, други в средата, а други до края на цикъла. Всеки кадър ще записва различен поток светлина и постепенно грешката се натрупва. Когато гледаме записаното видео, яркостта на кадрите ще се различава значително. Обикновено всички обекти, записани с кратко време на експониране, изглеждат по-малко светли. Фотоапаратът ще заснеме ефекта "трептене" на екрана с LED екрана. Ако времето за експониране се намали още повече, определено ще видим някои черни рамки (когато началото на кадъра съответства на краткия период на PWM, когато светодиодите са изключени) и записът на видеоклипа ще мига още повече.

По този начин, ако използваме видеокамера за запис на светодиоден екран с традиционна PWM функция, честотата на опресняване трябва да е съвместима или да надвишава експозицията на камерата.

На LED видео екрани с модифицирана функция PWM се прилага същата логика. Тъй като в режим на висока яркост времето за включване на светодиодите се "разпространява" по време на цикъла PWM, записаното изображение ще бъде по-стабилно в сравнение с традиционната функция PWM. Но при ниска яркост ситуацията ще остане еднакво: записаното изображение ще загуби яркост или ще мига.

Както виждате без подходяща синхронизация, всяко видеозапис на LED екран ще доведе до изкривяване на записаното изображение. Можем да го сравним с записването на аналогов телевизор с аналогова камера: разликите в режимите на сканиране на двете устройства ще доведат до ефекта на диагоналните черни линии, разделящи телевизионните кадри.

Друг важен въпрос е синхронизирането на LED контролери за видео екран. Големите светодиодни екрани са направени от блокове (светодиодни модули и / или шкафове), които показват изображения, генерирани от различни контролери. Ако тези контролери не синхронизират началото на цикъла на PWM (т.е. началото на цикъла в различни части на екрана), може да срещнем следния проблем: цикълът на опресняване на някои части на светодиода ще съответства на камерите и на други Частите на екрана няма. Ако експонацията е съвместима с цикъла на опресняване, част от видео екрана ще изглежда по-ярка, а другата по-тъмен. Цялото изображение ще се състои от тъмни и светли правоъгълници и ще бъде неудобно да гледате.

Цената на LED видео екрана е висока опресняване

Независимо от метода на генериране на PWM, всички те имат общи характеристики. Генерирането на PWM работи с определена честота на часовника F pwm . Да приемем, че трябва да генерираме определен брой N нива на яркост. В този случай скоростта на обновяване F r не може да надвишава F pwm / N.

Ето някои примери, които илюстрират горното изявление:

PWM тактова честота Нива на яркост Скорост на обновяване
F pwm = 10 MHz N = 256 (8 бита за канал) F r = 39 kHz
F pwm = 10 MHz N = 1024 (10 бита на канал) Fr = 9.8 kHz
F pwm = 10 MHz N = 2048 (11 бита за канал) Fr = 4.9 kHz
F pwm = 10 MHz N = 65536 (16 бита на канал) Fr = 152 Hz
F pwm = 20 MHz N = 65536 (16 бита на канал) Fr = 305 Hz

Тези цифри показват, че всеки светодиод на видео екрана следва някакъв независим процес на генериране на PWM, т.е. методът за генериране на PWM се програмира директно в IC драйвери.

С прости и евтини IC драйвери, PWM се генерира на контролер за LED видео екрана. След това трябва да обмислим колко шофьори са свързани последователно и се обслужват от един процес на генериране на PWM. Ако една схема за генериране на PWM изисква драйвери за M 16 изходни канали, скоростта на опресняване не трябва да надвишава F pwm / (N * M * 16 , в противен случай води до значително по-ниска честота на опресняване или необходимост от увеличаване на тактовата честота.

В случай на разделяне по време (сканиране чрез запълване) честотата на опресняване е пропорционална на коефициента на разделяне.

По този начин, за да се увеличи честотата на опресняване на LED видео екрани, са налице следните опции:

  • Използване на "интелигентни" (скъпи) драйвери;

  • Увеличаване на тактовата честота в процеса на генериране на PWM;

  • Намаляване на броя на нивата на яркост (цветна дълбочина).

Всеки метод има предимства и недостатъци. Интелектуалните шофьори са много по-скъпи от обикновените IC шофьори; Повишаването на честотата на часовника води до по-висока консумация на енергия (следователно изисква допълнителни мерки за пренос на топлина, за да се избегне прегряване); Ниският брой нива на яркост оказва негативно влияние върху качеството на изображението.

Заключение: Опресняване на LED видео екрани

Производителите на LED видео екрани често използват честотата на опресняване като маркетингов инструмент, когато се похвали с отлично качество на екрана. Предпоставката е, че колкото по-висока е скоростта на опресняване, толкова по-добро е качеството на изображението. Често обаче числата служат само за объркване на потенциалните клиенти. Например честотата на опресняване от няколко kHz означава, че се използва или модифицираният метод за генериране на PWM (когато честотата на опресняване всъщност е различна за различните нива на яркост), или че цветната дълбочина е неприемливо ниска.

Не бива да забравяме, че високата честота на опресняване и високите стойности на дълбочината на цветовете могат да възникнат само при високи нива на яркост, което само по себе си е погрешно схващане, тъй като светодиодният видео екран не винаги трябва да работи на 100% капацитет.

За случая на преплетено сканиране стойността на честотата на опресняване ще съответства само на един PWM цикъл за една LED група, докато действителната скорост на обновяване на екрана (която засяга нашето възприятие) ще бъде няколко пъти по-ниска.

По-информативно и честно е да се посочат дълбочината на цветовете и честотата на часовника за PWM и приблизителния обхват на честотата на опресняване на екрана (например 200 -1000 Hz) в случай на модифицирана функция на PWM екрана. Ако LED екран се основава на принципа на разделяне на времето (например разделяне на времето = 1: 1 - липса на разделяне по време, разделяне на времето = 1: 2 - PWM работи само на половината от екрана и т.н.).

Горният параметър не е от съществено значение за нашето възприятие. Човешкото око не регистрира никаква разлика в качеството на изображението при честоти над 100 Hz. Следователно, трябва да решите дали наистина е необходима висока честота на опресняване и дали си струва да плащате допълнително за нея.

Честотата на опресняване и еднородността на записаното изображение на екрана са важни само в случаите, когато LED екран често се превръща в обект за видеозапис (стадиони и концертни зали). Поради това е по-добре първо да се извърши пробен запис преди подписването на договора за покупка.



网站对话
live chat