導(dǎo)讀：本文章將根據(jù)理論分析和試驗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——以一種動態(tài)可調(diào)節(jié)的掃描方式來達(dá)到兩個比例對象的均衡點，使其得到最佳的顯示效果，測試結(jié)果表明本方案達(dá)到了預(yù)期設(shè)計目標(biāo)。

隨著LED行業(yè)技術(shù)的不斷革新，LED顯示屏的品質(zhì)要求越來越高，為提高市場競爭力，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——以一種動態(tài)可調(diào)節(jié)的掃描方式來達(dá)到兩個比例對象的均衡點，使其得到最佳的顯示效果，測試結(jié)果表明本方案達(dá)到了預(yù)期設(shè)計目標(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)動脈沖占空比的控制方式能更充分的發(fā)揮FPGA的設(shè)計能力。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)值點亮控制實現(xiàn)灰度的方法，即能達(dá)到所需的顯示效果，又能在較短的時間內(nèi)實現(xiàn)將一場的視頻數(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灰度位為例來介紹權(quán)值控制的實現(xiàn)方法。

我們在顯示控制系統(tǒng)中引入“頁[1]”和“消影時間[1]”兩個概念。“頁”即將每個視頻幀分成P頁來顯示，每頁顯示時長為頁周期T。在頁周期T內(nèi)利用“消影時間”來控制不同灰度位的顯示時長，即以一個頁周期內(nèi)的OE有效時間長度來控制當(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有效及消影時間關(guān)系。

表1.1 不同灰度位OE有效與消影時間關(guān)系表

從上表1.1可以看出，11bit的灰度位等級，一幀的數(shù)據(jù)量需要顯示的時長為38T[3]。對于低位的D0-D7，在38頁的刷新過程中僅顯示一次，容易導(dǎo)致低頻幀閃爍，故對這幾位進(jìn)行特殊控制。為此，將低權(quán)值的灰度位信息打散在整個幀顯示過程中，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頁后即完成一行像素點灰度位的掃描。其他的灰度等級亦可套用上述的刷新控制方案來實現(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的動態(tài)掃描模式下計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，整個屏幕的色彩均勻度降低，人眼觀看時會有明顯的閃爍感。為了提高觀看效果，在刷新過程中，將所有的行掃描1頁后，再刷新下一頁的數(shù)據(jù)，則等效的刷新頻率將為原來的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，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。在主觀意愿上，顯示一條斜線時，同一列上只有一個點被點亮，其他點均為滅燈狀態(tài)。而實際操作中，同一組動態(tài)掃描的8行內(nèi)的同一列中只要有一個點被點亮，其他的點也會被不同程度的點亮，從圖2.1中可以清晰的看到在發(fā)光點的上下會出現(xiàn)多余的亮點。該問題極大的影響LED顯示屏在顯示背景色較單一的圖片時的顯示效果。

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)時間，行消影時間的長短，驅(qū)動電路板的設(shè)計、動態(tài)掃描過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，又不會產(chǎn)生垂直拖影。

3. 動態(tài)可調(diào)節(jié)掃描方式

如前所述，若直接將38頁的灰度位信息在一行中掃描完畢后，再掃描下一行的38頁灰度位信息，則會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后，再掃描所有行的下一頁灰度位信息的方法，雖然可以提高顯示效果，但卻暴露出了垂直拖影的問題。那么，如果將兩個方法綜合一下是不是會更好呢?如一行中需掃描完N頁后，再掃描下一行，直到將38頁灰度位信息在所有的行中掃描完畢，且這個N可以被用戶動態(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影響觀看效果，且對刷新頻率要求高，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，在實際經(jīng)驗中，增大行消影時間也可以降低垂直拖影，但在高刷新狀態(tài)下效果不明顯，且會降低led的顯示亮度，因此不建議過量增加行消影時間，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時的顯示效果圖

該方法在實際驗證中，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)掃描刷新的頁數(shù)N對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)

本文通過提高等效刷新頻率、顯示色彩均勻度為切入點，提出一種可提高顯示色彩均勻度，且不會出現(xiàn)垂直拖影問題的動態(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)。其實驗結(jié)果表明該方法確實取得了顯示效果的提高，且不會出現(xiàn)前述的垂直拖影問題。

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