摘 要：本文討論了實現LED電子顯示屏真彩顯示的幾種關鍵技術，著重對圖像采樣、真實圖像色彩再現、專用驅動電路、亮度控制D/T轉換、數據重構與存儲、邏輯電路設計中的ISP技術及其它有關問題進行了深入評述。

引言

　　自八十年代以來，隨著公共場合信息的增多，建立性能優良、價格低廉的大面積信息宣傳媒體一直是工程技術人員所關注的問題。根據應用場合的不同，要求的顯示性能以及對顯示系統成本的要求的不同，人們可以選擇不同的顯示媒體。考慮到用于戶內外的大屏幕顯示媒體對顯示設備的顏色、亮度、視頻效果、可靠性、壽命等性能要求比較苛刻。它要求顯示系統能夠顯示出接近于自然色彩的真彩畫面，并且具有較高的顯示亮度，無論是在白天還是在晚上，晴天還是陰天，都能夠讓觀眾清楚的看到其內容，并且能夠根據外部自然光強度的變化自動地對其顯示正在播放的視頻節目，具有較高的可靠性和性能價格比，易于維護。綜合上述諸多的因素，工程技術人員通過對磁翻版、真空像素管、電視墻、LED顯示屏的比較，發現LED作為顯示像素可以很好的滿足上述要求，是一種很好的戶內外顯示屏媒體。

　　同時，伴隨著科學技術的發展，當今半導體發光二極管的性能達到了新的水平，其光電轉換效率達到10cd/w以上，尤其藍色超高亮LED器件的出現，使得LED器件的光譜覆蓋了自然光的范圍。因此，利用LED器件制造大型平板顯示屏系統成為LED器件應用的重要領域，進而推動了大型顯示屏系統發展并形成一種產業。用LED器件組成顯示屏的最大特點在于其制造不受面積限制，可以達到幾十甚至幾百平方米以上，應用于室內外的各種公共場合顯示文字、圖形、圖像、動畫、視頻圖像等各種信息，成百上千人同時駐足觀看，具有較強的廣告渲染力和震撼力，對都市的社會活動有較強的氣氛渲染作用，美化和豐富了人們的生活環境。

1 圖像采集技術

　　LED電子顯示屏要顯示真彩圖像，必須首先解決視頻信號的實時采集，將模擬視頻信號采集為數字視頻圖像。早期的做法是利用視頻采集卡和一些帶特征口（Feature-connect）的VGA卡相結合來實現。視頻采集卡用來捕獲視頻圖像，再通過VGA特征口獲得場頻、行頻、像素點頻以及顏色查找表的索引地址，在跟蹤CRT圖像時可以通過復制顏色查找表的方法來獲得紅、綠、藍分離的數字信號。一種方法是用軟件定時復制，另一種是采用硬件竊取技術，后者更為有效、快速。由于上述這種技術存在著與VGA卡兼容性差、邊緣不清晰、圖像質量較差等缺點，電子顯示屏所顯示的圖象質量也受到了限制，為此，北京銀河電腦公司于1998年研制開發出LED電子顯示屏專用視頻卡JMC-LED。該卡基于PCI總線，采用64位圖形加速器，將VGA和視頻功能合二為一，負責視頻數據與VGA數據的疊加，色空間變換，從根本上解決兼容性問題。應用全屏分辨率采集，YUV4：2：2無壓縮存儲技術保證視頻圖像的最佳化，視頻窗口采用EST邊緣增強技術，保證縮放后圖像的清晰程度。支持制式為PAL和NTSC，視頻窗口可以任意縮放、移動。該卡可以將電子顯示屏播放視頻時所需的場頻、行頻、像素點頻幾個同步信號提取出來，并將紅、綠、藍三色信號分離出來。數字RGB格式為8：8：8，各可以產生256級灰度，能滿足電子顯示屏真彩播放的要求。

2 真實圖像色彩再現

　　全彩LED電子顯示屏的視覺原理與彩色電視機一樣，是通過紅、綠、藍三種顏色的不同光強實現圖像色彩的還原再現。紅、綠、藍的純正度直接影響圖像色彩再現的視覺效果。然而白光的三色配比不是簡單的三種顏色的疊加。第一、在保證光頻純正的前提下，要求紅、綠、藍光強之比必須接近3：6：1；第二、由于人們視覺對紅色的敏感性，要求紅色發光源在空間上要分散分布；第三、由于人們視覺對紅、綠、藍三種顏色光強的不同的非線性曲線響應，要求不同光強的白光對紅、綠、藍要進行類似電視機里的γ校正；第四、人的視覺對色差的分辨能力有限。因此必須找出圖像色彩再現真實性的客觀指標。為了再現真實圖像色彩，在LED電子顯示屏的配光上應滿足下面一些要求：
① 紅、綠、藍三色的波長應分別為：660nm、525nm、470nm左右；
② 采用4管單元配白光為佳（多管單元也可以，取決于光強）；
③ 紅、綠、藍三色的灰度級為256級；
④ 必須采用針對LED像素管的非線性校正。

　　紅、綠、藍三色配光及非線性校正可以用顯示控制系統硬件實現，也可由播放系統軟件實現。

3 專用顯示驅動電路

　　從目前像素管的幾種顯示方式來看，可分為：①掃描驅動；②直流驅動；③恒流源驅動。對于戶內點陣塊屏，一般采用掃描方式；而對于戶外像素管屏，要保證所顯示的圖像一致性好、穩定、高亮，必須采用直流驅動加恒流源方式。較早的LED電子顯示屏驅動電路大多采用低壓信號的串并轉換CMOS電路和大電流驅動的雙極電路兩塊組成（如74HC595+MC1413/UNL2803、CD4094/MC14094+MC1413、74HC164+74HC273+MC1413），這種形式的驅動電路存在著焊點多、成本高、可靠性低等問題。針對這些缺點，美國TI公司開發生產出TPIC6B595(TPIC6C595)專用集成電路（ASIC），它將串并轉換和大電流驅動合二為一，這種ASIC具有如下顯著特點：并行輸出驅動能力大，單路驅動電流高達200mA，可直接驅動LED；電流電壓范圍寬，工作電壓可在5～15V內靈活選用；串行輸入、移位和鎖存、時鐘輸入端口都設有施密特整形電路；串并輸出電流大，吸收和供給電流都大于4mA，級連方便；數據處理速度高，串行時鐘頻率，fmax≥25MHz特別適用于多灰度彩色顯示屏的LED驅動。我國的無錫東大先行微電子有限公司也于1998年生產出與TPIC6B595完全兼容的ASIC芯片AMT9094/9095，但價格大為降低。由于TPIC6B595的并行輸出口僅為8位，驅動分辨率較高全彩顯示屏時需要TPIC6B595的數量較大，且256級灰度控制較麻煩。為此，美國TI公司研制開發出LED電子屏顯示驅動專用集成電路TLC5901/5902/5903，這種ASIC的優點是：恒流源輸出5～80mA（或10～120mA）；驅動能力為80mA×16Bits（或120mA×8Bits）；PWM控制的256級灰度顯示；亮度32級可調；時鐘同步的8位并行數據輸入。該芯片使得256級灰度控制更為簡單，恒流源方式使得圖像顯示一致性更好，TQFP100的封裝使得驅動板面積大為減少。在此基礎上，TI公司又研制性能更好的LED驅動專用芯片TLC5921。北京華虹集成電路設計公司也研制開發出性能優良的LED專用集成電路9701，這種ASIC具有如下顯著特點：內含8×16×32數據掃描陣列，實現從靜態至1/32動態掃描；數據輸入掃描陣列和數據輸出灰度控制分別采用兩個獨立的時鐘；采用8位并行數據輸入和8位并行數據輸出的級連功能；16個數據輸出端，每個端驅動LED電流可達80mA以上，每個端數據輸出耐壓大于20V；數據輸出256級灰度；輸出具有模式選擇端，可用于奇、偶幀選擇；具有非線性校正控制輸入端。