自八十年代以來(lái),，隨著公共場(chǎng)合信息的增多，建立性能優(yōu)良,、價(jià)格低廉的大面積信息宣傳媒體一直是工程技術(shù)人員所關(guān)注的問(wèn)題,。根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合的不同，要求的顯示性能以及對(duì)顯示系統(tǒng)成本的要求的不同,，人們可以選擇不同的顯示媒體,?？紤]到用于戶內(nèi)外的大屏幕顯示媒體對(duì)顯示設(shè)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(tǒng)能夠顯示出接近于自然色彩的真彩" title="真彩">真彩畫(huà)面,，并且具有較高的顯示亮度，無(wú)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(nèi)容，并且能夠根據(jù)外部自然光強(qiáng)度的變化自動(dòng)地對(duì)其顯示正在播放的視頻節(jié)目,，具有較高的可靠性和性能價(jià)格比,，易于維護(hù)。綜合上述諸多的因素,，工程技術(shù)人員通過(guò)對(duì)磁翻版,、真空像素管、電視墻,、LED顯示屏" title="顯示屏">顯示屏的比較,，發(fā)現(xiàn)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(nèi)外顯示屏媒體,。
　　
同時(shí),，伴隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,，當(dāng)今半導(dǎo)體發(fā)光二極管的性能達(dá)到了新的水平,，其光電轉(zhuǎn)換效率達(dá)到10cd/w以上，尤其藍(lán)色超高亮LED器件的出現(xiàn),，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(tǒng)成為L(zhǎng)ED器件應(yīng)用的重要領(lǐng)域,，進(jìn)而推動(dòng)了大型顯示屏系統(tǒng)發(fā)展并形成一種產(chǎn)業(yè),。用LED器件組成顯示屏的最大特點(diǎn)在于其制造不受面積限制，可以達(dá)到幾十甚至幾百平方米以上,，應(yīng)用于室內(nèi)外的各種公共場(chǎng)合顯示文字,、圖形、圖像,、動(dòng)畫(huà),、視頻圖像等各種信息，成百上千人同時(shí)駐足觀看,，具有較強(qiáng)的廣告渲染力和震撼力,，對(duì)都市的社會(huì)活動(dòng)有較強(qiáng)的氣氛渲染作用,，美化和豐富了人們的生活環(huán)境。
　　
1,、圖像采集技術(shù)
　　
LED電子顯示屏要顯示真彩圖像,，必須首先解決視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)采集，將模擬視頻信號(hào)采集為數(shù)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(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn),。
　　
視頻采集卡用來(lái)捕獲視頻圖像，再通過(guò)VGA特征口獲得場(chǎng)頻,、行頻,、像素點(diǎn)頻以及顏色查找表的索引地址，在跟蹤C(jī)RT圖像時(shí)可以通過(guò)復(fù)制顏色查找表的方法來(lái)獲得紅,、綠,、藍(lán)分離的數(shù)字信號(hào)。一種方法是用軟件定時(shí)復(fù)制,，另一種是采用硬件竊取技術(shù),，后者更為有效、快速,。
　　
由于上述這種技術(shù)存在著與VGA卡兼容性差,、邊緣不清晰、圖像質(zhì)量較差等缺點(diǎn),，電子顯示屏所顯示的圖象質(zhì)量也受到了限制,，為此，北京銀河電腦公司于1998年研制開(kāi)發(fā)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(fù)責(zé)視頻數(shù)據(jù)與VGA數(shù)據(jù)的疊加,，色空間變換，從根本上解決兼容性問(wèn)題,。應(yīng)用全屏分辨率采集,，YUV4：2：2無(wú)壓縮存儲(chǔ)技術(shù)保證視頻圖像的最佳化，視頻窗口采用EST邊緣增強(qiáng)技術(shù),，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(dòng),。
　　
該卡可以將電子顯示屏播放視頻時(shí)所需的場(chǎng)頻、行頻、像素點(diǎn)頻幾個(gè)同步信號(hào)提取出來(lái),，并將紅,、綠、藍(lán)三色信號(hào)分離出來(lái),。數(shù)字RGB格式為8：8：8,，各可以產(chǎn)生256級(jí)灰度，能滿足電子顯示屏真彩播放的要求,。
　　
2,、真實(shí)圖像色彩再現(xiàn)
　　
全彩LED電子顯示屏的視覺(jué)原理與彩色電視機(jī)一樣，是通過(guò)紅,、綠,、藍(lán)三種顏色的不同光強(qiáng)實(shí)現(xiàn)圖像色彩的還原再現(xiàn)。紅,、綠,、藍(lán)的純正度直接影響圖像色彩再現(xiàn)的視覺(jué)效果。然而白光的三色配比不是簡(jiǎn)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(lán)光強(qiáng)之比必須接近3：6：1；
　　
第二,、由于人們視覺(jué)對(duì)紅色的敏感性,，要求紅色發(fā)光源在空間上要分散分布；
　　
第三,、由于人們視覺(jué)對(duì)紅,、綠、藍(lán)三種顏色光強(qiáng)的不同的非線性曲線響應(yīng),，要求不同光強(qiáng)的白光對(duì)紅,、綠、藍(lán)要進(jìn)行類似電視機(jī)里的γ校正,；
　　
第四、人的視覺(jué)對(duì)色差的分辨能力有限,。因此必須找出圖像色彩再現(xiàn)真實(shí)性的客觀指標(biāo),。為了再現(xiàn)真實(shí)圖像色彩，在LED電子顯示屏的配光上應(yīng)滿足下面一些要求：?
　?、偌t,、綠、藍(lán)三色的波長(zhǎng)應(yīng)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(qiáng)）,；?
　　③紅,、綠,、藍(lán)三色的灰度級(jí)為256級(jí)；?
　?、鼙仨毑捎冕槍?duì)LED像素管的非線性校正,。?
　　
紅、綠,、藍(lán)三色配光及非線性校正可以用顯示控制系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn),，也可由播放系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)。
　　
3,、專用顯示驅(qū)動(dòng)電路
　　
從目前像素管的幾種顯示方式來(lái)看,，可分為：①掃描驅(qū)動(dòng)；②直流驅(qū)動(dòng),；③恒流源驅(qū)動(dòng),。對(duì)于戶內(nèi)點(diǎn)陣塊屏，一般采用掃描方式,；而對(duì)于戶外像素管屏,，要保證所顯示的圖像一致性好、穩(wěn)定,、高亮,，必須采用直流驅(qū)動(dòng)加恒流源方式。
　　
較早的LED電子顯示屏驅(qū)動(dòng)電路大多采用低壓信號(hào)的串并轉(zhuǎn)換CMOS電路和大電流驅(qū)動(dòng)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(qū)動(dòng)電路存在著焊點(diǎn)多,、成本高,、可靠性低等問(wèn)題。
　　
針對(duì)這些缺點(diǎn),，美國(guó)TI公司開(kāi)發(fā)生產(chǎn)出TPIC6B595(TPIC6C595)專用集成電路（ASIC）,，它將串并轉(zhuǎn)換和大電流驅(qū)動(dòng)合二為一，這種ASIC具有如下顯著特點(diǎn)：并行輸出驅(qū)動(dòng)能力大,，單路驅(qū)動(dòng)電流高達(dá)200mA,，可直接驅(qū)動(dòng)LED；電流電壓范圍寬，工作電壓可在5～15V內(nèi)靈活選用,；串行輸入,、移位和鎖存、時(shí)鐘輸入端口都設(shè)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(jí)連方便,；數(shù)據(jù)處理速度高,，串行時(shí)鐘頻率，fmax≥25MHz特別適用于多灰度彩色顯示屏的LED驅(qū)動(dòng),。
　　
我國(guó)的無(wú)錫東大先行微電子有限公司也于1998年生產(chǎn)出與TPIC6B595完全兼容的ASIC芯片AMT9094/9095,，但價(jià)格大為降低。由于TPIC6B595的并行輸出口僅為8位,，驅(qū)動(dòng)分辨率較高全彩顯示屏?xí)r需要TPIC6B595的數(shù)量較大,，且256級(jí)灰度控制較麻煩。

為此,，美國(guó)TI公司研制開(kāi)發(fā)出LED電子屏顯示驅(qū)動(dòng)專用集成電路TLC5901/5902/5903,，這種ASIC的優(yōu)點(diǎn)是：恒流源輸出5～80mA（或10～120mA）；驅(qū)動(dòng)能力為80mA×16Bits（或120mA×8Bits）,；PWM控制的256級(jí)灰度顯示,；亮度32級(jí)可調(diào)；時(shí)鐘同步的8位并行數(shù)據(jù)輸入,。該芯片使得256級(jí)灰度控制更為簡(jiǎn)單,，恒流源方式使得圖像顯示一致性更好，TQFP100的封裝使得驅(qū)動(dòng)板面積大為減少,。
　　
在此基礎(chǔ)上,，TI公司又研制性能更好的LED驅(qū)動(dòng)專用芯片TLC5921。北京華虹集成電路設(shè)計(jì)公司也研制開(kāi)發(fā)出性能優(yōu)良的LED專用集成電路9701,，這種ASIC具有如下顯著特點(diǎn)：內(nèi)含8×16×32數(shù)據(jù)掃描陣列,，實(shí)現(xiàn)從靜態(tài)至1/32動(dòng)態(tài)掃描；數(shù)據(jù)輸入掃描陣列和數(shù)據(jù)輸出灰度控制分別采用兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)鐘,；采用8位并行數(shù)據(jù)輸入和8位并行數(shù)據(jù)輸出的級(jí)連功能,；16個(gè)數(shù)據(jù)輸出端，每個(gè)端驅(qū)動(dòng)LED電流可達(dá)80mA以上,，每個(gè)端數(shù)據(jù)輸出耐壓大于20V,；數(shù)據(jù)輸出256級(jí)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,。
4,、亮度控制D/T轉(zhuǎn)換技術(shù)
　　
LED電子顯示屏是由許多相互獨(dú)立的像素點(diǎn)（發(fā)光元）排列而成，由于像素點(diǎn)的分離性,，決定了其發(fā)光的控制和驅(qū)動(dòng)只能以數(shù)字方式進(jìn)行,。這些像素點(diǎn)的發(fā)光狀態(tài)由控制器同步地控制，獨(dú)立驅(qū)動(dòng),。視頻真彩色顯示意味著要對(duì)每一個(gè)像素點(diǎn)的亮度分別進(jìn)行控制,，并且要在規(guī)定的掃描時(shí)間內(nèi)同步地完成。大屏幕是以數(shù)以萬(wàn)計(jì)的像素點(diǎn)組成的,，這使得系統(tǒng)的復(fù)雜性較兩值顯示大屏幕而言大為增加,，并對(duì)總體的數(shù)據(jù)傳輸速度提出了更高的要求。給每一像素點(diǎn)設(shè)置一個(gè)常規(guī)D/A顯然是不現(xiàn)實(shí)的,，必須尋找一種能最大限度降低系統(tǒng)復(fù)雜性且性能盡可能高的解決方案,。
　　
由視覺(jué)原理知道，人對(duì)像素點(diǎn)的平均亮度感覺(jué)可取決于它的亮/滅占空比,。也就是說(shuō),，只要對(duì)像素點(diǎn)亮/滅占空比進(jìn)行調(diào)節(jié)，就能實(shí)現(xiàn)對(duì)亮度的控制,。對(duì)LED電子顯示屏而言,，這意味著只要將代表像素點(diǎn)亮度的數(shù)字轉(zhuǎn)換為像素點(diǎn)發(fā)光的時(shí)間（D/T轉(zhuǎn)換），即實(shí)現(xiàn)了亮度的D/A轉(zhuǎn)換,。
　　
設(shè)屏幕數(shù)據(jù)刷新的周期為,，控制任意像素點(diǎn)亮度的數(shù)據(jù)為n位二進(jìn)制數(shù)D=bi2i（其中bi=0或1），Ton為相應(yīng)于D的發(fā)光時(shí)間,，則像素點(diǎn)亮/滅的占空比為：d=Ton/Ts=D=bi2i,。該表達(dá)式可用可預(yù)置減法計(jì)數(shù)器實(shí)現(xiàn)，但每一像素點(diǎn)配一計(jì)數(shù)器將使得顯示電路異常復(fù)雜,。上式改寫(xiě)為：Ton=Tsbi2i,，這意味著可將Ton分成幾個(gè)時(shí)間段，由于當(dāng)足夠小時(shí),，幾個(gè)分離時(shí)間段合成的Ton與總長(zhǎng)度相同的連續(xù)的Ton其視覺(jué)效果是相同的,。于是，一般地有,，對(duì)于n位二進(jìn)制數(shù)據(jù)D=bi2i,，將分Ts為n段，并選取適當(dāng)時(shí)間分割函數(shù)f(i),，使得第i段Ti=Tsf(i),，其中0即為此像素點(diǎn)的亮/滅占空比,。由于函數(shù)f(i)對(duì)所有像素點(diǎn)而言可以是共同的，因而上式表明,，只要用f(i)統(tǒng)一控制各個(gè)像素點(diǎn),，就能實(shí)現(xiàn)全屏幕所有像素點(diǎn)相互獨(dú)立而又同步的D/T轉(zhuǎn)換。對(duì)于單個(gè)像素點(diǎn)來(lái)說(shuō)用圖1的電路可實(shí)現(xiàn)上式,。圖中SFR為8位移位寄存器,，圖為時(shí)間分割函數(shù)f(i)的波形。
　　
大屏幕顯示驅(qū)動(dòng)電路通常采用“串行移位+鎖存+驅(qū)動(dòng)”的結(jié)構(gòu),，以期盡量減少數(shù)據(jù)傳送線,。要全屏幕同時(shí)實(shí)現(xiàn)上式，只要將所有ST信號(hào)統(tǒng)一由f(i)控制即可,。當(dāng)然這樣做的前提是要求移位寄存器中存放的是各個(gè)像素點(diǎn)控制數(shù)據(jù)中的同權(quán)位,，而這可通過(guò)預(yù)先的數(shù)據(jù)處理做到。
　　
5,、數(shù)據(jù)重構(gòu)與存儲(chǔ)技術(shù)
　　
存儲(chǔ)器有兩種組織方式：①組合像素法（PackedPixelMethod）：即畫(huà)面上每個(gè)像素的所有位均集中存放在單個(gè)存儲(chǔ)體中,；②位平面法（BitPlaneMethod）：即像素的每一位各自存放在不同的存儲(chǔ)體中。由于使用了多個(gè)存儲(chǔ)體,，它們可以一次同時(shí)讀出更多的像素信息,。從兩種存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)來(lái)分析，利用位平面結(jié)構(gòu)有利于提高LED屏的顯示效果,。
　　
整個(gè)LED顯示屏顯示控制電路結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示,。其中，數(shù)據(jù)重構(gòu)電路完成RGB數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換,，將不同像素的同權(quán)位組合在一起,，然后存放在相鄰的單元中，從而以位的形式完成整個(gè)數(shù)據(jù)的重新組合,。
　　
數(shù)據(jù)重構(gòu)電路主要由四大部分組成：8位數(shù)據(jù)并行傳送電路,；8位并-串轉(zhuǎn)換電路；8位數(shù)據(jù)鎖存電路,；8位加1計(jì)數(shù)器,。R/G/B各8位數(shù)據(jù)由經(jīng)同步處理后的像素點(diǎn)頻打入并行鎖存器，8位加1計(jì)數(shù)器輸出進(jìn)位脈沖LD,，將8位數(shù)據(jù)同時(shí)鎖存到8位并-串轉(zhuǎn)換電路,，由時(shí)鐘控制電路完成并-串轉(zhuǎn)換電路時(shí)鐘的控制。數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)重構(gòu)后,，一個(gè)存儲(chǔ)體中不再是一個(gè)像素值,，而是不同像素值的同權(quán)位。將所有的同權(quán)位存放在一起,，從而構(gòu)成以位為單位的位平面存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),。在讀出時(shí)必須按相反的規(guī)則取出各像素的相鄰權(quán)值,。
　　
讀寫(xiě)地址發(fā)生器必須滿足嚴(yán)格的時(shí)序。對(duì)同一存儲(chǔ)芯片來(lái)說(shuō),，可將其分為N片（一個(gè)像素值用N位表示）,，每片表示一個(gè)位平面,，像素經(jīng)過(guò)轉(zhuǎn)換向同一存儲(chǔ)器寫(xiě)入時(shí),，首先寫(xiě)0位，再寫(xiě)1位,，最后寫(xiě)N位,。對(duì)于8Col×Row點(diǎn)陣的顯示屏，每個(gè)位平面存有8Col×Row位,。存儲(chǔ)器內(nèi)部組織取決于驅(qū)動(dòng)屏體上像素管的邏輯連線關(guān)系,。根據(jù)存儲(chǔ)器組織，讀地址發(fā)生器由列驅(qū)動(dòng)行,，再由行驅(qū)動(dòng)位,；寫(xiě)地址發(fā)生器則采用由位驅(qū)動(dòng)列、列驅(qū)動(dòng)行的方式,，從而可以保證讀寫(xiě)同步性,，正確地同步顯示原始圖像信息。
　　
6,、邏輯電路設(shè)計(jì)中的ISP技術(shù)
　　
在早期的LED電子顯示屏顯示控制電路中,，大量采用的是常規(guī)數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)，用數(shù)字電路組合出復(fù)雜控制邏輯,。在常規(guī)數(shù)字電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)中,，當(dāng)電路設(shè)計(jì)完成后，須先制作電路板,，然后安裝元件,，調(diào)試。如果電路板的邏輯功能不符合要求就必須重新設(shè)計(jì)制作電路板,，再重新調(diào)試,，直到實(shí)現(xiàn)邏輯功能為止。很顯然,，這種設(shè)計(jì)方法的設(shè)計(jì)周期長(zhǎng),，成本高，且成品可靠性差,，維修麻煩,。利用普通可編程的邏輯器件，雖可減少印刷電路板的設(shè)計(jì)與制作,，但在修改該邏輯時(shí)仍舊不能避免器件的反復(fù)插拔,。
　　
在系統(tǒng)可編程技術(shù)(In-SystemProgrammable,，縮寫(xiě)ISP)，是指在用戶自己設(shè)計(jì)的目標(biāo)系統(tǒng)中或電路板上為重構(gòu)邏輯器件編程或反復(fù)改寫(xiě)的能力,。常規(guī)PLD在使用中通常是先編程后裝配,，而采用ISP技術(shù)的PLD則是先裝配后編程，成為產(chǎn)品之后還可以反復(fù)編程,。在系統(tǒng)可編程技術(shù)的出現(xiàn),，從實(shí)踐上實(shí)現(xiàn)了邏輯設(shè)計(jì)師們多年來(lái)夢(mèng)寐以求的“硬件設(shè)計(jì)與修改軟件化”的愿望，使得數(shù)字系統(tǒng)面貌煥然一新,。采用ISP技術(shù)后,，硬件設(shè)計(jì)變得像軟件一樣易于修改，硬件的功能可以隨時(shí)加以修改或按預(yù)定的程序改變組態(tài),。這不僅擴(kuò)展了器件的用途,，縮短了系統(tǒng)調(diào)試周期，而且根除了對(duì)器件單獨(dú)編程的環(huán)節(jié),，省卻了器件編程設(shè)備,，簡(jiǎn)化了目標(biāo)設(shè)備的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)和升級(jí)工作。ISP技術(shù)還有一個(gè)特點(diǎn)是采用系統(tǒng)設(shè)計(jì)軟件進(jìn)行邏輯輸入時(shí),，輸入與所選器件無(wú)關(guān),。因此，在輸入之前可選擇任何一種器件,，甚至可以選擇一種“虛擬器件”(VirtualDevice),。在輸入完后，再根據(jù)仿真和適配的結(jié)果選擇器件,。
　　
ISPLSI器件是美國(guó)LATTICE公司于1992年推出的新一代高密度可編程邏輯器件,，容量可達(dá)25000門(mén)，具有現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列(FPGA)的容量和靈活性,。它采用E2CMOS工藝,，時(shí)鐘頻率可以高達(dá)180MHz，傳輸延時(shí)為5ns,，低功耗,，電擦除，編程內(nèi)容20年不丟失,，100%參數(shù)測(cè)試,，可以加密。器件內(nèi)部有抗“鎖定”電路,，以防止出現(xiàn)CMOS器件中可能產(chǎn)生的有害的鎖定效應(yīng),。
　　
其它有關(guān)問(wèn)題
　　
LED電子顯示屏一般主要由顯示單元、驅(qū)動(dòng)單元,、控制單元,、數(shù)傳通信單元,、視頻采集單元組成。在顯示單元中,，三基色LED管芯為核心器件,，對(duì)于高質(zhì)量的LED電子顯示屏必須選用高質(zhì)量的LED管芯，對(duì)此應(yīng)嚴(yán)格挑選波長(zhǎng)及發(fā)光強(qiáng)度一致性好的管子,。從LED管芯質(zhì)量上看,，日亞公司（日本）、豐田公司（日本）,、光磊公司（臺(tái)灣）,、HP公司的產(chǎn)品質(zhì)量上佳。在驅(qū)動(dòng)單元中應(yīng)選用低功耗,、長(zhǎng)壽命、工作范圍寬,、驅(qū)動(dòng)電流大的功率器件,，美國(guó)TI公司生產(chǎn)的功率器件具有較大的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì)。在控制和通信單元中,，主要為邏輯和時(shí)序控制,。目前在邏輯電路設(shè)計(jì)上最先進(jìn)的技術(shù)為ISP技術(shù)，美國(guó)LATTICE公司的ISP產(chǎn)品具有較大的產(chǎn)品優(yōu)勢(shì),。在視頻采集單元中,，不僅要考慮高頻信息處理的噪音、畸變問(wèn)題,，還要考慮VGA信號(hào)的采樣精度及各種同步信號(hào)的同步性能,，這方面國(guó)內(nèi)北京銀河電腦公司的LED視頻卡質(zhì)量上佳。
　　
檢驗(yàn)LED電子顯示屏的性能,，主要應(yīng)考察以下幾項(xiàng)指標(biāo)：
　　顯示分辨率（像素點(diǎn)/平方米）
　　電子屏的可視距離及視角
　　亮度及可調(diào)性,、色彩及對(duì)比度、一致性及穩(wěn)定性
　　配光純正性,，RGB非線性校正（γ校正）
　　灰度：256級(jí)
　　幀頻：>60幀/秒