LED顯示屏刷新頻率及灰度等級(jí)淺析

隨著室內(nèi)LED顯示屏的發(fā)展及應(yīng)用越來(lái)越多，無(wú)論在指揮中心、監(jiān)控中心乃至演播廳中，都可以看到LED顯示屏被廣泛的運(yùn)用。然而從LED顯示屏系統(tǒng)的整體表現(xiàn)來(lái)看，這些顯示屏是否能夠滿足使用者的需求?這些LED顯示屏顯示的影像是否能符合人眼視覺(jué)的觀賞?這些LED顯示屏能否經(jīng)受住照相機(jī)不同快門不同角度攝像的考驗(yàn)?這都是LED顯示屏需要面對(duì)需要考量的問(wèn)題，下文就影響LED顯示效果的幾大因素(包括刷新頻率、灰度等級(jí)等)做個(gè)淺析。

LED顯示屏的刷新頻率(視覺(jué)刷新頻率)

“視覺(jué)刷新頻率”指的是屏幕更新的速率，通常用赫茲(Hz)為單位表示，一般而言視覺(jué)刷新頻率在3,000Hz以上，為高效能LED顯示屏。視覺(jué)刷新頻率越高，畫面顯示越穩(wěn)定，視覺(jué)閃爍感就越小。LED顯示屏的低“視覺(jué)刷新頻率”，其影響除了攝像、攝影時(shí)，出現(xiàn)水平橫條紋之外，同時(shí)也會(huì)發(fā)生類似數(shù)萬(wàn)顆燈泡同時(shí)閃爍的影像，人眼在觀看時(shí)因此可能產(chǎn)生不適感，甚至對(duì)眼睛造成傷害。雖然對(duì)人眼而言，視覺(jué)刷新頻率達(dá)60Hz以上已經(jīng)感受到的是連續(xù)畫面，但是越高的視覺(jué)刷新頻率，顯示的圖像越穩(wěn)定，人眼越不容易覺(jué)得疲勞。現(xiàn)今在高質(zhì)量視頻中，為得到更精細(xì)的畫面，如精彩回放或是特寫攝影的過(guò)程，紛紛都以每秒1,000Hz以上的高速攝影機(jī)進(jìn)行拍攝。此時(shí)，對(duì)于也會(huì)被拍攝到的LED顯示屏，在高速快門下仍能夠呈現(xiàn)連續(xù)畫面(無(wú)黑色掃描線)或是連續(xù)色階，就是很大的挑戰(zhàn)。

LED顯示屏的灰度等級(jí)

“灰度等級(jí)”指的是各種顏色在最暗與最亮色之間，擁有不同變化之顏色階層，一般而言灰階在14比特(bit)以上，即至少擁有16,384種顏色階層以上，為高效能LED顯示屏。若灰度級(jí)數(shù)不足，會(huì)發(fā)生顏色層次不足或是漸層顏色色階不夠平滑之情況，而無(wú)法充分展現(xiàn)影片的色彩。使得LED顯示效果大幅降低。某些低效能的LED顯示屏在1/500s快門下，已經(jīng)可以被查覺(jué)出明顯的色塊分布，若我們將快門速度提高，例如1/1,000s或是1/2,000s，情況將會(huì)更加明顯。

是什么影響了LED顯示屏的刷新頻率及灰度等級(jí)?

我們知道LED顯示屏幾個(gè)核心的部件，如LED開(kāi)關(guān)電源、LED驅(qū)動(dòng)芯片、LED燈珠等，針對(duì)LED顯示屏的刷新頻率和灰度等級(jí)，LED驅(qū)動(dòng)芯片直接決定了LED顯示屏在視覺(jué)刷新頻率、灰度等級(jí)的表現(xiàn)。在目前LED驅(qū)動(dòng)芯片之中，最高新的技術(shù)為“ScrambledPWM(S-PWM)技術(shù)”，S-PWM技術(shù)是改進(jìn)傳統(tǒng)脈波寬度調(diào)變(PWM)的技術(shù)，其將一個(gè)影像導(dǎo)通的時(shí)間分散成數(shù)個(gè)較短的導(dǎo)通時(shí)間，以增加整體的視覺(jué)更新率。更進(jìn)一步說(shuō)明，新一代的LED驅(qū)動(dòng)芯片所內(nèi)建的S-PWM技術(shù)，能將原本每幀(frame)計(jì)數(shù)一次(LED晶粒ON→LED晶粒OFF)的方式，平均打散成多次計(jì)數(shù)，且每個(gè)打散的等份，皆可維持原先未打散前的On/Off比例，如下圖所示。

S-PWM技術(shù)提供了不同的計(jì)數(shù)模式，因此能把影像刷新頻率提升至最高64倍。若換成以S-PWM來(lái)進(jìn)行提高影像刷新頻率的作業(yè)，只需用低階時(shí)鐘(如5MHz)即可將視覺(jué)刷新頻率輕松提高64倍，且能達(dá)到4,800Hz以上。相比一般視頻覺(jué)刷新頻率的能力至少高10倍以上，亦能避免產(chǎn)生高頻電磁干擾(EMIissue)、過(guò)電壓突波(Overshoot)及欠電壓突波(Undershoot)的問(wèn)題。

S-PWM驅(qū)動(dòng)芯片的LED顯示屏，用數(shù)碼相機(jī)高速快門進(jìn)行照像，仍然不會(huì)出現(xiàn)水平黑色掃描線與色塊分布(如下圖所示)。其視覺(jué)刷新頻率、灰度等級(jí)的表現(xiàn)，遠(yuǎn)超越使用傳統(tǒng)開(kāi)關(guān)型驅(qū)動(dòng)芯片的LED顯示屏。

高質(zhì)量LED驅(qū)動(dòng)芯片，內(nèi)建S-PWM技術(shù)，使得刷新頻率高達(dá)3840Hz，灰度等級(jí)可達(dá)16bit，在高速快門情況下攝像，會(huì)后出現(xiàn)水平黑色掃描線與色塊分布，如下圖所示。