LED顯示屏視頻圖像分解力提升技術(shù)綜述

1概 述

早在80年代末，LED顯示屏行業(yè)就開始進(jìn)入了視頻顯示的探索；在初始階段，LED顯示屏存在著色彩還原度差、灰度失真大、刷新頻率低、亮度及色度均勻性差、運(yùn)動(dòng)圖像失真、亮度低、噪聲大、清晰度低等一系列問題。歷經(jīng)十多年的發(fā)展，伴隨著電視技術(shù)的整體提高和相關(guān)器件的突破，通過業(yè)內(nèi)上、下游的共同努力，上述許多問題已逐步得到根本性的改善。但是，和LCD、PDP、投影等其它媒體電視相比，LED顯示系統(tǒng)的視頻圖像分解力還存在著明顯的差距，因此提升LED顯示屏視頻圖像分解力已成為業(yè)內(nèi)的當(dāng)務(wù)之急。

2 基本概念

在電視系統(tǒng)中，分解力是一個(gè)很常見卻又很容易引起混淆的專業(yè)術(shù)語。與之相近的詞有：分辨力、分辨率、清晰度等。從概念上講，它們之間既有關(guān)聯(lián)又有區(qū)別。因此，在討論LED顯示屏視頻圖像分解力之前，我們首先應(yīng)該弄清楚這些基本概念。

2.1分解力
分解力指電視系統(tǒng)分解與綜合圖像細(xì)節(jié)的能力。分解力越高，電視系統(tǒng)處理并表現(xiàn)視頻圖像細(xì)節(jié)的能力越強(qiáng)。視頻圖像分解力可分為垂直分解力和水平分解力，是指電視系統(tǒng)表現(xiàn)視頻畫面高度（或?qū)挾龋﹥?nèi)的電視線數(shù)，它們的單位都是（TVL/PH）。

2.2 分辨力
分辨力雖與分解力只一字之差，但含義卻完全不同。分辨力通常指人眼對(duì)圖像細(xì)節(jié)的分辨能力，其衡量單位是分辨角，它的大小反映了人眼的視角銳度，即視力。

2.3 分辨率
指顯示終端在水平和垂直方向上對(duì)畫面的處理和顯示能力，通常用水平方向的有效像素?cái)?shù)和垂直方向的有效像素?cái)?shù)的乘積，即有效像素總數(shù)來表示。

2.4 清晰度
清晰度的概念比較模糊，一般指視頻畫面的清晰程度，它是人們對(duì)圖像質(zhì)量主觀印象的認(rèn)定。是一個(gè)視覺和心理參量。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

我們知道決定LED顯示屏視頻圖像分解力的主要因素，除了信號(hào)源和信道的質(zhì)量外，與LED顯示屏自身密切相關(guān)的環(huán)節(jié)主要有：視頻前端處理技術(shù)；顯示終端像素分辨率。下面我們分別對(duì)這兩個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)作進(jìn)一步分析。

3.1視頻信號(hào)處理技術(shù)
從復(fù)合模擬全電視信號(hào)（Video）到分量數(shù)字視頻信號(hào)（DR、DG、DB），這一過程是LED視頻顯示屏必備的一個(gè)核心環(huán)節(jié)，它對(duì)系統(tǒng)最終的圖像分解力起著至關(guān)重要的作用。通常，實(shí)現(xiàn)這一過程有兩種途徑。
3.1.1途徑一
先將輸入的復(fù)合全電視信號(hào)進(jìn)行解碼，得到一組分量模擬信號(hào)；再對(duì)分量模擬視頻信號(hào)進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，最終得到分量數(shù)字視頻信號(hào)（見圖1）。
復(fù)合全電視信號(hào)中包含有一個(gè)亮度信號(hào)Y和兩個(gè)色差信號(hào)FU.FV。運(yùn)用頻譜搬移技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻譜間置，使它們公用一個(gè)頻帶，這稱為亮/色頻分復(fù)用。在電視接收端如何進(jìn)行亮/色分離和FU.FV分離是影響視頻圖像分解力的關(guān)鍵。
在一些要求較低的設(shè)備中，只采用簡(jiǎn)單的帶通濾波器實(shí)現(xiàn)亮/色分離。當(dāng)然；這種方式得到的色度信號(hào)中包含一部分亮度信號(hào)的高端成分，從而在圖像的細(xì)節(jié)處存在較嚴(yán)重的亮/色串?dāng)_和FU.FV串色現(xiàn)象。若想完全克服上述缺點(diǎn)，應(yīng)采用梳狀濾波器。梳狀濾波器可使亮度對(duì)色度的串?dāng)_幅度降低3dB，并使彩色信雜比提高3dB。
3.1.2途徑二
運(yùn)用一個(gè)特定的頻率先對(duì)復(fù)合全電視信號(hào)直接進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，得到一個(gè)復(fù)合數(shù)字視頻信號(hào)（復(fù)合編碼）；然后采用數(shù)字方式進(jìn)行解碼，得到分量數(shù)字視頻信號(hào)（見圖2）。
途徑二實(shí)現(xiàn)數(shù)字解碼的一個(gè)關(guān)鍵是采樣頻率頻點(diǎn)的選擇和采樣頻率相位的精確度。為了較好地還原色彩，通常選擇色副載波fSC的整數(shù)倍作為采樣頻率，而fSC又恰恰是二分之一行頻fH/2的整數(shù)倍，因此我們可以通過鎖相確保采樣頻率和相位的精度。
比較兩種途徑對(duì)圖像的影響，我們發(fā)現(xiàn)途徑一（梳狀濾波器方式）亮/色和FU/FV分離的較為干凈，得到的圖像色彩較為鮮艷。途徑二由于采用了較高的采樣頻率，可得到較高的亮度和清晰度。
3.2顯示終端分辨率
要提高LED顯示屏視頻圖像分解力，僅有良好的視頻前端處理技術(shù)，而沒有足夠的顯示終端分辨率（有效像素?cái)?shù)）作保障；再好的視頻前端處理技術(shù)也將前功盡棄?？墒悄壳白璧KLED顯示終端分辨率進(jìn)一步提高的最大障礙是：（1）LED價(jià)格過高；（2）國(guó)內(nèi)高密度電子組裝技術(shù)尚不普及。因此，為了克服上述兩個(gè)障礙，業(yè)內(nèi)專業(yè)人士正努力探索，根據(jù)人眼視覺特點(diǎn)，運(yùn)用數(shù)字圖像處理技術(shù)，推出了一系列的像素排列方法及信號(hào)處理技術(shù)，在不提高物理像素密度的前提下，一定意義上實(shí)現(xiàn)了顯示終端分辨率的提升。
目前，我們常見的分辨率提升技術(shù)與提法主要有：
▲動(dòng)態(tài)像素技術(shù)；
▲ LED復(fù)用技術(shù)；
▲像素分解技術(shù)；
▲像素共享技術(shù)；
▲像素復(fù)用技術(shù)；
▲虛擬像素技術(shù)；
▲余像技術(shù)等。
但是，由于各種處理方法和名詞定義之間沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和定義，致使用戶一片茫然，市場(chǎng)極度混亂。因此，筆者在此拋磚引玉，將上述七種提法合并為三種，給各種處理方法和名詞術(shù)語以明確的定義，并分析它們的特點(diǎn)，供大家探討。希望能夠逐步統(tǒng)一定義，形成標(biāo)準(zhǔn)，從而規(guī)范市場(chǎng)。
3.2.1像素共享技術(shù)（又稱像素復(fù)用技術(shù)）
●定義
顯示終端一個(gè)完整的獨(dú)立像素以時(shí)分復(fù)用方式，被信號(hào)源中多個(gè)相鄰像素的信息循環(huán)刷新。又可理解為信號(hào)源中的多個(gè)像素以時(shí)分復(fù)用方式共享顯示終端的一個(gè)完整的獨(dú)立像素。
●憂點(diǎn)（以四像素型為例）
重現(xiàn)像素密度可提高4倍；
灰度等級(jí)增加2bit；
信噪比提高3db以上，提升了圖像分解力。
在每一個(gè)獨(dú)立像素中，LED可按集中方式排布。與LED均勻分布相比，三基色的混色性較好，并且在物理亮度相同的情況下，顯示屏的視覺亮度呈現(xiàn)最強(qiáng)狀態(tài)。
●不足
存在像素顆粒感；
由于每一個(gè)像素采用了時(shí)分復(fù)用方式，循環(huán)掃描相鄰四像素的信息，因此在顯示單筆劃的文字時(shí)會(huì)出現(xiàn)字跡不清現(xiàn)象。
●適用場(chǎng)所
適用于物理像素在60000～110000范圍內(nèi)的視頻顯示屏。
3.2.2動(dòng)態(tài)像素技術(shù)
（又稱LED復(fù)用技術(shù)或像素分解技術(shù)）
●定義
將一個(gè)像素拆分為若干個(gè)彼此獨(dú)立的LED單元。每一LED單元以時(shí)分復(fù)用的方式再現(xiàn)若干個(gè)相鄰像素的對(duì)應(yīng)基色信息。
以常用形式為2R+1G+1B的四像素型動(dòng)態(tài)像素為例，將一個(gè)像素拆分為四個(gè)彼此獨(dú)立的LED單元。每一LED單元以時(shí)分復(fù)用的方式再現(xiàn)四個(gè)相鄰像素的對(duì)應(yīng)基色信息，一般情況下，各LED相互之間為等間距均勻分布。
●優(yōu)點(diǎn)（以四像素型動(dòng)態(tài)像素技術(shù)為例）
物理像素密度提高了4/3倍；
動(dòng)態(tài)像素密度提高了4倍；
有效視覺像素密度最大可提高2倍（由于相鄰像素之間重疊率達(dá)50%）。
●不足
該技術(shù)由于采用了LED等間距均勻分布，因此組成每一個(gè)像素的LED之間的間距呈現(xiàn)最大離散狀態(tài)。與LED集中分布方式相比，像素的混色性能呈現(xiàn)最差狀況；在物理亮度相同的情況下，顯示屏的視覺亮度呈現(xiàn)最弱狀況。
由于對(duì)每一只LED采用了時(shí)分復(fù)用方式，循環(huán)掃描相鄰四像素的信息，因此在顯示單筆劃的文字時(shí)會(huì)出現(xiàn)字跡不清現(xiàn)象。
動(dòng)態(tài)像素技術(shù)適用于觀看距離大于顯示屏物理像素間距P的2431倍，并且全屏物理像素?cái)?shù)少于60，000的視頻顯示屏。
3.2.3虛擬像素技術(shù)（又稱余像技術(shù)）
●定義
在顯示系統(tǒng)中，當(dāng)顯示的信息向某個(gè)方向以一定的速度滾動(dòng)時(shí)，利用人眼視覺暫留的特點(diǎn)；在相鄰的兩個(gè)像素之間會(huì)產(chǎn)生一系列移動(dòng)的、物理上不存在的虛擬像素，從而提高顯示屏的分辨率。
●優(yōu)點(diǎn)
在不增加顯示屏物理像素密度的情況下，可提高顯示終端的分辨率。
●不足
顯示信息始終處在快速移動(dòng)中，給觀察者帶來視覺和精神上的疲勞感。
●適用場(chǎng)所
文字條屏的顯示。
從以上分析可見，采用不同的像素排列和信息處理技術(shù)可以獲得不同的效果。因此，在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體項(xiàng)目的需求和各種技術(shù)的特點(diǎn)，做出合理的選擇。

4 結(jié)束語

我們從視頻前端處理技術(shù)到顯示終端分辨率，對(duì)影晌視頻圖像分解力的兩大環(huán)節(jié)進(jìn)行了分析。當(dāng)然影響視頻圖像分解力的因素還不只這兩大環(huán)節(jié)。良好的信噪比；出色的亮/色均勻性；適宜的亮度與對(duì)比度等因素，都會(huì)使觀察者從主觀印象上獲得一個(gè)良好的視頻圖像清晰度。