LED顯示屏視頻圖像分解力提升技術綜述

1概 述

早在80年代末，LED顯示屏行業(yè)就開始進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、運動圖像失真、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，伴隨著電視技術的整體提高和相關器件的突破，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)的當務之急。

2 基本概念

在電視系統(tǒng)中，分解力是一個很常見卻又很容易引起混淆的專業(yè)術語。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)視頻圖像細節(jié)的能力越強。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圖像細節(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畫面的處理和顯示能力，通常用水平方向的有效像素數(shù)和垂直方向的有效像素數(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，它是人們對圖像質(zhì)量主觀印象的認定。是一個視覺和心理參量。

3 關鍵技術分析

我們知道決定LED顯示屏視頻圖像分解力的主要因素，除了信號源和信道的質(zhì)量外，與LED顯示屏自身密切相關的環(huán)節(jié)主要有：視頻前端處理技術；顯示終端像素分辨率。下面我們分別對這兩個關鍵環(huán)節(jié)作進一步分析。

3.1視頻信號處理技術
從復合模擬全電視信號（Video）到分量數(shù)字視頻信號（DR、DG、DB），這一過程是LED視頻顯示屏必備的一個核心環(huán)節(jié)，它對系統(tǒng)最終的圖像分解力起著至關重要的作用。通常，實現(xiàn)這一過程有兩種途徑。
3.1.1途徑一
先將輸入的復合全電視信號進行解碼，得到一組分量模擬信號；再對分量模擬視頻信號進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，最終得到分量數(shù)字視頻信號（見圖1）。
復合全電視信號中包含有一個亮度信號Y和兩個色差信號FU.FV。運用頻譜搬移技術實現(xiàn)頻譜間置，使它們公用一個頻帶，這稱為亮/色頻分復用。在電視接收端如何進行亮/色分離和FU.FV分離是影響視頻圖像分解力的關鍵。
在一些要求較低的設備中，只采用簡單的帶通濾波器實現(xiàn)亮/色分離。當然；這種方式得到的色度信號中包含一部分亮度信號的高端成分，從而在圖像的細節(jié)處存在較嚴重的亮/色串擾和FU.FV串色現(xiàn)象。若想完全克服上述缺點，應采用梳狀濾波器。梳狀濾波器可使亮度對色度的串擾幅度降低3dB，并使彩色信雜比提高3dB。
3.1.2途徑二
運用一個特定的頻率先對復合全電視信號直接進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，得到一個復合數(shù)字視頻信號（復合編碼）；然后采用數(shù)字方式進行解碼，得到分量數(shù)字視頻信號（見圖2）。
途徑二實現(xiàn)數(shù)字解碼的一個關鍵是采樣頻率頻點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，而沒有足夠的顯示終端分辨率（有效像素數(shù)）作保障；再好的視頻前端處理技術也將前功盡棄?？墒悄壳白璧KLED顯示終端分辨率進一步提高的最大障礙是：（1）LED價格過高；（2）國內(nèi)高密度電子組裝技術尚不普及。因此，為了克服上述兩個障礙，業(yè)內(nèi)專業(yè)人士正努力探索，根據(jù)人眼視覺特點，運用數(shù)字圖像處理技術，推出了一系列的像素排列方法及信號處理技術，在不提高物理像素密度的前提下，一定意義上實現(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與提法主要有：
▲動態(tài)像素技術；
▲ LED復用技術；
▲像素分解技術；
▲像素共享技術；
▲像素復用技術；
▲虛擬像素技術；
▲余像技術等。
但是，由于各種處理方法和名詞定義之間沒有統(tǒng)一的標準和定義，致使用戶一片茫然，市場極度混亂。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語以明確的定義，并分析它們的特點，供大家探討。希望能夠逐步統(tǒng)一定義，形成標準，從而規(guī)范市場。
3.2.1像素共享技術（又稱像素復用技術）
●定義
顯示終端一個完整的獨立像素以時分復用方式，被信號源中多個相鄰像素的信息循環(huán)刷新。又可理解為信號源中的多個像素以時分復用方式共享顯示終端的一個完整的獨立像素。
●憂點（以四像素型為例）
重現(xiàn)像素密度可提高4倍；
灰度等級增加2bit；
信噪比提高3db以上，提升了圖像分解力。
在每一個獨立像素中，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)最強狀態(tài)。
●不足
存在像素顆粒感；
由于每一個像素采用了時分復用方式，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會出現(xiàn)字跡不清現(xiàn)象。
●適用場所
適用于物理像素在60000～110000范圍內(nèi)的視頻顯示屏。
3.2.2動態(tài)像素技術
（又稱LED復用技術或像素分解技術）
●定義
將一個像素拆分為若干個彼此獨立的LED單元。每一LED單元以時分復用的方式再現(xiàn)若干個相鄰像素的對應基色信息。
以常用形式為2R+1G+1B的四像素型動態(tài)像素為例，將一個像素拆分為四個彼此獨立的LED單元。每一LED單元以時分復用的方式再現(xiàn)四個相鄰像素的對應基色信息，一般情況下，各LED相互之間為等間距均勻分布。
●優(yōu)點（以四像素型動態(tài)像素技術為例）
物理像素密度提高了4/3倍；
動態(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50%）。
●不足
該技術由于采用了LED等間距均勻分布，因此組成每一個像素的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。
由于對每一只LED采用了時分復用方式，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會出現(xiàn)字跡不清現(xiàn)象。
動態(tài)像素技術適用于觀看距離大于顯示屏物理像素間距P的2431倍，并且全屏物理像素數(shù)少于60，000的視頻顯示屏。
3.2.3虛擬像素技術（又稱余像技術）
●定義
在顯示系統(tǒng)中，當顯示的信息向某個方向以一定的速度滾動時，利用人眼視覺暫留的特點；在相鄰的兩個像素之間會產(chǎn)生一系列移動的、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
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中，給觀察者帶來視覺和精神上的疲勞感。
●適用場所
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可以獲得不同的效果。因此，在實際應用中，應根據(jù)具體項目的需求和各種技術的特點，做出合理的選擇。

4 結(jié)束語

我們從視頻前端處理技術到顯示終端分辨率，對影晌視頻圖像分解力的兩大環(huán)節(jié)進行了分析。當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；適宜的亮度與對比度等因素，都會使觀察者從主觀印象上獲得一個良好的視頻圖像清晰度。