LED顯示屏刷新頻率及灰度等級淺析

隨著室內(nèi)LED顯示屏的發(fā)展及應(yīng)用越來越多，無論在指揮中心、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顯示屏需要面對需要考量的問題，下文就影響LED顯示效果的幾大因素(包括刷新頻率、灰度等級等)做個淺析。

LED顯示屏的刷新頻率(視覺刷新頻率)

“視覺刷新頻率”指的是屏幕更新的速率，通常用赫茲(Hz)為單位表示，一般而言視覺刷新頻率在3,000Hz以上，為高效能LED顯示屏。視覺刷新頻率越高，畫面顯示越穩(wěn)定，視覺閃爍感就越小。LED顯示屏的低“視覺刷新頻率”，其影響除了攝像、攝影時，出現(xiàn)水平橫條紋之外，同時也會發(fā)生類似數(shù)萬顆燈泡同時閃爍的影像，人眼在觀看時因此可能產(chǎn)生不適感，甚至對眼睛造成傷害。雖然對人眼而言，視覺刷新頻率達(dá)60Hz以上已經(jīng)感受到的是連續(xù)畫面，但是越高的視覺刷新頻率，顯示的圖像越穩(wěn)定，人眼越不容易覺得疲勞。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，對于也會被拍攝到的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

“灰度等級”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。若灰度級數(shù)不足，會發(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，情況將會更加明顯。

是什么影響了LED顯示屏的刷新頻率及灰度等級?

我們知道LED顯示屏幾個核心的部件，如LED開關(guān)電源、LED驅(qū)動芯片、LED燈珠等，針對LED顯示屏的刷新頻率和灰度等級，LED驅(qū)動芯片直接決定了LED顯示屏在視覺刷新頻率、灰度等級的表現(xiàn)。在目前LED驅(qū)動芯片之中，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)，其將一個影像導(dǎo)通的時間分散成數(shù)個較短的導(dǎo)通時間，以增加整體的視覺更新率。更進(jìn)一步說明，新一代的LED驅(qū)動芯片所內(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來進(jìn)行提高影像刷新頻率的作業(yè)，只需用低階時鐘(如5MHz)即可將視覺刷新頻率輕松提高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)、過電壓突波(Overshoot)及欠電壓突波(Undershoot)的問題。

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

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