Layar video LED modern: Karakteristik, Teknologi, Alasan Memilih

Hari ini kita cenderung mengambil layar video LED begitu saja. Memang, mereka menjadi fitur umum di kota kami dan kami kebanyakan memperhatikan parameter kualitas luarnya. Tapi karena majalah kami mengkhususkan diri pada teknologi ini, kami yakin telah tiba saatnya untuk menguraikan prinsip-prinsip teknis utama layar video LED modern, prinsip-prinsip yang pada akhirnya memastikan apa yang dilihat jutaan orang di layar setiap hari.

Layar video LED modern adalah sistem yang kompleks dengan sejumlah besar komponen. Kualitas gambar dan parameter operasional bergantung pada kualitas masing-masing komponen tersebut dan juga fungsi sistem kontrol layar.

                                          Diagram blok khas layar video LED

Karakteristik layar video LED berikut sangat penting dari sudut pandang kualitas gambar:

• Resolusi layar video LED (disebut resolusi spasial ), di layar video LED, ini terkait erat dengan jarak antara piksel atau ukuran pitch;

• Kecerahan maksimum (diukur dalam Nits);

• Tingkat kecerahan dinamis dipahami sebagai jumlah tingkat kecerahan yang dapat didukung layar (kadang-kadang juga disebut resolusi radiometrik atau energi );

• Frame rate mengukur seberapa sering sebuah sumber video dapat memberi makan seluruh frame data baru ke tampilan, frekuensi frame berubah per detik (fps) (kadang-kadang disebut sebagai resolusi temporal );

• Tingkat penyegaran (diukur dalam Hz) adalah berapa kali dalam detik bahwa perangkat keras display menarik data, atau menyegarkan bingkai (juga disebut sebagai resolusi temporal );

• Resolusi spektral: Gambar berwarna membedakan spektrum yang berbeda. Gambar multi-spektral akan memecahkan bahkan perbedaan spektrum atau panjang gelombang yang lebih halus dari pada yang dibutuhkan untuk mereproduksi warna. Istilah ini menentukan berapa banyak komponen spektral membuat gambar;

• Keseragaman warna di seluruh layar;

• Keseimbangan putih dan kemungkinan fine-tuning itu;

• Persepsi linier kecerahan - kualitas kualitas gambar subjektif yang menentukan bagaimana mata manusia membedakan antara tingkat kecerahan yang berdekatan baik pada bagian terang maupun terang di layar;

• Kontras gambar;

• Kualitas gambar ditentukan oleh sudut pandang.

Terlepas dari kualitas gambar, penting untuk mempertimbangkan beberapa parameter operasional utama layar video LED:

• Umpan balik atau sistem pemantauan kondisi layar;

• Perangkat lunak yang matang dan sistem kontrol yang komprehensif yang memungkinkan penskalaan sistem dan konstruksi jaringan layar LCD LED dan LCD dengan remote control melalui Internet melalui subsistem keamanan informasi terpadu;

• Tingkat radiasi elektromagnetik berupa gangguan elektromagnetik (EMI) dari layar.

Mari kita simak beberapa parameter di atas secara lebih rinci.

Penciptaan gambar pada layar video LED dan kontrol kecerahan

Pulse-Width Modulation (PWM) dan refresh rate

Gambar awal yang akan ditampilkan dibuat sebagai file PC, biasanya klip * .avi atau * .mpg. File tersebut didekode oleh PC kontrol (atau pengendali video) dan diubah menjadi aliran video khusus yang diumpankan ke microchip driver arus konstan. Penggerak IC meneruskan arus konstan ke LED yang menyebabkannya bersinar dalam spektrum tertentu.

PWM - (Pulse-width modulation) adalah teknik yang umum digunakan untuk mengendalikan berbagai tingkat kecerahan. Bergantung pada tingkat kecerahan yang dibutuhkan, arus diteruskan ke LED sebentar-sebentar dengan memutar sakelar antara suplai dan beban secara on dan off dengan cepat. Misalnya, untuk mencapai kecerahan 50%, arus harus diteruskan hanya setengah dari durasi siklus, untuk mencapai kecerahan 25% saat ini akan dinyalakan hanya seperempat dari durasi siklus. Dengan kata lain, LED akan beroperasi dalam mode "switched on - turn off" dimana durasi periode "diaktifkan" akan sesuai dengan tingkat kecerahan yang dibutuhkan.

Teknik PWM memastikan bahwa LED (dan seluruh layar video) menghasilkan gambar siklis. Durasi siklus minimum (bila LED dinyalakan dan dimatikan secara berurutan) disebut refresh period atau refresh rate.

Perhatikan sebuah contoh: Mari kita katakan bahwa refresh rate layar video LED sama dengan 100 Hz. Untuk memastikan kecerahan 100% maksimum yang kita butuhkan untuk meneruskan arus selama keseluruhan periode penyegaran yang dalam hal ini sama dengan 1/100 s = 10 ms. Untuk mengurangi brightness by half, arus harus diteruskan selama 5 ms dan kemudian dimatikan selama 5 ms. Kemudian siklus berulang dengan cara yang sama. Untuk mencapai level brightness hanya 1% arus akan diteruskan ke LED selama 0,1 ms dan dimatikan akan bertahan 9,9 ms.

Metode PWM dasar dapat dimodifikasi dan ditingkatkan. Pabrikan yang berbeda menggunakan terminologi yang berbeda: Orak-Arik PWM (Macroblock), Module Split Sequential (Silicon Touch), dan Modulasi Densitas Pulse Adaptif (MY's-Semi). Semua fungsi ini cenderung "menyebarkan" saklar LED pada periode selama periode refresh keseluruhan. Dengan demikian, operasi layar pada tingkat kecerahan 50% dengan refresh rate 100 Hz akan terlihat seperti LED "1 ms LED on - 1 ms LED off" yang berulang. Ini berarti bahwa untuk tingkat kecerahan 50%, periode refresh meningkat lima kali dan sama dengan 2 ms. Akibatnya, refresh rate meningkat menjadi 500 Hz. Perhitungan ini hanya berlaku untuk kecerahan 50%. Untuk setiap pola kecerahan terdapat kecerahan minimal satu impuls (beberapa durasi minimum) saat LED dinyalakan, sisa waktu dimatikan.

Dengan demikian, siklus PWM "tradisional" yang ketat terdistorsi dengan metode modern yang dimodifikasi. Bergantung pada tingkat kecerahan yang dibutuhkan, kita dapat mengidentifikasi periode yang lebih pendek dengan refresh rate yang lebih tinggi. Pada refresh rate layar video LED tertentu dapat bervariasi antara, katakanlah, 100 Hz dan 1 kHz. Ini berarti bahwa selama kecerahan minimum atau maksimum, refresh rate sekitar 100 Hz. Tapi pada tingkat kecerahan lain, kita menghadapi periode dengan tingkat penyegaran yang lebih tinggi.

Jadi, untuk metode PWM yang dimodifikasi, konsep refresh rate menjadi agak menyesatkan. Namun, jika kita mendefinisikan refresh rate sebagai periode minimum yang diperlukan untuk memperbarui gambar untuk semua tingkat kecerahan , kita akan menghindari semua kesalahpahaman karena dalam refresh rate definisi ini tidak bergantung pada proses PWM.

Interlaced scan berbasis gambar dan pembagian waktu pada layar video LED

Beberapa pencitraan layar video LED disusun sedemikian rupa untuk mencegah pasokan arus ke semua LED sekaligus. Semua LED pada layar video dipisahkan menjadi beberapa kelompok (biasanya, dua, empat, atau delapan) yang diaktifkan pada gilirannya. Itu berarti bahwa metode untuk membuat gambar yang dijelaskan di atas diterapkan pada gilirannya ke berbagai kelompok LED pada layar video. Jika layar memiliki dua kelompok seperti itu, formasi gambar setara dengan pemindaian interlaced di TV analog.

Metode ini banyak digunakan untuk membuat layar video LED lebih murah, karena metode pembentukan gambar ini membutuhkan jumlah driver IC yang lebih sedikit (dua, empat atau delapan kali lipat, demikian pula). Karena pengemudi IC menyumbang sekitar 15-20% untuk biaya layar, ekonomi mungkin signifikan. Selain itu, metode pembagian waktu praktis tidak dapat dihindari pada layar video LED resolusi tinggi karena layar pitch kecil menghadirkan masalah serius dalam memposisikan sejumlah besar driver pada PCB dan mengatur perpindahan panas yang tepat dari pengemudi IC.

Tentu, ekonomi ini mengarah pada kecerahan layar video yang rendah dan tingkat penyegaran yang lebih rendah (secara proporsional terhadap jumlah kelompok LED yang dipekerjakan).

Mari kita katakan bahwa kita memiliki layar dengan dua kelompok LED menggunakan metode pembagian waktu. Arus dipasok ke satu kelompok untuk memastikan kecerahan yang dibutuhkan. Grup lainnya dimatikan. Setelah satu periode penyegaran, grup bergantian: sekarang grup kedua diaktifkan saat yang pertama akan menjadi gelap. Oleh karena itu, periode yang diperlukan untuk memperbarui semua informasi di layar menjadi dua kali lebih panjang.

Konsep refresh rate dalam hal ini menjadi lebih halus. Tegasnya, periode penyegaran atau waktu minimal yang dibutuhkan untuk memperbaharui gambar di layar keseluruhan ganda. Namun, untuk setiap kelompok, panjang periode pembentukan gambar tetap tidak berubah, dan kami mungkin berpendapat bahwa refresh rate tetap sama seperti sebelumnya.

Layar video LED, refresh rate dan mata manusia

Terutama, refresh rate mempengaruhi persepsi citra. Kami biasanya melihat gambar di layar yang halus dan tidak memperhatikan efek yang berkedip-kedip karena frekuensi kerlip agak tinggi. Persepsi visual kita bersifat psikologis dan fisik. Lampu berkedip individu disimpulkan menjadi gambar "halus" oleh otak kita. Menurut Hukum Bloch, penjumlahan ini berlangsung sekitar 10 ms dan tergantung pada kecerahan cahaya yang berkedip. Jika lampu berkedip dengan frekuensi yang cukup (disebut ambang batas CFF - Critical Flicker Frequency), mata manusia tidak memperhatikan pulsasi menurut Hukum Talbot-Plateau. Ambang batas CFF bergantung pada banyak faktor seperti spektrum sumber cahaya, penentuan posisi sumber cahaya dalam kaitannya dengan mata, tingkat kecerahan. Namun, dalam kondisi normal frekuensi ini tidak pernah melebihi 100 Hz.

Dengan demikian, mata manusia tidak akan membedakan perbedaan gambar layar video LED yang terbentuk dengan PWM atau metode PWM yang dimodifikasi dengan kecepatan refresh bervariasi dari 100 Hz sampai 1 kHz.

Layar LED, refresh rate dan kamera video

Namun, mata manusia bukanlah satu-satunya alat yang bisa melihat gambar. Terkadang kami menggunakan kamera video untuk merekam layar video LED, dan peralatan video didasarkan pada prinsip-prinsip yang berbeda secara drastis dari komputer yang dipekerjakan oleh otak manusia. Hal ini sangat penting untuk semua instalasi layar video LED di stadion olahraga, pameran dagang atau ruang konser dimana acara direkam dengan kamera. Waktu pajanan atau kecepatan rana dalam kamera video modern dapat bervariasi dari detik ke milidetik.

Mari kita katakan bahwa kita melihat layar LED dimana gambar terbentuk menggunakan metode PWM tradisional dengan refresh rate 100 Hz. Layar video menampilkan gambar statis. Jika kita mencoba untuk merekam gambar ini dengan kamera video menggunakan kecepatan rana 1/8 detik (yaitu waktu pemaparan 125 milidetik) sensor foto akan merekam cahaya dari gambar layar yang dihasilkan oleh 12,5 periode penyegaran. Layar LED dan kamera video kami tidak disinkronisasi dan setiap frame yang direkam oleh kamera akan sesuai dengan waktu yang berbeda yang terkait dengan awal dan akhir siklus penyegaran. Tapi dengan kecepatan rana yang tinggi ini tidak akan ada konflik dan kamera akan merekam gambar layar LED yang mulus.

Jika kita mengurangi kecepatan rana sampai 1/250 detik saat waktu pemaparan sama dengan 4 ms, satu bingkai kamera akan 2,5 kali lebih pendek dari refresh period pada layar video LED. Kali ini selisih antara awal frame kamera dan awal siklus PWM akan signifikan. Beberapa frame akan sesuai dengan awal siklus PWM, yang lainnya ke tengah, dan yang lainnya masih sampai akhir siklus. Setiap frame akan mencatat aliran cahaya yang berbeda dan secara bertahap kesalahan terakumulasi. Saat kita melihat rekaman video, kecerahan frame akan terasa berbeda. Biasanya, semua benda yang direkam dengan short exposure time tampak kurang cerah. Kamera akan merekam efek "berkedip-kedip" pada layar video LED. Jika waktu pemaparan berkurang lebih jauh lagi, kita pasti akan melihat beberapa bingkai hitam (saat awal bingkai kamera sesuai dengan periode PWM singkat saat LED dimatikan) dan rekaman video akan berkedip lebih jauh lagi.

Jadi, jika kita menggunakan kamera video untuk merekam layar LED dengan fungsi PWM tradisional, refresh rate harus kompatibel dengan atau melebihi pemaparan kamera.

Pada layar video LED dengan fungsi PWM yang dimodifikasi, logika yang sama berlaku. Karena dalam mode kecerahan tinggi, waktu menyalakan LED "tersebar" di atas siklus PWM, citra yang direkam akan lebih stabil dibandingkan dengan fungsi PWM tradisional. Tapi pada kecerahan rendah situasinya akan tetap sama: gambar yang direkam akan kehilangan brightness atau akan berkedip.

Seperti yang Anda lihat tanpa sinkronisasi yang tepat, setiap rekaman video layar LED akan menghasilkan distorsi pada gambar yang direkam. Kita dapat membandingkan ini untuk merekam TV analog dengan kamera analog: perbedaan dalam mode pemindaian kedua perangkat akan menghasilkan efek garis hitam diagonal yang memisahkan bingkai TV.

Isu penting lainnya adalah sinkronisasi pengendali layar video LED. Layar LED besar terbuat dari balok (modul LED dan / atau kabinet) yang menampilkan pencitraan yang dihasilkan oleh pengendali yang berbeda. Jika pengendali ini tidak melakukan sinkronisasi awal siklus PWM (yaitu awal siklus pada berbagai bagian layar), kita mungkin menghadapi masalah berikut: siklus penyegaran pada beberapa bagian layar LED sesuai dengan bingkai kamera dan pada sisi lainnya. Bagian layar tidak akan. Jika pemaparannya kompatibel dengan siklus refresh, bagian dari layar video akan tampak lebih terang, yang lebih gelap. Seluruh gambar akan terdiri dari empat persegi panjang terang dan terang dan tidak nyaman untuk ditonton.

Biaya layar video LED refresh tinggi

Terlepas dari metode generasi PWM mereka semua memiliki fitur umum. Generasi PWM beroperasi pada tingkat jam tertentu F pwm . Mari kita asumsikan bahwa kita harus menghasilkan sejumlah N tingkat kecerahan. Dalam hal ini refresh rate F r tidak dapat melebihi Fwm / N.

Berikut adalah beberapa contoh untuk menggambarkan pernyataan di atas:

Angka-angka ini menunjukkan bahwa setiap LED layar video mengikuti beberapa proses pembangkitan PWM yang independen, yaitu metode pembangkitan PWM diprogram langsung ke driver IC.

Dengan driver IC yang sederhana dan murah, PWM dihasilkan pada kontroler untuk layar video LED. Kita kemudian harus mempertimbangkan berapa banyak pengemudi yang terhubung secara berurutan dan dilayani oleh satu proses pembangkitan PWM. Jika satu skema pembangkitan PWM memerlukan penggerak saluran M 16-output, tingkat penyegaran mungkin tidak melebihi F pwm / (N * M * 16 , jika tidak, hal itu akan menyebabkan refresh rate secara signifikan turun atau kebutuhan untuk meningkatkan frekuensi clock.

Dalam hal pembagian waktu (interlace scanning), refresh rate turun sesuai dengan koefisien perpecahan.

Dengan demikian, untuk meningkatkan refresh rate pada layar video LED pilihan berikut tersedia:

• Penggunaan driver "cerdas" (mahal);

• Peningkatan clock rate pada proses pembangkitan PWM;

• Mengurangi jumlah tingkat brightness (kedalaman warna).

Setiap metode memiliki kelebihan dan kekurangan. Driver intelektual jauh lebih mahal daripada driver IC sederhana; Kenaikan clock rate menyebabkan konsumsi daya lebih tinggi (akibatnya memerlukan tindakan tambahan untuk perpindahan panas agar tidak terlalu panas); Tingkat kecerahan rendah secara negatif mempengaruhi kualitas gambar.

Kesimpulan: Segarkan di layar video LED

Produsen layar video LED sering menggunakan refresh rate sebagai alat pemasaran saat membual kualitas layarnya yang prima. Presuposisi adalah bahwa semakin tinggi refresh rate semakin baik kualitas gambar. Namun, seringkali jumlahnya hanya untuk membingungkan calon konsumen. Misalnya, refresh rate beberapa kHz berarti bahwa metode generasi PWM yang dimodifikasi digunakan (saat refresh rate sebenarnya berbeda untuk tingkat kecerahan yang berbeda) atau kedalaman warna tidak dapat diterima rendah.

Kita harus ingat bahwa tingkat penyegaran yang tinggi dan nilai kedalaman warna yang tinggi hanya dapat terjadi pada tingkat kecerahan tinggi yang dengan sendirinya merupakan kesalahpahaman, karena layar video LED tidak boleh beroperasi pada kapasitas 100%.

Untuk kasus pemindaian interlaced, nilai refresh rate hanya akan sesuai dengan satu siklus PWM untuk satu grup LED, sedangkan refresh rate sebenarnya untuk layar (yang mempengaruhi persepsi kita) akan beberapa kali lebih rendah.

Lebih informatif dan jujur untuk menyebutkan tingkat kedalaman dan jam warna untuk PWM dan rentang perkiraan tingkat penyegaran untuk layar (misalnya, 200 -1000 Hz) jika terjadi fungsi layar PWM yang dimodifikasi. Jika layar video LED didasarkan pada prinsip pembagian waktu (misalnya, pembagian waktu = 1: 1 - tidak adanya pembagian waktu, pembagian waktu = 1: 2 - PWM hanya beroperasi di setengah layar, dsb.).

Parameter di atas tidak penting untuk persepsi kita. Mata manusia tidak mencatat perbedaan kualitas gambar pada frekuensi di atas 100 Hz. Akibatnya, orang harus memutuskan apakah refresh rate tinggi benar-benar diperlukan dan jika perlu membayar ekstra untuk itu.

Refresh rate dan keseragaman gambar layar yang direkam hanya penting dalam kasus dimana layar LED sering menjadi objek untuk perekaman video (stadion dan ruang konser). Oleh karena itu, lebih baik melakukan rekaman percobaan terlebih dulu sebelum menandatangani kontrak pembelian.