1、LED顯示屏視頻圖像分解力提升技術(shù)綜述程德詩(上海三思科技發(fā)展有限公司，上海200030)摘要：本文分析了影響LED顯示屏視頻圖像分解力兩大環(huán)節(jié)：(1)視頻前端處理技術(shù)；(2)顯示終端像素分辨率，并闡述了其特點。尤其是對目前業(yè)內(nèi)各種關(guān)于LED顯示終端分辨率提升技術(shù)混亂的提法給出了明確的定義，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。關(guān)鍵詞：LED顯示屏；分解力；像素ACONPREHESIVEINTRODUCTIONTOTECHNOLOGIESFORIMPROVINGLEDVIDEOIMAGERESOLUTIONQUALITYChengDe-shi(ShanghaiSansiTe

2、chnologyCo.,Ltd.)Abstract:ThispaperanalysestwokeyfactorsinfluencingtheresolutionofLEDscreenvideoimageandtheirfeatures:(1)Technologiesforvideosignalpreprocessing;(2)Displayterminalpixelresolution.Particularly,specificdefinitionsaresuggestedforthevarioustechnologiescurrentlyusedintheindustryforimprovi

3、ngLEDdisplayterminalresolution,mostofwhichhavebeennamedconfusingly.Itishopedthatthroughthispaperandthedefinitionsitoffers,unifieddefinitionsinthisfieldcouldbegeneralizedandstandardized,soastoservetonormalizethedisplaymarket.1. 概述早在八十年代末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

4、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(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，和其它媒體電視相比(LCD、PDP、投影等)，LED顯示系統(tǒng)的視頻圖像分解力還存在著明顯差距，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(wù)之急。2. 常用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(shù)語。與之相近的詞有：分辨力、分辨率、清晰度等。從概念上講，它們之間既有區(qū)別又有關(guān)聯(lián)。因此，在討論LED顯示屏視頻圖像分解力之前，我們應(yīng)弄清楚這些基本概念。2.1分解力:指電視系統(tǒng)分解與綜合

5、圖像細節(jié)的能力。分解力越高，貝電視系統(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水平分解力和垂直分解力，它們的單位都是一個畫面高度內(nèi)的電視線數(shù)(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：清晰度的概念比較朦朧，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。是一個心理參量。3. 關(guān)鍵技術(shù)分析

6、我們知道決定LED顯示屏視頻圖像分解力的主要因素，除了信號源質(zhì)量和信道質(zhì)量外，與LED顯示屏白身密切相關(guān)的環(huán)節(jié)主要有：(1) 視頻前端處理技術(shù)；顯示終端像素分辨率。下面我們分別對這兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)作進一步分析。3.1視頻信號處理技術(shù)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(guān)重要的作用。通常，實現(xiàn)這一過程主要有兩種途徑：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(見圖一)，(圖一)我們知道復合全電視信

7、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(shù)使它們實現(xiàn)頻譜間置而公用一個頻帶，這稱為亮/色頻分復用。因此，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(guān)鍵。在一些要求較低的設(shè)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。若想完全克服上述現(xiàn)象，應(yīng)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（Video）直接進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換，得到一個復合數(shù)字

8、視頻信號（復合編碼）；然后采用數(shù)字方式進行解碼，并得到分量數(shù)字視頻信號（見圖二）。（圖二）途徑二實現(xiàn)數(shù)字解碼的一個關(guān)鍵是采樣頻率頻點的選擇和采樣頻率相位的精確度。為了較好的還原色彩，通常選擇色副載波fsc整倍數(shù)作為采樣頻率，而fsc又恰恰是二分之一行頻fH/2的整倍數(shù)，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。而途徑二由于采用了較高的采樣頻率可得到較高的亮度清晰度。3.1.3常見形式實現(xiàn)從復合模擬全電視信號（Video）到分量數(shù)字視頻彳號（Dr、Dg、Db）,目前常用形式主要

9、有：（1）多媒體卡（數(shù)字RGB輸出）（2）多媒體卡（DVI輸出）（3）通用大屏幕優(yōu)化器（4）LED顯示屏專用視頻處理器多媒體卡（數(shù)字RGB輸出）該形式已經(jīng)歷了十多年的發(fā)展，目前在這類產(chǎn)品中，由于缺乏采用專業(yè)級的核心芯片作支持的同類產(chǎn)品。還因為將模擬視頻信號引入電磁環(huán)境復雜、電源和地線紋波極大的計算機內(nèi)部。因此，我們最終很難得到理想的數(shù)字RGB信號。目前該方法在一些高要求的LED顯示屏項目中漸漸不被采用。多媒體卡（DVI輸出）由于與形式（1）同樣原因也無法成為主流產(chǎn)品。通用大屏幕優(yōu)化器通用大屏幕優(yōu)化器是歐美等發(fā)達國家為了提高大屏幕投影電視中掃描線過粗、屏幕閃爍等現(xiàn)象而專門研制的產(chǎn)品。以英國史諾維

10、思公司的SupervisordisplayUp-Converter為代表?？蓪崿F(xiàn)視頻信號幀格式上行變換，提高換幀頻率，通過插值運算還可以提高輸出信號的分辨率，并具有灰度gamma變換、Video/SVGA疊加等功能。但由于該類設(shè)備是為了大屏幕投影儀而研制，因此應(yīng)用到LED顯示屏中來還存在一些缺憾，例如缺乏圖像縮放、RGB亮度/對比度獨立調(diào)整、運動圖像補償、色空間變換等功能，尤其是沒有數(shù)字RGB輸出，使得在后端還需再次進行A/D轉(zhuǎn)換,由此降低了圖像的信噪比。最終損失了視頻圖像分解力，同時該類儀器還有許多功能在LED顯示系統(tǒng)中沒有使用價值，而且價格很高。因而，筆者認為在LED顯示系統(tǒng)中該形式并不一

11、定是最佳方案。LED顯示屏專用視頻處理器該形式是為了滿足LED顯示屏的特殊需求而開發(fā)的。一般采用了PHILIPSTRIDENT等國際知名企業(yè)的專業(yè)級視頻處理芯片為核心，可實現(xiàn)從復合模擬全電視信號（Video）到分量數(shù)字視頻信號（Dr、Dg、Db）解碼及轉(zhuǎn)換功能，并具有幀格式變換、圖像縮放、灰度非線性變換、色彩空間變換、運動圖像補償、視頻降噪、RGB亮度/對比度獨立調(diào)整、Video/SVGA切換、和分量數(shù)字視頻信號遠距離傳送等專用功能。因而，該形式擁有很高的性能價格比。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（有效像素數(shù)）作保障

12、，再好的視頻前端處理技術(shù)也將前功盡棄。可是目前阻礙LED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(shù)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(shù)，推出了一系列的像素排列方法及信號處理技術(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：動態(tài)像素技術(shù)；LED復用技術(shù)；像素分解技術(shù)；像素共享技術(shù)；像素復用技術(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)一的標準和定義，致使用戶一片茫然，市場極度混亂。因此，筆者在

13、此拋磚引玉，將上述七種提法合并為三種，并給各種處理方法和名詞之間一個明確的定義，并分析它們各白的特點。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(shù)（又稱像素復用技術(shù)）定義：顯示終端一個完整的獨立像素以時分復用方式循環(huán)刷新信號源中多個相鄰像素的信息。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。優(yōu)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36db以上，從而提升圖像分解力；因為在每一個獨立像素中，LED可按集中方式排布。因此，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

14、屏的視覺亮度呈現(xiàn)最強狀況。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60,000110,000范圍內(nèi)的視頻顯示屏。3.2.2動態(tài)像素技術(shù)（又稱LED復用技術(shù)或像素分解技術(shù)）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(yīng)基色信息。描述：我們以四像素型動態(tài)像素為例作一簡單分析。四像素型動態(tài)像素通常由2R+1G+1B組成，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(yīng)基色信息，一般情況下，各

15、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(shù)為例）物理像素密度提高4/3倍；動態(tài)像素密度提高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(shù)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)，所以與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。又由于每一只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。適用場所：觀看距離大于顯示屏物理像素間距P的2431倍，并且全屏物理像素少于60,000個點的視頻顯示屏

16、。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：適用于文字條屏。3.2.4歸納表:序號技術(shù)類別優(yōu)點不足適用場所1像素共孚技術(shù)（又稱像素復用技術(shù)或像素分解技術(shù)）混色性能好視覺亮度增強重現(xiàn)像素提高4倍灰度等級增加2bit信噪比提高36db存在輕微像素顆粒感單筆劃文子子跡不清適用于物理像素在60,000110,000范圍內(nèi)的視頻顯示屏。2動態(tài)像素技術(shù)（又稱LED復用技術(shù)）物理像素密度提高4/3倍重現(xiàn)像素密度提高4倍有效視覺像素密度最大可提高2倍。混色性能呈現(xiàn)最弱狀況視覺亮度呈現(xiàn)最弱狀況單筆劃文字字跡不清觀看距離大于物理像素間距的2431倍，并且全屏物理像素少于6萬的視頻顯示屏。3虛擬像素技術(shù)（又稱余像技術(shù)）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。顯不'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。文字條屏從以上分析中我們看出采用不同的像素排列和信息處理技術(shù)可以獲得不同效果。因此，在實際應(yīng)用中我們應(yīng)根據(jù)具體項目