Écrans LED modernes: Caractéristiques, technologies, raisons de choisir - Partie 1
La première partie de l'article traite ces caractéristiques des écrans LED modernes qui affectent la qualité d'image: commande de luminosité avec le MLI, création d'image avec la répartition dans le temps et fréquence de rafraîchissement. Nous consacrerons la deuxième partie de l'article à la gamme dynamique de luminosité, le contraste de rendu de couleur et d'écran, les drivers et les méthodes modernes de commander des écrans, la compatibilité électromagnétique et des interférences électromagnétiques.
Aujourd'hui nous tendons à prendre des écrans LED pour accordé. En effet, ils sont devenus les dispositifs communs dans nos villes et nous prêtons la plupart du temps l'attention à leurs paramètres extérieurs de qualité. Mais puisque notre revue se spécialise dans cette technologie, nous croyons que le temps est venu pour définir des principes techniques importants des écrans LED modernes, ces principes qui assurent finalement quels millions de personnes voient sur des écrans journaliers.
L'écran LED moderne est un système complexe avec l'énorme nombre des composants. La qualité d'image et les paramètres opérationnels dépendent de la qualité de chacun de ces composants aussi bien que sur la fonctionnalité du système de contrôle d'écran.
Schéma fonctionnel typique d'un écran LED
Les caractéristiques suivantes d'écran LED sont essentielles du point de vue de la qualité d'image:
- Résolution d'écran LED (soi-disant résolution spatiale), dans des écrans LED on le lie étroitement à la distance entre les pixels ou la taille de pas;
- Luminosité maximum (mesurée dans le nits);
- La gamme dynamique de luminosité comprise comme nombre de niveaux de luminosité que l'écran est capable pour soutenir (parfois il s'appelle également radiométrique ou la résolution en énergie);
- Mesures de tarifs d'images combien de fois une source visuelle peut alimenter des images entières de nouvelles données à un affichage, la fréquence des images changeant par seconde (fps) (parfois désignés sous le nom de la résolution temporelle);
- La fréquence de rafraîchissement (mesurée en Hz) est le nombre de fois dans une seconde qu'un matériel d'affichage dessine les données, ou des rafraîchissements les images (également désignées sous le nom de la résolution temporelle);
- Résolution spectrale: Les images de couleur distinguent la lumière de différents spectres. Les images multi-spectrales résolvent encore des différences plus fines de spectre ou de longueur d'onde qu'est nécessaire pour reproduire la couleur. La limite détermine combien de composants spectraux créent une image;
- Uniformité de la couleur dans tout l'écran;
- Balance des blancs et possibilité de réglage fin;
- Perception linéaire de luminosité - la qualité subjective de la qualité d'image qui détermine comment l'œil humain distingue la luminosité adjacente nivelle tous les deux sur les pièces foncées et lumineuses de l'écran;
- Contraste d'image;
- Qualité d'image déterminée par l'angle de visionnement.
Indépendamment de la qualité d'image il est important de considérer quelques paramètres opérationnels principaux de l'écran LED:
- Système de rétroaction ou de surveillance d'état d'écran;
- Logiciel mûr et système de commande complet qui permettent à la graduation du système et de la construction des réseaux d'écran LED et d'affichage à cristaux liquides vidéo avec à télécommande par l'intermédiaire de l'Internet par le sous-système informationnel incorporé de sécurité;
- Niveau de rayonnement électromagnétique sous forme d'interférences électromagnétiques (EMI) de l'écran.
Considérons plus en détail certains des paramètres ci-dessus.
Création de l'image sur l'écran LED et réglage de la luminosité
Modulation de largeur d'impulsion (MLI) et fréquence de rafraîchissement
L'image initiale à montrer est créée comme fichier de PC, habituellement un clip de *.avi ou de *.mpg. Le fichier est décodé par le contrôleur de PC de commande (ou visuel) et transformé en flux vidéo spécialisé alimenté aux puces des drivers courants constants. Les IC driver font suivre au courant constant la LED les faisant rougeoyer dans un certain spectre.
MLI - (Modulation de largeur d'impulsion) est une technique utilisée généralement pour commander de divers niveaux de luminosité. Selon le niveau de luminosité requis, le courant est expédié à la LED par intermittence en tournant le commutateur entre l'approvisionnement et la charge marche-arrêt rapidement. Par exemple, pour réaliser la luminosité de 50% le courant devrait être expédié seulement la moitié de la durée de cycle, pour atteindre la luminosité de 25% que le courant sera allumée pour seulement le quart de la durée de cycle. En d'autres termes, une LED fonctionnera dans un «allumée-éteinte» mode où la durée de la période «allumée» correspondra au niveau de luminosité requis.
La technique de MLI s'assure qu'une LED (et l'écran vidéo entier) produit une image cyclique. La durée du cycle minimum (quand une LED est commutée en marche et en arrêt consécutivement) s'appelle une période de rafraîchissement ou une fréquence de rafraîchissement.
Considérer un exemple: Disons que la fréquence de rafraîchissement d'un écran LED est égale à 100 Hz. Pour assurer la luminosité 100% maximum que nous devons expédier le courant au cours de toute la période du rafraîchissement qui est dans ce cas-ci égal à 1/100 s = 10 ms. Pour réduire la luminosité par moitié, le courant devrait être expédié pour 5 ms et puis éteinte pour 5 ms. Puis les répétitions de cycle de la même manière. Pour réaliser la luminosité seulement de 1% niveler le courant sera expédié à la LED pendant 0.1 ms et la période éteinte durera 9.9 ms.
La méthode de base de MLI peut être modifiée et améliorée. Les différents fabricants emploient la terminologie différente: MLI brouillé (Macroblock), modulation séquentielle de fente (Silicon Touch), et modulation adaptative de densité d'impulsion (MY’s-Semi). Toutes ces fonctions tendent à la «diffusion» le commutateur de LED la période au cours de toute la période de rafraîchissement. Ainsi, le fonctionnement d'écran à la luminosité de 50% avec la fréquence de rafraîchissement de 100 Hz ressemblera à «1 ms répétée LED en circuit - 1 ms LED outre» de cycle. Il signifie que pour une luminosité de 50% la période de rafraîchissement accrue cinq fois et est égal à 2 ms. En conséquence, fréquence de rafraîchissement grimpée jusqu'à 500 Hz. Cela calcul vaut seulement pour la luminosité de 50%. Pour chaque modèle de luminosité là existe une luminosité minimum d'une impulsion (de la durée minimum) quand la LED est allumée, le reste du temps où elle est éteinte.
Ainsi, des cycles «traditionnels» stricts de MLI sont tordus par des méthodes modifiées modernes. Selon le niveau de luminosité requis nous pouvons identifier des périodes plus courtes avec une fréquence de rafraîchissement plus élevée. Sur l'écran LED de détail une fréquence de rafraîchissement peut varier entre, a laissé nous indiquer, 100 Hz et 1 kHz. Il signifie que pendant le minimum ou la luminosité de maximum la fréquence de rafraîchissement est environ 100 Hz. Mais à d'autres niveaux de luminosité nous rencontrons des périodes avec une fréquence de rafraîchissement plus élevée.
Ainsi, parce que des méthodes modifiées de MLI le concept de la fréquence de rafraîchissement devient plutôt fallacieux. Cependant, si nous définissons la fréquence de rafraîchissement comme période minimum nécessaire pour remplacer l'image pour tous les niveaux de luminosité, nous éviterons tous les malentendus puisque dans cette définition la fréquence de rafraîchissement ne dépend pas du processus de MLI.
Images balayer-basées entrelacements et répartition dans le temps sur des écrans LED
De la formation image d'écran LED est structurée de façon à empêcher l'approvisionnement courant à toute la LED immédiatement. Toutes les LED sur un écran vidéo sont séparées dans les groupes (habituellement, deux, quatre, ou huit) qui sont allumée à leur tour. Cela signifie que ce des méthodes de créer l'image décrites ci-dessus sont appliquées à leur tour à différents groupes de LED sur un écran vidéo. Si l'écran a deux tels groupes, la formation d'image est équivalente au balayage entrelacé dans la TV analogue.
Cette méthode est la plupart du temps employée pour rendre meilleur marché, puisque cette méthode de formation d'image a besoin d'un peu d'IC driver (par deux, quatre ou huit fois, également). Puisque les IC drivers contribuent approximativement 15-20% au coût d'écran, l'économie peut être significative. D'ailleurs, la méthode de répartition dans le temps est pratiquement inévitable sur les écrans LED de haute résolution parce que le petit pas examine les problèmes sérieux actuels en plaçant le grand nombre des drivers sur des circuit imprimé et en s'chargeant du transfert de chaleur approprié à partir des IC drivers.
Naturellement, cette économie mène pour abaisser la luminosité d'écran vidéo et la fréquence de rafraîchissement inférieure (proportionnellement au numéro de la LED groupe utilisé).
Disons que nous avons un écran avec deux groupes de LED suivre la méthode de répartition dans le temps. Le courant est fourni à un groupe pour assurer la luminosité requise. L'autre groupe est éteinte. Après une période de rafraîchissement le remplacement de groupes: maintenant le deuxième groupe est actionné tandis que le premier va obscurité. Par conséquent la période nécessaire pour remplacer toute l'information sur l'écran devient deux fois plus longue.
Le concept de la fréquence de rafraîchissement devient dans ce cas-ci bien plus subtile. À proprement parler, la période du rafraîchissement ou d'un temps minimum nécessaire pour remplacer l'image sur l'écran entier double. Cependant, parce que chaque groupe la durée de période de formation d'image demeure sans changement, et nous peut arguer du fait que la fréquence de rafraîchissement demeure la même qu'avant.
Écran LED, fréquence de rafraîchissement et œil humain
Principalement, la fréquence de rafraîchissement affecte la perception d'image. Nous habituellement percevons une image sur un écran en tant que lisse et ne notons pas un effet de papillotement parce que la fréquence du papillotement est plutôt haute. Notre perception visuelle est une psychologique comme l'examen médical en nature. Les différents flashes de la lumière se résument dans «lissent» l'image par notre cerveau. Selon la loi du Bloch, ce résumé dure approximativement 10 ms et dépend de la luminosité des flashes légers. Si léger les papillotements avec la fréquence suffisante (soi-disant CFF de seuil - Critique fréquence de papillotement), œil humain ne note pas la pulsation selon la loi de Talbot-Plateau. Le CFF de seuil dépend de beaucoup de facteurs tels que le spectre de la source lumineuse, positionnement de la source lumineuse par rapport à l'œil, niveau de luminosité. Cependant, en conditions normales cette fréquence ne dépasse jamais 100 Hz.
Ainsi, un œil humain ne distinguera aucune différence dans des images d'écran LED formées avec un MLI ou des méthodes modifiées de MLI avec des fréquences de rafraîchissement variant de 100 Hz à 1 kHz.
Écran LED, fréquence de rafraîchissement et caméra vidéo
Cependant, un œil humain n'est pas le seul instrument qui peut percevoir des images. Parfois nous employons les caméra vidéo pour enregistrer des écrans LED, et l'équipement visuel est basé sur des principes rigoureusement différents de celui utilisé par le cerveau humain. C'est particulièrement important pour toutes les installations d'écran LED dans les stades de sports, les expositions commerciales ou les salles de concert où des événements sont enregistrés avec des caméra vidéo. La durée d'exposition ou la vitesse d'obturateur dans des caméras vidéo modernes peut varier des secondes à une milliseconde.
Disons que nous regardons un écran LED où l'image est formée suivre la méthode traditionnelle de MLI avec la fréquence de rafraîchissement de 100 Hz. L'écran vidéo montre une image statique. Si nous essayons d'enregistrer cette image avec un caméra vidéo utilisant vitesse d'obturateur de 1/8 une seconde (c.-à-d. durée d'exposition de 125 millisecondes) le photodétecteur enregistrera la lumière de l'image d'écran produite par 12.5 périodes de rafraîchissement. L'écran LED et notre caméra vidéo ne sont pas synchronisés et chaque images enregistrées par caméra correspondront à différent relatif au temps au commencement et à la fin du cycle de rafraîchissement. Mais avec cette vitesse d'obturateur élevée il n'y aura aucun conflit et l' caméra enregistrera une image douce de l'écran LED.
Si nous ramenons la vitesse d'obturateur à 1/250 de secondes où la durée d'exposition égale 4 ms, une images caméra seront 2.5 fois plus courtes que la période de rafraîchissement sur l'écran LED. Cette fois l'anomalie entre le commencement des images d' caméra et le commencement du cycle de MLI sera significative. Quelques images correspondront toujours au commencement du cycle de MLI, à d'autres au milieu, et à d'autres à la fin du cycle. Chaque images enregistreront le flux léger différent et graduellement l'erreur s'accumule. Quand nous regardons la vidéo enregistrée la luminosité des images sera sensiblement différente. Typiquement, tous les objets enregistrés avec la durée d'exposition courte semblent moins lumineux. L'caméra enregistrera l'effet de «papillotement» sur l'écran LED. Si l'autre réduit de durée d'exposition encore nous verra certainement que quelques images noires (quand le commencement des images d' caméra correspond à la période courte de MLI où les LED sont éteintes) et la vidéo enregistrée papillotement encore plus.
Ainsi, si nous employons un caméra vidéo pour enregistrer un écran LED avec la fonction traditionnelle de MLI, la fréquence de rafraîchissement devrait être compatible avec ou dépasser l'exposition d'caméra.
Sur des écrans LED avec la fonction modifiée de MLI la même logique s'applique. Puisqu'en mode élevé de luminosité allumer la période de la LED est «diffusion» au-dessus du cycle de MLI, l'image enregistrée sera plus stable comparée à la fonction traditionnelle de MLI. Mais à la basse luminosité la situation demeurera la même: l'image enregistrée perdra la luminosité ou papillotement.
Comme vous voyez sans synchronisation appropriée n'importe quel enregistrement vidéo d'un écran LED aura comme conséquence les déformations dans l'image enregistrée. Nous pouvons comparer ceci à enregistrer la TV analogue à un caméra vidéo analogue: les différences en modes de balayage des deux dispositifs mèneront à un effet des lignes noires diagonales séparant des images TV.
Une autre publication importante est la synchronisation des contrôleurs d'écran LED. Des grands écrans LED sont faits de cases (des modules LED et/ou des coffrets) cette formation image d'affichage produite par différents contrôleurs. Si ces contrôleurs ne synchronisent pas le commencement du cycle de MLI (c.-à-d. le commencement du cycle sur différentes pièces de l'écran) nous pouvons rencontrer le problème suivant: le cycle de rafraîchissement sur quelques pièces de l'écran LED correspondra aux images d' caméra et sur d'autres pièces de l'écran il pas. Si l'exposition est compatible avec le cycle de rafraîchissement, une partie de l'écran vidéo semblera plus lumineuse, des autres plus foncés. L'image entière se composera des rectangles foncés et lumineux et sera inconfortable pour observer.
Le coût de l'écran LED de rafraîchissement élevée
Indépendamment de la méthode de génération de MLI ils tous ont les dispositifs communs. La génération de MLI opère une certaine fréquence de horloge Fmli. Supposons que nous devons produire d'un certain numéro N des niveaux de luminosité. Dans cette fréquence de rafraîchissement de cas Fr ne peut pas dépasser Fmli/N.
Voici quelques exemples pour illustrer le rapport ci-dessus:
| Horloge de MLI | Niveaux de luminosité | Rafraîchissement |
|---|---|---|
| Fmli=10 MHz | N=256 (8 bit par canal) | Fr=39 kHz |
| Fmli=10 MHz | N=1024 (10 bit par canal) | Fr=9.8 kHz |
| Fmli=10 MHz | N=2048 (11 bit par canal) | Fr=4.9 kHz |
| Fmli=10 MHz | N=65536 (16 bit par canal) | Fr=152 Hz |
| Fmli=20 MHz | N=65536 (16 bit par canal) | Fr=305 Hz |
Ces numéros démontrent que chaque LED d'écran vidéo suit un certain procédé de génération indépendant de MLI, c.-à-d. la méthode de génération de MLI est programmée directement dans des IC drivers.
Avec des IC drivers simples et bon marché, le MLI est produit sur un contrôleur pour l'écran LED. Nous devrions alors considérer combien de drivers sont liés consécutivement et sont entretenus par un procédé de génération de MLI. Si un arrangement de génération de MLI exige de rendement de M 16-des drivers de canal, la fréquence de rafraîchissement peut ne pas dépasser Fmli/(N*M*16, autrement elle mène pour abaisser de manière significative la fréquence de rafraîchissement ou la nécessité d'augmenter la fréquence du signal d'horloge.
En cas de répartition dans le temps (entrelacer le balayage) la fréquence de rafraîchissement tombe proportionnellement au coefficient de division.
Ainsi, pour augmenter la fréquence de rafraîchissement sur des écrans LED les options suivantes sont disponibles:
- Utilisation des drivers (chers) «intelligents»;
- Augmentation de fréquence de horloge du procédé de génération de MLI;
- Réduction du nombre de niveaux de luminosité (profondeurs des couleurs).
Chaque méthode a des avantages et des imperfections. Les drivers intellectuels sont beaucoup plus chers que des IC drivers simples; l'élévation de la fréquence de horloge mène à une consommation de puissance plus élevée (exige par conséquent des mesures additionnelles pour que le transfert de chaleur évite de surchauffer); le nombre peu élevé de la luminosité nivelle affecte négativement la qualité d'image.
Conclusion: Rafraîchissement sur des écrans LED
Les fabricants d'écran LED emploient fréquemment la fréquence de rafraîchissement comme outil de vente en revendiquant l'excellente qualité d'écran. La présupposition est que plus est haute la fréquence de rafraîchissement plus est la qualité d'image meilleure. Cependant, souvent les numéros servent à confondre seulement les abonnées potentielles. Par exemple, la fréquence de rafraîchissement de plusieurs kHz signifie qu'ou la méthode modifiée de génération de MLI est employée (quand la fréquence de rafraîchissement est en fait différente pour différents niveaux de luminosité) ou que les profondeurs des couleurs sont inacceptable basses.
Nous devrions nous rappeler que la fréquence de rafraîchissement élevée et les valeurs élevées de profondeurs des couleurs peuvent seulement se produire aux niveaux élevés de luminosité qui sont en soi une idée fausse, puisqu'un écran LED ne devrait pas toujours fonctionner à la capacité 100%.
Pour le cas du balayage entrelacé la valeur de fréquence de rafraîchissement correspondra seulement à un cycle de MLI pour un groupe de LED, alors que la fréquence de rafraîchissement réelle pour l'écran (qui affecte notre perception) sera plusieurs fois plus bas.
Elle est plus instructive et honnête pour mentionner des profondeurs des couleurs et la fréquence de horloge pour le MLI et la gamme approximative de la fréquence de rafraîchissement pour l'écran (par exemple, 200-1000 Hz) en cas de fonction modifiée d'écran de MLI. Si un écran LED est basé sur le principe de répartition dans le temps (par exemple, répartition dans le temps = 1:1 - absence de répartition dans le temps, répartition dans le temps = 1:2 - le MLI opère seulement la moitié de l'écran etc.).
Le paramètre ci-dessus n'est pas essentiel pour notre perception. L'œil humain n'enregistre aucune différence de qualité d'image aux fréquences au-dessus de 100 Hz. En conséquence, on devrait décider si la fréquence de rafraîchissement élevée est vraiment nécessaire et si elle est à payer intéressant extra elle.
La fréquence de rafraîchissement et l'uniformité de l'image d'écran enregistrée sont seulement importantes dans les cas où un écran LED devient fréquemment un objet pour l'enregistrement vidéo (des stades et des salles de concert). Par conséquent, il est meilleur à d'abord conduisent un certain enregistrement d'essai avant de signer le contrat d'achat.
