LED显示屏阵列式控制系统
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摘要：本文简要介绍了LED显示屏阵列式控制系统，分析了传统集中式控制系统和新兴的阵列式控制系统优缺点以及应用，并在显示图像效果、功耗进行了比较,详细介绍了阵列式控制系统的组成及实现过程。
关键词： LED显示屏阵列式控制系统 集中式控制系统 亮度调节
目前LED显示屏控制系统主要为集中式控制系统，这是目前大部分厂家采用的控制系统，其优点是便于控制，成本低，主要应用于普通产品；本人所在单位最近开发了阵列式控制系统，其优点是控制效果好，能大幅度提高显示屏的显示效果，主要应用于高档全彩色LED显示屏。
此控制系统的研制是专门为了解决高档LED显示屏播放视频时换帧频率不高、灰度等级不足、色彩均匀性不好等问题，本系统由一块主控板、若干块副控板和安装在显示屏箱体内的若干个扫描板组成，相当于每个箱体中采用了一套控制系统进行控制，采用这种结构充分提高了显示屏的可靠性和显示的效果，特别对于面积比较大（象素数较多）的室外全彩色显示屏来说，在效果上提升的更加明显。
采用了“阵列式”控制系统之后，首先，可以将显示屏的换帧频率由现在的60Hz左右提高到120Hz以上，远远大于人的眼睛分辨能力，使人在观看时无任何频闪和水波纹现象出现，提高了显示的质量；其次，可以将显示屏红、绿、蓝三基色的灰度级别从现在的256级提高到1024级，使颜色更加鲜艳，色彩还原性更好，显示的图像更真实；最后，采用LDVS信号进行传送，最大化地避免了信号的损失，使整个显示屏显示内容同步，提高了显示屏的一致性，整个显示屏无任何色差色块出现。
“阵列式”控制系统由主控系统、副控系统、扫描板三部分组成,具体实现过程如下:
1.主控系统：
主控系统负责接收数据源发送的显示数据，数据接收的可靠性，直接影响到LED显示屏的图像质量和内容的正确性。其工作频率的高低，也影响到数据源的选取。高频工作的主控系统，其数据带宽较高，可以接收高刷新率的数字视频图像数据，原始图像的刷新率越高，其图像质量也越好，反应在LED显示屏上的最终图像质量也更好。
主控系统负责接收显示数据，并对显示数据进行反伽马校正。由于目前大部分数据源的伽马校正都是针对非线性的CRT型显示器件的，而LED显示屏使用的是工作在线性区域的LED元件，因此必须对原始数据进行反伽马校正，以便使得提供给LED显示屏的数据是线性的，达到还原真实色彩的目的。主控系统在完成反伽马校正后，即开始进行数据的整理，将显示数据整理成副控、扫描系统格式化的数据。根据显示屏模组排列和模组的电路设计，数据整理的工作是：将数据按照有利于传输和扫描的原则进行格式化排列，这样减少副控和扫描板的数据整理、运算工作，更大幅度的提高扫描频率以及最终的图像刷新率，达到降低副控系统、扫描板器件容量要求即降低系统成本的目的。
2．副控系统
副控系统是安装在显示屏内部的辅助控制系统，副控系统板之间的信号传输也是采用LVDS信号标准，采用同主控系统同类别的低容量器件，管脚排列与主控系统板的器件兼容，可直接升级，达到增加算法、处理方式等升级设计。
副控系统接收来自主控或上级副控系统的数据，并将数据写入SRAM，SRAM的结构为双BANK方式，写入和读出互不影响。在数据读出时，首先将显示数据按照公司自己研发的一套经验数据进行校正，将数据由初始数据的8bit 扩展到10 bit，采取的技术为LUT查找表方式，使用FPGA内部LUT资源。经过伽马校正后的数据，就是从4096级理论灰度中选取线性最好的1024级灰度！达到更好的图像、色彩还原能力！
3．工作过程是：
A．按照系统定义的每个副控系统负责的显示行数，首先对接收数据进行判别，如果属于本控制范围内的，启动数据写入电路，将数据写入SRAM中的一个BANK，否则将数据输出到副控级联接口，直到复位信号到来全局复位，完成一帧数据的写入。
B．SRAM中读取数据，将数据进行LUT查找，扩展数据的位宽到10位，完成伽马校正。
C．完成伽马校正后的数据进行位分离，以8个像素点的数据为一组，分离出8个8位数据，每个数据代表原始数据的一位，数据经格式化打包。
4．扫描板
扫描板完成数据接收、级联发送以及数据读出和扫描工作，灰度的形成最终由扫描板完成。
首先将副控或上级扫描板发送过来的数据，经显示数据位置判别后，确定写入SRAM还是直接输出到级联输出接口，工作状态的转换由副控发出的复位信号决定。
为更好的提高扫描频率，同时降低对模组设计的难度以及成本的综合控制，要完全达到1024级别的灰度等级，必须采用适当高的数据移位时钟频率，模组间不能级联，否则由于模组显示过程中电源电流的高速变化，会通过电源引起EMI干扰，进而对以为是中产生畸变，扫描数据统一为始终不能完全同步，灰度的形成受到干扰，甚至不能形成图像。
所有模组间没有信号连接，减少了模组间的信号串扰。一个扫描板对应较少的显示模组。这种结构可大幅度提高移位时钟的频率，从而对灰度的形成和提高图像刷新率提供可靠的技术保障。在移位时钟的选取上，确保20MHz的工作频率不发生图像的干扰现象，良好的模组PCB设计能够达到驱动芯片的极限----25MHz。
当选择20MHz移位时钟频率产生1024级图像灰度时，图像刷新率为150Hz，即数据源的2倍以上，完成每场数据扫描2次，保证了显示屏的亮度损失最小；灰度等级分明线性好；没有令人眼疲劳的图像闪烁现象。
5. 结束语
就目前而言，阵列式LED显示屏控制系统已明显显示了在高端显示屏应用的优点，随着时间的推移和技术的进步，也必将会被进一步完善。
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