نحوه تشکیل تصویر در نمایشگر LED – روش مدولاسیون پهنای باند و روش اسکن

///نحوه تشکیل تصویر در نمایشگر LED – روش مدولاسیون پهنای باند و روش اسکن

 روش های تشکیل تصویر در نمایشگر LED :

تشکیل تصویر در نمایشگر LED به دو روش مدولاسیون پهنای پالس و اسکن  می باشد. در ادامه با این دو روش و کاربرد آن ها آشنا می شویم :

۱-مدولاسیون پهنای پالس : (PWM  (Pulse-Width Modulation

نمایشگر LED می تواند تصاویر ایجاد شده در یک کامپیوتر را به نمایش بگذارد. تقریبا تمامی فرمت های ویدیویی و تصویری، قابل پردازش توسط برد کنترلی نمایشگر های LED می باشد. این تصاویر توسط کامپیوتر کنترل کننده نمایشگر و یا کنترل کننده ویدیویی به داده های دیجیتالی رمز گشایی می شود و سپس مشخصات هر یک از اجزای تشکیل دهنده تصویر( پیکسل های تصویری) مانند شدت درخشندگی آن ها  به صورت رشته ای از داده ها برای برد کنترل کننده نمایشگر LED  ارسال می شود. برد کنترلی یا همان ارسال کننده (Sender Card) پس از پردازش داده ها، آن ها را برای کارت های دریافت کننده (Receiver Cards) که بر روی هر یک از بلوک های تصویری نمایشگر LED  قرار دارند ارسال می کند و پس از آن این کارت ها وظیفه توزیع داد ها (Distribute) بین ماژول های LED را دارد. هر یک از ماژول های LED مجهز به تعدادی راه انداز (LED Driver) هستند که این را ه اندازها با تزریق جریان به هر یک از LED  ها آن ها را بر اساس میزان درخشندگی روشن می کند.

همانطور که گفته شد هر یک از پیکسل ها دارای درخشندگی مستقل می باشد بنابراین باید به گونه ای با تغییر جریان خروجی راه اندازهای LED، سطح درخشندگی پیکسل ها (LED ها) را کنترل نمود. PWM (تعدیل یا مدولاسیون پهنای پالس) روشی است برای کنترل میزان درخشندگی هر یک از LED  ها به گونه ای که با تغییر مدت زمان روشن بودن نسبت به زمان خاموشی آن ها، میزان درخشندگی LED ها را کنترل نمود.

چشم انسان قادر به تفکیک درخشندگی منتشر شده از یک جسم نورانی، در صورتی که مدت زمان روشن بودن آن جسم در یک بازه زمانی مساوی تغییر بکند را دارد .برای درک موضوع فرض می کنیم بیشترین زمان روشن بودن یک LED ده میلی ثانیه می باشد در صورتی که در تمام این مدت LED روشن بماند بیشترین درخشندگی را خواهیم داشت. حال فرض کنیم این LED فقط به مدت ۵ میلی ثانیه روشن و ۵ میلی ثانیه بعدی خاموش باشد بنا براین شدت درخشندگی آن به صورت خطی نصف خواهد شد. حال اگر این فاصله زمانی را به ۲۵۶ قسمت تقسیم نماییم می توانیم ۲۵۶ سطح درخشندگی را برای هر یک از LED ها ایجاد نماییم و در نتیجه اگر سه رنگ LED داشته باشیم می توانیم با این روش (۲۵۶×۲۵۶×۲۵۶)۱۶.۷ میلیون رنگ را توسط آن ها ایجاد نماییم.

 

روش تشکیل تصویر با PWM            در روش تشکیل تصویر با PWM شانزده میلیون رنگ ایجاد می شود

کاربرد روش PWM و معایب آن :

علاوه بر روش PWM در ایجاد سطوح درخشندگی متفاوت مسئله ای که بسیار با اهمیت می باشد، نرخ تازه سازی تصویر  (Refresh Rate) می باشد.

در نمایشگر های بزرگ تعداد زیادی LED به کار گرفته می شود (در هر متر مربع حدود ۱۰۰۰۰ LED)، یکی از روش های تشکیل تصویر این است که تمامی LED ها (پیکسل ها) همزمان با هم روشن شوند و با روش PWM میزان درخشندگی هر یک از LED ها را کنترل نمود.

در این روش میزان درخشندگی نمایشگر بسیار بالا می باشد اما یکی از مشکلاتی که در این روش وجود دارد مصرف بالای انرژی می باشد و در صورتی که اندازه نمایشگر بزرگ باشد این مسئله بسیار بحرانی و پر هزینه خواهد بود از طرفی چون تمامی پیکسل ها به صورت همزمان روشن می شوند به ناچار می بایستی به ازای هر LED یک پایه کنترلی مستقل از آی سی در نظر گرفت که این مسئله هم باعث افزایش قیمت تمام شده هر ماژول و در نهایت نمایشگر می شود. از طرف دیگر برای ماژول های LED که دارای گام کم می باشند ( از P10 به پایین) با فضای بسیار کمی برای قرار دادن آی سی های راه انداز در مدار ماژول ها رو برو خواهیم بود.

مسئله بحرانی دیگر گرمای تولید شده بسیار بالا توسط کل نمایشگر خواهد بود که به علت روشن بودن همه LED ها به صورت همزمان ایجاد خواهد شد. به طور خلاصه معایب این روش شامل موارد زیر می باشد:

  • قیمت تمام شده بالا
  • مصرف انرژی بسیار زیاد
  • گرمای تولید شده بالا و د نتیجه نیاز به خنک کننده های قویتر
  • محدودیت فضا برای برد الکترونیکی ماژول های با گام برابر و کمتر از ۱۰میلیمتر

این روش برای ماژول های LED با گام بیشتر ( ۲۰ تا ۲۵ میلی متر ) مناسب است که در اینصورت تراکم LED در هر متر مربع کمتر خواهد بود. ماژول های با گام ۲۰ تا ۲۵ میلی متر برای ساخت نمایشگر با ابعاد بسیار بزرگ ( بزرگ تر از ۳۰ متر مربع ) مناسب است . معمولا در نمایشگر های بسیار بزرگ فاصله دید بیننده از نمایشگر زیاد می باشد و در نتیجه تصویر مشاهده شده از یکپارچگی و کیفیت قابل قبول برخوردار می باشد.

 ۲- روش اسکن و مسئله نرخ تازه سازی (Refresh Rate)

روش دیگری که برای تشکیل تصویر و نمایش آن بر روی نمایشگر LED استفاده می شود روش اسکن سطر های تصویر نمایش داده شده بر روی نمایشگر می باشد به این معنی که بجای روشن کردن تمامی پیکسل های تصویر به صورت همزمان در هر لحظه فقط چند سطر از نمایشگر روشن شود و بقیه سطرها خاموش باشند. اگر در هر لحظه فقط ۱/۴ سطر ها روشن باشند در نتیجه مصرف انرژی نیز ۱/۴ خواهد  بود و از نظر تئوری شدت درخشندگی نیز ۱/۴ خواهد بود.

فرض کنیم ۴ سطر نورانی داریم اگر در هر یک ثانیه فقط یکی از این سطر ها روشن باشد، چشم انسان به راحتی حرکت روشن و خاموش شدن سطرها را می تواند درک کند و توالی روشن و خاموش شدن سطرها را دنبال کند اما سرعت دنبال کردن حرکت و ثبت نقاط درخشنده توسط چشم محدود می باشد و اگر سرعت حرکت روشن و خاموش شدن سطرها زیاد شود ( در حدود ۵ میلی ثانیه به ازای هر سطر) چشم انسان دیگر توانایی دنبال کرد حرکت سطر ها را نخواهد داشت و چشم همه سطرها را روشن خواهد دید اما در این سرعت نیز تا حدودی لرزش تصویر قابل درک می باشد، هر چه سرعت روشن و خاموش شدن سطرها بالا تر رود لرزش نیز برای چشم انسان دیگر غیر قابل درک خواهد شد.

همانطور که بیان شد اگر سطر اول ۵ میلی ثانیه روشن باشد و سطر ها یکی پس از دیگری روشن و  خاموش شود پس از رسیدن به سطر آخر و برگشت دوباره به سطر اول ۲۰ میلی ثانیه زمان سپری خواهد شد تا سطر اول دوباره روشن شود(در این مثال برای ۴ سطر) و این به معنی آن است که فرکانس روشن و خاموش شدن سطرها ۵۰HZ می باشد به این فرکانس و یا به عبارت دیگر سرعت بازگشت به سطر اول نرخ تازه سازی(Refresh Rate) گفته می شود و یکی از پارامترهای بسیار مهم در نمایشگر ها ی LED و دیگر نمایشگر ها می باشد هر چه فرکانس تازه سازی بالا تر باشد نمایشگر از نظر عدم لرزش و در نتیجه کیفیت تصویری بالاتر خواهد بود.

سطر های یک ماژول می توانند به صورت ۲، ۴ و ۸ تایی دسته بندی شده باشند به این معنی که در هر لحظه فقط ۱ (در دسته بندی ۴ تایی) سطر از ۴ سطر روشن می باشد و بقیه خاموش خواهند بود و اگر فرض شود یک ماژول ۱۶ سطر داشته باشد در نتیجه فقط ۴ سطر از ۱۶ سطر ماژول روشن می باشد که در نتیجه گفته می شود ماژول مورد نظر با اسکن ۱/۴ کار می کند. معمول ترین دسته بندی به صورت ۴ تایی می باشد که هم از نظر درخشندگی بسیار مناسب می باشد و هم از نظر مصرف انرژی بهینه شده است.

بیشتر بدانیم : نمایشگر انعطاف پذیر : این نمایشگر دستبند دیجیتال شما می شود 

بیشتر بدانیم : فاکتورهای موثر در کیفیت تصویر – گام پیکسل

رابطه فرکانس PWM و فرکانس Refresh

با توجه به توضیحات داده شده نرخ تازه سازی و PWM دو پارامتر بسیار مهم در به نمایش گذاشتن تصویری با کیفیت بر روی نمایشگر های LED می باشند.

در نمایشگر های LED همزمان با اسکن صفحه نمایش و بازه زمانی که هر سطر در حالت روشن(فعال) قرار دارد یک فرکانس کاری دیگر نیز داریم که مربوط به کنترل سطح درخشندگی هر یک از پیکسل ها (LED ها) می باشد که همان کنترل سیگنال به روش PWM می باشد به این معنی که اگر فرض شود یک سطر ۵ میلی ثانیه در حالت فعال قرار دارد، هر یک از LED ها هم همزمان در حالت روشن و خاموش شدن پیاپی هستند که در نتیجه از طریق آن سطوح درخشندگی متفاوت و در پی آن و در ترکیب با رنگ های دیگر (LED  های دیگر) طیف های نوری متفاوت خواهیم داشت. اما بین نرخ تازه سازی (Refresh Rate) و PWM رابطه مستقیمی وجود دارد که  باید مورد توجه قرار گیرد.

فرض کنیم تعداد سطوح درخشندگی که یک نمایشگر LED می تواند به نمایش بگذارد N  سطح می باشد، نرخ تازه سازی تصویر Fr و فرکانس اصلی ( که همان فرکانس PWM می باشد) برای هر سطر نیز FPWM در این صورت Fr نمی تواند از FPWM/N بیشتر باشد در زیر رابطه بین Fr و FPWM برای سطوح مختلف درخشندگی آورده شده است:

Refresh rate

Brightness level

PWM clock rate

Fr=39 kHzN=256 (8 bit per channel)Fpwm=10 MHz
Fr=9.8 kHzN=1024 (10 bit per channel)Fpwm=10 MHz
Fr=4.9 kHzN=2048 (11 bit per channel)Fpwm=10 MHz
Fr=152 kHzN=65536 (16 bit per channel)Fpwm=10 MHz
Fr=305 kHzN=65536 (16 bit per channel)Fpwm=20 MHz

بیشتر بدانیم : پیکسل مجازی و پیکسل واقعی در نمایشگر LED و تاثیر آن در کیفیت تصویر نمایشگر LED

توسط | ۱۳۹۶/۹/۲۸ ۱۴:۳۴:۲۷ ۱۳۹۶/۰۷/۰۳|پارامترهای کیفیت تصویر دسته بندی ها|برچسب ها: , , |

در باره نویسنده :

ثبت ديدگاه

پنج + هشت =