聊聊身边的嵌入式,靓丽的LED广告屏

  1. 全彩LED显示屏

不知道你的记忆中是否还记得这种用多个显示器拼接起来的大屏幕。虽然整体看起来是一个比较大的画面,但中间的拼接线却让人感觉特别的不舒服。

可是你现在是不是越来越多的看到下面这种新型的大屏幕,很神奇的是中间讨厌的分割线消失了,而且色彩十分亮丽。对,这种就是LED显示屏。不知你还记不记得2008年的奥运会开幕式上的巨幅画轴,同样采用的也是LED显示屏,更是把人带入如梦似幻的美妙境界,给人留下难以磨灭的记忆。

早期的大型拼接屏一般都是采用DLP或LCD屏幕,它们因为技术原理和工艺的限制,单个屏尺寸都没有办法做的特别大,而LED显示屏,显示原理跟它们完全不一样,可以做出尺寸超大的屏幕,而且色彩更炫,画面更逼真,即使在阳光下画质也很清晰,不管是户外还是室内,都得到了越来越多的应用。

下面我们来看一下LED大屏是如何工作的吧。最后我们会介绍一些主要的大屏,控制器,以及芯片厂家,还有最新的行业动向。

2. LED显示屏是如何工作的

尽管从远处看LED大屏幕是一个整体,其实它还是由一个一个独立的显示模组拼接而成,只不过模组和模组是紧紧挨在一起的,模组上的LED灯珠之间的间距,是大屏的一个重要指标。比如说间距6mm,就是P6;间距1.0mm,就是P1.0。大间距的显示屏一般用在户外,观看距离比较远,小间距屏一般用在室内,比如指挥大厅等,在很近的距离上仍然看起来很清晰。

LED大屏控制系统主要由发送卡(Controller)和接收卡(Receiver)组成。发送卡的作用是把要显示的画面,按照大屏幕显示模组的排列顺序进行切割,打包编码,并通过千兆以太网发送至各个模组的接收卡。接收卡把自己负责的画面接收下来后,再把这些数据发送至驱动芯片,驱动芯片用这些数据控制一个个的LED灯珠的亮度。这原理看起来似乎挺简单的,就是搬运一下数据而已。但实际做起来就会发现还是有不少难点。

拿发送卡来说,它通过HDMI或DVI接收视频数据。我们计算一下比较典型的1920 x 1280分辨率的画面,一个像素点需要3个LED (R,G,B)灯珠来显示,每个灯珠用一个字节来表示它的亮度,那么一帧画面会有1920*1080*3*8=49766400bits 的数据,再考虑视频一般每秒60帧,那么每秒会产生1920*1080*3*8*60=2.99G bits的数据。这么大的数据量,而且实时性还要高,想想一般的MCU,CPU,DSP等肯定是没戏了。为了应付这么大的数据量,一般都采用速度高,而且并行处理能力超强的FPGA作为处理的核心,它接收视频数据后先缓存到乒乓存储器,切割画面并打包发送。

发送卡分为同步卡和异步卡。同步卡就是通过HDMI/DVI从外部获取视频数据,并同步显示到LED大屏上,也就是PC屏幕上显示什么,那么同时在LED大屏上也播放什么。而异步卡会把视频播放器集成在一起,视频源预先存储在卡内,或者通过网络远程下载到卡里,工作时不需要外部的视频源。发送卡一般通过USB等通讯口获取配置信息,并上报工作状态。

接收卡按照自己在屏幕中所处的位置,从以太网数据流中截取相应的数据,然后通过串行的时钟和数据线把数据推送进相应区域的驱动芯片,驱动芯片的引脚输出PWM来控制LED灯珠的亮度。一个引脚控制一颗LED无疑是最理想的,但这样需要的驱动芯片会非常多,所以一般都采用扫描的控制方式。驱动芯片的一个引脚控制一列LED,然后每一行分时导通(行扫描)。

3. LED行业信息

目前LED大屏行业分工挺细。一般做灯板的专做灯板,做控制器的专做控制器,还有企业专门负责系统集成,安装维护。当然也有一些大企业自己几块儿都做的。

生产LED大屏的企业很多,规模比较大的有六家上市企业:利亚德、洲明科技、艾比森、雷曼光电、奥拓电子及联建光电。生产控制系统的有西安诺瓦星云科技,灵星雨,卡莱特等。诺瓦的控制器占据了非常大的市场份额。

LED驱动芯片:德州仪器(TI),台湾聚积(Macro Block),集创北方(Chiponeic)。

FPGA主要厂家:Altera(已被Intel收购),Xilinx,安陆科技(Anlogic)。

千兆网口芯片:瑞昱(Realtek),博通(Broadcom)。

LED灯:日亚,欧司朗,Lumiled,首尔半导体,亿光,国星光电,木林森。

当前LED显示屏行业越来越往小间距,高分辨率的方向发展。利亚德在2020年3月与台湾晶元光电股份有限公司合资成立的利晶微电子(无锡)有限公司, 建成了全球首家Micro LED量产基地。三安光电,瑞丰光电,京东方等公司也都在积极布局。最近在中国光学光电子行业协会的主导下也通过了一些规范,如《室内小间距/Mini LED显示屏规范》,《室内COB小/微小间距LED显示屏技术规范》,《室内LED一体机技术规范》等。十年前LED行业的小间距电视革命大规模取代了DLP和LCD拼接墙,那么十年后的今天Micro LED又将带来什么翻天覆地的变化呢?让我们师母已呆。

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