По принципу записи информации светодиодные экраны делятся на две группы: асинхронные и синхронные. К асинхронным экранам относятся, в первую очередь, рекламные экраны. Для них, с помощью специальной программы, готовится ролик длительностью 2 - 5 минут, состоящий из графики, текста и видео. Этот ролик объемом от единиц до сотен мегабайт передается из компьютера в экран по Ethernet или Wi-Fi.
Функциональная схема светодиодного экрана
Далее нас будут интересовать синхронные светодиодные экраны, в которых существуют два понятия частоты: частота смены информации Ffr (frame rate) и частота регенерации Frr (refrech rate).
Чтобы понять, что это за частоты, рассмотрим функциональную схему светодиодного экрана. Сформированное с помощью специальной программы изображение (видео, графика, текст) по интерфейсу DVI (цифровой видеоинтерфейс) передается на синхронный контроллер.
Обработанная в контроллере информация по Ethernet последовательно поступает на установленные в кабинетах приемные контролеры. Приемные контроллеры распараллеливают информацию на 4 - 16 каналов и передают ее на светодиодные модули М1 ... Mn. Размер кабинета от 2х4 до 4х8 модулей (от 32х32 до 128х96 см) и зависит от шага пикселей используемых модулей.
В простейшем случае передающий синхронный контроллер обычно вставляется в компьютер и соединяется по DVI с видеокартой. Для настройки контроллера используются специализированные программы, передающие команды по USB.
Например, синхронный контроллер SD 801 поддерживает экраны с информационной емкостью до 2048*1152 пикселей. Выходная информация из контроллера передается в экран по Ethernet на расстояние до 100 м по витой паре (кабель UTP 5 категории). В зависимости от информационной емкости экрана выбирается тот или иной вариант Ethernet. Пропускная способность стандартного Ethernet составляет 10 Мбит/с, Fast Ethernet 100 Мбит/с, Gigabit Ethernet 1 Гбит/с.
Для примера рассмотрим приемный контроллер RV998 с информационной емкостью 512х512 пикселей. По кабелю Ethernet информация по указанному адресу записывается в контроллер и далее транзитом поступает на другие контроллеры.
С выхода контроллера информация по 16-контактному разъему (т.н. интерфейс HUB75) поступает на светодиодные модули. Контроллер RV998 имеет 8 таких разъемов. При размере модуля 64х32 пикселя контроллер может обслужить 4х8=32 модуля.
Частота смены информации
Частота смены информации Ffr является постоянной величиной и равна 60 Гц (реже используются частоты 85 и 120 герц). Почему именно 60 герц? Это исторически связано с кадровой частотой телевидения (в Штатах). Для связи компьютера с экраном используется цифровой видеоинтерфейс DVI (Digital Video Interface), который базируется на дифференциальном сигнале с минимизированными переходами - T.M.D.S. (Transition Minimized Differential Signal). Стандарт DVI описан здесь. Ниже приведена схема DVI из этого стандарта.
Передача информации производится по четырем витым парам (по трем - информация, по одной - тактовая частота). В зависимости от информационной емкости экрана при постоянной частоте смены информации 60 Гц, частота передачи составляет от 25 до 533 МГц, как это показано в таблице.
Частоте 60 герц соответствует период 16,7 мс. За это время нужно передать, как минимум, 640х480 24-битных пикселей. Для этого и нужна частота передачи 25 мегагерц.
Частота регенерации
Понятие частоты регенерации возникло только после появления цифрового представления информации и памяти на кадр изображения. До этого частота вывода информации строго соответствовала частоте смены информации и составляла 60 герц.
Частота регенерации Frr определяется частотой слияния мерцаний. Обычно порог слияния мерцания лежит в диапазоне от 60 до 90 Гц. В настоящее время принято считать, что частота регенерации должна быть не менее 100 герц. Это необходимо и достаточно, хотя, большей частью в рекламных целях, применяется частота и 500 и даже 2000 герц.
Наиболее употребимым интерфейсом для светодиодного модуля является интерфейс HUB75, имеющий 6 информационных входов (2R, 2G, 2B).
В светодиодных модулях преимущественно используются специализированные микросхемы, включающие 16-разрядный сдвиговый регистр, 16-разрядный регистр - защелку и 16 токовых драйверов. Подробности в статье "Скан vs статика". Максимальная тактовая частота этих микросхем составляет 20 мегагерц.
При размере кабинета 128х128 пикселей для модулей с шагом пикселей 5 мм (2х4 модуля) и со сканом 1/8, необходимо закачать 8х128 бит информации по каждому цвету. С учетом того, что одновременно закачивается 2 бита, а максимальная частота драйверов равна 20 МГц, для закачки потребуется 0,05х8х128/2=25,6 мкс.
Тогда, при периоде регенерации 10 мс (частота 100 герц), такую закачку можно произвести 390 раз. Это означает, что при число-импульсном управлении яркостью (256 градаций на цвет или 16,7 миллионов цветовых оттенков) можно немного снизить тактовую частоту драйверов и немного повысить частоту регенерации Frr.
