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LED显示控制系统发展概述
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LED显示控制系统发展概述

2021-09-22 13:45:09 来源:盛世传媒

【哔哥哔特导读】随着LED显示屏技术的进步,人们对显示屏功能要求越来越高,为了满足客户需求,控制系统厂商早已不再局限于发展LED控制系统,而是将业务拓展到更多领域,比如视频处理器、拼接器等等。

上世纪八十年代末,我国LED显示屏诞生,作为LED显示屏核心组件的LED控制系统也同时诞生。LED显示屏是由独立LED器件或LED模块面板组成的平板显示器,用以显示文字、图像和视频等信息。控制LED显示单元按照用户需求实现正确显示的系统就是LED显示屏控制系统。LED显示屏控制系统,又称LED显示屏控制器、LED显示屏控制卡。它是组成LED显示屏的核心部件,主要负责接收来自计算机串行口或DVI接口的画面及视频显示信息,置入帧存储器,按分区驱动方式生成LED显示屏所能识别的串行显示数据和扫描控制时序。通过对点阵模块和控制电路的分析,确定LED显示屏的部件构成;通过对单片机及智能控制模块的分析,确定LED显示屏的组成结构和扫描驱动方式,实现LED显示屏的显示。随着LED显示屏从单双基色走向全彩并不断向更小间距的超高清方向发展,发展出透明屏、灯杆屏、广告机及商用一体机等更多细分领域,LED显示屏控制系统也因应发展需求,向着更高性能、更灵活的方向发展,也越来越走向细分化,至今已经发展成一个30~35亿元的专业LED显示屏控制市场(包括视频处理器)。

LED

控制系统的基本概念

1、什么是控制系统?

LED显示屏控制系统(LED Display Control System),是按照用户需求控制LED大屏幕正确显示的系统,按照联网方式分为联网版和单机版两大类。联网版又称为LED信息发布控制系统,可以通过云端系统控制各个LED终端。单机版又称LED显示屏控制器、LED显示屏控制卡,它是组成LED显示屏的核心部件、主要负责将外部的视频输入信号或者板载的多媒体文件转换成LED大屏幕易于识别的数字信号,从而点亮LED大屏幕的设备,其类似于家用PC中的显卡,区别在于PC中显示器为CRT/LCD等,本系统中显示器则为LED大屏幕。

按照接入信号方式则可分为同步系统和异步系统。同 步、异步概念起源于同步显示屏和异步显示屏,最早追溯到1992年,当时洛普隆重推出256级灰度VGA分辨率多色和全彩色显示屏,为了形象化宣传和推广,时任洛普公司总工程师的李熹霖老师提出“同步屏”概念,意思是使用洛普LED显示屏非常方便,只要用户在主控计算机的屏幕或屏幕的某一有限区域内产生任何画面,都能够给出满意的显示效果。随后,他们把蓝通的股票行情显示屏和类似相对简单的单色或三色条形文字符号显示屏,叫做“异步屏”!从此,业界就采用了这种概念进行宣传和推广,同步、异步控制系统也就跟着被人熟知。

同步控制系统,主要用来实时显示视频、图文、通知等。主要用于室内或户外全彩大屏幕显示屏。LED显示屏同步控制系统控制LED显示屏的工作方式基本等同于电脑的监视器,它以至少60帧/秒更新速率点点对应地实时映射电脑监视器上的图像,通常具有多灰度的颜色显示能力,可达到多媒体的宣传广告效果。其主要特点是:实时性、表现力丰富、操作较为复杂、价格高。一套LED显示屏同步控制系统一般由发送卡、接收卡和DVI显卡组成。

异步控制系统又称LED显示屏脱机控制系统或脱机卡。主要用来显示各种文字、符号和图形或动画。画面显示信息由计算机编辑,经RS232/485串行口预先置入LED显示屏的帧存储器,然后逐屏显示播放,循环往复,显示方式丰富多彩,变化多样。其特点是:操作简单、价格低廉、使用范围较广。LED显示屏简易异步控制系统只可以显示数字时钟、文字、特殊字符。LED显示屏图文异步控制系统除具有简易控制系统的功能外,最大的特点是可以分区域控制显示屏幕内容,支持模拟时钟显示、倒计时、图片、表格及动画显示,具有定时开关机、温度控制、湿度控制等功能。

市面上还有一种划分方式,即单(双)色控制系统和全彩控制系统。单(双)色LED显示屏的播放内容大多数为走字文件,如诸多的商店门头显示走字,还有会议、会标显示走字等等,这类播放内容的文件比较小,大多为几K,最多1~2M,所需内存比较小,故而单双色LED显示屏的控制系统大多为异步卡。该控制系统的发送方式有串口、网口、USB口,以及越来越流行的手机WiFi发送。

全彩LED显示屏的播放内容大多为图片、视频、PPT等数据比较大的文件,根据播放需求,既可以采用同步播放系统,也可以采用异步播放系统。同步播放系统多用来播放视频、PPT,其主体功能是与电脑的显示器同步显示播放内容,即电脑上播放什么,LED显示屏播放什么,主要应用于会议、办公室、舞台、大型展厅等。一般在电脑显示设置处设置为“复制模式”(或少数多屏同步播放要求“扩展模式”)。异步播放系统多用来循环播放通知、广告、宣传图片、宣传视频,其主体功能是将要播放的文字、图片或视频等内容发送到异步存储卡中,进行循环播放,多应用于小型展厅、街边广告屏、门头屏、交通诱导屏、街边立柱屏等场景。

2、LED显示屏控制系统的组成以及工作原理

LED控制系统主要由发送卡和接收卡两部分组成,发送卡从PC机上的DVI接口获取视频流数据后,经过相关的数据处理,通过以太网络发送给接收卡,接收卡再将接收到的数据进行相关的处理后驱动LED屏幕显示。对于全彩LED显示屏,接收卡可以根据箱体数量来算的,一般情况下都是一箱一卡,即一个箱体配一张接收卡。可以说,LED显示屏要想正常显示画面,接收卡是必不可少的。

不过,行业内也有企业宣传业内出现首个无接收卡LED显示屏项目――金展国际珠宝广场,直接将接收系统集成到了灯板上,完全省掉了LED屏要配接收卡这一步,从而节省了LED显示单元的空间,使得LED显示屏的厚度降到只有33mm。事实上,并不是没有接收卡,只是接收卡集成到了显示屏上,这个宣传有点混淆视听,但是其集成到显示屏灯板上这个创新还是值得肯定的,目前行业出现二合一、三合一系统,其实走的也是集成路线,让LED显示屏播放起来更加傻瓜化,用户使用起来更简单。业内人士预测,未来控制系统越来越轻薄化,有可能就变成一颗芯片集成到显示屏上,少了很多不必要的麻烦。

发送卡使用量就不及接收卡,一般一块屏幕也只需要配备一张发送卡,现在大部分厂家发送卡都集成到处理器上面,只有少量企业在出售单独的发送卡。

我国LED显示控制系统发展历程

1、从显示屏厂家独立研发转向专业控制系统厂商

LED 显示控制系统发展历史跟 LED 显示屏一样长,至今有三十多年历史,最开始是由显示屏厂家独立自主研发,当时各个屏厂研发出的控制系统只供自家显示屏使用,市场上很少有专业的控制系统流通。对于想进入本领域的企业来说形成很高的技术壁垒,由于采用技术或接口并不统一,相关屏厂的控制系统也无法做到彼此兼容。此后德普达、中庆微、灵星雨等企业推出了通用型控制卡,可以通用在大多数LED显示屏上,直接将控制系统技术门槛降低,吸引了一大批企业进入本领域,从此控制系统逐渐独立于显示屏市场,发展成为显示屏重要的核心组件。

事实上,LED控制系统技术含量确实比较高,早期的显示屏厂独立研发控制系统,需要占用企业大量的人力、物力资源,一些实力雄厚的企业虽有LED显示控制系统研发实力,但出于成本的考虑,依然会选择市场上较通用的控制系统。加上大部分显示屏中小企业并无控制系统研发实力,高度依赖专业控制系统厂商,这也为控制系统产业的发展壮大提供了机会。

早期的专业控制系统厂商有德普达、中庆微、灵星雨等,目前某些早期的控制系统厂商已经逐渐退出了市场,后续诺瓦、卡莱特、凯视达、灰度等新兴厂商成长迅速,共同支撑起LED显示屏控制系统产业。

2、新兴技术厂商加入,促进LED控制系统行业快速发展

LED显示屏产业的壮大,不仅吸引了大批企业进入到这一领域,也让更多有技术实力的企业将眼光瞄准了专业的LED显示屏控制系统市场,诺瓦、卡莱特、凯视达、上海灵信、摩西尔等新兴技术厂商加入,极大壮大了LED控制系统行业的技术实力。随着诺瓦将校正技术引入系统,让LED显示屏显示效果更好,一定程度上扩展了控制系统的范围。

目前,LED控制系统领域品牌主要有:诺瓦、卡莱特、灵星雨、凯视达、灰度、迈普视通、摩西尔、上海熙讯、上海灵信、唯奥视讯、视诚、仰邦、中航等品牌。值得一提的是,当前诺瓦和卡莱特均提交了上市申请,最新消息称,卡莱特IPO已获受理,也许不久的将来,证券市场上会出现一到两家以LED显示控制系统为主业的上市企业。据悉,卡莱特自2012年成立以来,以显示控制系统为基础,逐步延伸到其他领域,目前已打造LED显示控制系统、视频处理设备、云联网播放器三大产品类型。

诺瓦作为LED显示控制系统后来居上的龙头企业,对整个LED显示控制系统产业发展起到了重要推动作用。其将逐点校正技术引入控制系统领域,对行业来说可以说是一次技术革新。

那么什么是逐点校正技术?众所周知,LED显示屏亮度色度均匀性问题一直以来是困扰业内人士的一大难题,一般认为LED的亮度不均匀可以进行单点校正,来改善亮度均匀性,而色度不均匀是无法进行校正的,只能通过对LED色坐标进行细分和筛选来改善。随着人们对LED显示屏的要求越来越高,只对LED色坐标进行细分和筛选已无法满足人们挑剔的目光,对显示屏进行综合校正处理,使色度均匀性得到改善是可实现的。诺瓦本身在校正系统领域是佼佼者,其成功将逐点校正技术引入LED控制系统,解决了以上问题,经其校正后的LED显示屏画质明显更加清晰、颜色更加鲜亮、灰度更加精准,长时间观看大屏幕对人的眼睛伤害也减少,大受用户欢迎。

随着LED显示屏技术的进步,人们对显示屏功能要求越来越高,为了满足客户需求,控制系统厂商早已不再局限于发展LED控制系统,而是将业务拓展到更多领域,比如视频处理器、拼接器等等。同时视频处理器研发企业也因应发展需求,布局控制系统领域。当前迈普视通、唯奥视讯、视诚等相关视频处理器企业都已经进入到控制系统领域,未来,控制系统与视频处理器产业合二为一的趋势愈加明显。

3、控制系统领域发展分化,部分企业开始往细分化方向发展

这几年LED显示屏形态发生了巨大变化,从单一形态走向透明屏、3D、VR、创意显示等多元化发展模式,对控制系统厂商也提出了更高要求,促使一些控制系统厂商开始朝着更加细分化方向发展。针对细分领域,控制系统厂商提出了超大分辨率解决方案、室内小间距解决方案、舞台租赁解决方案、固装解决方案、异形屏解决方案、会议/教育一体机解决方案、XR虚拟拍摄解决方案、3D显示控制解决方案、云联网集群管理方案、智慧灯杆屏解决方案、车载广告屏解决方案等满足市场需求控制系统产品。

作为一个科技型产业,创新在发展中起着举足轻重的作用,因此也有一批厂商因为跟不上市场变化,被迫退出了历史舞台,部分创新能力强的公司反而在市场中占据重要位置。

当下LED显示屏技术呈现百花齐放的状态,COB、四合一、Mini/Micro LED等都有企业布局。以创新著称的诺瓦非常看好Mini/Micro LED领域,认为是显示行业未来发展趋势。诺瓦从多个维度入手,不断提高显示屏的亮度和颜色一致性,以更好地满足Mini/Micro LED显示屏的超高画质效果需求。除此之外,诺瓦还积极布局8K产品,并参与了全球首个AVS3视频标准制定,走在了行业前端。如今,诺瓦控制系统已经成功应用到春晚、北京大兴机场、进博会等等场景。面对LED显示行业的发展趋势,卡莱特也认为,未来5G+8K的普及与应用将为公司的产品拓展与业务成长提供绝佳的市场机遇与良好的发展环境。上海熙讯、灰度控制系统已经渗透到智慧灯杆屏、车载屏等应用领域。

4、基于定制化需求,自研控制系统兴起

俗话说“分久必合,合久必分”。专业控制系统厂商在LED显示屏通用市场上“大吃四方”时,某些特殊需求的定制化项目却苦于找不到与之相匹配的控制系统。由于LED显示屏正朝着细分化领域发展,各个场景对LED控制系统需求出现很多差异化,最终逼迫部分LED显示屏厂商不得不又开始走上自研路线。比如奥拓电子针对当下虚拟现实、裸眼3D等市场开发了自己的控制系统。奥拓电子研发的8K控制系统,不但拥有24位处理深度技术、8K超极清显示技术、48G视频数据传输及处理技术、广色域视频显示技术、超大带宽/光纤传输技术等一系列世界领先的技术,同时还具有快速屏体搭建、高色深显示、高处理深度、宽色域显示、3D技术、HDR10、配置灵活方便、WE服务器登录控制等特点。另外,奥拓电子还宣称,在2018年就推出了完全自主知识产权64K控制器,已经运用到国外伦敦大型地标建筑Outernet上,打造了360°全景沉浸式LED显示体验空间的范例。

洲明自主研发的UCM控制管理系统可全面集成拼接控制器、LED接收卡、LED播放控制器、PLC配电箱以及周边设备,帮助用户实现各类信号窗口、小间距显示屏系统的管理控制,调度各类业务应用上墙展示,构建“显示生态”。而上海三思针对智慧灯杆屏、交通屏等也有自己的适配解决方案。辉达智显也基于灯杆屏的需求,开发了独立的LED显示控制系统。

面对市场变化,一些屏企走上了独立自主研发控制系统的道路,但是相比行业发展之初,不可同日而语。当下的能够自主研发控制系统的显示屏厂都是实力雄厚,且心态更加开放,不仅能够分享自己的技术,同时还可以联合一些专业控制系统厂商共同研发一些先进的产品,共同为行业输入源源不断的动力。

控制系统领域面临的变化和挑战

因为疫情,今年控制系统的发展和创新也严重受阻。行业某专业人士分析,LED控制系统芯片大涨,而控制系统厂商迫于生存不敢轻易涨价,即便有几家企业发布涨价通知,但是涨幅微乎其微,远远抵消不了芯片、原材料涨价带来的成本增加,这是其一。其二,由于显示屏涨价,很多客户都在观望,控制系统厂商也受牵连,已有部分控制系统厂商今年有两三个月处于淡季。其三,由于上游驱动IC芯片产能不足,早期库存的一些劣质芯片流入了市场,劣质芯片必然会给LED显示屏带来很多的问题,有的显示屏在安装后显示效果不好,这就需要控制系统厂商花更多精力来做补救工作,比如加强校正,后期还会出现很多故障,控制厂商就需要多次调试等,这又无形中也增加了系统厂商的成本。所以,今年对控制系统厂商来说非常艰难,行业面临的挑战也非常多。

1、通用化和定制化并存,细分需求市场越来越分散

由于LED显示屏越来越细分化,为了迎合市场需求,部分控制系统厂商采取专攻细分领域策略,有的专注小间距大屏、车载屏、智慧灯杆屏,有的专注广告机、透明屏等,从而在某个细分市场中获得认可,保持稳定增长。据了解,2020灰度深耕车载LED屏以及智慧灯杆屏控制系统细分市场,成功点亮武汉、西安、西宁等地智慧灯杆,车载屏项目也在全国各地落地。无独有偶,上海熙讯也在本领域发力,其车载屏、智慧灯杆屏项目越来越多,在市场中占有一定市场份额。

据了解,中国有150万辆出租车在运行,而全球达到300万辆,如果按照10%安装车载屏来计算,全球有30万辆出租车需要安装显示屏和控制系统,再加上公交车、共享车的后视窗屏,这一块市场前景也是非常可观的。上海熙讯销售总监李龙分享道,未来出租车尾灯也可以做成LED屏形式,可以警示或提示后面车辆不要靠近等信息,这也是一个增量市场。除此之外,还有智慧灯杆屏等领域都是控制系统非常重要增长点。

近两年,国家密集出台了“交通强国”“新基建”等多项战略,大力推进“智慧路灯+车路协同”智慧道路建设,全国掀起了智慧灯杆热潮。去年一年,我国4个直辖市和13个省份智慧灯杆项目已经落地,数据统计,2020年全球智慧灯杆市场规模为89.5亿美元左右,2021年有望增长至103.5亿美元,2020年至2026年全球智慧灯杆市场规模将增长至218.8亿美元左右,年复合增长率约16.06%。不仅中国在各个城市落地智慧灯杆,全球许多国家探索布局试点了智慧灯杆项目,包括美国、新加坡、印度、德国、西班牙、韩国等,通过LED路灯部实现道路交通智能化管理。随着技术的成熟和试点的成功,智慧灯杆普及指日可待。

随着透明屏、LED一体机、电影屏等领域的崛起,对控制系统方面的需求也在增大。目前,六大上市公司都布局了透明屏项目,因为景观亮化、夜游经济的火爆,助推了透明屏在本领域市场发展速度,目前透明屏已经成为LED显示行业重要的推动力。LED一体机在会议、教育、党建、金融、新零售等领域也表现强劲,这些都是控制系统厂商关注的重点。不过也有部分控制系统厂商表示,目前LED一体机价格还是偏高,销售数量远不及LCD一体机,但是未来前景非常好,所以他们现在研发了相应的控制系统,但不是当前重点推广的领域。至于电影屏市场,继洲明、利亚德步三星后尘进入这一领域后,相信更多企业将布局这一潜量市场。目前我国大概有三万家电影院,全国银幕布有八万块左右,预计2023年突破10万块,按照美国市场的人均指标估算,国内市场至少能容纳13万~16万块,中国电影屏市场到达千亿级别,控制系统领域预计可以分得50亿元的市场份额。

除此之外,随着LED显示应用领域扩宽,3D、XR等新兴应用已经到来,未来细分领域会更多。控制系统厂商还需要不断研发新的方案,以适应市场的新需求。在小间距超高清领域,借助5G的优势,同步控制系统需求大,产品相对通用化,但是面对新的细分领域,定制化要求高,这是新的挑战。

2、控制系统与视频处理系统集成化趋势明显

随着LED显示屏技术的进步,LED显示屏集成化产品化的需求越来越高,与之配套的控制系统和视频处理系统也需朝着集成化和智能化方向发展。与LED显示屏控制系统一样,视频处理器作为LED全彩显示屏的关键性设备,其优劣直接影响到LED显示屏的显示效果。LED视频处理器与显示屏的绑定使用,大大方便了终端用户广泛应用,提高了LED显示屏使用的深度。长期以来,控制系统与视频处理器作为LED显示屏重要的配套设备,一直是独立存在。随着显示屏的技术水平和集成度越来越高,控制系统、视频处理器结合的更紧密成为必然,二者功能间的分界线也会越来模糊。另外,从功能控制、成本以及效率来说,互相融合也是必然的。

2019年,诺瓦推出二合一视频处理器,融合了视频处理器及独立主控(发送卡)的所有功能,减少了中间环节,同时也完美解决了兼容性的问题。一台设备,轻松应对各种工程需求。除诺瓦外,卡莱特、上海灵信、仰邦、灰度等企业也推出了“三合一”“二合一”视频处理器。当前,整个行业已经认同这一趋势,甚至还出现“多合一系统”。比如,亿彩在今年isle展会推出了五合一智能控制器,这也是行业内控制系统领域的首款五合一新型产品,是控制系统集成化和智能化的结果。据亿彩总经理王彪介绍,亿彩推出的五合一智能控制器具有高度集成化、智能化的显著优势,是行业内极具前瞻性的产品。用户通过一个无线遥控就可以进行多信号切换,可以看电视、手机投屏、U盘播放(视频、图片、PPT、表格)、多台电脑画面切换等,且无论哪种信号,在视频源条件符合的情况下,都可呈现2K/4K的优质画面。与需要外接机顶盒、投屏器等设备的传统视频处理器相比,五合一智能控制器系列产品大大简化了操作流程,增强了使用的便捷性,提升了产品的附加值,将所有常规LED显示屏秒变智能大屏。

3、Mini/Micro LED技术发展,对传统LED显示控制系统形成挑战

作为新型显示技术,Mini/Micro LED一直被十分看好,目前布局的企业有三星、索尼、京东方、利亚德等国际国内巨头,去年一年就投入了394亿元用于发展本领域,未来有望迎来万亿级市场需求。不过,目前只有Mini LED背光产品商用化,少量Mini LED直显产品、Micro LED产品面世,预计要三五年才能真正爆发。因为这个领域市场前景非常诱人,所以部分控制系统厂商已经提前布局。

机遇与挑战往往并存。因为驱动方式改变,玻璃基板将代替传统PCB为载板,对控制系统厂商来说也带来了极大的挑战。众所周知,Mini LED直显、Micro LED的芯片非常小,无法在传统PCB板上进行直接焊接处理,需要通过绑定到玻璃板上,即COG(玻璃基,COG是chip on glass的缩写,即芯片被直接绑定在玻璃上)。日前,京东方(BOE)晶芯在ICDT正式推出P0.9 COG Mini LED直显产品,该产品就采用了基于行业领先的玻璃基显示工艺和先进的微米级封装工艺,使用AM驱动方式,拥有高精度,有源驱动,无屏闪,不易受热变形,高平整度,基板大型化等优点。其实,这也代表着未来Mini LED直显、Micro LED发展方向。

因为芯片越小 ,LED屏出现混光现象就更严重 ,灰度、颜色表现不精准等问题,都需要控制系统去解决,对行业来说提出挑战。不过,针对这些,诺瓦开发了画质引擎技术。诺瓦何国经博士曾表示,图像质量从技术角度可以分解为空间分辨率、灰度分辨率、时间分辨率、色域范围、动态范围五个维度,这五个维度形成诺瓦的技术群,支撑Mini/Micro LED高画质显示,使得Mini/Micro LED在和液晶、投影、OLED竞争的过程中可以获得更大的市场份额。目前还有一些控制系统企业也在布局,但是仍处于探索阶段。

总而言之,LED控制系统经过三十多年的发展,取得了很大进步,从单双基色到全彩,从同步到异步,从单一功能走向集成化、智能化……为LED显示屏行业繁荣与发展作出了重要贡献。近几年来,LED显示屏行业正朝着细分化和专业化发展,LED控制系统厂商业也在迎合市场潮流,朝着专业化市场发展,目前已经形成完整的产业链。当下,为了避免同质化竞争,部分厂商专攻某些细分领域,从而在市场中获得稳定地位,不失为良策。虽然受疫情影响,LED控制系统迎来有史以来最艰难的一年,但是随着5G+8K、电影屏、XR、3D、智慧灯杆、车载屏、Mini/Micro LED等细分市场的崛起,未来可期!

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