二維碼對(duì)LED顯示屏技術(shù)之影響

來(lái)源：數(shù)字音視工程網(wǎng) 作者：邱奕翔 / 劉秀芳編輯：數(shù)字音視工程 2013-10-09 17:58:23 加入收藏

結(jié)合快速響應(yīng)矩陣碼(Quick Response Code, QR Code，以下簡(jiǎn)稱(chēng)二維碼)，無(wú)疑提供了相當(dāng)好的消費(fèi)者使用體驗(yàn)，然而此一應(yīng)用，也進(jìn)一步的提高了LED顯示屏之技術(shù)門(mén)坎。

　　隨著發(fā)光二極管顯示屏(LED Display，以下簡(jiǎn)稱(chēng)LED顯示屏)技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用普及，對(duì)其是否能于各種應(yīng)用場(chǎng)合完整呈現(xiàn)數(shù)字內(nèi)容的要求隨之升高。以商業(yè)廣告之LED顯示屏為例，企業(yè)主對(duì)于如何充份利用約30秒的短暫廣告時(shí)段，呈現(xiàn)更多的訊息給予往來(lái)的消費(fèi)者，并且成功吸引其目光，一直是企業(yè)主最困擾的。利用消費(fèi)者之手機(jī)，結(jié)合快速響應(yīng)矩陣碼(Quick Response Code, QR Code，以下簡(jiǎn)稱(chēng)二維碼)，無(wú)疑提供了相當(dāng)好的消費(fèi)者使用體驗(yàn)，然而此一應(yīng)用，也進(jìn)一步的提高了LED顯示屏之技術(shù)門(mén)坎。

　　二維碼之市場(chǎng)趨勢(shì)

　　1970年代后，銷(xiāo)售時(shí)點(diǎn)情報(bào)系統(tǒng)(Point f sale，POS)與條形碼(Barcode)的出現(xiàn)(圖一)，解決了傳統(tǒng)零售業(yè)者沒(méi)有一個(gè)好的工具，可以統(tǒng)計(jì)商品銷(xiāo)售與庫(kù)存的問(wèn)題，也使條形碼(Barcode)得以普及，但新的問(wèn)題也隨之而來(lái)。問(wèn)題在于條形碼(Barcode)的容量有限，條形碼(Barcode)本身代表的英文數(shù)字最多只能容納20個(gè)字。“編碼(Code)本身要是能夠含更多的信息就好了”的需求日與俱增。

　　圖一、Coke Coca商品條形碼(Barcode)

　　1994年，DENSO WAVE INCORPORATED公開(kāi)了二維碼。二維碼這名稱(chēng)源自快速響應(yīng)矩陣碼(Quick Response Code, QR Code，以下簡(jiǎn)稱(chēng)二維碼)，又稱(chēng)二維條形碼(2D Barcode)，二維碼可容納約7000個(gè)英文數(shù)字的大容量，可進(jìn)行漢字處理，且讀取速度比其它編碼快10倍以上。

　　2002年，具有二維碼讀取功能的手機(jī)開(kāi)始上市，這種包含許多信息的圖形，吸引著人們，通過(guò)讀取可以很方便地造訪(fǎng)手機(jī)網(wǎng)站，或者獲得各種優(yōu)惠，因此二維碼迅速在社會(huì)上普及[1]。根據(jù)獨(dú)立研究機(jī)構(gòu)Forrester Research, Inc.,調(diào)查，平均而言在美國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、德國(guó)，有15%的消費(fèi)者已經(jīng)在使用手機(jī)掃描二維碼(圖二)[2]，且比例仍然持續(xù)增長(zhǎng)。

　　圖二、各國(guó)手機(jī)二維碼使用率

　　LED顯示屏基本工作原理

　　LED顯示屏是以模塊所組成之顯示屏，其長(zhǎng)寬大小分辨率可依需求任意調(diào)整，然而輸入消息源卻是固定分辨率，一般而言是經(jīng)由多媒體播放軟件進(jìn)行縮放，這容易使原始影像比例改變。

　　另LED顯示屏的基本工作原理是行掃描，陸續(xù)點(diǎn)亮第一行，第二行等由上至下，將一幀圖像完整呈現(xiàn)，此稱(chēng)為靜態(tài)掃描。考慮到芯片成本與對(duì)發(fā)光亮度之需求，行掃描又分為1~32行掃描，但有顯示效果差、亮度損失較大等缺點(diǎn)。其中顯示效果差包括了LED顯示屏刷新率降低(圖三)。

　　圖三、LED顯示屏刷新率不足

　　二維碼于LED顯示屏之應(yīng)用限制

　　二維碼在二維碼的顯示清晰且符合標(biāo)準(zhǔn)的情況下才可以保證穏定讀取，這在電子郵件(E-mail)、因特網(wǎng)(Website)等可經(jīng)由液晶顯示屏(Liquid Crystal Display, LCD)顯示時(shí)，不會(huì)有任何問(wèn)題。而應(yīng)用在如雜志印刷、產(chǎn)品外包裝盒、名片等等應(yīng)用時(shí)，二維碼為因應(yīng)上述應(yīng)用變臟、破損等，提供了糾錯(cuò)功能，最多可以糾錯(cuò)約30%，以確保可穏定讀取。

　　然而，如上述LED顯示屏行掃描基本工作原理，二維碼應(yīng)用于LED顯示屏?xí)r，則容易出現(xiàn)以下錯(cuò)誤情形，而無(wú)法讀取。

　　1. 三處定位圖案 (Position detection patterns)

　　二維碼從360?任一方向均可快速讀，其奧秘就在于二維碼中的3處定位圖案，可以說(shuō)明二維碼不受背景樣式的影響，實(shí)現(xiàn)快速穏定的讀取。然而在LED顯示屏效能不佳，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高刷新率(室內(nèi)LED顯示屏：刷新率>500Hz / 室外LED顯示屏：刷新率>1000Hz)時(shí)，三處定位圖案則無(wú)法完整呈現(xiàn)，因而無(wú)法有效定位(圖四)。

　　圖四、三處定位圖示

　　2. 碼元變形 (QR code whose modules are distorted)

　　當(dāng)LED顯示屏效能不佳，無(wú)法實(shí)現(xiàn)高灰階(>14bit)，以及在無(wú)搭配視屏處理器進(jìn)行縮小或放大時(shí)，容易導(dǎo)致各個(gè)碼元(Code module)變形，雖然外觀上與普通的二維碼一樣，但實(shí)際上卻很難讀取，甚至有時(shí)無(wú)法讀取。(圖五)

　　圖五、碼元變形圖示

　　二維碼應(yīng)用LED顯示屏實(shí)例-「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」

　　LED顯示屏依驅(qū)動(dòng)芯片的不同，可區(qū)分成「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」、「Scrambled PWM型」二種，以聚積科技芯片為例，「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片包括JIX5020、MBI5024等，「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片在「刷新率」、「灰階等級(jí)」及「LED燈亮度」三個(gè)效能，需進(jìn)行取舍，一般應(yīng)用，為得到高LED燈亮度，所以會(huì)選擇「高LED燈亮度模式」，如此即使刷新率、灰階效能變差(室內(nèi)LED顯示屏：刷率頻率<500Hz / 室外LED顯示屏：刷新率<1000Hz)。二維碼應(yīng)用于「高LED燈亮度模式」下，用手機(jī)進(jìn)行掃描，會(huì)出現(xiàn)無(wú)法正確掃描的情況。

　　「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片-低灰階、高刷新 (高刷新率模式下)

　　「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片包括JIX5020、MBI5024等，「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片在實(shí)務(wù)上，搭配控制系統(tǒng)，可選擇「高刷新率模式」，以1:16掃描之LED顯示屏為例，使用「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」技術(shù)之LED驅(qū)動(dòng)芯片播二維碼圖片(如圖六，左下方為原始圖像)。

　　現(xiàn)行二維碼多都都已與背景圖像進(jìn)行搭配設(shè)計(jì)，但是當(dāng)使用「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片選擇「高刷新率模式」播放之二維碼影像時(shí)，由于灰階不足，所以使用手機(jī)在進(jìn)行掃描時(shí)，

　　1. 二維碼中的3處定位圖案及編碼與其背景顏色混淆不清，使得二維碼無(wú)法被辨識(shí)率大幅降低

　　2. 因色階表示不足，拍攝出來(lái)的效果與背景圖像出現(xiàn)嚴(yán)重色塊，使廣告效果也大打折扣

　　圖六、「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片-高刷新、低灰階二維碼被辨識(shí)率大幅降低

　　「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片-高灰階、低刷新 (高灰階模式下)

　　「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片包括JIX5020、MBI5024等，「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片在實(shí)務(wù)上，搭配控制系統(tǒng)，可選擇「高灰階模式」，以1:16掃描之LED顯示屏為例，使用「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」技術(shù)之LED驅(qū)動(dòng)芯片播二維碼圖片(如圖七，左下方為原始圖像)。

　　用「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片選擇「高灰階模式」播放之二維碼，由于刷新率不足，所以使用手機(jī)在進(jìn)行掃描時(shí)，導(dǎo)致各個(gè)碼元(Code module)變形，而無(wú)法讀取。同樣的對(duì)廣告主而言，其廣告效果也相當(dāng)?shù)牟睢?/p>

　　圖七、「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片-高灰階、低刷新無(wú)法正確讀取二維碼

　　二維碼應(yīng)用LED顯示屏實(shí)例-「Scrambled PWM型」

　　Scrambled PWM技術(shù)，改進(jìn)傳統(tǒng)脈波寬度調(diào)變(PWM)技術(shù)，將一個(gè)影像導(dǎo)通的時(shí)間分散成數(shù)個(gè)較短的導(dǎo)通時(shí)間，以增加整體的視覺(jué)刷新率。因此相較于「?jìng)鹘y(tǒng)開(kāi)關(guān)型」驅(qū)動(dòng)芯片，「Scrambled PWM型」能大幅提升「刷新率」 (室內(nèi)LED顯示屏：刷新率>500Hz / 室外LED顯示屏：刷新率>1000Hz)、「LED燈亮度」與「灰階」，都能有效使二維碼辨識(shí)之正確率大幅提升。(圖八，左下方為原始圖像)

　　圖八、「Scrambled PWM型」驅(qū)動(dòng)芯片-高灰階、高刷新正確讀取二維碼

　　以聚積科技「Scrambled PWM型」之驅(qū)動(dòng)芯片MBI5041、MBI5042、MBI515X系列為例(圖九)，在各種應(yīng)用環(huán)境下，均能確保其「刷新率」至少大于1,000Hz，如此才能確保消費(fèi)者快速且有效的用手機(jī)進(jìn)行二維碼之掃描，迎合市場(chǎng)趨勢(shì)，技術(shù)前沿。