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        基于HDMI技術的智能LED顯示屏控制器設計

        作者: 時間:2013-01-28 來源:網絡 收藏

        (高清晰度多媒體接口,High Definition Multimedia)是DVI制定,可看作是DVI的強化與延伸,兩者可以兼容。接口可以提供高達5Gbps的數據傳輸帶寬,滿足 1080p的分辨率,并支持所有的HDTV等標準以及DVD Audio等先進的數字音頻格式,支持多聲道96kHz或立體聲192kHz數碼音頻傳遞,而且只用一條線連接,可以用于免除數碼音頻接線。與此同時,HDMI接口無需在信號傳送前進行數/模或者模/數轉換,可以保證最高質量的影音信號傳送。

        本文引用地址:http://www.104case.com/article/167358.htm

        現在,HDMI 作為一種專門用來傳輸高清信號的接口,版本已經從1.1發展到了1.3,和1.1、1.2版比,有幾個新特性和功能:(1)帶寬從5Gb/s提高到 10Gb/s;(2)色彩從24bit提高到48bit;(3)支持xvYCC寬色域;(4)支持DOLBY TRUE HD和DTS-HD;(5)新增唇形同步,解決音視頻不同步問題;(6)新增迷你接口。現在,HDMI接口作為顯示設備與影音設備之間的一個重要的橋梁,已經成為新一代數字影音設備的標準。據統計,在2003年,HDMI消費類電子產品的銷售量僅有25萬臺,而2007年一年所配備的HDMI產品數量就增加至1.5億臺。

        但是,目前幾乎所有的HDMI接口產品都只局限于數字電視以及DVD系列產品,本文利用最新的HDMI 1.3技術了一款,將HDMI技術應用到行業,從而將的顯示性能和效果提高了一大步。

        系統結構及功能概述

        根據顯示屏需具有較高的顯示性能和效果,以及方便控制的需求,顯示屏控制系統應具有足夠的輸入、輸出接口和遠程通信功能。我們HDMI 1.3技術的LED顯示屏的系統結構如圖1所示。系統按功能可分為以下幾個模塊:6路模擬量輸入、2路DVI輸入、1路VGA輸入、RS-232和 RS-485通信、光纖數據傳輸、實時時鐘以及狀態指示等。

        基于HDMI技術的LED顯示屏控制器結構

        圖1. HDMI技術的LED顯示屏結構

        主要功能模塊的

        目前,顯示屏按數據的傳輸方式主要有同步顯示和脫機顯示兩類。本文所介紹的LED顯示屏控制是一套同步顯示系統,即用一套嵌入式系統來為LED顯示屏提供視頻源,既可以降低成本,又具有很高的可行性和靈活性,易于工程施工。

        獨立視頻LED系統

        LED 顯示屏的主要性能指標有場掃描頻率、分辨率、灰度級和亮度等。顯然,在不同的應用場合需要對這3個性能指標進行適當的取舍。因此,場掃描頻率、灰度級和亮度通常由控制器決定,而分辨率可以通過控制器陣列的方式得到很大的提高。本文實現的控制器中,通過控制器陣列的形式,獲得兩路光纖數據輸出,實現大的 LED顯示屏控制面積(2048*768),從而實現顏色細膩的全彩色超大屏幕的LED顯示。

        獨立視頻LED系統完全脫離計算機的控制,本身可以實現通信、視頻播放、數據分發、掃描控制等功能。

        控制系統可以通過對視頻數據進行解碼,獲得RGB格式的視頻流。再通過數據分配單元,將這些數據分別發送到不同的LED顯示控制器上,控制器將播放單元提供的數據顯示到全彩色大屏幕LED上。

        視頻數據分配方案

        由于控制器是對大幀數據(例如1024*768)進行控制,因此需要對視頻源提供的數據進行分配,將不同行列的數據正確地送入不同的控制器。

        本系統中的LED控制器灰度級高達3×12位(可顯示多達64G種顏色)、控制像素為1024×768點。因此,需要將前端提供的RGB數據分3組發送到不同的分配器,以FPGA實現,方案如圖2 所示。

        視頻數據分配方案

        圖2. 視頻數據分配方案

        數據校正子模塊接收前端輸入的數據,將這些數據進行逐點校正之后存入SDRAM。然后將該場數據分成8組,同時發送給LED分配器。

        為了方便各模塊間的接口,有利于不同時鐘域的數據同步,系統采用SDRAM作為主存儲器。SDRAM具有容量大、帶寬高、價格便宜等優點;但是控制比較復雜,每次讀寫有多個控制和等待周期。因此為了提高效率,通常采用地址遞增的猝發讀寫方式,而不能像SRAM那樣隨時讀取任意地址的數據。

        本方案采用完全動態的內存分配機制,即每個模塊請求時,如果不是同一場數據,則可以分配到一塊新的內存,而一旦該內存的數據不再有效,則釋放這塊內存。這樣,每塊內存都有自己的屬性。總線調度是本模塊的核心部分,必須精確計算總線帶寬的占用情況,以保證各個存儲部分不會出現溢出或讀空的現象。

        輸入數據逐點校正

        FPGA根據時序關系,將輸入數據讀入,進行下一步的處理。由于在生產過程中LED管的參數不可能完全一致,因此為了獲得良好的圖像顯示效果,必須對LED管進行篩選。

        采用逐點校正技術,可逐點調節LED的亮度,將顯示屏亮度的一致性提高一個數量等級,從而可以使采購廠商放寬LED在亮度和顏色方面的要求,LED 采購的成本也隨之大大降低。此外,系統采用的逐點校正技術,可以在線修改校正參數,使得LED屏在投入運營之后也可以修改校正參數,補償由于LED管老化對顯示效果的影響,提高LED屏的使用壽命。因此,逐點校正技術使LED模塊作為室內外全彩色顯示屏的基本元件成為理想方案。

        逐點校正參數存于SPI存儲器中。系統上電之后,MCU首先將該數據傳送到FPGA,FPGA將其存入SDRAM中。此后,即可對前端接口輸入的數據進行校正。

        數據發送

        在數據分配發送時,信號均以LVDS(Low Voltage Differential Signal)的形式傳輸。LVDS采用差分方式傳送數據,有比單端傳輸更強的共模噪聲抑制能力,可實現長距離、高速率和低功耗的傳輸。我們采用的FPGA是altera公司的Cyclone III系列。該系列FPGA可以方便地通過I/O配置獲得LVDS的能力。

        兩路光纖數據輸出,可以保證后端數據支持大面積的屏體,從而實現大的LED顯示屏控制面積(兩塊1024*768)。這是通過altera公司的Cyclone III系列FPGA實現的。

        MCU控制

        由于本系統采用MCU+FPGA的架構,因此實現真正的網絡遠程操作,不僅可以作為一般的LED顯示屏控制器,更可以將各顯示節點組成大型的戶外廣告傳媒網絡。而FPGA是一種非常靈活的可編程邏輯器件,可以像軟件一樣編程來配置,從而可以實時地進行靈活而方便的更改和開發,提高了系統效率。


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