CN100507997C - 一种led显示屏信号互联方法 - Google Patents
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Abstract
一种LED显示屏信号互联方法，所述LED显示屏包括LED显示屏控制器与多组箱体，每组箱体均包括多个箱体，每个箱体包括一个LED显示扫描板，所述LED显示屏控制器与每组箱体的前端箱体之间以及每组箱体的两个箱体之间只通过一对双绞线级联；在LED显示屏控制器中设置一第一现场可编程门阵列，用于接收和处理主机通过光纤或千兆网传过来的视频数据，并传给各LED显示箱体，在LED显示扫描板中设置一第二现场可编程门阵列，该门阵列的一差分接收负责接收上一级箱体或LED控制器传来的低电压差分信号视频数据，一差分输出负责将上一级箱体传来的低电压差分信号视频数据续传给下一级箱体。该方法简化了布线结构，降低了安装成本，提高了传输的效率和稳定性。
Description
技术领域
本发明属于LED显示屏控制技术领域，特别是LED显示屏箱体间的信号互联方法。
背景技术
公知的LED显示屏一般将数字视频图像分区显示。例如对于一个分辫率为1024 X 768像素的LED显示屏，在室内一般采用横向分割技术，分为1024 X 16像素共48排显示分区，每排显示分区又由16个64 X 16像素的显示模组构成；室外LED显示屏一般采用箱体分割技术，可按64 X 48像素分为16 X 16个箱体式分布的显示分区，每个显示分区由24个16 X 8像素的显示模组构成。两种分割方法的每个显示分区均配有一个信号扫描板，负责接收LED控制器分配的数据和控制信号，分别同时完成各自分区的显示扫描工作。
如图1所示，公知的LED显示屏控制器将存储的数据进行处理后，和产生的控制时序一起，通过总线驱动并行地传给若干扫描板(1-n)，再由扫描板驱动给已定位的LED显示分区进行显示。每个扫描板可支持多路分区(例如4路)，每路分区由横向(亦可纵向)排列的若干LED显示模组串连构成。每路扫描板支持的LED显示模组的联接方式可见图2所示。
图2中，LED显示模组的分辫率室内一般为64X32、64X16，室外一般为16×8，其显示模组的个数由LED显示屏的总体分辫率确定。LED的驱动芯片常采用74HC595或与东芝62726兼容的恒流芯片，两者数据均为串行，所需的移位、锁存、关断控制信号亦相似。如果是动态扫描，还需3-4线支持138译码。扫描板与LED模组、LED模组与LED模组之间，在传统的信号联接中，均采用TTL、CMOS等单端接口标准(例如74HC245)用16-20芯扁平电缆串接，其中10根为RGB数据和控制线，另外10根为降低干扰的地线。
现有技术该方法的缺点是用线多，例如LED控制板与各显示分区的联线可达数百根，传输频率低(<5MHz)，传输距离短，易受干扰，在传输信号时信号易发生畸变，例如脉宽变窄，造成信号不同步画面闪烁或产生前后色差现象等。该方法用在单色或四色屏中尚可，用在高质量的全彩LED屏中，无论在带宽、速率和抗干扰问题上，均已不能满足要求。为了满足速率等要求，LED显示屏控制器与箱体、箱体与箱体之间亦有采用铜轴电缆和光纤传输方式的，但这两种传输方式采用的技术和结构较为复杂，成本都较高，安装也不太方便。
由于在传统设计中，LED控制器与显示分区之间、箱体与箱体之间数据和控制信号的传输采用的是直接总线驱动及扁平电缆的联接方式，因而其传输频率低，信号易发生畸变，用线亦较多，导致结构较复杂，而且信号质量较差。
因此，现有技术存在缺陷，而有待于改进和发展。
发明内容
本发明的目的在于提供一种LED显示屏信号互联方法，采用先进的高速LUDS串行通讯和FPGA技术，在箱体分布式LED显示屏中，LED控制器和前端箱体、箱体与箱体通过一对双绞线相互级联，保证传输信号的稳定性，并且连接结构简单。
本发明的技术方案如下：一种LED显示屏信号互联方法，所述LED显示屏包括LED显示屏控制器与多组箱体，每组箱体均包括多个箱体，每个箱体包括一个LED显示扫描板，
a)、所述LED显示屏控制器与每组箱体的前端箱体之间以及每组箱体的两个箱体之间只通过一对双绞线级联；
b)、在LED显示屏控制器中设置一第一现场可编程门阵列，用于接收主机通过光纤或千兆网传过来的视频数据，经过处理后再通过该门阵列的16路低电压差分信号串行输出链路传给各LED显示箱体；
c)、在LED显示扫描板中设置一第二现场可编程门阵列，该门阵列的一差分输入负责接收上一级箱体或LED控制器传来的低电压差分信号视频数据，一差分输出负责将上一级箱体传来的低电压差分信号视频数据续传给下一级箱体。
更好地，所述LED显示屏控制器采用单对非五类双绞线联接16 X 16个箱体，各箱体横向和/或纵向串连，每排和/或列中的单个箱体采用4位拨盘选择箱号。
更好地，所述LED显示屏控制器采用4个RJ45头，每个RJ45头联接4对非五类双绞线，再联接16 X 16个箱体，各箱体横向串连，纵向交叉续连，每排中的单个箱体采用4位拨盘选择箱号，另增加一个4位拨盘选择线号。
更好地，所述LED显示屏控制器采用4个RJ45头，每个RJ45头联接4对非五类双绞线，再联接16 X 16个箱体，各箱体纵向串连，横向交叉续连，每列中的单个箱体采用4位拨盘选择箱号，另增加一个4位拨盘选择线号。
所述16×16的箱体矩阵支持1024×768的分辨率。
所述第一现场可编程门阵列芯片FPGA设置有串行速率为270MHz的16个32位并行数据转串行数据的串化器，采用8B/10B编码，并嵌入了时钟信号。
所述第二现场可编程门阵列芯片FPGA设置有1个串行数据转32位并行数据的解串器，该解串器负责LVDS视频数据总线的接收、中继，完成本箱体数据的截留、存储、变换和灰度扫描输出。
所述32位并行数据包括RGB各8位，加一位8位控制字节。
本发明所提供的一种LED显示屏信号互联方法，由于采用一对双绞线对箱体和箱体之间的联接方式，简化了连接结构，并保证信号的传输稳定性，对于分辨率为1024 X 768像素的LED显示屏，LED控制器仅用16对双绞线即可分别与16个显示通道的第一个箱体相联。每个显示通道有16个LED箱体，各箱体间也只采用一对双绞线两两级联，因此是一种高效的LED显示屏箱体间信号互联的方法。
附图说明
下面结合附图对本发明作详细的说明。
图1为现有技术的LED显示屏分区显示的示意图；
图2为现有技术的LED显示屏单个扫描分区显示构成示意图；
图3为本发明方法的LED显示屏箱体分区显示构成示意图；
图4为本发明方法的串行LVDS通讯链路的拓扑结构；
图5为本发明方法的4 X 4对双绞线各箱体横向串接示意图；
图6为本发明方法的4 X 4对双绞线各箱体纵向串接示意图。
具体实施方式
以下结合附图，将对本发明的各较佳实施例进行较为详细的说明。
LVDS(Low Voltage Differential Signaling，低电压差分信号传输)是一种小振幅差分信号技术，它使用非常低的幅度信号(100mv-450mv)，通过一对平行的PCB走线或平衡电缆传输数据。该传输标准采用恒流两线差分驱动模式，杭共模噪声干扰能力强，电磁辐射小，不会产生振铃和信号切换带来的尖峰信号，具有良好的EMI(抗电磁干扰)特性。还具有数据反转快、功耗低等优点。采用这种技术，只要保证平行传输线的长度足够一致，并在接收端提供良好的阻杭匹配减少信号反射，一对线就可以将数据的传输速率提高到800MHz以上，传输距离则随频率的增加而递减，可达几十米至几十厘米。由于LVDS具有这些优良特性，使得其应用越来越普及。特别是在器件与器件、器件与板级、板级与板级之间的高速串行数据通讯中，已作为首选的标准。目前，Altera、Xilinx等公司的FPGA器件的输入输出都支持LVDS这种信号标准。
如图3所示给出了本发明方法中设计的一种LED显示屏控制器与箱体、箱体与箱体间联接方法，如图3所示的实施例中，采用箱体式结构联接的LED显示屏的总体分辫率设计为1024×768，每个箱体的设计分辫率为64×48，这样，横向、纵向排列的箱体数均是16，总箱体数为256。LED控制器通过16对双绞线(如非五类双绞线)与16个LED显示箱区的起始箱体相连。每个显示箱区由16个横向(纵向亦可)排列的LED箱体组成，各箱体间采用一对双纹线两两相连。
LED屏箱体间LVDS通讯方案的硬件原理和16路270MHz串行LVDS通讯链路的拓扑结构见图4所示，每个箱体配有一个独立的LED显示扫描板，由它负责本箱体64X48像素RGB全彩显示。扫描板的差分输入负责接收上一级箱体或LED控制器传来的LUDS视频数据，差分输出负责将上一级箱体传来的LVDS视频数据再续传给下一级箱体。LED控制器与箱体间的通讯距离可达10M，箱体与箱体的通讯距离一般小于2M。图中的8位拨盘的低4位用于各箱体号(0-15)的设置。扫描板的核心是一片具有LVDS通讯接口及一定容量存储体的现场可编程门阵列FPGA芯片，即第二现场可编程门阵列，它负责LVDS视频数据总线的接收、中继，完成本箱体数据的截留、存储、变换和灰度扫描输出。主控板的硬件设计同样采用了一片支持LVDS通讯接口的FPGA，即第一现场可编程门阵列，它负责接收主机通过光纤或千兆网传过来的视频数据，经过处理后再通过该门阵列的16路LUDS串行输出链路传给各LED显示箱区。
为了保证串行LVDS通讯链路的系统可靠性，本发明方法的设计中采用了当前高速串行互连技术中先进的SerDes(串化器/解串器)、8B/10B编码和时钟自恢复CDR技术。SerDes解决的是32/16/8位数据的并串、串并转换问题，本发明方法内部采用的是32位总线，RGB各8位，加一位8位控制字节。在发送端，这4个字节分时依次进入8位并行总线，转换为一路串行数据后再在接收端依次解串复原。如图4中所示，每一显示分区的分辫率为1024×48，根据计算，所需的8位并行数据的传输速率应大于12.5MHz，经8B/10B串行编码后应大于125MHz。本系统采用27MHz的并行传输速率，即270MHz的串行传输速率，支持的分辫率可超过2048×48，足以支持高清数字视频信号的传输显示。本发明采用了8B/10B编码，以获取更好的直流平衡特性，提高数据的传输速率，减少误码，并有利于在接收端获取同步信号、提取时钟等。CDR则摒弃了一路数据，一路时钟的早期源同步时钟数据传输结构，只用一对数据线，把时钟嵌入在发送数据信号中，再在接收端自动恢复，从而克服了数据和时钟的抖动问题，提高了传输速率，降低了功耗，获得了较佳的信号完整性。本系统同时采用了FPGA中的系统时钟管理和PLL电路，有效地解决了倍频、高频时钟同步和相移问题。
本发明方法的系统高速LUDS串行通讯的另一个重要特点是串行数据流的分段截取和同步头设计。因串行数据流传输的是整个显示箱区的完整数据，故各箱体在串行数据流中，可根据4位拨盘设定的机箱号码，各自获取所需的数据。同步头设计可采用通用的视频传输标准，亦可自行设计。本发明采用了定时插入特殊字节的方法，获得了很好的效果，并保证了数据传输的可靠性。
由于LUDS串行通讯的速率高达270MHz每路LUDS链路支持的数据分辫率可超过2048 X 48，故箱体的联接可支持多种联接方式。
如图5所示是本发明的另一种实施实例，主控板采用4个RJ45头，每个RJ45头联接4对双绞线，联接16 X 16个箱体(1024 X 768分辫率)的示意图。各箱体横向串连，纵向交叉续连，即4对非五类双绞线支持4排箱体，每排中的单个箱体采用4位拨盘选择箱号，另增加一个4位拨盘选择线号。
如图6所示是本发明的再一实施例，各箱体纵向串连，横向交叉续连的示意图，每列中的单个箱体也采用4位拨盘选择箱号，另增加一个4位拨盘选择线号。
本发明方法可同时适用于在非箱体结构的室内横向(或纵向)分割的LED显示屏中LED控制器与各显示分区的信号联接方式。
本发明方法与现有LED显示屏连接技术相比，由于采用了先进的高速LVDS串行通讯和SerDes、8B/10B编码和时钟自恢复CDR技术，并采用实用可靠的串行同步头设计、成本低的单对非五类双绞线LED屏体互联技术以及灵活的积木式箱体互联方式，其结构简单，安装容易，可靠性高，成本低。
应当理解的是，上述针对本发明各较佳实施例的描述较为具体，并不能因此而理解为对本发明专利保护范围的限制。
Claims (8)
1、一种LED显示屏信号互联方法，所述LED显示屏包括LED显示屏控制器与多组箱体，每组箱体均包括多个箱体，每个箱体包括一个LED显示扫描板，其特征在于：
a)、所述LED显示屏控制器与每组箱体的前端箱体之间以及每组箱体的两个箱体之间只通过一对双绞线级联；
b)、在LED显示屏控制器中设置一第一现场可编程门阵列，用于接收主机通过光纤或千兆网传过来的视频数据，经过处理后再通过该门阵列的16路低电压差分信号串行输出链路传给各LED显示箱体；
c)、在LED显示扫描板中设置一第二现场可编程门阵列，该门阵列的一差分输入负责接收上一级箱体或LED控制器传来的低电压差分信号视频数据，一差分输出负责将上一级箱体传来的低电压差分信号视频数据续传给下一级箱体。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，LED显示屏控制器采用单对非五类双绞线联接16X16个箱体，各箱体横向和/或纵向串连，每排和/或列中的单个箱体采用4位拨盘选择箱号。
3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，LED显示屏控制器采用4个RJ45头，每个RJ45头联接4对非五类双绞线，再联接16X16个箱体，各箱体横向串连，纵向交叉续连，每排中的单个箱体采用4位拨盘选择箱号，另增加一个4位拨盘选择线号。
4、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，LED显示屏控制器采用4个RJ45头，每个RJ45头联接4对非五类双绞线，再联接16X16个箱体，各箱体纵向串连，横向交叉续连，每列中的单个箱体采用4位拨盘选择箱号，另增加一个4位拨盘选择线号。
5.根据权利2或3要求所述的互联方法，其特征在于，所述16×16的箱体矩阵支持1024×768的分辨率。
6、根据权利要求1所述的互联方法，其特征在于，所述第一现场可编程门阵列芯片FPGA设置有串行速率为270MHz的16个32位并行数据转串行数据的串化器，采用8B/10B编码，并嵌入了时钟信号。
7、根据权利要求1所述的互联方法，其特征在于，所述第二现场可编程门阵列芯片FPGA设置有1个串行数据转32位并行数据的解串器，该解串器负责LVDS视频数据总线的接收、中继，完成本箱体数据的截留、存储、变换和灰度扫描输出。
8、根据权利要求5或6所述的互联方法，其特征在于，所述32位并行数据包括RGB各8位，加一位8位控制字节。
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