CN107093373A - 一种基于led的曲面三维虚拟显示系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了基于LED的曲面三维虚拟显示系统，包括视频处理器、与视频处理器相连的显示控制器，与显示控制器相连的三维曲面显示屏，视频处理器和显示控制器对输入的视频信号进行转换和缩放处理，显示控制器控制三维曲面显示屏对缩放转换处理后的三维视频信号进行三维视频显示，本发明的三维曲面显示屏能够合理利用空间，能够形成空间上的多方位、多角度呈现，使三维显示效果逼真，使人机互动效果好。各种格式的视频信号经过视频处理器和显示控制器的转换和缩放处理，并且通过显示控制器对三维曲面显示屏进行三维显示控制，能够实现对各种三维视频格式的兼容播放。
Description
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是涉及一种基于LED的曲面三维虚拟显示系统。
背景技术
当今，LED显示技术已经应用到社会生活的众多领域，例如LED显示器、LED电视机、LED广告屏等。目前，LED显示还主要是以二维平面显示为主，利用LED屏进行三维显示也主要是以平面LED屏为主。
利用平面LED屏进行三维显示主要存在的问题是：一是对三维场景观看的沉浸感不强，当戴上三维眼镜对平面LED屏呈现的三维显示内容进行观看时，三维显示效果主要在人眼观测的前方进行呈现，不能形成空间上的多方位、多角度呈现，在三维显示的逼真度、互动性等方面存在不足；二是与人眼观测的视角范围不匹配，人双眼观测的视角范围是120度左右的扇形区域，平面LED屏与人眼观测的生理特性不吻合匹配，因此三维观测效果难以接近真实场景，在显示屏两侧边沿的显示失真更为明显；三是空间利用率不高，当在LED显示屏的布设空间范围有限或者空间范围不规则的条件下，平面LED屏在适应空间变化方面缺乏灵活性，不能在多种空间条件下与所在空间相匹配且能够在最大范围内提供有效显示区域。
在构建LED显示屏时，通常是通过LED显示屏模组拼接而成，LED显示屏模组的规格尺寸、数量、布设方式等决定了拼接完成后整个LED显示屏的形状、大小以及显示控制的方式。当LED显示屏是平面显示屏时，LED显示屏模组的选型和拼装相对比较容易，而当LED显示屏是曲面而非平面时，就需要根据显示屏的整体结构尺寸优化LED显示屏模组的选型及布设方式，否则将会在LED显示屏模组之间出现缝隙、凸棱等缺陷，影响整体显示效果。
LED显示系统的构建也要考虑可靠性、便捷性、稳定性和便于测试检验、维护维修以及更新换代。现有的显示系统仅支持左右格式的三维片源，然而，为了多角度、全方位、高清晰的显示3D立体画面，部分片源制作时是上下格式的，基于这种情况，设计出一款对上下格式及左右格式的三维片源全部兼容，是显示技术领域发展的趋势。
另外，户外使用的LED显示系统也缺乏对外部环境光线亮度的感知而自适应调整显示亮度、色彩的自适应调节技术手段。
基于以上现有技术中存在的问题，有必要提供一种能够灵活适应不同的空间特点、增强三维显示的最佳效果以及在使用便捷、安全可靠、维修更新等方面具有明显优势的、既支持对上下格式，又支持左右格式的三维片源的三维显示系统。
发明内容
本发明主要解决的技术问题是提供一种基于LED的曲面三维虚拟显示系统，解决现有技术的三维显示系统在呈现三维显示效果时造成的虚拟现实效果不逼真、沉浸感不强、观测视角不匹配、空间利用率不高、对三维视频片源不兼容的问题。
为解决上述技术问题，本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统采用的技术方案是：包括视频处理器、与所述视频处理器相连的显示控制器、与所述显示控制器相连的三维曲面显示屏，所述视频处理器和所述显示控制器对输入的视频信号进行转换和缩放处理，所述显示控制器控制所述三维曲面显示屏对缩放转换处理后的三维视频信号进行三维视频显示。
进一步优选地，所述三维曲面显示屏由多个LED显示屏模组单元横向拼装和/或纵向拼装而成，所述LED显示屏模组单元包括单元基箱，所述单元基箱的外侧固定设置有横向和/或纵向无缝拼接的多个LED显示屏模组，相邻的所述LED显示屏模组单元的单元基箱的外侧面之间设置有夹角且通过单元组装架无缝拼装成曲面的显示屏，所述LED显示屏模组单元还包括LED显示屏模组单元的控制电路板，所述LED显示屏模组包括LED显示矩阵和控制所述LED显示矩阵的模组显控电路板，所述控制电路板与所述模组显控电路板之间通信连接，所述三维曲面显示屏还包括对所述控制电路板及所述模组显控电路板供电的供电电源。
进一步优选地，所述视频处理器与所述显示控制器合二为一组成视频处理系统，该视频处理系统包括存储器、与所述存储器通信连接的FPGA芯片、与所述FPGA芯片的输入口进行通信连接的视频解码器、与所述FPGA芯片进行通信连接的监控显示器、与所述FPGA芯片进行通信连接用于外接操控输入设备的USB接口、与所述FPGA芯片进行通信连接的红外发射器、与所述FPGA芯片的输出口进行通信连接并向所述三维曲面显示屏发送数据的发送接口、以及系统电源，所述FPGA芯片完成对视频信号的三维转换处理以及对视频信号缩放的处理。
进一步优选地，所述的对视频信号的三维转换处理包括，首先，对输入的视频信号进行识别和转换，将视频信号中的每一帧图像对应转换为适于三维显示的两个分帧图像；所述视频信号的缩放处理包括将处理转换后的所有分帧图像的分辨率与所述三维曲面显示屏的分辨率相适配，再由所述视频处理系统将原每一帧图像转换后的两个分帧图像依次间隔一定时间发送给所述三维曲面显示屏，由所述三维曲面显示屏对转换后的三维视频信号中的每一帧图像的两个分帧图像交替显示。
进一步优选地，所述视频信号包括二维视频信号和三维视频信号，所述三维视频信号包括左右格式的三维视频信号和上下格式的三维视频信号。
进一步优选地，所述三维曲面显示屏由横向和纵向的所述LED显示屏模组单元拼装而成时，纵向的所述LED显示屏模组单元拼装为平面，横向的所述LED显示屏模组单元拼装成内弧面，进而使拼接的所述三维曲面显示屏形成内弧形，所述单元基箱的外侧面设置成平面或内弧面，所述单元基箱外侧面横向和纵向拼接有所述LED显示屏模组，纵向相邻的所述LED显示屏模组拼接为平面，横向相邻的所述LED显示屏模组对应的拼接成平面或呈角度拼接成与所述单元基箱的外侧面对应匹配的内弧面。
进一步优选地，所述LED显示矩阵的横向LED灯数和纵向LED灯数均为8的倍数或均为20的倍数或均为40的倍数。
进一步优选地，所述单元基箱包括由横梁和竖梁组成的框型梁架，所述横梁和所述竖梁相邻的相交点围成的区域用于安装一个LED显示屏模组，所述横梁和所述竖梁上分别设置有用于安装所述LED显示屏模组的安装孔，所述框型梁架的内侧设置有第一安装板，所述框型梁架内侧扣装设置有内壳盖，所述内壳盖上铰接设置有可打开的检修窗，所述检修窗内侧固定设置有第二安装板，所述内壳盖的四角上分别设置有连接固定孔，所述内壳盖上设置有电源线接入孔，所述单元组装架包括通过固定螺栓连接在相邻的所述内壳盖的四角上的连接板，以及上、下相邻的所述内壳盖之间设置的上下拉紧组件和左、右相邻的所述内壳盖之间设置的左右拉紧组件。
进一步优选地，所述LED显示屏模组单元的控制电路板上设置有接收显示数据的显示数据输入接口、将接收到的显示数据进行转发的显示数据输出接口、将接收的显示数据分配给该LED显示屏模组单元内的所述LED显示屏模组的显示控制输出接口、与所述供电电源的输出端电连的单元电源输入接口；
所述LED显示屏模组的模组显控电路板上设置有与所述LED显示矩阵电连接，并根据接收到的显示数据控制所述LED显示矩阵的显示分配输入接口、将接收的显示数据进行转发的显示分配输出接口，与所述供电电源的输出端电连的模组电源输入接口；
拼装成所述三维曲面显示屏的所述LED显示屏模组单元分成N组，其中N≥1，所述每组LED显示屏模组单元由横向排列的K个LED显示屏模组单元和/或竖向排列的M个LED显示屏模组单元组成，其中K≥2，M≥2，所述每组LED显示屏模组单元的第一个LED显示屏模组单元作为起始端LED显示屏模组单元，所述起始端LED显示屏模组单元的控制电路板的显示数据输入接口与向所述LED显示屏模组单元发送显示数据的显示控制器通信连接，所述起始端LED显示屏模组单元的显示数据输出接口与该组中相邻的第二个所述LED显示屏模组单元的显示数据输入接口通信连接，该组LED显示屏模组单元中从第二个所述LED显示屏模组单元到对应的第K个所述LED显示屏模组单元或到对应的第M个所述LED显示屏模组单元或到对应的第K+M个所述LED显示屏模组单元通过各LED显示屏模组单元内的所述控制电路板上的所述显示数据输出接口和所述显示数据输入接口依次串接。
进一步优选地，所述控制电路板和所述模组显控电路板通信连接方式为，所述控制电路板上的一个显示控制输出接口控制一组横向排列的LED显示屏模组或控制一组竖向排列的LED显示屏模组；当所述控制电路板上一个显示控制输出接口控制一组横向排列的LED显示屏模组时，每组横向排列的LED显示屏模组包括L个横向排列的LED显示屏模组，其中，L≥2，所述每组横向排列的LED显示屏模组的第一个LED显示屏模组作为起始端LED显示屏模组，所述起始端LED显示屏模组的显示分配输入接口与控制该组的所述控制电路板上的显示控制输出接口通信连接，所述起始端LED显示屏模组的显示分配输出接口与相邻的第二个LED显示屏模组的显示分配输入接口串接，该组LED显示屏模组中的第二个LED显示屏模组到第L个LED显示屏模组通过对应模组显控电路板上的所述显示分配输出接口与所述显示分配输入接口依次顺序串接。
本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的有益效果是：本发明的曲面三维虚拟显示系统能够根据需要显示的内容选择不同曲度的三维曲面显示屏，三维曲面显示屏配合三维视频的内容进行三维视频的显示，使显示的内容效果更逼真。并且三维曲面显示屏能够合理利用空间，能够形成空间上的多方位、多角度呈现。本发明的三维虚拟显示系统能够将各种格式的视频信号经过视频处理器和显示控制器的转换和缩放处理，通过显示控制器对三维曲面显示屏进行三维显示播放，三维显示效果逼真，人机互动效果好，且能够实现对各种三维视频格式的兼容播放。
进一步优选设置的，三维曲面显示屏由多个LED显示屏模组单元无缝拼接而成。在拼接时，只需要根据三维曲面显示屏的不同曲度，调整LED显示屏模组单元之间拼接的角度，即可拼装成不同曲度的三维曲面显示屏。使三维曲面显示屏安装方便快捷，适合不同形状的三维曲面显示屏的批量生产、拼装。
进一步优选设置地，视频处理器与显示控制器对视频信号进行识别和转换，将不同格式的视频信号均是将每一帧图像的解析处理成两个分帧图像，然后进行相应的像素点的扩展，然后再将扩展后的两个分帧图像分别与三维曲面显示屏进行缩放匹配后，再一前一后发送给三维曲面显示屏进行显示，这样无论是左右格式或上下格式的视频经这样处理，均能够实现在三维曲面显示屏上兼容播放。
进一步优选设置地，单元基箱拼装成内弧形显示屏，能够在自然光环境下，将人眼余光收拢到内弧形曲面内，使人眼观看画面更清晰，人眼注意力更集中，将单元基箱的外侧面设置成内弧面，使LED显示屏模组拼接的LED显示屏模组单元形成内弧度，进而使LED显示屏模组单元拼装的内弧面显示屏平滑过渡。
进一步优选设置地，LED显示屏模组上的横向和纵向的LED灯数为20的倍数或40的倍数时，能够实现全屏显示，避免三维曲面显示屏像素点的损失或浪费。
进一步优选设置地，上下拉紧组件和左右拉紧组件，能够将相邻的LED显示屏模组单元拉紧，进一步避免了两个LED显示屏模组单元之间出现缝隙。
附图说明
图1是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的三维曲面显示屏的局部结构示意图；
图2是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的三维曲面显示屏的俯视图；
图3是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的三维曲面显示屏的LED显示屏模组单元的结构示意图；
图4是图3的LED显示屏模组单元的单元基箱的结构示意图；
图5是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的三维曲面显示屏的单元组装架的结构示意图；
图6是图5中C处放大图；
图7是图5的单元组装架的左右拉紧组件的剖视图；
图8是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的LED显示屏模组单元的控制电路板的结构示意图；
图9是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的LED显示屏模组的模组显控电路板的结构示意图；
图10是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的LED显示屏模组单元控制关系示意图；
图11是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的控制电路板及模组显控电路板连接关系示意图；
图12是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例的组成图；
图13是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的视频处理系统的硬件设备组成框图；
图14是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中视频处理器工作流程图；
图15是本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例中的显示控制器工作流程图。
具体实施方式
在本发明的具体实施方式的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指两个或两个以上。本说明书所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了便于理解本发明，下面结合附图和具体实施例，对本发明进行更详细的说明。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本说明书所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。
如图12所示的本发明的基于LED的曲面三维虚拟显示系统的实施例的组成图。该基于LED的曲面三维虚拟显示系统包括视频处理器22、与视频处理器22相连的显示控制器3、与显示控制器3电连接的三维曲面显示屏1，视频处理器22和显示控制器3对输入的视频信号进行转换和缩放处理，显示控制器3控制三维曲面显示屏1对缩放转换处理后的三维视频信号进行三维视频显示。
其中，视频处理器22外接视频输入设备21，例如高清摄像机、DVD等，这些视频输入设备21输入的视频信号具有多样性，即这些视频信号的像素、帧频等参数不同，为了能够将这些视频信号都能够在该LED的曲面三维虚拟显示系统的三维曲面显示屏1上进行显示，就需要通过视频处理器22对这些输入的视频信号进行解析、转换、缩放处理，使得视频处理器22输出的显示视频信号的每一帧中的图像的显示纵横比、分辨率均与三维曲面显示屏1的显示纵横比、分辨率相适配。这里，视频处理器22输入的视频信号既可以是三维视频信号，也可以是二维视频信号。
显示控制器3将来自视频处理器22输出的视频信号进行转换，转换为适于三维曲面显示屏1进行显示的三维显示数据，然后由显示控制器3将这些三维显示数据发送给三维曲面显示屏1进行三维显示。
进一步的，与视频处理器22和显示控制器3相连的还有监控计算机4，通过监控计算机4可以对视频处理器22和显示控制器3进行参数设置，以及监控这两个设备的工作状态。另外，视频处理器22和显示控制器3还可以分别连接显示器，能够分别实时显示视频处理器22输出的视频信号，以及显示控制器3输出的视频信号。
进一步的，本实施例的三维曲面显示屏1的结构如图1～11所示，该三维曲面显示屏1由150个LED显示屏模组单元101横向和纵向无缝拼装而成，150个LED显示屏模组单元101的排布方式为：上下每列依次纵向排布10个，左右每行依次横向排布15个。当然三维曲面显示屏1所需要的LED显示屏模组单元101的个数并不局限于本实施例中的个数，LED显示屏模组单元101的个数可以根据安装空间的大小来选择或是根据显示的内容来选择。
这里的LED显示屏模组单元101是构成三维曲面显示屏1的基本组成单元，而LED显示屏模组单元101又由多个LED显示屏模组12拼接而成，具体而言：LED显示屏模组单元101包括单元基箱11，单元基箱11的外侧固定设置有横向和纵向无缝拼接的LED显示屏模组12。可见LED显示屏模组12是构成整个三维曲面显示屏1的最小显示模块，不仅要求LED显示屏模组单元101内部的LED显示屏模组12之间无缝拼接，还要求相邻的LED显示屏模组单元101在拼装时，相邻的LED显示屏模组单元101之间临近的LED显示屏模组12也是要没有缝隙的。进一步优选的，为了实现拼装后的显示屏为曲面显示屏，相邻的LED显示屏模组单元101的单元基箱11之间设置有夹角，且通过单元组装架无缝拼装。这里，单元组装架是用于固定拼装多个LED显示屏模组单元101的安装架，起到对LED显示屏模组单元101拼装固定的目的。
进一步的，LED显示屏模组单元101还包括LED显示屏模组单元的控制电路板71。LED显示屏模组12包括LED显示矩阵和控制LED显示矩阵的模组显控电路板72。三维曲面显示屏1还包括对控制电路板71及模组显控电路板72供电的供电电源2。
进一步优选地，LED显示屏模组单元101进行纵向拼装和横向拼装所形成的面有所不同，其中，纵向的LED显示屏模组单元101拼装为平面，横向的LED显示屏模组单元101拼装成内弧面，形成内弧形显示屏。所谓内弧面是指朝向观众的弧面为朝向圆心呈圆弧汇聚的弧面，对观众呈包拢合围之式。这样，内弧形的显示屏，能够在自然光环境下，将人眼余光收拢到内弧形曲面内，使人眼观看画面更清晰，人眼注意力更集中。
当然，在其它的实施例中，纵向拼装的LED显示屏模组单元101也可以拼装成弧形曲面，这样，横向以及纵向的LED显示屏模组单元101能够拼装成如球形曲面的显示屏、或是任意曲面显示屏等。
本实施例进一步优选地，如图3所示，对于一个LED显示屏模组单元101的单元基箱11上的LED显示屏模组12排布为横向排布2个LED显示屏模组12，纵向排布4个LED显示屏模组12。当然，单元基箱11外侧固设的LED显示屏模组12的排布方式并不局限于本实施例中的排布方式，可以根据需求对LED显示屏模组12进行排布。
进一步的，单元基箱11的外侧面设置成平面，纵向相邻的LED显示屏模组12拼接为平面，横向相邻的所述LED显示屏模组对应的拼接成平面。
当然，在其它的实施例中，上述的单元基箱11的外侧面还可以设置成内弧面，横向相邻的所述LED显示屏模组之间呈角度对应拼接成与单元基箱11的外侧面对应匹配的内弧面，这样能够使内弧形的三维曲面显示屏1的内弧面平滑过渡。
本实施例进一步优选地，如图3所示，LED显示屏模组12为长方形的LED显示屏模组，长方形的LED显示屏模组12的长边沿横向拼接，长方形的LED显示屏模组12的短边沿纵向拼接，并且LED显示屏模组12上的LED显示矩阵的横向LED灯数和纵向LED灯数均为8的倍数或20的倍数或40的倍数。
在其它的实施例中，LED显示屏模组12的形状还可以根据需求设计成其他形状，比如梯形、正六边形、平行四边形等等。
需要说明的是，LED显示屏模组12上的每一个LED灯都代表一个像素点，可被单独控制发光，因此，LED显示屏模组12上LED灯的行列数即为LED显示屏的分辨率。
当LED显示屏模组12的横向和纵向的LED的数目为8的倍数时，便于拼装成分辨率为1024×768，1152×864等规格的显示屏，这是符合常规的或者说是早期的显示屏的分辨率特点。例如，一个长方形的LED显示屏模组是64×32，构成的LED显示屏模组单元的分辨率是128×128，当纵向有10个、横向有15个这样的LED显示屏模组单元组成一个三维曲面显示屏的分辨率是1920×1280。
但是这种以8的倍数设置显示屏的像素在显示高清视频信号时会带来显示损失或显示浪费的问题。例如，对于日趋流行的高清电视1080i或1080p格式，其视频图像的分辨率是1920×1080，如果在由上述以8的倍数排布的LED的显示屏模组所构建的显示屏上来显示高清图像，比较接近的显示屏的分辨率是1920×1024，或者是1920×1152，当用这两种规格的显示屏显示高清图像时，对于分辨率是1920×1024的显示屏，会出现视频图像不能完全显示的问题，即显示损失，对于像素是1920×1152的显示屏，这种规格的高清图像纵向只需要1080个像素即可满足要求，因此出现了显示屏像素的浪费问题。
因此，随着显示标准的多样化，例如VGA(640×480)、WVGA(800×480)、SVGA(800×600)，以及日趋流行的高清电视1080i或1080p格式(1920×1080)等。这些格式标准的分辨率趋向是20的倍数或40的倍数，因此按照这种要求设置LED显示屏模组的横向和纵向的LED的数目为20的倍数或40的倍数，这样可以根据视频图像的规格更为方便的确定LED显示屏模组的组合数量，以及显示屏的分辨率大小，避免显示屏的像素浪费或视频图像像素的损失的问题。
例如，一个长方形的LED显示屏模组是120×60，对于一个显示屏的像素为1920×1080，这样就可以需要横向16(1920/120＝16)、纵向18(1080/60＝12)，共计16×18＝288个LED显示屏模组组合成这样一个显示屏，在播放视频时，能够合理的利用显示屏上的像素点，实现对视频的全屏播放。
当然在其它的实施例中，长方形的LED显示屏模组还可以拼接成如下形式，长方形的LED显示屏模组的长边沿纵向拼接，长方向LED显示屏模组的短边沿横向拼接，这样拼接处的LED显示屏模组单元，在视频播放时，能够实现控制电路板71对长方形的LED显示屏模组进行竖向控制，竖向可以控制较多的LED显示屏模组上的LED灯数，较横向控制时，控制LED灯数多，处理效率高，节约成本。
如图4所示，本实施例进一步优选地，单元基箱11包括由横梁112和竖梁113组成的框型梁架结构，横梁112和竖梁113相邻的相交点围成的区域用于安装一个LED显示屏模组12，横梁112和竖梁113上分别设置有用于安装LED显示屏模组12的安装孔114，框型梁架结构的内侧设置有第一安装板115，第一安装板115用于固定供电电源2，框型梁架内侧扣装设置有内壳盖116，内壳盖116上铰接设置有可打开的检修窗117，检修窗117内侧固定设置有第二安装板(图中未示出)，第二安装板用于固定控制电路板71。内壳盖116的四角上分别设置有连接固定孔118，内壳盖116上设置有电源线接入孔119。检修窗117上设置有安全开启锁120。
如图5、图6、图7所示，本实施例进一步优选地，单元组装架包括通过固定螺栓61连接在相邻的内壳盖116的四角上的连接板62，以及上、下相邻的内壳盖116之间设置有上下拉紧组件63和左、右相邻的内壳盖116之间设置有左右拉紧组件64。
上下拉紧组件63包括上方的内壳盖116的下端设置的T型的卡槽631、下方的内壳盖116上端通过销轴634铰接设置的与T型的卡槽631形状相匹配的T型的卡钩632、以及将卡钩632压紧在卡槽631内的上下压紧分组件，该上下压紧分组件包括通过铰接耳635铰接设置在销轴634上的扳手636，扳手636与卡钩632之间设置有扭簧637，扭簧637的一端固定设置在铰接耳635上，扭簧637的另一端抵触在卡钩632下端凸设的挡止沿下方，上下拉紧组件还包括限位分组件，该限位分组件包括内壳盖116的上端于卡钩632内侧固设的防止卡钩632过渡转动的卡钩挡止板638，内壳盖116的上端于铰接耳635的外侧固定设置有扳手限位板639，扳手限位板639上设置有限位凸块640，铰接耳635上设置有与限位凸块640卡接配合的卡接孔。上下拉紧组件工作过程为，用手向上扳动扳手636，扳手636通过扭簧637驱动卡钩卡接在卡槽631内，卡钩632的T型的外伸沿下端面与卡槽的T型上凸台压紧配合，上下拉紧到位时，铰接耳635上的卡接孔卡接到扳手限位板639上的限位凸块640上，此时完成对上下两个LED显示屏模组单元的拉紧。
左右拉紧组件64包括左、右相邻的内壳盖116上分别对应设置的左内壳盖连接板641和右内壳盖连接板642，左内壳盖连接板641上设置有卡销643，右内壳盖连接642上对应设置有卡板644，卡销643的卡接端设置有环形的卡接槽645，卡板644上设置有上大下小的葫芦形卡接孔646，卡销643的卡接端由葫芦形卡接孔646的大孔穿入，葫芦形卡接孔646的小孔的孔壁卡接在卡销643的卡接槽645内，左右拉紧组件还包括左右压紧分组件，该左右压紧分组件包括与卡销643固定连接的卡销扳手647，卡销扳手647与左内壳盖连接板641之间左右横向设置有扳手弹簧648，卡板644与右内壳盖连接板642之间上下竖向设置有用于将卡板644向上弹起的卡板弹簧649。
在拉紧左右的LED显示屏模组单元时，先用手将卡板644向下按压，手持卡销扳手647并推动卡销643向右移动，使卡销643的卡接端由葫芦形卡接孔646的大孔穿入，然后松开卡板644，卡板644在卡板弹簧649的作用力下向上弹起，此时使葫芦形卡接孔646的小孔的孔壁卡接在卡销643的卡接槽645内，松开卡销扳手647，卡销643在扳手弹簧648的作用力下有向左移动的趋势，进而将卡板644与卡销643之间拉紧，实现将左右的LED显示屏模组单元拉紧。
本实施例的单元基箱及单元组装架架设方便、稳固、便于LED显示屏模组及LED显示屏模组单元的安装拆卸、便于线路(如电源线、信号线)的统一布线，每个LED显示屏模组单元上装配固定个数的LED显示屏模组，能够使LED显示屏模组单元批量生产。在组装成曲面的显示屏时，只需将LED显示屏模组单元用单元组装架进行组装即可。大大的提高了生产和组装的效率。上下拉紧组件63和左右拉紧组件64能够将相邻的LED显示屏模组单元拉紧，避免了两个LED显示屏模组单元之间产生缝隙。
当然本实施例中的LED显示屏模组单元101可以根据安装空间的大小随意组装，空间利用率高，并且组装效率高，显示三维视频时，效果清晰，场景逼真。
如图8～图11所示，LED显示屏模组单元101的控制电路板71上设置有接收显示数据的显示数据输入接口711、将接收到的显示数据进行转发的显示数据输出接口712、将接收的显示数据分配给该LED显示屏模组单元101内的LED显示屏模组12的显示控制输出接口713、与供电电源2的输出端电连的单元电源输入接口714。
LED显示屏模组12的模组显控电路板72上设置有与LED显示矩阵电连接，控制LED显示矩阵的显示分配输入接口121、将接收的显示数据进行转发的显示分配输出接口122、以及模组电源输入接口123。
如图10所示的本实施例中的LED显示屏模组单元控制关系示意图。由于视频图像在显示过程中，传输视频图像的时钟频率＝水平方向总像素×垂直方向总像素×帧频，因此，对于高清电视、高清三维视频信号，由于其像素分辨率高，对传输每一帧的数据量都是很大的，这样会带来时钟频率过高，而显示数据输入接口的数据传输率有限的问题。这时，就需要对每一帧的图像数据进行切割传输。如果显示控制器对图像进行切割传输，那么切割后的每路传输的时钟频率必然比一路传输的时钟频率低，因此显示控制器通过对图像进行切割传输可以降低传输的时钟频率，从而增加传输的可靠性和稳定性。本实施例以输出像素为4096×2160的图像为例，帧频为60Hz，则输出的时钟频率为4096×2160×60＝530MHz，也就是需要总的输出数据速率是530Mbit/s，但一般的网络数据的传输速率是100Mbit/s，因此，显示控制器在输出时可以选择对图像进行切割后再传输。本实施例以将图像切割成两个图像区域及分成两路进行传输，则LED显示屏模组单元控制结构为：将拼装成三维曲面显示屏1的150个LED显示屏模组单元101分成2组，每组LED显示屏模组单元101由横向排列的15个LED显示屏模组单元101和竖向排列的5个LED显示屏模组单元101组成，每组LED显示屏模组单元101的第一个LED显示屏模组单元101作为起始端LED显示屏模组单元，起始端LED显示屏模组单元的控制电路板71的显示数据输入接口711与向LED显示屏模组单元发送显示数据的显示控制器3通信连接，起始端LED显示屏模组单元的显示数据输出接口712与该组中相邻的第二个LED显示屏模组单元101的显示数据输入接口711通信连接，该组LED显示屏模组单元中从第二个LED显示屏模组单元101到第75个LED显示屏模组单元通过对应的显示数据输出接口712和显示数据输入接口711依次串接。
这样由显示控制器3通过一根数据线能够控制一组LED显示屏模组单元101，该组中各LED显示屏模组单元101之间依次串接，能够使显示数据在合理的分配下，大大节约了成本。
如图11所示本实施例中的控制电路板71及模组显控电路板72连接关系示意图。控制电路板71上的一个显示控制输出接口713控制一组横向排列的LED显示屏模组12，每组横向排列的LED显示屏模组包括2个横向排列的LED显示屏模组12，每组横向排列的LED显示屏模组的第一个LED显示屏模组作为起始端LED显示屏模组，该起始端LED显示屏模组12的显示分配输入接口121与控制该组的控制电路板71上的显示控制输出接口713通信连接，起始端LED显示屏模组12的显示分配输出接口122与相邻的第二个LED显示屏模组的显示分配输入接口121串接。在控制显示信号不会衰减的状态下，由一个显示控制输出接口713控制一组按顺序排列的LED显示屏模组进行显示，节约了成本。
图14是本实施例中视频处理器22工作流程图。对于输入的视频信号，进入视频处理器22后，先判断该视频信号传输的视频格式，即判断该视频格式是二维视频信号还是三维视频信号，如果是二维视频信号，则需要对该二维视频信号向三维视频信号进行转换，即把一个二维的视频帧，处理拆分为两个分视频帧；如果是三维视频格式，则判断是左右格式的三维视频，还是上下格式的三维视频，如果是左右格式的三维视频，需要将每一帧图像的左帧图像和右帧图像分别提取出来，然后对左帧图像和右帧图像均进行宽度扩展一倍，形成两个分帧图像；如果是上下格式的三维视频，需要将上帧图像和下帧图像分别提取出来，然后对上帧图像和下帧图像均进行高度扩展一倍，也形成两个分帧图像。将二维视频信号拆分的两个分视频帧图像或提取的左右格式三维视频的左、右帧图像或提取的上下格式三维视频的上、下帧图像形成的分帧图像存储到存储器内，然后再由视频处理器22对存储器内的各分帧图像进行缩放判断，就是根据分帧图像的分辨率、显示纵横比、帧率等参数，与三维曲面显示屏1的满屏像素的分辨率、显示纵横比、帧率等参数进行比较，如果视频信号分帧图像的分辨率比三维曲面显示屏1的分辨率大，则需要对分帧图像进行缩小处理，视频信号的分帧图像的分辨率比三维曲面显示屏1的分辨率小，则需要对该输入的视频信号的分帧图像进行放大处理。视频处理器22再将缩放处理后的分帧图像存入到存储器内。
图15是本实施例中的显示控制器3工作流程图。由视频处理器22缩放处理后的视频信号在存储器内进行数据缓存，可以通过DDR2存储器完成数据缓存工作。然后由显示控制器3读取存储器内的视频信号数据，然后分成并行的两路输出，一路发送给以太网控制器，由以太网控制器通过发送接口226将提取缩放后的左帧图像和右帧图像依次间隔一定时间发送给三维曲面显示屏或将提取缩放后的上帧图像和下帧图像依次间隔一定时间发送给三维曲面显示屏1进行三维立体显示。显示控制器3同时可以控制三维曲面显示屏1的显示参数，比如根据三维曲面显示屏1的分辨率设置主控分辨率、设置帧频、设置三维曲面显示屏的LED灯显示颜色、扫描方式(如32扫或20扫等)、三维曲面显示屏1显示灰度等。通过显示控制器3控制三维曲面显示屏的扫描方式为20扫或40到，再结合LED显示屏模组12的LED显示矩阵横向和纵向的分辨率均为20的倍数或40的倍数，能够实现对高清、超高清等三维视频的全屏显示。另一路视频信号数据由FPGA芯片发送给监控计算机4进行监控。
这样，不论是二维视频信号还是三维视频信号，也不论三维视频信号是左右格式还是上下格式，经过上述处理后，均是将每一帧的图像拆分成两个分帧图像，且这两个分帧的图像的分辨率与原来帧的图像的分辨率相同，并且这两个分帧图像在发送给三维曲面显示屏时是一前一后依次发送实现立体效果，即将空间上排列的两个分帧图像转换成时间上排列的两个分帧图像，这里空间上排列的两个分帧图像是指：如左右三维视频格式时，每一帧的图像由左帧图像和右帧图像左右排列组成，上下三维视频格式时，每一帧的图像由上帧图像和下帧图像上下排列组成，因此可以看成原来的三维视频数据中的每一帧图像由两个分帧图像空间上排列组成。时间上排列的两个分帧图像是指：两个分帧图像一前一后在间隔一定时间发送给三维曲面显示屏，即形成时间上排列的分帧图像。因此本实施例的三维显示系统既能播放由2D转换成3D的三维格式，也能兼容播放左右格式的三维片源和上下格式的三维片源。
图13是本实施例中的视频处理系统的硬件设备组成框图。实际应用中既可以选择视频处理器22和显示控制器3是分体式的两个设备，也可以是二者合一的合体式的单一设备。在本实施例中优选地，将视频处理器22与显示控制器3合二为一组成一个整体的视频处理系统。该视频处理系统包括存储器221、与存储器221通信连接的FPGA芯片222、与FPGA芯片222的输入口进行通信连接的视频解码器223、与FPGA芯片222进行通信连接的监控显示器224、与FPGA芯片222进行通信连接的红外发射器225、与FPGA芯片222的输出口进行通信连接发送数据的发送接口226、用于连接键盘等外部设备对视频处理器进行控制的USB接口228、以及系统电源227。
其中，FPGA芯片222是核心部件，完成视频数据信号与三维曲面显示屏1的分辨率的3D格式转换和适配处理；视频解码器223负责将TMDS信号解析为24bit或48bit的TTL信号；存储器221负责在FPGA芯片222处理过程中数据存储，优选使用双256M DDR2SDRAM；发送接口226用于将处理后的视频数据发送给三维曲面显示屏1上的控制电路板71，优选采用多位千兆以太网口；监控显示器224用于与用户进行信息交互；红外发射器225：用于发送驱动适配的3D眼镜的信号。
下面以三维曲面显示屏1的分辨率为960×540为例，宽和高的比3：2，以输入高清标准格式的视频为例，高清标准格式的每一帧的分辨率为：1920×1080，视频处理系统的工作过程：
视频解码器223将输入的视频的信号解析为24bit或48bit的TTL电平信号，其中视频信号送入FPGA芯片222进行数据处理。
FPGA芯片222将输入的视频信号数据中的每一帧图像的格式由RGB格式转换成YCbCr格式。
FPGA芯片222判断视频格式以及处理过程如下：
当该视频格式为二维视频格式时，FPGA芯片222将一幅二维视频的帧图像转化后为对应的三维视频的两个分帧图像，这两个三维视频图像分帧既可以是左右格式的三维视频分帧，也可以是上下格式的三维视频分帧，可以根据需要具体确定二维视频转换为三维视频的格式类型。另外，经过转化后的这两个三维视频图像分帧的分辨率直接就与显示屏的分辨率一致，也就是说经过二维到三维的转化后，这两个三维视频图像分帧的分辨率直接就是1920×1080。分帧的帧频是二维视频图像帧的帧频的二倍，例如分帧的帧频由二维视频图像帧的帧频60Hz转换为120Hz；
当该视频格式为左右格式的三维片源时，左帧图像和右帧图像的分辨率均为：960×1080，三维视频的帧频为60Hz，FPGA芯片222分别提取出左帧图像和右帧图像，将左帧图像的分辨率在宽度方向上增加像素点，使左帧图像的分辨率为：1920×1080；将右帧图像的分辨率也在宽度方向上增加像素点，使右帧图像的分辨率为：1920×1080，此时三维视频的帧频为120Hz；
当该视频格式为上下格式的三维片源时，三维视频中的每一帧图像中的上帧图像和下帧图像的分辨率均为：1920×560，三维视频的帧频为60Hz，FPGA芯片222分别提取出上帧图像和下帧图像，并将上帧图像的分辨率在高度方向上增加像素点，使上帧图像的分辨率为：1920×1080；将下帧图像的分辨率也在高度方向上增加像素点，使下帧图像的分辨率为：1920×1080，此时三维视频的帧频为120Hz。
FPGA芯片222将转换后的视频信号数据存入到存储器221。
FPGA芯片222根据视频信号数据中的分帧图像的分辨率与三维曲面显示屏1的分辨率进行比较，分帧图像的分辨率均大于三维曲面显示屏1的分辨率，因此需要将视频中的各分帧图像进行缩小处理，使得分帧图像的分辨率均与三维曲面显示屏1的分辨率相适配，即缩小后的分帧图像分辨率为960×540。
FPGA芯片222将缩放后的视频信号数据再由YCbCr格式转换成RGB格式；转换后的视频图像数据存储到存储器221进行数据缓存。
以太网控制器读取存储器221内的处理后的视频图像数据，并通过发送接口226将处理后的两个分帧图像数据依次发送给LED的三维曲面显示屏1进行显示，再配合三维眼镜，形成立体效果。另一路视频信号数据由FPGA芯片发送给监控计算机4进行监控。
本发明的曲面三维虚拟显示系统支持上下左右混合全格式的三维视频片源，对3D全格式的视频进行兼容播放，可以在左右格式的片源、上下格式的片源、或其他格式的3D视频片源之间来回切换，并在三维曲面显示屏上进行3D视频的显示。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于LED的曲面三维虚拟显示系统，包括视频处理器、与所述视频处理器相连的显示控制器，其特征在于，还包括与所述显示控制器相连的三维曲面显示屏，所述视频处理器和所述显示控制器对输入的视频信号进行转换和缩放处理，所述显示控制器控制所述三维曲面显示屏对缩放转换处理后的三维视频信号进行三维视频显示。
2.根据权利要求1所述的基于LED的曲面三维虚拟显示系统，其特征在于，所述三维曲面显示屏由多个LED显示屏模组单元横向拼装和/或纵向拼装而成，所述LED显示屏模组单元包括单元基箱，所述单元基箱的外侧固定设置有横向和/或纵向无缝拼接的多个LED显示屏模组，相邻的所述LED显示屏模组单元的单元基箱的外侧面之间设置有夹角且通过单元组装架无缝拼装成曲面的显示屏，所述LED显示屏模组单元还包括LED显示屏模组单元的控制电路板，所述LED显示屏模组包括LED显示矩阵和控制所述LED显示矩阵的模组显控电路板，所述控制电路板与所述模组显控电路板之间通信连接，所述三维曲面显示屏还包括对所述控制电路板及所述模组显控电路板供电的供电电源。
3.根据权利要求2所述的基于LED的曲面三维虚拟显示系统，其特征在于，所述视频处理器与所述显示控制器合二为一组成视频处理系统，该视频处理系统包括存储器、与所述存储器通信连接的FPGA芯片、与所述FPGA芯片的输入口进行通信连接的视频解码器、与所述FPGA芯片进行通信连接的监控显示器、与所述FPGA芯片进行通信连接用于外接操控输入设备的USB接口、与所述FPGA芯片进行通信连接的红外发射器、与所述FPGA芯片的输出口进行通信连接并向所述三维曲面显示屏发送数据的发送接口、以及系统电源，所述FPGA芯片完成对视频信号的三维转换处理以及对视频信号缩放的处理。
4.根据权利要求3所述的基于LED的曲面三维虚拟显示系统，其特征在于，所述的对视频信号的三维转换处理包括,首先,对输入的视频信号进行识别和转换，将视频信号中的每一帧图像对应转换为适于三维显示的两个分帧图像；所述视频信号的缩放处理包括将处理转换后的所有分帧图像的分辨率与所述三维曲面显示屏的分辨率相适配，再由所述视频处理系统将原每一帧图像转换后的两个分帧图像依次间隔一定时间发送给所述三维曲面显示屏，由所述三维曲面显示屏对转换后的三维视频信号中的每一帧图像的两个分帧图像交替显示。
5.根据权利要求4所述的基于LED的曲面三维虚拟显示系统，其特征在于，所述视频信号包括二维视频信号和三维视频信号，所述三维视频信号包括左右格式的三维视频信号和上下格式的三维视频信号。
6.根据权利要求1～5任一权利要求所述的基于LED的曲面三维虚拟显示系统，其特征在于，所述三维曲面显示屏由横向和纵向的所述LED显示屏模组单元拼装而成，纵向的所述LED显示屏模组单元拼装为平面，横向的所述LED显示屏模组单元拼装成内弧面，进而使拼接的所述三维曲面显示屏形成内弧形，所述单元基箱的外侧面设置成平面或内弧面，所述单元基箱外侧面横向和纵向拼接有所述LED显示屏模组，纵向相邻的所述LED显示屏模组拼接为平面，横向相邻的所述LED显示屏模组对应的拼接成平面或呈角度拼接成与所述单元基箱的外侧面对应匹配的内弧面。
7.根据权利要求6所述的基于LED的曲面三维虚拟显示系统，其特征在于，所述LED显示矩阵的横向LED灯数和纵向LED灯数均为8的倍数或均为20的倍数或均为40的倍数。
8.根据权利要求7所述的基于LED的曲面三维虚拟显示系统，其特征在于，所述单元基箱包括由横梁和竖梁组成的框型梁架，所述横梁和所述竖梁相邻的相交点围成的区域用于安装一个LED显示屏模组，所述横梁和所述竖梁上分别设置有用于安装所述LED显示屏模组的安装孔，所述框型梁架的内侧设置有第一安装板，所述框型梁架内侧扣装设置有内壳盖，所述内壳盖上铰接设置有可打开的检修窗，所述检修窗内侧固定设置有第二安装板，所述内壳盖的四角上分别设置有连接固定孔，所述内壳盖上设置有电源线接入孔，所述单元组装架包括通过固定螺栓连接在相邻的所述内壳盖的四角上的连接板，以及上、下相邻的所述内壳盖之间设置的上下拉紧组件和左、右相邻的所述内壳盖之间设置的左右拉紧组件。
9.根据权利要求8所述的基于LED的曲面三维虚拟显示系统，其特征在于，所述LED显示屏模组单元的控制电路板上设置有接收视频显示数据的显示数据输入接口、将接收到的视频显示数据进行转发的显示数据输出接口、将接收的视频显示数据分配给该LED显示屏模组单元内的所述LED显示屏模组的显示控制输出接口、与所述供电电源的输出端电连的单元电源输入接口；
所述LED显示屏模组的模组显控电路板上设置有与所述LED显示矩阵电连接，并根据接收到的视频显示数据控制所述LED显示矩阵的显示分配输入接口、将接收的视频显示数据进行转发的显示分配输出接口，与所述供电电源的输出端电连的模组电源输入接口；
拼装成所述三维曲面显示屏的所述LED显示屏模组单元分成N组，其中N≥1，所述每组LED显示屏模组单元由横向排列的K个LED显示屏模组单元和/或竖向排列的M个LED显示屏模组单元组成，其中K≥2，M≥2，所述每组LED显示屏模组单元的第一个LED显示屏模组单元作为起始端LED显示屏模组单元，所述起始端LED显示屏模组单元的控制电路板的显示数据输入接口与向所述LED显示屏模组单元发送显示数据的显示控制器通信连接，所述起始端LED显示屏模组单元的显示数据输出接口与该组中相邻的第二个所述LED显示屏模组单元的显示数据输入接口通信连接，该组LED显示屏模组单元中从第二个所述LED显示屏模组单元到对应的第K个所述LED显示屏模组单元或到对应的第M个所述LED显示屏模组单元或到对应的第K+M个所述LED显示屏模组单元通过各所述控制电路板上的所述显示数据输出接口和所述显示数据输入接口依次串接。
10.根据权利要求9所述的基于LED的曲面三维虚拟显示系统，其特征在于，所述控制电路板和所述模组显控电路板通信连接方式为，所述控制电路板上的一个显示控制输出接口控制一组横向排列的LED显示屏模组或控制一组竖向排列的LED显示屏模组；
当所述控制电路板上一个显示控制输出接口控制一组横向排列的LED显示屏模组时，每组横向排列的LED显示屏模组包括L个横向排列的LED显示屏模组，其中，L≥2，所述每组横向排列的LED显示屏模组的第一个LED显示屏模组作为起始端LED显示屏模组，所述起始端LED显示屏模组的显示分配输入接口与控制该组的所述控制电路板上的显示控制输出接口通信连接，所述起始端LED显示屏模组的显示分配输出接口与相邻的第二个LED显示屏模组的显示分配输入接口串接，该组LED显示屏模组中的第二个LED显示屏模组到第L个LED显示屏模组通过对应模组显控电路板上的所述显示分配输出接口与所述显示分配输入接口依次顺序串接。
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