CN200947337Y - 一种led全彩色显示屏控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种LED全彩色显示屏控制系统，该系统由发送板、主控系统和副控系统三部分组成，其中发送板解码原始的视频信号，并把信号作相应的格式传换，压缩，再转成适合远距离传输的LVDS信号或者光信号，发送到主控系统；主控系统接收来自发送板的信号，解码后，作灰度变换，并把信号分配到副控系统中去，主控系统并不直接控制显示；副控系统是整个系统的核心，负责灰度生产，格式编码的最后一级任务，直接决定显示质量，直接控制LED驱动IC。采用该系统后，控制面积显著缩小，从而传输距离减小，提高了时钟频率，从而提高了刷新频率。

Description

一种LED全彩色显示屏控制系统

                            技术领域

本实用新型属于显示屏控制系统领域，具体涉及一种LED全彩色显示屏控制系统。

                            背景技术

近年来，平板显示(FPD)技术不断进步，LCD、PDP以及LED等显示技术频频亮相于各媒体。其中，LCD呼声极高而且市场机制较为成熟，尽管如此，业界依然没有放弃对于新兴技术的探索和关注，作为后起之秀的LED显示技术则依靠其独特的低功耗、高亮度、长寿命等优势而备受业界关注。大屏幕LED显示屏现已广泛用于体育场馆、机场、车站等场所，用以显示文字、图形、动画及动态视频影像等多媒体信息。

一般地，有如下几个因素制约视频显示效果的提高：(1)刷新率；(2)灰度等级；(3)亮度；(4)信号完整性等；每个因素对视频显示效果的影响是不同的，刷新率决定了视频的换频率，即动态响应速度，过慢的刷新率会造成图像跳帧，从显示效果的角度来说，刷新率越高，显示动态图像的跟随性越好。同时，刷新率的提高又可以为提高灰度等级和亮度打下好的基础；灰度等级，普通的做法是用8位256级，刷新率提高后，可以用16位来实现256级灰度。灰度位增加后，像素与像素之间的颜色变化被拉大；LED显示屏的亮度，是通过PWM来产生的。控制面积缩小后，PWM的周期可以做得更大，增加LED点亮的时间，从而提高亮度；视频显示效果的好坏还决定于信号传输过程中的完整性，所以信号在从系统到驱动板的传输过程中，要对信号进行保护，在传输中，主要有两个因素能削减信号的完整性，一个是干扰，空间的电磁干扰无处不在，如电源线的工频干扰，汽车打火，手机发射等等，传输线路越长，受电磁干扰的影响越大，信号的变形越厉害，显示效果越差；另一个是衰减：信号传输需要能量，传得越远，衰减越多，越到后面的信号，质量越差。

《液晶与显示》第20卷第6期(2005年12月)公开了一篇题为《大屏幕LED显示控制系统的设计》论文，在论文中公开了一种显示控制系统，主要由以下五个模块组成：主控模块、时序控制模块、存储器模块、电源模块以及通信模块。主控模块的核心器件是TI公司的TMS3202L F2407，时序控制电路模块的核心器件是AL2TERA公司的PLD EP1 K30，该控制系统基本上实现了室内L ED显示屏的脱机图文显示，基本显示效果初步实现，但就丰富显示效果、上位机的用户界面人性化等细节方面需进一步研究和完善。

综上所述，目前对于大面积LED全彩色显示屏，还存在以下几个问题：显示屏是大面积显示器件，所以体积巨大，往往宽度达到几十米，甚至上百米，提高刷新率就要提高时钟频率，但高频的时钟难以实现长距离传输，限制了应用，大屏幕显示屏一般面积比较大，像素点远比CRT，LCD等粗，所以需要更剧烈的颜色过渡，才能把颜色的区别体现出来，从而在图像的层次感上，获得更好的效果，这在技术上是难以实现的，比较可行的做法是改进和优化控制系统的结构。

                            发明内容

本实用新型就是针对上述大面积LED全彩色显示屏存在的技术问题，是利用“化整为零”的原理，把一个集中系统切割成多个小的局部系统，从而获得更高的时钟速度、减小信号损失，达到提高显示质量的目的，同时提高系统的可靠性。而发明的一种阵列式控制系统，又称分布式控制系统的一种LED全彩色显示屏控制系统。

一种LED全彩色显示屏控制系统，该系统由发送板、主控系统和副控系统三部分组成，其特征在于：发送板的输入端与DVI视频信号连接，输出端与主控系统连接；主控系统可以连接控制若干副控系统，副控系统连接控制LED驱动IC。

发送板解码原始的视频信号，并把信号作相应的格式传换，压缩，再转成适合远距离传输的LVDS信号或者光信号，发送到主控系统；主控系统接收来自发送板的信号，解码后，作灰度变换，并把信号分配到副控系统中去，主控系统并不直接控制显示；副控系统是整个系统的核心，负责灰度生产，格式编码的最后一级任务，直接决定显示质量，直接控制LED驱动IC。

所述的发送板至少包括以下模块：DVI信号解码模块和TTL信号重新编码压缩模块；而TTL信号重新编码压缩模块的输出端连接有TTL到LVDS转换电路和电光转换电路。所述发送板解码DVI信号，并对其进行重新编码、压缩，并转成适合远距离传输的LVDS信号和光信号。

所述的发送板发送的信号是LVDS电平信号或光信号，如果是远距离传输，则为光信号。

所述的主控系统第一级是LVDS转TTL电路，把差分信号再转成逻辑器件可以处理的TTL信号，若是光信号，则加一级光电转换电路。

所述的系统还可进一步采用单RAM设计。

本实用新型的显著意义在于：采用阵列式控制系统后，控制面积显著缩小，从而传输距离减小，提高了时钟频率，从而提高了刷新频率；采用阵列式控制后，由于把一个大的集中式系统分割成几个小的子系统(副控制)，每个副控的控制范围小了，信号传输的长度减小，一般来说，一个显示屏，长度可以达到上百米，而采用阵列式控制，每个副控只控制一个箱体(1米)，传输路径可以缩短上百米，这对提高信号完整性，是非常有利的，这样就保证了视频显示效果。

                            附图说明

图1为分步式控制系统信号传递图；

图2为发送板结构示意框图；

图3为主控系统结构示意框图；

图4为副控系统结构示意框图；

图5为发送板电路原理图；

图6为主控系统电路原理图；

图7为副控系统电路原理图；

图8为主控系统的传播时序图；

图9为TB62726的管脚示意图。

                        具体实施方式

下面结合说明书附图对本实用新型进行详细阐述。

一种LED全彩色显示屏控制系统，该系统由发送板、主控系统和副控系统三部分组成，其特征在于：发送板的输入端与DVI视频信号连接，输出端与主控系统连接；主控系统可以连接控制若干副控系统，副控系统连接控制LED驱动IC。

发送板解码原始的视频信号，并把信号作相应的格式传换，压缩，再转成适合远距离传输的LVDS信号或者光信号，发送到主控系统；主控系统接收来自发送板的信号，解码后，作灰度变换，并把信号分配到副控系统中去，主控系统并不直接控制显示；副控系统是整个系统的核心，负责灰度生产，格式编码的最后一级任务，直接决定显示质量，直接控制LED驱动IC。

本实用新型所有板卡和系统，采用XILINX公司和ALTERA公司的可编程器件，可以多次重复编程，实时修改，硬件程序采用HDL完成。发送板作用是解码DVI信号，对其进行重新编码、压缩，并转成适合远距离传输的LVDS信号和光信号。DVI信号的解码采用SILICON IMAGE的161，其结构如附图2所示，把DVI的信号，解码成LCD的扫描信号，分别是8位的红，绿，蓝组合成QE[23:0]，加上点时钟QDCLK，消隐DE，行同步HSYNC，场同步VSYNC，就足以为发送提供视频信息。

主控系统接收发送板的信号，解码后，作灰度变换，并把信号分配到副控系统中去。主控系统并不直接控制显示。发送板发送的信号是LVDS电平的，如果远距离，还有可能传成光信号。所以主控系统相应地，第一级是LVDS转TTL电路，把差分信号再转成逻辑器件可以处理的TTL信号。如果是光信号，则要再加一级光电转换。发送卡在发送的时候，只对输入信号进行重新编码，压缩，由于输入到发送卡的信号是8位的，主控收到信号后，第一个任务就是对信号进行灰度变换，把灰度由8位变换为16位，拉大像素之间的素之间的颜色差异。灰度变换的过程用查找表实现：Module GreyTable(DI，DO);

 Input[7:0]DI;

 Output[15:0]DO;

Reg[15:0]DO;

Always@(DI)begin

    Case(DI)

      8'd0:DO=15'd0;

      8'd1:DO=15'd3:

      .......

      8'd255:DO=15'HFFFF;

   Endcase

 endendmodule

以上可知灰度位数变换后，存储空间也相应变大，为了能保证在相同的时间内把数据存入RAM，则需要把主控的时钟进行倍频，内部以更高的速度处理发送卡过来的信号。现在的FPGA都带用DCM，可以方便地倍频所需的信号。

把数据发配到副控系统是主控系统的一项重要功能，通常副控系统的配置是控制64×64点的范围，所以主控系统就是把数据按64点的规格发送到副控系统中。这在系统中，可以用改变SRAM读取地址的方式来实现。主控系统传输时序如附图8所示。

副控是系统的核心，担负着灰度产生，格式编码的最后一级任务，直接决定显示质量。直接控制LED驱动IC，以东芝的LED显示屏专用IC--TB62726为例，如附图9所示为TB62726的管脚示意图，TB72726采用串行接口，信号从SERIAL-IN输入，再由SERIAL-OUT传给下一级，信号在CLOLK的上升沿打入。LATCH为锁存，控制信号由IC内部的移位寄存器到输出。R-EXT用外接的电阻来调节恒流源的驱动电流。OUT0~OUT15是恒流源输出，每片IC可以控制16个通道。因为LED为电流敏感器件，恒流输入保证了在电压波动的情况下，电流保持稳定，从而保证发光器件的稳定。

副控系统C.U采用CPLD实现，基于主控系统分配的信号，按16位灰度，分别对每个灰度位进行扫描，用组合的结果，反映256级灰度。

针对每次扫描，把灰度平均分配，把一行的所有灰度都扫描完，再扫一下行

N表示1/N扫描方式的驱动板

M表示生产灰度所需的总扫描场数

for(row=0;row<ROW_MAX;row++){

      switch(row){

         case 0:

              for(I=0;I<M/N;I++){

                gra=GRA_TABLE[row][I];

                for(clo=0;clo<CLO_MAX;clo++){

                   一次扫描

              }

         }

              break;

         case 1:

              for(I=0;I<M/N;I++){

                gra=GRA_TABLE[row][I];

                for(clo=0;clo<CLO_MAX;clo++){

                   一次扫描

              }

               }

               break;

         case N:

              for(I=0;I<M/N;I++){

                  gra=GRA_TABLE[row][I];

                  for(clo=0;clo<CLO_MAX;clo++){

                     一次扫描

              }

         }

              break;

    }

}

本实用新型阵列式系统把副控系统的引入实现了系统分割，提高执行效果的同时，为了把阵列式系统实用化，成本控制是里边相当重要的一项工作。单RAM的设计方式，正是为了实现这个目的的重要设计。

在控制系统里机，SRAM占成本的比率，能达到35％，甚至达到50％以上，减小SRAM的数量，直接减低系统成本。但现有的系统中，一般采用双RAM的技术，即乒乓操作，一块RAM接收主控发出的信号，另一块RAM输出到驱动板上，一帧图像处理完，两者交换，再进行下一个工作周期。

在阵列式系统，创造性地使用单RAM技术，利用分时复用，解决这个问题。

以上对本实用新型的优选实施例的说明的目的是用来例示和说明本实用新型。这些实施例并步是穷举性的或要将本实用新型局限于就是所揭示的确切形式，根据以上的原理显然许多变型都是可行的。对于熟悉该技术的人员来说是显而易见的这样一些变型，都应该列入如所附权利要求书所列出的本发明的专利保护范围。

Claims (5)

1、一种LED全彩色显示屏控制系统，该系统由发送板、主控系统和副控系统三部分组成，其特征在于：发送板的输入端与DVI视频信号连接，输出端与主控系统连接；主控系统可以连接控制若干副控系统，副控系统连接控制LED驱动IC。

2、根据权利要求1所述的一种LED全彩色显示屏控制系统，其特征在于：所述的发送板至少包括以下模块：DVI信号解码模块和TTL信号重新编码压缩模块；而TTL信号重新编码压缩模块的输出端连接有TTL到LVDS转换电路和电光转换电路。

3、根据权利要求1所述的一种LED全彩色显示屏控制系统，其特征在于：所述的发送板发送的信号是LVDS电平信号或光信号，如果是远距离传输，则为光信号。

4、根据权利要求1所述的一种LED全彩色显示屏控制系统，其特征在于：所述的主控系统第一级是LVDS转TTL电路，把差分信号再转成逻辑器件可以处理的TTL信号，若是光信号，则加一级光电转换电路。

5、根据权利要求1所述的一种LED全彩色显示屏控制系统，其特征在于：所述的系统还可进一步采用单RAM设计。

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