CN204719737U - 基于fpga的大屏显示器拼接系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种基于FPGA的大屏显示器拼接系统，包括信号接收电路、信号发射电路、主控制电路、时钟电路、输入接口以及输出接口；所述输入接口与信号接收电路电连接，输出接口与信号发射电路电连接，所述信号接收电路、信号输出电路以及时钟电路分别与主控制电路电连接，所述主控制电路接收信号接收电路传递的数字图像信号，并将该信号发送到信号发射电路中。本实用新型的基于FPGA的大屏显示器拼接系统通过多屏拼接显示，接口控制与资源合理分配，搭建了基于FPGA的图像视频采集处理系统，该系统适于投入实际的工业化生产过程中。

Description

基于FPGA的大屏显示器拼接系统

技术领域

本实用新型涉及显示器的技术领域，尤其涉及一种基于FPGA的大屏显示器拼接系统。

背景技术

由于目前视频设备越来越受广大群众的青睐，人们对视频效果和显卡的要求越来越高，普通的显卡和视频设备已经不能满足人们的需求，所以国外各大视频

设备及显卡供应商如ATI、Intel、Matrox等公司大力开发更高级的显卡，但由于成本的原因这些设备只能适合一些高级客户的需求，不能被大部分群众所承受，为了满足人们现代人们要求的视觉震撼的效果，普通14寸、19寸的屏幕已经不能满足人们的需求，大屏幕显示器越来越受到人们的追捧；据市场调查报告显示，我国2015年大屏幕拼接的市场份额将达到96亿元左右。我国大屏幕拼接行业之所以能够快速发展的原因，一方面是国家所提倡的信息产业数字化、网络化、智能化，有关政府主管部门出具了多项支持信息产业发展的政策，提出要大力发展数字媒体内容平台、高清晰度大屏幕平板显示等等内容，促进了拼接大屏幕的发展。

另一方面是视频会议、视频监控、多媒体教学等领域对显示终端的显示性能、显示尺寸的要求不断提高，使得普通的显示产品已经无法满足多样化的显示要求。大屏拼接产品具有的任意大小拼接、可以灵活显示和控制的特点，能够适合不同行业和领域的应用。

大屏幕拼接是指将多个监视器利用图像控制器组合构成大屏幕显示系统的技术。大屏幕显示系统，一般用于一个画面的超大屏幕显示及多个画面的多窗口显示，目前已广泛运用到政府部门、广播电视、监控指挥中心、娱乐场所等各行各业。现有技术中的大屏幕拼接监视器，均需要采用外接矩阵的方法拼接起来，因此均再需要信号分配器，不仅结构较为复杂，拼接过程也较为繁琐。

实用新型内容

针对上述技术中存在的不足之处，本实用新型提供一种基于计算机接口有限，不占用电脑内存，来实现多屏显示的基于FPGA的大屏显示器拼接系统。

为了达到上述目的，本实用新型一种基于FPGA的大屏显示器拼接系统，包括信号接收电路、信号发射电路、主控制电路、时钟电路、输入接口以及输出接口；所述输入接口与信号接收电路电连接，输出接口与信号发射电路电连接，所述信号接收电路、信号输出电路以及时钟电路分别与主控制电路电连接，所述主控制电路接收信号接收电路传递的数字图像信号，并将该信号发送到信号发射电路中。

其中，该拼接系统还包括显卡信息存储器，所述显卡信息存储器分别与主控制电路电连接，所述显卡信息存储器接收主控制电路发送的数字图像信号，并将该信息进行储存，所述显卡信息存储器为24CO2芯片。

其中，改拼接系统还包括稳压电源电路，所述稳压电源电路分别与信号接收电路、信号输出电路、显卡信息存储器以及主控制电路电连接，所述稳压电源电路提供1.2V、1.5V、3.3V三种类型的电压。

其中，所述信号接收电路的元器件为SiI161接收芯片，所述信号发射电路的元器件为SiI164接收芯片，所述信号接收电路由两个SiI161接收芯片并联而构成，所述信号发射电路由三个SiI164接收芯片并联而构成。

其中，所述输入接口为DVI输入接口，所述输出接口为DVI输出接口，所述两个SiI161接收芯片与分别与适配的DVI输入接口电连接并采集数字图像信号，所述三个SiI164接收芯片分别与适配的DVI输出接口电连接并发射数字图像信号。

其中，该拼接系统还包括FLASH和LED，所述FLASH与LED芯片分别与主控制电路电连接，所述FLASH接收主控制电路数字图像信息并向主控制电路反馈存储状况，所述LED芯片接收主控制器的控制指令。

本实用新型的有益效果是：

与现有技术相比，本实用新型的信号接收电路通过输入接口获取数字图像信号，并将信号传递到主控制电路中，主控制电路进行整合后，通过信号发射电路与输出接口的配合将图像信息显示在显示屏上。本实用新型的基于FPGA的大屏显示器拼接系统通过多屏拼接显示，接口控制与资源合理分配，搭建了基于FPGA的图像视频采集处理系统，该系统适于投入实际的工业化生产过程中。

附图说明

图1为本实用新型基于FPGA的大屏显示器拼接系统的结构示意图。

主要元件符号说明如下：

10、稳压电源电路           11、信号接收电路

12、信号发射电路           13、主控制电路

14、输入接口               15、输出接口

16、时钟电路               17、显卡信息存储器

18、FLASH                  19、LED芯片

具体实施方式

为了更清楚地表述本实用新型，下面结合附图对本实用新型作进一步地描述。

参阅图1，本实用新型一种基于FPGA的大屏显示器拼接系统，包括信号接收电路11、信号接发射电路12、主控制电路13、时钟电路16、输入接口14以及输出接口15；输入接口14与信号接收电路11电连接，输出接口15与信号接发射电路12电连接，信号接收电路11、信号输出电路以及时钟电路16分别与主控制电路13电连接，主控制电路13接收信号接收电路11传递的数字图像信号，并将该信号发送到信号接发射电路12中。

相较于现有技术，本实用新型的信号接收电路11通过输入接口14获取数字图像信号，并将信号传递到主控制电路13中，主控制电路13进行整合后，通过信号接发射电路12与输出接口15的配合将图像信息显示在显示屏上。本实用新型的基于FPGA的大屏显示器拼接系统通过多屏拼接显示，接口控制与资源合理分配，搭建了基于FPGA的图像视频采集处理系统，该系统适于投入实际的工业化生产过程中。

在本实施例中，该拼接系统还包括显卡信息存储器17，显卡信息存储器17分别与主控制电路13电连接，显卡信息存储器17接收主控制电路13发送的数字图像信号，并将该信息进行储存，显卡信息存储器17为24CO2芯片。

在本实施例中，改拼接系统还包括稳压电源电路10，稳压电源电路10分别与信号接收电路11、信号输出电路、显卡信息存储器17以及主控制电路13电连接，稳压电源电路10提供1.2V、1.5V、3.3V三种类型的电压。

在本实施例中，信号接收电路11的元器件为SiI161接收芯片，信号接发射电路12的元器件为SiI164接收芯片，信号接收电路11由两个SiI161接收芯片并联而构成，信号接发射电路12由三个SiI164接收芯片并联而构成。

在本实施例中，输入接口14为DVI输入接口14，输出接口15为DVI输出接口15，两个SiI161接收芯片与分别与适配的DVI输入接口14电连接并采集数字图像信号，三个SiI164接收芯片分别与适配的DVI输出接口15电连接并发射数字图像信号。

在本实施例中，该拼接系统还包括FLASH18和LED，FLASH18与LED芯片19分别与主控制电路13电连接，FLASH18接收主控制电路13数字图像信息并向主控制电路13反馈存储状况，LED芯片19接收主控制器的控制指令。

本实用新型投入工业生产的具体项目项目实施主要内容及技术路线。

(一)、主要内容

1)、设计方案的选择，包括各个模块的芯片选择例如电源模块、主控模块、数字视频信号发送模块、数字视频信号接收模块和接口模块的选择论证。对包括FPGA主控制模块、视频信号的发送与接收模块、视频接口电路的设计方案进行模块选择及分析论证；

2)、整体的硬件设计思路研究及设计方案，对各个模块进行技术指标分析；完成相关电路开发设计，包括稳压电源电路10、信号接收和发射电路、FPGA最小系统电路、接口电路、时钟电路16等几部分；

3)、系统的软件设计及各个模块的主要功能的设计实现；

Verilog系统设计；

MATLAB仿真验证：采取先经过MATLAB仿真来验证设计的可行性与复杂度；

完成整体的设计流程：数字视频信号由显卡进来，将消隐信号、行频场频信号、时钟信号等传送给Sil1161芯片进行接收，然后将三路RGB信号、时钟信号传送给FPGA进行处理，处理后再将消隐信号、像素数据、时钟信号、行频场频信号传送给三个显示器并显示图像或视频。

完成细节的逻辑设计与仿真包括模式判断、单通道读写、行频场频输出。

系统完善和调试：实现项目预订的多屏显示，使其达到预定的指标要求及功能，对系统进行调试、验证和完善。

4)、硬件的优化调试

系统的整体硬件设计在Altium designer 09中进行，整个PCB电路板一共划分为以下几个部分，包括电源部分、视频信号的发射电路、FPGA和其配置电路、视频信号的接收电路、时钟电路16、SDRAM芯片部分。

对硬件中出现的各种问题做出分析和优化解决。

硬件调试是整个PCB系统中对各个子模块的工作进行调试，在PCB制作时应该遵循模块的划分进行布局，有利于对真个硬件系统的测试与调试。

(二)、技术路线

1)、多显示器扩展拼接系统的总体设计方案路线

以FPGA为控制核心，设计一个多显示器扩展拼接系统。该系统由FPGA控制模块，数模转换模块，串口通信模块等几部分组成。首先对各独立模块的方案进行比较分析，最终选出最佳方案。

FPGA核心控制模块的设计与选择：

首先比较FPGA、DSP和ARM三种芯片作为图像采集处理系统核心芯片的优缺点。ARM在控制方面具有较好的优势，拥有比较强的管理功能，通常用来跑界面和应用程序等，比较适合处理中低端应用，控制简单语音和图片处理，在手机中应用较多。而DSP的优势主要体现在强大的计算能力，例如进行数据加密的解密处理、信号的调制与解调等，拥有超强的数据处理能力与比较高的串行运行速度。FPGA可以试用Verilog HDL和VHDL硬件描述来编程，设计灵活性强，并且可以反复操作，因此能够充分进行开发设计。当电路需要小部分改动的时候，FPGA的优势就凸现出来了，其强大现场编程能力有效的延长了产品的寿命。新一代FPGA能够通过内部乘法器、寄存器、内存块来构造系统的软核，可以实现ARM和DSP的功能。因为FPGA的功耗相对较大，因此一般我们单用DSP和ARM。但FPGA采用并行结构在高速信号处理领域中大幅度提高了处理速度，速度上能够超过DSP。

最终考虑选择Altera公司的FPGA芯片作为主控芯片。

视频信号的发送与接收方案设计：选择SiI1161DVI接收器，它运用最先进的技术，可以使任何数字显示器实现最高性能的DVI连接。

接口电路方案设计：

对于显示器这类的数字显示设备，使用DVI接口可以提高画面的显示质量，简化电路接口的设计；

2)、系统的硬件设计技术路线系统的总体设计：

该设计包括稳压电源电路10、信号接收和发射电路、FPGA最小系统电路、接口电路、时钟电路16等几部分。其中电源电路模块可以通过两种芯片提供3种类型电压分为1.2V、1.5V、3.3V并供给FPGA、数据发送和接收芯片、显卡信息存储芯片等，其中I2C选用24C02用来储存显卡信息，然后通过2个SiI1161先采集数字图像信号，经过编码并发出控制信号和数据信号供给FPGA，然后经过FPGA主控芯片进行数据处理，并把控制信号和数据信号传给3个SiI164接收芯片，最后经过3个DVI连接到3个显示器上，产生一台电脑通过三个显示器达到3屏幕显示的效果。选用SiI1161和SiI164是因为Silicon Image是世界知名的半导体设计公司，DVI接口标准也主要是由该公司参与制定的标准，并且选择SiI1161采集数据和SiI164发送数据是因为这是该公司的成熟产品并广泛应用于视频采集、处理、输出领域。

以上公开的仅为本实用新型的几个具体实施例，但是本实用新型并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本实用新型的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于FPGA的大屏显示器拼接系统，其特征在于，包括信号接收电路、信号发射电路、主控制电路、时钟电路、输入接口以及输出接口；所述输入接口与信号接收电路电连接，输出接口与信号发射电路电连接，所述信号接收电路、信号输出电路以及时钟电路分别与主控制电路电连接，所述主控制电路接收信号接收电路传递的数字图像信号，并将该信号发送到信号发射电路中。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的大屏显示器拼接系统，其特征在于，该拼接系统还包括显卡信息存储器，所述显卡信息存储器分别与主控制电路电连接，所述显卡信息存储器接收主控制电路发送的数字图像信号，并将该信息进行储存，所述显卡信息存储器为24CO2芯片。

3.根据权利要求2所述的基于FPGA的大屏显示器拼接系统，其特征在于，改拼接系统还包括稳压电源电路，所述稳压电源电路分别与信号接收电路、信号输出电路、显卡信息存储器以及主控制电路电连接，所述稳压电源电路提供1.2V、1.5V、3.3V三种类型的电压。

4.根据权利要求1所述的基于FPGA的大屏显示器拼接系统，其特征在于，所述信号接收电路的元器件为SiI161接收芯片，所述信号发射电路的元器件为SiI164接收芯片，所述信号接收电路由两个SiI161接收芯片并联而构成，所述信号发射电路由三个SiI164接收芯片并联而构成。

5.根据权利要求4所述的基于FPGA的大屏显示器拼接系统，其特征在于，所述输入接口为DVI输入接口，所述输出接口为DVI输出接口，所述两个SiI161接收芯片分别与适配的DVI输入接口电连接并采集数字图像信号，所述三个SiI164接收芯片分别与适配的DVI输出接口电连接并发射数字图像信号。

6.根据权利要求1所述的基于FPGA的大屏显示器拼接系统，其特征在于，该拼接系统还包括FLASH和LED，所述FLASH与LED芯片分别与主控制电路电连接，所述FLASH接收主控制电路数字图像信息并向主控制电路反馈存储状况，所述LED芯片接收主控制器的控制指令。