中心議題：

• 係統結構及功能概述
• 主要功能模塊的設計

解決方案：

• 輸入數據逐點校正
• 采用MCU+FPGA的架構

HDMI（高清晰度多媒體接口，HighDefinitionMultimedia）是基於DVI技術製定，可看作是DVI技術的強化與延伸，兩者可以兼容。HDMI接口可以提供高達5Gbps的數據傳輸帶寬
，滿足1080p的分辨率，並支持所有的HDTV等標準以及DVDAudio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
，而且隻用一條HDMI線連接，可以用於免除數碼音頻接線。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。
　　
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DOLBYTRUEHD和DTS-HD
；（5）新增唇形同步技術
，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25萬台，而2007年一年所配備的HDMI產品數量就增加至1.5億台。
　　
但是
，目前幾乎所有的HDMI接口產品都隻局限於數字電視以及DVD係列產品
，本文利用最新的HDMI1.3技術設計了一款智能顯示屏控製器，將HDMI技術應用到LED顯示屏行業，從而將LED顯示屏的顯示性能和效果提高了一大步。
　　
係統結構及功能概述
　　
根據LED顯示屏需具有較高的顯示性能和效果，以及方便控製的需求，顯示屏控製係統應具有足夠的輸入、輸出接口和遠程通信功能。我們基於HDMI1.3技術的LED顯示屏控製器的係統結構如圖1所示。係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、實時時鍾以及狀態指示等。

          　圖1.基於HDMI技術的LED顯示屏控製器結構

主要功能模塊的設計
　　
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顯示屏控製是一套同步顯示係統，即用一套嵌入式係統來為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
，易於工程施工。
　　
獨立視頻LED係統
　　
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hui度du級ji和he亮liang度du通tong常chang由you控kong製zhi器qi決jue定ding，而er分fen辨bian率lv可ke以yi通tong過guo控kong製zhi器qi陣zhen列lie的de方fang式shi得de到dao很hen大da的de提ti高gao。本ben文wen實shi現xian的de控kong製zhi器qi中zhong，通tong過guo控kong製zhi器qi陣zhen列lie的de形xing式shi
，獲huo得de兩liang路lu光guang纖xian數shu據ju輸shu出chu，實shi現xian大da的deLED顯示屏控製麵積（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係統完全脫離計算機的控製
，本身可以實現通信、視頻播放、數據分發、掃描控製等功能。
　　
控製係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顯示控製器上，控製器將播放單元提供的數據顯示到全彩色大屏幕LED上。
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視頻數據分配方案
　　
由於控製器是對大幀數據（例如1024*768）進行控製，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製器。
　　
本係統中的LED控製器灰度級高達3×12位（可顯示多達64G種顏色）
、控製像素為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。


                           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後存入SDRAM。然後將該場數據分成8組，同時發送給LED分配器。
　　
為了方便各模塊間的接口
，有利於不同時鍾域的數據同步，係統采用SDRAM作為主存儲器。SDRAM具有容量大
、帶寬高

、價格便宜等優點；但是控製比較複雜
，每次讀寫有多個控製和等待周期。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。

benfangancaiyongwanquandongtaideneicunfenpeijizhi
，jimeigemokuaiqingqiushi，ruguobushitongyichangshuju

，zekeyifenpeidaoyikuaixindeneicun
，eryidangaineicundeshujubuzaiyouxiao
，zeshifangzhekuaineicun。zheyang
，meikuaineicundouyouzijideshuxing。zongxiantiaodushibenmokuaidehexinbufen，bixujingquejisuanzongxiandaikuandezhanyongqingkuang
，yibaozhenggegecunchubufenbuhuichuxianyichuhuodukongdexianxiang。
　　
輸入數據逐點校正
　　
FPGA根據時序關係

，將輸入數據讀入，進行下一步的處理。由於在生產過程中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在亮度和顏色方麵的要求，LED采購的成本也隨之大大降低。此外，係統采用的逐點校正技術，可以在線修改校正參數，使得LED屏在投入運營之後也可以修改校正參數，補償由於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。
　　
逐點校正參數存於SPI存儲器中。係統上電之後，MCU首先將該數據傳送到FPGA
，FPGA將其存入SDRAM中。此後，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（LowVoltageDifferentialSignal）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製能力
，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CycloneIII係列。該係列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
，可以保證後端數據支持大麵積的屏體
，從而實現大的LED顯示屏控製麵積（兩塊1024*768）。這是通過altera公司的CycloneIII係列FPGA實現的。
　　
MCU控製
　　
由於本係統采用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顯示屏控製器
，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
，提高了係統效率。
　　
為了使整個LED顯示屏控製係統更具人性化，控製器包含了串口（RS-232、RS-485）通信、紅外控製、SPI存儲器以及實時時鍾等一些輔助控製部分。此外
，還增加了一個LCD顯示屏
，用以同步顯示LED屏顯示內容。
　　
總之，增加這些輔助控製部分

，使得整個控製係統更智能
，再配以我們自行開發設計的係統軟件
，就更人性化，易於用戶使用和操作。
　　
綜上所述，該LED顯示屏控製係統提供6路模擬量輸入及2路DVI輸入接口，支持RS-232和RS-485接(jie)口(kou)，可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)實(shi)時(shi)數(shu)據(ju)采(cai)集(ji)和(he)傳(chuan)輸(shu)，而(er)且(qie)可(ke)以(yi)對(dui)現(xian)場(chang)設(she)備(bei)實(shi)行(xing)遠(yuan)程(cheng)開(kai)關(guan)量(liang)控(kong)製(zhi)。實(shi)驗(yan)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)表(biao)明(ming)
，該(gai)係(xi)統(tong)亮(liang)度(du)合(he)適(shi)，使(shi)用(yong)分(fen)辨(bian)率(lv)細(xi)膩(ni)（64G色），場掃描頻率高（約400Hz），像素高（2048*768點），可用於戶外廣播級應用。該設計通過單點校正
，從而可以使采購廠商放寬LED在亮度和顏色方麵的要求，LED采購的成本也隨之降低
；從8位增至12位使圖像的顏色等級大大增加。此外，除接收來自串口的信號外，還可通過HDMI接口接收數據信號。