一種基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器的製作方法
2023-05-17 14:45:46
專利名稱：一種基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器的製作方法
技術領域：
本發明涉及大屏幕液晶拼接顯示領域，尤其涉及一種基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器。
背景技術：
液晶拼接是專為工程應用設計的專業化終端顯示設備。它以FPGA陣列為硬體基礎，採用並行高速圖形處理技術，實現了多路高速視頻信號的統一處理，從根本上取代插卡式拼接控制器，解決了 VGA (Video Graphics Array，視頻圖像陣列)信號輸入數量受到限制的問題。它將目前最卓越的高清晰度、高亮度與高色域的液晶顯示技術、嵌入式硬體拼接技術、多屏圖像處理技術、信號切換技術等合為一體，形成一個擁有高亮度、高清晰度、低功耗、高壽命，先進的液晶拼接幕牆顯示系統。液晶拼接幕牆是一種全新的大屏幕拼接方式， 其可以無限地拼接，可以預見的是，平板拼接顯示技術將是下一代拼接顯示系統的主流應用技術。液晶拼接幕牆以液晶顯示屏為基本顯示單元，集最新的液晶顯示技術和純硬體高速實時拼接控制技術於一身，所有的輸入信號可以自由地顯示在顯示牆的窗口中，全面支持圖像的跨屏、漫遊、畫中畫、疊加、縮放等高端顯示功能。正是因為對大畫面、多色彩、高亮度、高解析度顯示效果的渴望越來越強烈，而傳統的電視牆、投影硬拼接屏和箱體拼接牆等很難滿足人們在這方面的要求，故最近迅速崛起的數位化邊緣融合大屏幕投影顯示技術， 正在逐步成為適應這一需求的有效途徑。開窗控制器是為液晶顯示屏量身定做，專機專用， 能最大限度的發揮基本顯示單元的效能。根據客戶對液晶拼接幕牆系統提出的系統規模和應用要求，按照系統的使用環境，設計具體實施方案，滿足液晶拼接顯示系統的應用需求。
發明內容
本發明旨在提供一種基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器。通過開窗控制器可在大屏幕中開出一個或多個圖像窗口，在液晶拼接功能基礎上實現了圖像疊加，即可將一個信號疊加於其它信號之上，可整屏顯示、也可單屏顯示，相鄰的屏任意組合拼接；同時通過控制軟體可實現窗口的任意拖動大小、跨屏漫遊和窗口切換信號等功能，並且可支持超高解析度的圖像。本發明是這樣實現的一種基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，包括開窗子卡板單元，包括多個開窗子卡板，每個開窗子卡板用於實現單畫面開窗，在一個畫面上疊加另一個圖像信號；開窗底板，與所述開窗子卡板單元相接，與所述開窗子卡板單元進行數據通信，並實現圖像信號傳輸；電源單元，與所述開窗子卡板單元及所述開窗底板相連，為所述開窗子卡板單元及所述開窗底板提供恆定的電壓信號。
進一步的，所述開窗子卡板單元的每個開窗子卡板包括子卡板電源穩壓模塊、信號輸入模塊、信號處理片上系統、子卡板數據通信模塊和圖像輸出模塊；所述信號處理片上系統分別與所述子卡板電源穩壓模塊、所述信號輸入模塊、所述子卡板數據通信模塊和所述圖像輸出模塊相接。所述開窗底板包括相互連接的底板數據通信模塊和底板電源穩壓模塊，支持多塊開窗子卡板，可同時開多個圖像窗口，並實現開窗窗口的任意拖動；所述電源單元包括依次相接的交錯式PFC電路、全橋移相開關電路、同步整流電路和降壓/穩壓電路，從所述同步整流電路和所述降壓/穩壓電路的輸出端實現六路+12V 的輸出電壓。更進一步的，所述開窗子卡板的信號輸入模塊包括AV接口電路和VGA接口電路， 對應的輸入信號分別為AV信號和VGA信號；所述開窗子卡板的圖像輸出模塊採用DVI輸出，使用TMDS技術來確保高速串行數據傳送的穩定性；所述開窗底板的數據通信模塊採用並行通信，所述開窗底板的數據通信模塊與電腦之間採用RS485半雙工和RS422全雙工通信；所述電源單元的全橋移相開關電路基於晶片UC3875實現。通過開窗控制器可在大屏幕中開出一個或多個圖像窗口，在液晶拼接功能基礎上實現了圖像疊加，即可將一個信號疊加於其它信號之上，通過將多路輸入信號進行重新組合、再現於顯示組合屏上，信號源的顯示切換過程無停頓、黑屏現象，畫面無延時和抖動。圖像可整屏顯示、也可單屏顯示，相鄰的屏任意組合拼接；支持各種制式的視頻圖像(可顯示錄像機、攝像機、DVD等圖像)和不同解析度的計算機信號；通過解析度疊加，大屏幕上能夠顯示超高解析度的計算機圖形；同時通過控制軟體可實現窗口的任意拖動大小、跨屏漫遊和窗口切換信號等功能，並且系統可顯示立體圖像，也可切換到非立體圖像顯示模式。
圖1是開窗控制器的結構框架圖；圖2是各個開窗子卡板的結構框架圖；圖3是電源單元的結構框架圖；圖4是信號處理片上系統的啟動流程框架圖；圖5是信號處理片上系統的圖像疊加算法的模塊運算示意圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。本發明提供的開窗控制器屬於大屏幕液晶拼接顯示系統的一部分，它由開窗控制器硬體部分和開窗控制軟體部分組成，在液晶拼接功能基礎上實現了圖像疊加，即可將一個信號疊加於其它信號之上；同時可實現圖像拉伸漫遊，可將一個信號，以一個屏為單元， 在整個幕牆上移動、拉伸；可整屏顯示、可單屏顯示、相鄰的屏任意組合拼接，畫面可以疊加、開窗漫遊、跨屏漫遊。結構上，如圖1所示，該種基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器包括開窗子卡板單元100、開窗底板200和電源單元300 ；如圖所示，開窗底板200與開窗子卡板單元100 相接，包括數據通信模塊202和電源穩壓模塊201，實現開窗底板200與開窗子卡板單元 100之間的數據通信和圖像信號的相互傳輸；開窗底板200支持多塊開窗子卡板，可同時開多個圖像窗口，並實現開窗窗口的任意拖動。圖2所示的開窗底板200最多可支持12塊開窗子卡板，即可同時開12個窗口，並實現開窗窗口的任意拖動。開窗底板200的數據通信模塊202採用並行通信，而開窗底板200與電腦之間採用RS422全雙工或者RS485半雙工通信協議。RS485是雙向、半雙工通信協議，其允許多個驅動器和接收器掛接在總線上，其中每個驅動器都能夠脫離總線。該規範滿足所有RS422 全雙工通信協議的要求，而且比RS422全雙工通信協議穩定性更強，具有更高的接收器輸入阻抗和更寬的共模範圍(-7V至+12V)。開窗子卡板單元100採用模塊化設計，通過擬開窗的窗口數目相應的採用同樣數量的開窗子卡板數，即開窗子卡板數為可開窗的窗口數量的最大值。如圖2所示，每個開窗子卡板包括子卡板電源穩壓模塊101、信號輸入模塊102、信號處理片上系統103、子卡板數據通信模塊104和圖像輸出模塊105 ；信號處理片上系統103分別與子卡板電源穩壓模塊 101、信號輸入模塊102、子卡板數據通信模塊104和圖像輸出模塊105相接。每個開窗子卡板用於實現單畫面開窗，即可實現在一個畫面上疊加另一個圖像信號；信號輸入模塊102包括AV(Audio Video，聲音圖像)接口電路和VGA(Video Graphics Array，視頻圖像陣列)接口電路，對應的輸入信號分別為AV信號和VGA信號；輸入的信號經處理後，圖像輸出模塊105採用最小化轉移差動信號(Transition Minimized Differential Signaling,TMDS)技術來確保高速串行數據傳送的穩定性。採用 DVKDigital Visual hterface，數字視頻接口)輸出，DVI輸出通道包括了四條雙絞纜線 (紅，綠，藍，時鐘頻率信號)，每個像素數據量為M位。信號的時序與VGA極為類似，畫面是以逐行的方式被傳送，並在每一行與每幀畫面傳送完畢後加入一個特定的空白時間(類似模擬掃描線)，並沒有將數據分組化，也不會只更新前後畫面改變的部分，每張畫面在該更新時都會被完整的重新傳送。圖3是電源單元300的結構框架圖，如圖3所示，電源單元300包括依次相接的交錯式PFC(Power Factor Correction，功率因數校正)電路301、全橋移相開關電路302、同步整流電路303和降壓/穩壓電路304，從所述同步整流電路303的輸出端和所述降壓/穩壓電路304的輸出端共同輸出六路+12V的電壓。每路的最大電流不超過20A，1188W的額定功率與電源標示的1200W相差無幾，並配置14cm的大型風扇進行散熱處理。而電源單元中的降壓/穩壓電路304也同時作為開窗子板卡單元100的子卡板電源穩壓模塊101及開窗底板200的底板電源穩壓模塊201進行穩壓工作。具體的，PFC意即「功率因數校正」，PFC電路301使交流輸入的基波電流與電壓之間相位差減小來提高功率因數。而基於晶片UC3875的全橋移相開關電路302輸出導通延遲時間編程可控，具有自適應延遲時間設置和雙向振蕩器同步的功能；可以採用電壓模式或者電流模式控制，並且能實現軟啟動/軟關機和控制器片選功能編程可控，單引腳控制、佔空比控制範圍0% 100%。該基於晶片UC3875的全橋移相開關電路302內置7MHz誤差放大器，最高工作頻率能達到IMHz ；工作電流低，500KHz下的工作電流僅為5mA，壓鎖定狀態下的電流僅為150μ A，功耗小。同步整流電路303採用通態電阻極低的專用功率M0SFET，取代了整流二極體以降低整流損耗，其能大大提高電路效率並且不存在由肖特基勢壘電壓而造成的死區電壓。另一方面，所有的硬體環境初始化之後，每一個開窗子卡板的信號處理片上系統 103上的程序就開始運行。信號處理片上系統103的主要工作過程是信號處理片上系統 103上電後，首先進行硬體初始化，處理器將Flash中的引導程序代碼和初始數據分別拷貝到SDRAM中並執行，該引導程序重新對信號處理片上系統103和外設進行一次全面的初始化。初始化工作完成後，啟動應用程式。到此信號處理片上系統103準備完畢，可以開始正常工作。處理器按照用戶的要求，對內存中的圖像數據進行圖像融合處理，最後將融合後的數據發送給IXD控制器，在IXD屏上顯示出融合圖像。具體而言，信號處理片上系統103啟動代碼完成基本軟硬體環境初始化後，對於有作業系統的情況下，啟動作業系統、啟動內存管理、任務調度、加載驅動程序等，最後執行應用程式或等待用戶命令；對於沒有作業系統的系統直接執行應用程式或等待用戶命令。啟動代碼是用來初始化電路以及用於為高級語言所寫的軟體做好運行前準備的一小段彙編語言。在該圖像處理片上系統中，啟動代碼部分一般被稱為板級支持包(BSP)， 它的主要功能就是電路初始化和為高級語言編寫的軟體運行做準備。系統啟動流程如圖 4所示，具體包括以下步驟在步驟SlOl中，設置中斷和異常向量；在步驟S102中，完成系統啟動所必須的最小配置，某些處理器晶片包含一個或幾個全局寄存器，這些寄存器須在系統啟動的最初進行配置；在步驟S103中，設置看門狗(用戶設計的部分外圍電路如果必須在系統啟動時初始化，就可以放在這一步)；在步驟S104中，配置系統所使用的存儲器，包括Flash，SRAM和DRAM等，並為他們分配地址空間，如果系統使用了 DRAM或其它外設，就需要設置相關的寄存器，以確定其刷新頻率，數據總線寬度等信息，初始化存儲器系統。有些晶片可通過寄存器編程初始化存儲器系統，而對於較複雜系統，通常集成有MMU (Memory Management Unit，內存管理單元)來管理內存空間；在步驟S105中，為處理器的每個工作模式設置棧指針，片上處理器有多種工作模式，每種工作模式都需要設置單獨的棧空間；在步驟S106中，變量初始化，這裡的變量指的是在軟體中定義的已經賦好初值的全局變量，啟動過程中需要將這部分變量從只讀區域(也就是Flash)拷貝到讀寫區域中， 因為這部分變量的值在軟體運行時有可能重新賦值；還有一種變量不需要處理，就是已經賦好初值的靜態全局變量，這部分變量在軟體運行過程中不會改變，因此可以直接固化在只讀的Flash或EEPROM中；在步驟S107中，數據區準備，對於軟體中所有未賦初值的全局變量，啟動過程中需要將這部分變量所在區域全部清零；在步驟S108中，調用高級語言入口函數，比如Main函數等。進一步的，為了使疊加到視頻圖像上的瞄準十字線能夠根據視頻圖像背景灰度值的變化而自動調整自身灰度以便於觀察，信號處理片上系統採用領域處理的方法以模板運算的形式實現。模板運算的思想是將賦予某個像素的灰度值作為它本身灰度值和相鄰像素灰度值的函數。考慮圖5(a)所示十字線中心的子圖區域，並用以準心Z5為中心的3x3區域中像素值的模板運算值來代替Z5的值。利用圖5(b)的模板，將模板中心放在Z5之上， 用模板上對應的係數與模板下的像素相乘並累加結果
Ψ
權利要求
1.一種基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，其特徵在於，所述基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器包括開窗子卡板單元，包括多個開窗子卡板，每個開窗子卡板用於實現單畫面開窗，在一個畫面上疊加另一個圖像信號；開窗底板，與所述開窗子卡板單元相接，與所述開窗子卡板單元進行數據通信，並實現圖像信號傳輸；電源單元，與所述開窗子卡板單元及所述開窗底板相連，為所述開窗子卡板單元及所述開窗底板提供恆定的電壓信號。
2.如權利要求1所述的基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，其特徵在於，所述開窗子卡板單元的每個開窗子卡板包括子卡板電源穩壓模塊、信號輸入模塊、信號處理片上系統、子卡板數據通信模塊和圖像輸出模塊；所述信號處理片上系統分別與所述子卡板電源穩壓模塊、所述信號輸入模塊、所述子卡板數據通信模塊和所述圖像輸出模塊相接。
3.如權利要求1所述的基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，其特徵在於，所述開窗底板包括相互連接的底板數據通信模塊和底板電源穩壓模塊。
4.如權利要求1所述的基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，其特徵在於，所述電源單元包括依次相接的交錯式PFC電路、全橋移相開關電路、同步整流電路和降壓/穩壓電路，從所述同步整流電路的輸出端和所述降壓/穩壓電路的輸出端共同輸出六路+12V的電壓。
5.如權利要求2所述的基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，其特徵在於，所述開窗子卡板的信號輸入模塊包括AV接口電路和VGA接口電路，對應的輸入信號分別為AV信號和VGA信號。
6.如權利要求2或5所述的基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，其特徵在於，所述開窗子卡板的圖像輸出模塊採用DVI輸出。
7.如權利要求1所述的基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，其特徵在於，所述開窗底板支持多塊開窗子卡板，可同時開多個圖像窗口，並實現開窗窗口的任意拖動。
8.如權利要求3所述的基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，其特徵在於，所述開窗底板的數據通信模塊採用並行通信，所述開窗底板的數據通信模塊與電腦之間採用 RS485半雙工和RS422全雙工通信。
9.如權利要求4所述的基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器，其特徵在於，所述電源單元的全橋移相開關電路基於晶片UC3875實現。
全文摘要
本發明涉及大屏幕液晶拼接顯示領域，尤其涉及一種基於大屏幕液晶拼接顯示的開窗控制器。通過開窗控制器可在大屏幕中開出一個或多個圖像窗口，在液晶拼接功能基礎上實現了圖像疊加，即可將一個信號疊加於其它信號之上，可整屏顯示、也可單屏顯示，相鄰的屏任意組合拼接；同時通過控制軟體可實現窗口的任意拖動大小、跨屏漫遊和窗口切換信號等功能，並且可支持超高解析度的圖像。
文檔編號G09F9/35GK102542933SQ20121001365
公開日2012年7月4日 申請日期2012年1月16日 優先權日2012年1月16日
發明者吳鵬健, 楊澤鈺, 駱書洪 申請人:深圳市創維群欣安防科技有限公司