专利名称：一种基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器的制作方法
技术领域：
本发明涉及大屏幕液晶拼接显示领域，尤其涉及一种基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器。
背景技术：
液晶拼接是专为工程应用设计的专业化终端显示设备。它以FPGA阵列为硬件基础，采用并行高速图形处理技术，实现了多路高速视频信号的统一处理，从根本上取代插卡式拼接控制器，解决了 VGA (Video Graphics Array，视频图像阵列)信号输入数量受到限制的问题。它将目前最卓越的高清晰度、高亮度与高色域的液晶显示技术、嵌入式硬件拼接技术、多屏图像处理技术、信号切换技术等合为一体，形成一个拥有高亮度、高清晰度、低功耗、高寿命，先进的液晶拼接幕墙显示系统。液晶拼接幕墙是一种全新的大屏幕拼接方式， 其可以无限地拼接，可以预见的是，平板拼接显示技术将是下一代拼接显示系统的主流应用技术。液晶拼接幕墙以液晶显示屏为基本显示单元，集最新的液晶显示技术和纯硬件高速实时拼接控制技术于一身，所有的输入信号可以自由地显示在显示墙的窗口中，全面支持图像的跨屏、漫游、画中画、叠加、缩放等高端显示功能。正是因为对大画面、多色彩、高亮度、高分辨率显示效果的渴望越来越强烈，而传统的电视墙、投影硬拼接屏和箱体拼接墙等很难满足人们在这方面的要求，故最近迅速崛起的数字化边缘融合大屏幕投影显示技术， 正在逐步成为适应这一需求的有效途径。开窗控制器是为液晶显示屏量身定做，专机专用， 能最大限度的发挥基本显示单元的效能。根据客户对液晶拼接幕墙系统提出的系统规模和应用要求，按照系统的使用环境，设计具体实施方案，满足液晶拼接显示系统的应用需求。
发明内容
本发明旨在提供一种基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器。通过开窗控制器可在大屏幕中开出一个或多个图像窗口，在液晶拼接功能基础上实现了图像叠加，即可将一个信号叠加于其它信号之上，可整屏显示、也可单屏显示，相邻的屏任意组合拼接；同时通过控制软件可实现窗口的任意拖动大小、跨屏漫游和窗口切换信号等功能，并且可支持超高分辨率的图像。本发明是这样实现的一种基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，包括开窗子卡板单元，包括多个开窗子卡板，每个开窗子卡板用于实现单画面开窗，在一个画面上叠加另一个图像信号；开窗底板，与所述开窗子卡板单元相接，与所述开窗子卡板单元进行数据通信，并实现图像信号传输；电源单元，与所述开窗子卡板单元及所述开窗底板相连，为所述开窗子卡板单元及所述开窗底板提供恒定的电压信号。
进一步的，所述开窗子卡板单元的每个开窗子卡板包括子卡板电源稳压模块、信号输入模块、信号处理片上系统、子卡板数据通信模块和图像输出模块；所述信号处理片上系统分别与所述子卡板电源稳压模块、所述信号输入模块、所述子卡板数据通信模块和所述图像输出模块相接。所述开窗底板包括相互连接的底板数据通信模块和底板电源稳压模块，支持多块开窗子卡板，可同时开多个图像窗口，并实现开窗窗口的任意拖动；所述电源单元包括依次相接的交错式PFC电路、全桥移相开关电路、同步整流电路和降压/稳压电路，从所述同步整流电路和所述降压/稳压电路的输出端实现六路+12V 的输出电压。更进一步的，所述开窗子卡板的信号输入模块包括AV接口电路和VGA接口电路， 对应的输入信号分别为AV信号和VGA信号；所述开窗子卡板的图像输出模块采用DVI输出，使用TMDS技术来确保高速串行数据传送的稳定性；所述开窗底板的数据通信模块采用并行通信，所述开窗底板的数据通信模块与电脑之间采用RS485半双工和RS422全双工通信；所述电源单元的全桥移相开关电路基于芯片UC3875实现。通过开窗控制器可在大屏幕中开出一个或多个图像窗口，在液晶拼接功能基础上实现了图像叠加，即可将一个信号叠加于其它信号之上，通过将多路输入信号进行重新组合、再现于显示组合屏上，信号源的显示切换过程无停顿、黑屏现象，画面无延时和抖动。图像可整屏显示、也可单屏显示，相邻的屏任意组合拼接；支持各种制式的视频图像(可显示录像机、摄像机、DVD等图像)和不同分辨率的计算机信号；通过分辨率叠加，大屏幕上能够显示超高分辨率的计算机图形；同时通过控制软件可实现窗口的任意拖动大小、跨屏漫游和窗口切换信号等功能，并且系统可显示立体图像，也可切换到非立体图像显示模式。
图1是开窗控制器的结构框架图；图2是各个开窗子卡板的结构框架图；图3是电源单元的结构框架图；图4是信号处理片上系统的启动流程框架图；图5是信号处理片上系统的图像叠加算法的模块运算示意图。
具体实施例方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。本发明提供的开窗控制器属于大屏幕液晶拼接显示系统的一部分，它由开窗控制器硬件部分和开窗控制软件部分组成，在液晶拼接功能基础上实现了图像叠加，即可将一个信号叠加于其它信号之上；同时可实现图像拉伸漫游，可将一个信号，以一个屏为单元， 在整个幕墙上移动、拉伸；可整屏显示、可单屏显示、相邻的屏任意组合拼接，画面可以叠加、开窗漫游、跨屏漫游。结构上，如图1所示，该种基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器包括开窗子卡板单元100、开窗底板200和电源单元300 ；如图所示，开窗底板200与开窗子卡板单元100 相接，包括数据通信模块202和电源稳压模块201，实现开窗底板200与开窗子卡板单元 100之间的数据通信和图像信号的相互传输；开窗底板200支持多块开窗子卡板，可同时开多个图像窗口，并实现开窗窗口的任意拖动。图2所示的开窗底板200最多可支持12块开窗子卡板，即可同时开12个窗口，并实现开窗窗口的任意拖动。开窗底板200的数据通信模块202采用并行通信，而开窗底板200与电脑之间采用RS422全双工或者RS485半双工通信协议。RS485是双向、半双工通信协议，其允许多个驱动器和接收器挂接在总线上，其中每个驱动器都能够脱离总线。该规范满足所有RS422 全双工通信协议的要求，而且比RS422全双工通信协议稳定性更强，具有更高的接收器输入阻抗和更宽的共模范围(-7V至+12V)。开窗子卡板单元100采用模块化设计，通过拟开窗的窗口数目相应的采用同样数量的开窗子卡板数，即开窗子卡板数为可开窗的窗口数量的最大值。如图2所示，每个开窗子卡板包括子卡板电源稳压模块101、信号输入模块102、信号处理片上系统103、子卡板数据通信模块104和图像输出模块105 ；信号处理片上系统103分别与子卡板电源稳压模块 101、信号输入模块102、子卡板数据通信模块104和图像输出模块105相接。每个开窗子卡板用于实现单画面开窗，即可实现在一个画面上叠加另一个图像信号；信号输入模块102包括AV(Audio Video，声音图像)接口电路和VGA(Video Graphics Array，视频图像阵列)接口电路，对应的输入信号分别为AV信号和VGA信号；输入的信号经处理后，图像输出模块105采用最小化转移差动信号(Transition Minimized Differential Signaling,TMDS)技术来确保高速串行数据传送的稳定性。采用 DVKDigital Visual hterface，数字视频接口)输出，DVI输出通道包括了四条双绞缆线 (红，绿，蓝，时钟频率信号)，每个像素数据量为M位。信号的时序与VGA极为类似，画面是以逐行的方式被传送，并在每一行与每帧画面传送完毕后加入一个特定的空白时间(类似模拟扫描线)，并没有将数据分组化，也不会只更新前后画面改变的部分，每张画面在该更新时都会被完整的重新传送。图3是电源单元300的结构框架图，如图3所示，电源单元300包括依次相接的交错式PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路301、全桥移相开关电路302、同步整流电路303和降压/稳压电路304，从所述同步整流电路303的输出端和所述降压/稳压电路304的输出端共同输出六路+12V的电压。每路的最大电流不超过20A，1188W的额定功率与电源标示的1200W相差无几，并配置14cm的大型风扇进行散热处理。而电源单元中的降压/稳压电路304也同时作为开窗子板卡单元100的子卡板电源稳压模块101及开窗底板200的底板电源稳压模块201进行稳压工作。具体的，PFC意即“功率因数校正”，PFC电路301使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数。而基于芯片UC3875的全桥移相开关电路302输出导通延迟时间编程可控，具有自适应延迟时间设置和双向振荡器同步的功能；可以采用电压模式或者电流模式控制，并且能实现软启动/软关机和控制器片选功能编程可控，单引脚控制、占空比控制范围0% 100%。该基于芯片UC3875的全桥移相开关电路302内置7MHz误差放大器，最高工作频率能达到IMHz ；工作电流低，500KHz下的工作电流仅为5mA，压锁定状态下的电流仅为150μ A，功耗小。同步整流电路303采用通态电阻极低的专用功率M0SFET，取代了整流二极管以降低整流损耗，其能大大提高电路效率并且不存在由肖特基势垒电压而造成的死区电压。另一方面，所有的硬件环境初始化之后，每一个开窗子卡板的信号处理片上系统 103上的程序就开始运行。信号处理片上系统103的主要工作过程是信号处理片上系统 103上电后，首先进行硬件初始化，处理器将Flash中的引导程序代码和初始数据分别拷贝到SDRAM中并执行，该引导程序重新对信号处理片上系统103和外设进行一次全面的初始化。初始化工作完成后，启动应用程序。到此信号处理片上系统103准备完毕，可以开始正常工作。处理器按照用户的要求，对内存中的图像数据进行图像融合处理，最后将融合后的数据发送给IXD控制器，在IXD屏上显示出融合图像。具体而言，信号处理片上系统103启动代码完成基本软硬件环境初始化后，对于有操作系统的情况下，启动操作系统、启动内存管理、任务调度、加载驱动程序等，最后执行应用程序或等待用户命令；对于没有操作系统的系统直接执行应用程序或等待用户命令。启动代码是用来初始化电路以及用于为高级语言所写的软件做好运行前准备的一小段汇编语言。在该图像处理片上系统中，启动代码部分一般被称为板级支持包(BSP)， 它的主要功能就是电路初始化和为高级语言编写的软件运行做准备。系统启动流程如图 4所示，具体包括以下步骤在步骤SlOl中，设置中断和异常向量；在步骤S102中，完成系统启动所必须的最小配置，某些处理器芯片包含一个或几个全局寄存器，这些寄存器须在系统启动的最初进行配置；在步骤S103中，设置看门狗(用户设计的部分外围电路如果必须在系统启动时初始化，就可以放在这一步)；在步骤S104中，配置系统所使用的存储器，包括Flash，SRAM和DRAM等，并为他们分配地址空间，如果系统使用了 DRAM或其它外设，就需要设置相关的寄存器，以确定其刷新频率，数据总线宽度等信息，初始化存储器系统。有些芯片可通过寄存器编程初始化存储器系统，而对于较复杂系统，通常集成有MMU (Memory Management Unit，内存管理单元)来管理内存空间；在步骤S105中，为处理器的每个工作模式设置栈指针，片上处理器有多种工作模式，每种工作模式都需要设置单独的栈空间；在步骤S106中，变量初始化，这里的变量指的是在软件中定义的已经赋好初值的全局变量，启动过程中需要将这部分变量从只读区域(也就是Flash)拷贝到读写区域中， 因为这部分变量的值在软件运行时有可能重新赋值；还有一种变量不需要处理，就是已经赋好初值的静态全局变量，这部分变量在软件运行过程中不会改变，因此可以直接固化在只读的Flash或EEPROM中；在步骤S107中，数据区准备，对于软件中所有未赋初值的全局变量，启动过程中需要将这部分变量所在区域全部清零；在步骤S108中，调用高级语言入口函数，比如Main函数等。进一步的，为了使叠加到视频图像上的瞄准十字线能够根据视频图像背景灰度值的变化而自动调整自身灰度以便于观察，信号处理片上系统采用领域处理的方法以模板运算的形式实现。模板运算的思想是将赋予某个像素的灰度值作为它本身灰度值和相邻像素灰度值的函数。考虑图5(a)所示十字线中心的子图区域，并用以准心Z5为中心的3x3区域中像素值的模板运算值来代替Z5的值。利用图5(b)的模板，将模板中心放在Z5之上， 用模板上对应的系数与模板下的像素相乘并累加结果
Ψ
权利要求
1.一种基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，其特征在于，所述基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器包括开窗子卡板单元，包括多个开窗子卡板，每个开窗子卡板用于实现单画面开窗，在一个画面上叠加另一个图像信号；开窗底板，与所述开窗子卡板单元相接，与所述开窗子卡板单元进行数据通信，并实现图像信号传输；电源单元，与所述开窗子卡板单元及所述开窗底板相连，为所述开窗子卡板单元及所述开窗底板提供恒定的电压信号。
2.如权利要求1所述的基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，其特征在于，所述开窗子卡板单元的每个开窗子卡板包括子卡板电源稳压模块、信号输入模块、信号处理片上系统、子卡板数据通信模块和图像输出模块；所述信号处理片上系统分别与所述子卡板电源稳压模块、所述信号输入模块、所述子卡板数据通信模块和所述图像输出模块相接。
3.如权利要求1所述的基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，其特征在于，所述开窗底板包括相互连接的底板数据通信模块和底板电源稳压模块。
4.如权利要求1所述的基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，其特征在于，所述电源单元包括依次相接的交错式PFC电路、全桥移相开关电路、同步整流电路和降压/稳压电路，从所述同步整流电路的输出端和所述降压/稳压电路的输出端共同输出六路+12V的电压。
5.如权利要求2所述的基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，其特征在于，所述开窗子卡板的信号输入模块包括AV接口电路和VGA接口电路，对应的输入信号分别为AV信号和VGA信号。
6.如权利要求2或5所述的基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，其特征在于，所述开窗子卡板的图像输出模块采用DVI输出。
7.如权利要求1所述的基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，其特征在于，所述开窗底板支持多块开窗子卡板，可同时开多个图像窗口，并实现开窗窗口的任意拖动。
8.如权利要求3所述的基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，其特征在于，所述开窗底板的数据通信模块采用并行通信，所述开窗底板的数据通信模块与电脑之间采用 RS485半双工和RS422全双工通信。
9.如权利要求4所述的基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器，其特征在于，所述电源单元的全桥移相开关电路基于芯片UC3875实现。
全文摘要
本发明涉及大屏幕液晶拼接显示领域，尤其涉及一种基于大屏幕液晶拼接显示的开窗控制器。通过开窗控制器可在大屏幕中开出一个或多个图像窗口，在液晶拼接功能基础上实现了图像叠加，即可将一个信号叠加于其它信号之上，可整屏显示、也可单屏显示，相邻的屏任意组合拼接；同时通过控制软件可实现窗口的任意拖动大小、跨屏漫游和窗口切换信号等功能，并且可支持超高分辨率的图像。
文档编号G09F9/35GK102542933SQ20121001365
公开日2012年7月4日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者吴鹏健, 杨泽钰, 骆书洪 申请人:深圳市创维群欣安防科技有限公司