大型LED显示屏控制系统

大型led显示屏控制系统
技术领域
1.本实用新型涉及led显示屏控制领域，具体为大型led显示屏控制系统。


背景技术：

2.随着音像电子行业发展，视频源的分辨率逐渐提高，多为1920*1080，60hz，其每个像素点解码后都产生24bit的像素数据，所以显示一帧图像传输的数据量为1920*1080*24＝49766400bits，由于刷新率为60hz，其一秒内传输的数据量为49766400*60＝2985984000bits，由于数据量较大，显示处理单元在处理较多数据时，往往会选择性地降低视频源的显示分辨率，或者直接出现卡顿的情况，对于广告投放、艺术展示或者城市亮化工程难免造成一定的影响。
3.因此特提出能够满足大型led显示屏播放高清视频源，可以尽量还原视频源分辨率的控制系统，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供大型led显示屏控制系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
5.为实现上述目的，本实用新型提供如下技术方案：大型led显示屏控制系统，包括播放器，所述播放器的数据传输口包括高清数据流接口和网络输出接口；
6.所述播放器的外置存储包括两个随机存取存储器，且两个随机存取存储器内部的数据通过mcu解码并进行参数配置；
7.所述播放器的视频数据通过控制器投放至led显示屏，所述控制器的数据传输口包括网络输入接口，所述控制器的外置存储包括两个随机存取存储器，且两个随机存取存储器内部的数据通过控制芯片调用；
8.播放器和控制器中的两个所述随机存取存储器能够形成ram双通道，便于实现乒乓操作。
9.优选的，所述播放器的高清数据流接口包括hdmi，所述播放器的网络输出接口包括四路千兆网输出接口；
10.所述播放器的mcu包括fpga单元和arm单元，所述fpga单元包括读写仲裁单元、内存接口模块和数据打包单元，所述arm单元包括解码单元、缩放单元、色彩空间转换单元、参数配置单元和gamma校正单元；
11.所述fpga用于视频图像的顺序读写，并按照配置参数将数据打包输出；
12.所述arm单元用于数据解码、数据参数配置、视频缩放变换、色彩空间转换以及gamma校正，所述arm单元的输出端与播放器的随机存取存储器的输入端数据连接。
13.优选的，所述控制器的网络输入接口包括两路全双工的千兆网接口和八路百兆网口；
14.所述控制器的控制芯片包括fpga单元，所述fpga单元用于保留所接收的控制器序
号与自身控制器序号相同的数据，且不相同的数据进行数据环回；
15.相同数据于随机存取存储器内部存储，并按照一定顺序将数据打包发送至led显示屏。
16.与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：
17.本实用新型记载了大型led显示屏控制系统，通过播放器和控制器在数据处理上的双通道处理，实现数据处理上的乒乓操作，能够对较大的视频源数据进行处理，在对视频源数据进行处理时，可以实现色彩空间转换以及gamma校正，并按照一定的顺序读取存入的视频图像，提供参数的配置可以较为精准地将视频源向led显示屏投放，尽可能地还原视频源的分辨率，保证led显示屏的显示清晰效果。
附图说明
18.图1为本实用新型实施例播放器原理框图；
19.图2为本实用新型实施例播放器逻辑框图；
20.图3为本实用新型实施例控制器原理框图；
21.图4为本实用新型实施例控制器逻辑框图。
具体实施方式
22.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围，
23.实施例一
24.请参阅图1-4，本实施例提供了大型led显示屏控制系统，包括播放器，播放器的数据传输口包括高清数据流接口和网络输出接口；
25.播放器的外置存储包括两个随机存取存储器，且两个随机存取存储器内部的数据通过mcu解码并进行参数配置；
26.播放器的视频数据通过控制器投放至led显示屏，控制器的数据传输口包括网络输入接口，控制器的外置存储包括两个随机存取存储器，且两个随机存取存储器内部的数据通过控制芯片调用；
27.播放器和控制器中的两个随机存取存储器能够形成ram双通道，便于实现乒乓操作。
28.播放器的高清数据流接口包括hdmi，播放器的网络输出接口包括四路千兆网输出接口；
29.播放器的mcu包括fpga单元和arm单元，fpga单元包括读写仲裁单元、内存接口模块和数据打包单元，arm单元包括解码单元、缩放单元、色彩空间转换单元、参数配置单元和gamma校正单元。
30.mcu通讯采用主从的方式，arm单元作为通讯的主机、fpga单元作为通讯的从机，由主机发起通讯，从机进行响应。arm单元与fpga单元之间采用串口的通信方式，主要传输的视频的配置信息和造型文件。使用波特率为1.5mbps，一帧数据包含8个数据位，没有奇偶校
验位和1个停止位。主机发送配置命令，从机回复时会报告此次通信的状态，包含成功、校验错误、超时等。主机在接收到对应的状态时会进行相应的处理，fpga单元通过判断接收到数据帧的命令字，来接收对应的信息和执行相应的操作。
31.在fpga单元中，整个过程通过状态机来实现。
32.fpga用于视频图像的顺序读写，并按照配置参数将数据打包输出。
33.系统上电后，fpga将接收到的以太网数据中控制器的序号与自身相同的数据保留，其余的进行环回，相同的数据保存在随机存取存储器中，按照一定的顺序将数据打包，并发送到led显示屏。
34.在播放器中fpga单元根据接收到的arm单元的配置信息和造型数据进行数据的打包，打包成udp数据包通过四个千兆网口发送至控制器。将数据包分为显示数据包、帧同步包、造型数据包三种。每种数据包都根据包头的不同进行区分。显示数据包用来发送像素数据，帧同步包用来控制播放的同步性，造型参数包用来发送灯具的连接顺序和像素数据的对应关系、分控器ip、灯具ic等参数；
35.arm单元用于数据解码、数据参数配置、视频缩放变换、色彩空间转换以及gamma校正，arm单元的输出端与播放器的随机存取存储器的输入端数据连接。
36.gamma校正单元根据在缩放变换时读出的像素地址文件的控制器参数段，从其数据域中提取出gamma变换表，根据校正公式：output＝input^(1/gamma)，将每个像素的值进行计算，并将结果存储在输出图像中。
37.arm上采用linux操作系统，系统移植mpv播放器，使用mpv播放器中的ffmpeg工具对视频图像进行缩放变换。最终输出图像的尺寸大小由播放器的参数设置决定。
38.系统上电后，arm将对视频数据进行解码，完成之后根据参数的配置，对视频进行缩放变换，之后对其进行色彩空间的转换，gamma校正。将其传输到fpga的随机存取存储器中，按照一定的顺序读取存入的视频图像，并按照参数的配置将数据进行打包输出。
39.其中arm采用a83t处理器，其芯片中内置了硬件视频解码器，支持多种视频编解码标准。
40.控制器的网络输入接口包括两路全双工的千兆网接口和八路百兆网口。
41.其中，千兆网接口采用rtl8211e-vb作为千兆网芯片来接收播放器发送的视频数据，百兆网接口采用ksz8081rnb百兆网芯片来发送视频数据。
42.控制器的控制芯片包括fpga单元，fpga单元用于保留所接收的控制器序号与自身控制器序号相同的数据，且不相同的数据进行数据环回；
43.相同数据于随机存取存储器内部存储，并按照一定顺序将数据打包发送至led显示屏。
44.实施例二
45.播放器通过网口接入互联网，使用ntp协议进行时间同步，但初始的ntp协议精度较差，不满足当前系统的需要，需要对ntp协议进行时间校正。在linux下采用chrony同步机制。它采用了一种被称为“纯粹时延”的算法，该算法不受时钟漂移或计算机负载的影响，能够实现很高的时间同步精度，可以达到小于1ms。
46.采用实施例一的技术方案，实现多播放器的同步，其chrony的同步机制如下：
47.1.首先，chrony使用一组参考样来获取网络时间协议服务器的时间；
48.2.然后，chrony使用一种“纯时延”算法来计算系统时钟的偏移量和漂移量；
49.3.chrony使用这些计算结果来调整系统时钟，以使其与参考源保持同步；
50.4.当计算机处于离线状态时，chrony可以使用本地时钟来维持时间同步，直到它重新连接到网络并更新参考源，纯时延算法的基本思想是在网络中的各个节点之间测量网络延迟，并根据延迟的量来调整各节点的本地时钟，使得网络中所有节点的时钟保持同步。纯时延算法的核心是测量时延。一般使用两个同步节点之间互相发送数据包并返回的时间差来计算两个节点之间的时延。这个时延信息被发送到网络中的其他节点，通过分析多个节点之间的时延信息。可以建立一个网络时延模型。然后，各个节点利用这个模型来校准自身的本地时钟。
51.异型屏播放的实现：
52.异型屏并不具有标准的长宽比例，灯珠的排列方式具有随机性。要在异型屏上实现视频的播放，需要根据led灯珠之间的连接顺序重新对视频像素数据进行组织排列。反应led排列顺序的文件为造型文件。
53.尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

技术特征：
1.大型led显示屏控制系统，其特征在于：包括播放器，所述播放器的数据传输口包括高清数据流接口和网络输出接口；所述播放器的外置存储包括两个随机存取存储器，且两个随机存取存储器内部的数据通过mcu解码并进行参数配置；所述播放器的视频数据通过控制器投放至led显示屏，所述控制器的数据传输口包括网络输入接口，所述控制器的外置存储包括两个随机存取存储器，且两个随机存取存储器内部的数据通过控制芯片调用；播放器和控制器中的两个所述随机存取存储器能够形成ram双通道，便于实现乒乓操作。2.根据权利要求1所述的大型led显示屏控制系统，其特征在于：所述播放器的高清数据流接口包括hdmi，所述播放器的网络输出接口包括四路千兆网输出接口；所述播放器的mcu包括fpga单元和arm单元，所述fpga单元包括读写仲裁单元、内存接口模块和数据打包单元，所述arm单元包括解码单元、缩放单元、色彩空间转换单元、参数配置单元和gamma校正单元；所述fpga用于视频图像的顺序读写，并按照配置参数将数据打包输出；所述arm单元用于数据解码、数据参数配置、视频缩放变换、色彩空间转换以及gamma校正，所述arm单元的输出端与播放器的随机存取存储器的输入端数据连接。3.根据权利要求1所述的大型led显示屏控制系统，其特征在于：所述控制器的网络输入接口包括两路全双工的千兆网接口和八路百兆网口；所述控制器的控制芯片包括fpga单元，所述fpga单元用于保留所接收的控制器序号与自身控制器序号相同的数据，且不相同的数据进行数据环回；相同数据于随机存取存储器内部存储，并按照一定顺序将数据打包发送至led显示屏。

技术总结
本实用新型公开大型LED显示屏控制系统，涉及LED显示屏控制领域，包括播放器，播放器的数据传输口包括高清数据流接口和网络输出接口，播放器的外置存储包括两个随机存取存储器，且两个随机存取存储器内部的数据通过MCU解码并进行参数配置，播放器的视频数据通过控制器投放至LED显示屏，控制器的数据传输口包括网络输入接口，控制器的外置存储包括两个随机存取存储器，且两个随机存取存储器内部的数据通过控制芯片调用，播放器和控制器中的两个随机存取存储器能够形成RAM双通道，便于实现乒乓操作，通过以上各元件的配合使用，能够实现在大型LED显示屏上播放较为清晰完整的视频文件，并保证视频播放的清晰效果。并保证视频播放的清晰效果。并保证视频播放的清晰效果。


技术研发人员：张玉杰 孙豪迈
受保护的技术使用者：陕西科技大学
技术研发日：2023.04.27
技术公布日：2023/9/16