基于DVI接口的LED异构显示系统联机控制器设计

摘要

发光LED是当前新型的发光源，比传统光源(白炽灯和荧光灯)节能50％～80％。城市景观照明及室内外装饰照明灯具必将逐步被节能、环保、寿命长、可靠性高及可实现全彩变化的LED灯具所取代。目前视频LED景观装饰系统，不仅可以让城市亮起来，同时还可兼做娱乐、广告、信息传播等多种功能，它可以显示文字、图形、动画及视频影像等多媒体信息，给人们展现了全新的灯光装饰效果。 用于景观照明的LED显示系统不同与LED显示屏，控制对象是LED景观灯，不是LED屏幕上集中、均匀分布的LED像素点。LED景观灯通常安装在建筑物表面，组成一个楼体的视频幕墙。由于建筑物表面结构的复杂性，导致了景观灯安装分布不均匀，灯与灯之间的空间关系有任意性，是一种异构LED显示系统。把每个景观灯看成一个物理像素，则每个景观灯的颜色数据都需要根据物理像素与逻辑像素的映射关系逐个获取，否则就会造成图像扭曲失真。 本课题将数字显示接口(Digital Visual Interface，DVI)技术和像素异构映射技术相结合，设计了一套从DVI接口同步视频数据，LED异构显示的控制方案。通过FPGA对DVI接口上的视频流进行高速的像素异构映射，解决了像素异构分布导致图像扭曲失真的问题，同时保证了实时性。还根据LED景观灯饰的工程要求，设计了利用以太网物理层作为介质的传输系统，对视频数据进行串行接力方式传输，保证了传输系统的高带宽与稳定性，突破了以太网传输100米的距离限制，增大了传输距离。本课题主要的工作内容包括： 1．根据LED景观灯饰照明的功能需求和工程技术要求，设计一种灵活的LED异构显示系统架构。实现LED景观照明实时显示视频的功能需求，满足工程安装对数据传输距离、象素异构、布线安装等方面的要求。 2．研究电脑视频同步的方案。本课题将DVI接口作为电脑图像同步的方案，设计了DVI接口的解码电路。 3．根据LED景观灯饰工程对视频信号远距离传输的要求，设计正确的传输方式和系统网络架构，确保传输系统的稳定性和实时性。 4．根据网络结构和传输数据的特点，设计数据帧结构。在保证传输效率的同时，实现网络上所有网元参数的自动配置，不需要手工配置每个网元地址或参数。 5．设计像素异构映射表结构。像素异构映射表体现物理像素和逻辑像素之间的映射关系，以及图像数据如何分割、打包的信息。 6．设计基于DVI接口的LED异构显示联机控制器，完成对电脑图像数据的实时截取、LED像素的异构映射、数据打包发送等功能。达到实时性好、支持任意形状、任意像素分布的异构视频显示等目标，并用硬件描述语言(Verilog)完成了对整个设计的编程、仿真和综合。 本系统灵活易用、适应性强，具有实时性好、成本低、支持任意形状、任意像素分布的异构LED显示等优点，填补了国内该领域的一项空白。

目录

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英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 LED景观照明现状及发展趋势

1.2本文所完成的主要工作

1.3章节安排

第二章LED异构显示系统的体系结构

2.1 LED异构显示系统的特点与技术要求

2.2 LED异构显示系统的组成

2.3本章小节

第三章DVI接口规范及物理实现

3.1计算机图形显示基础

3.2 DVI 1.0接口规范

3.3 TMDS通信协议

3.3.1 TMDS链路结构

3.3.2 TMDS编码算法

3.3.3 TMDS解码算法

3.3.4链路时序规范

3.4 DVI接口信号列表

3.5 DVI接口的即插即用特性

3.6 DVI接口电路的物理实现

3.6.1 TFP101A的内部结构与功能

3.6.2芯片供电与退耦

3.6.3芯片散热与敷铜

3.7本章小节

第四章图像数据传输网络与数据帧结构

4.1快速以太网基础

4.2基于双绞线介质的快速以太网系统

4.3以太网收发电路设计及MII接口

4.4以太网MAC层的帧结构

4.5数据帧格式

4.6数据分配器的结构

4.7本章小节

第五章联机控制器及异构映射

5.1联机控制器结构

5.2像素异构映射表

5.3异步FIFO

5.4视频帧截取模块实现

5.5视频帧存储控制模块

5.6像素异构映射模块

5.7以太网帧发送控制模块

5.8本章小节

结论

参考文献

攻读硕士学位期间取得的研究成果

致谢

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