LED显示屏控制系统的制作方法

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及LED显示屏控制系统。

背景技术：

现有的LED显示屏控制系统主要包括发送卡、扫描卡以及LED显示屏，其中扫描卡配置于每个LED箱体(包含一个或多个LED灯板模组)中，多个LED箱体拼接成一个LED显示屏。LED显示屏的显示效果直接由每个LED箱体中配置的扫描卡(或称LED显示屏控制板、接收卡)决定。在LED箱体规格确定的情况下，LED显示屏的性能参数基本确定，尤其在通用型驱动芯片LED显示屏中。

如图1所示，现有的LED显示屏控制系统中的扫描卡与LED灯板模组以及需要级联的LED灯板模组与LED灯板模组之间传输的信号多为TTL的单端信号，传输介质多为多芯排线，多芯排线与LED灯板模组的接口多为双列直插接插件。

再者，如图2所示，现有的LED显示屏控制系统一般采用三级结构，包括前端控制器、连接扫描卡与LED灯板模组的HUB板(或称转接板)以及LED灯板模组；前端控制器与扫描卡通过千兆网进行连接，扫描卡输出信号经过端口扩展及信号增强后通过多芯排线与LED灯板模组连接。在HUB板上，一般将扫描卡扣在HUB板上；一个HUB板上的扫描卡配置有FPGA芯片并驱动多个LED灯板模组。

然而，在现有的LED显示屏控制系统中，扫描卡与HUB板的连接增加了产品的厚度，不利于高密度小间距LED显示屏的设计。扫描卡驱动多个LED灯板模组，然由于扫描卡带宽的限制难以支持很大的带载面积。再者，通用型驱动芯片由于其价格低廉，虽然使用的时间较长，仍旧受到客户的青睐，对于通用型芯片的LED箱体来说，由于其驱动特性，需要不停的输出灰度数据，而FPGA输出的RGB数据组有限，无法满足显示效果要求比较高的场合。此外，由于扫描卡与LED灯板模组之间通过排线连接，现有的信号传输方式和连接方式存在以下问题：1)每个单端信号需要占用一根线芯，造成排线的线芯数量较多，以一个常规8扫LED灯板模组为例，若需要两组RGB数据，加上时钟信号(CLK)、锁存信号(LAT)、使能信号(OE)、行选择信号(A，B，C)等信号一共有12个单端信号，再加上至少一个地信号，至少需要13芯的排线，然而LED显示屏行业中经常存在有些应用LED灯板模组对接入排线的线芯数量有限制，多芯排线不方便；2)由于排线线芯较多，排线与LED灯板模组之间的接插件的接触点也较多，单个线芯不通或接触不良就会导致显示异常，这种原因带来的故障在LED显示屏应用故障占很大比例；3)TTL信号因为信号衰减传输距离有限，通常不超过2米，有些应用场合需要更长的传输距离，因而TTL信号难以胜任；以及4)排线传输TTL信号导致信号辐射较大，这给LED显示屏通过EMC测试带来困难。

技术实现要素：

因此，为克服现有技术中的缺陷和不足，本发明提出一种LED显示屏控制系统。

具体地，本发明实施例提出的一种LED显示屏控制系统，包括前端控制器、扫描卡和LED灯板模组，所述扫描卡连接在所述前端控制器和所述LED灯板模组之间。所述扫描卡包括设置在第一电路板上的第一芯片，所述LED灯板模组包括设置在第二电路板上的第二芯片和连接所述第二芯片的LED驱动电路。所述第一芯片用于接收并解包来自所述前端控制器的数据包、对解包所述数据包后得到的图像数据进行处理以及对处理后的图像数据重新组包得到处理后图像数据包输出并以差分信号方式传输至所述LED灯板模组的所述第二芯片。所述第二芯片用于接收并解包来自所述第一芯片的处理后图像数据包以及根据解包所述处理后图像数据包得到的图像数据产生控制信号和显示数据组传送给所述LED驱动电路进行显示驱动以在所述LED灯板模块上实现图像显示。

在本发明的一个实施例中，所述扫描卡还包括设置在所述第一电路板上的多路网络变压器，分别连接所述第一芯片；所述多路网络变压器中的一路连接所述前端控制器，所述多路网络变压器中的其它路用于级联下一级扫描卡。

在本发明的一个实施例中，所述LED灯板模组还包括设置在所述第二电路板上的信号增强器及监控电路，所述信号增强器连接在所述第二芯片和所述LED驱动电路之间，所述监控电路连接所述第二芯片和所述LED驱动电路。

在本发明的一个实施例中，所述LED灯板模组为多个且并联至所述扫描卡的所述第一芯片以分别与所述第一芯片采用差分信号方式进行数据包传输。

在本发明的一个实施例中，所述第一芯片具体包括：第一数据输入输出转换模块、第二数据输入输出转换模块、端口切换模块、图像数据解包模块、存储器控制模块、命令组包解包模块、参数分发模块、图像数据处理模块、第一组包解包模块以及多路第一数据输入输出模块；所述第一和第二数据输入输出转换模块分别用于对各自所接收数据包进行格式转换；所述端口切换模块连接第一和第二数据输入输出转换模块以识别上下行数据链路来完成输入输出切换；所述图像数据解包模块连接所述端口切换模块以对为图像数据包的所述数据包进行解包并通过所述存储器控制模块对解包后的图像数据进行存储；所述命令组包解包模块连接在所述端口切换模块和所述参数分发模块之间以对为命令包的所述数据包进行解包得到参数数据；所述参数分发模块连接所述图像数据处理模块和所述第一组包解包模块以将来自所述命令组包解包模块的解包后参数数据下发给所述图像数据处理模块和/或所述第一组包解包模块；所述图像数据处理模连接所述参数分发模块和所述存储器控制模块以通过所述存储器控制模块读取解包后的图像数据进行处理并将处理后的图像数据再通过所述存储器控制模块进行存储；所述第一组包解包模块连接所述参数分发模块和所述存储器控制模块以通过所述存储器控制模块读取处理后的图像数据进行组包得到处理后图像数据包从所述多路第一数据输入输出模块输出以及将来自所述参数分发模块的参数数据组包后从所述多路第一数据输入输出模块输出。

在本发明的一个实施例中，所述第二芯片具体包括第二数据输入输出模块、第二组包解包模块以及图像显示驱动模块；所述第二组包解包模块连接所述第二数据输入输出模块和所述图像显示驱动模块以通过所述第二数据输入输出模块接收从所述第一芯片输出的处理后图像数据包并进行解包以得到图像数据传送给所述图像显示驱动模块，所述图像显示驱动模块用于根据所述第二组包解包模块传送来的图像数据产生所述控制信号和所述显示数据组。

在本发明的一个实施例中，所述第二芯片还包括监控信息获取模块和第三数据输入输出模块，所述监控信息获取模块连接所述第二组包解包模块，所述第三数据输入输出模块连接所述第二数据输入输出模块并用于级联下一级LED灯板模组；所述LED灯板模组还包括设置在所述第二电路板上的监控电路，连接所述LED驱动电路和所述第二芯片的所述监控信息获取模块。

在本发明的一个实施例中，所述第一数据输入输出模块和所述第二数据输入输出模块均为百兆网接口模块、千兆网接口模块或LVDS接口模块。

此外，本发明另一实施例提供的一种LED显示屏控制系统，包括前端控制器、扫描卡和LED灯板模组，所述扫描卡连接在所述前端控制器和所述LED灯板模组之间，所述LED灯板模组包括设置在同一个电路板上的LED驱动电路及连接所述LED驱动电路且作为显示像素的多个LED灯。所述扫描卡包括设置在同一个电路板上的第一芯片和第二芯片。其中，所述第一芯片用于接收并解包来自所述前端控制器的数据包、对解包所述数据包后得到的图像数据进行处理以及对处理后的图像数据重新组包得到处理后图像数据包输出至所述第二芯片；所述第二芯片用于接收并解包来自所述第一芯片的处理后图像数据包以及根据解包所述处理后图像数据包得到的图像数据产生控制信号和显示数据组输出并传输至所述LED灯板模组的所述LED驱动电路进行显示驱动以在所述LED灯板模块上实现图像显示。

在本发明的一个实施例中，所述第一芯片具体包括：第一数据输入输出转换模块、第二数据输入输出转换模块、端口切换模块、图像数据解包模块、存储器控制模块、命令组包解包模块、参数分发模块、图像数据处理模块、第一组包解包模块以及多路第一数据输入输出模块；所述第一和第二数据输入输出转换模块分别用于对各自所接收数据包进行格式转换；所述端口切换模块连接第一和第二数据输入输出转换模块以识别上下行数据链路来完成输入输出切换；所述图像数据解包模块连接所述端口切换模块以对为图像数据包的所述数据包进行解包并通过所述存储器控制模块对解包后的图像数据进行存储；所述命令组包解包模块连接在所述端口切换模块和所述参数分发模块之间以对为命令包的所述数据包进行解包得到参数数据；所述参数分发模块连接所述图像数据处理模块和所述第一组包解包模块以将来自所述命令组包解包模块的解包后参数数据下发给所述图像数据处理模块和/或所述第一组包解包模块；所述图像数据处理模连接所述参数分发模块和所述存储器控制模块以通过所述存储器控制模块读取解包后的图像数据进行处理并将处理后的图像数据再通过所述存储器控制模块进行存储；所述第一组包解包模块连接所述参数分发模块和所述存储器控制模块以通过所述存储器控制模块读取处理后的图像数据进行组包得到处理后图像数据包从所述多路第一数据输入输出模块输出以及将来自所述参数分发模块的参数数据组包后从所述多路第一数据输入输出模块输出；所述第二芯片具体包括第二数据输入输出模块、第二组包解包模块以及图像显示驱动模块；所述第二组包解包模块连接所述第二数据输入输出模块和所述图像显示驱动模块以通过所述第二数据输入输出模块接收从所述第一芯片输出的处理后图像数据包并进行解包以得到图像数据传送给所述图像显示驱动模块，所述图像显示驱动模块用于根据所述第二组包解包模块传送来的图像数据产生所述控制信号和所述显示数据组；以及所述第二芯片为多个且并联至所述第一芯片。

由上可知，本发明实施例通过将现有扫描卡的FPGA芯片的显示驱动部分独立成小模块单独运行，有助于减少图像处理部分的带宽，支持大带载，支持高密小间距屏体；能输出更多的显示数据组(例如多个RGB数据组)，解决现有扫描卡在通用型驱动芯片LED显示屏中显示效果不好的问题，提高刷新率和灰度，达到提高LED显示屏显示效果的目的；并通过使用新的传输方式，和以前扫描卡与LED灯板模组排线连接方式相比，由于第一芯片333和第二芯片351可分设在扫描卡和LED灯板模组上且两者之间采用差分信号方式进行通信，可以达到减少排线线芯个数，提高传输的稳定性和可靠性，减少EMI，更轻易的满足EMC的要求。在监控方面，通过使用差分信号传输方式，也能减少目前使用排线传输的误码，使监控更加稳定可靠。

通过以下参考附图的详细说明，本发明的其它方面和特征变得明显。但是应当知道，该附图仅仅为解释的目的设计，而不是作为本发明的范围的限定。还应当知道，除非另外指出，不必要依比例绘制附图，它们仅仅力图概念地说明此处描述的结构和流程。

附图说明

下面将结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细的说明。

图1为现有技术中扫描卡与LED灯板模组的结构及连接关系示意图。

图2为现有技术中LED显示屏控制系统的架构示意图。

图3为相关于本发明实施例的一种LED显示屏控制系统架构示意图。

图4为图3所示第一芯片的内部结构示意图。

图5为图3所示第二芯片的内部结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

具体地，本发明下述实施例提出一种新的LED显示屏控制系统方案，以期解决现有LED显示屏控制系统中的问题，减小扫描卡的体积，支持大带载，支持高密小间距LED显示屏体；同时解决现有扫描卡在通用型驱动芯片LED显示屏体中显示效果不好的问题，提高屏体的显示效果；并通过使用新的传输方式，达到减少排线个数，提高传输的稳定性和可靠性，减少EMI，更轻易的达到EMC的要求。

参见图3，其为相关于本发明实施例的一种LED显示屏控制系统架构示意图。如图3所示，LED显示屏控制系统30：前端控制器31、扫描卡33和LED灯板模组35。

其中，前端控制器31可以是同步LED显示屏控制系统的发送卡、异步LED显示屏控制系统的异步卡等。

扫描卡33包括设置在同一块电路板上的两路网络变压器331a,331b、第一芯片333和存储器335；网络变压器331a,331b和存储器335分别连接第一芯片333，其中一路网络变压器331a连接前端控制器31，另一路网络变压器331b用于级联下一级扫描卡。存储器335可以是SDRAM等动态随机存储器。再者，网络变压器331a,331b也可以替换成其他具有信号整形、增强及隔离等功能的电路。

图4示出本实施例的第一芯片333的内部结构。如图4所示，第一芯片333主要完成数据(例如图像数据、命令数据等)的接收、转发、图像数据及参数数据的处理等，其包括：两路Phy((Physical Layer，物理层))芯片核3330a,3330b、两路数据输入输出转换模块3331a,3331b、端口切换模块3332、图像数据解包模块3333、存储器控制模块3334、命令组包解包模块3335、参数分发模块3336、图像数据处理模块3337、组包解包模块3338以及多路数据输入输出模块3339。

其中，两路Phy芯片核3330a,3330b分别通过网络变压器331a,331b主要与前端控制器31连接，完成差分信号例如千兆网数据的接收和发送。两路数据输入输出转换模块3331a,3331b分别连接Phy芯片核3330a,3330b，其主要完成将Phy芯片核3330a,3330b的输入输出数据转换为内部需要数据格式，也即进行数据格式转换。端口切换模块3332连接两路数据输入输出转换模块3331a,3331b，其主要为了识别上下行数据链路，完成网线端口的输入输出切换。图像数据解包模块3333连接端口切换模块3332和存储器控制模块3334，主要完成对图像数据包(典型地包括场同步信号数据和显示数据例如RGB数据)的解析以及通过存储器控制模块3334将解析后的图像数据存储至外部存储器例如存储器335。存储器控制模块3334主要完成总线仲裁以及数据分发功能，用于实现对存储器335的数据存取。命令组包解包模块3335连接端口切换模块3332和参数分发模块3336，主要完成前端控制器31下发的命令包的解包得到参数数据并送至参数分发模块3336以及将前端控制器需要的数据组包以备发送。参数分发模块3336主要用于下发各种参数数据例如至图像数据处理模块3337和组包解包模块3338以控制LED灯板模块35的显示，具体而言，参数分发模块3336下方的各种参数数据例如包含图像数据处理模块3337所需的LED灯板模组上的驱动芯片类型(PWM型驱动芯片或通用型驱动芯片)、带载的显示区域大小、输出显示数据(例如RGB数据)总组数和LED灯板模组的扫描方式(例如8扫、16扫、32扫等)以及后端LED灯板模组35所需的参数数据像LED灯板模组的像素宽高、扫描数、扫描译码方式、驱动方式、数据组数和走线信息等。图像数据处理模块3337连接参数分发模块3336和存储器控制模块3334，主要完成图像数据的重排、校正、灰度抽取等处理以及通过存储器控制模块3334对图像数据的读取及处理后图像数据的存储，其中图像数据的重排通常是指根据LED灯板模组上的驱动芯片类型为PWM型驱动芯片还是通用型驱动芯片来对图像数据进行调整，且典型地数据重排是按照后端LED灯板模组上列驱动芯片(例如通用型驱动芯片或PWM型驱动芯片)所需数据格式及LED灯板走线信息等进行灰度数据位置重新排列并进行拼接组合等操作；校正例如是反伽马校正、亮度校正或其他校正比如色度校正；灰度抽取例如是对图像数据进行Bit分离甚至Bit优化，且典型地灰度抽取是校正处理后的灰度数据按照每一Bit进行分离操作，以将灰度数据转变成按照不同Bit采用不同实现权重的方式。组包解包模块3338连接参数分发模块3336、存储器控制模块3334和数据输入输出模块3339，主要完成根据配置参数将处理后图像数据从存储器335中读取出来并按照相应的格式组包并通过数据输入输出模块3339发送出去，以及完成回包的接包以及转发。各路数据输入输出模块3339用来与后端LED灯板模组35的第二芯片37进行连接，此处由于数据输入输出模块3339为多路，因而可以连接多个LED灯板模组35。需要说明的是，也可以将存储器335集成到第一芯片333的内部，以减少芯片的管脚。另外，值得一提的是，由于第一芯片333中配置有多路数据输入输出模块3339，因而其相当于提供有HUB板(转接板)的端口扩展功能；或者说，图3所示的扫描卡33在一定程度上也可以称之为增设有第一芯片333、存储器335和网络变压器331a,331b的HUB板。再者，由于第一芯片333中配置有多路数据输入输出模块3339，因而配置有第二芯片351的LED灯板模组35可以为多个且并联至扫描卡33的第一芯片333以分别与第一芯片333采用差分信号方式进行数据包传输。

承上述，LED灯板模组35包括设置在同一块电路板上的第二芯片351、信号增强器(或称驱动器)353、LED驱动电路355和监控电路357。其中，第二芯片351连接扫描卡33上的第一芯片333以及级联下一级LED灯板模组；信号增强器353连接在第二芯片351与LED驱动电路355之间，其例如是74HC245系列芯片；LED驱动电路355包括行选择芯片(例如3-8译码器)和列驱动芯片(例如众所周知的通用型驱动芯片)，其与设置在同一电路板上的多个LED灯(作为显示像素)连接，以控制LED灯的亮暗状态进而实现图像显示；监控电路357连接LED驱动电路355和第二芯片351，其例如包括MCU，可以获得LED灯板模组35的各种监控信息比如排线检测结果、点检数据、温度、电压等。

图5示出本实施例的第二芯片351的内部结构。如图3及图5所示，第二芯片351主要完成接收第一个芯片333输出的图像数据包及命令包并进行显示驱动，另外还可以用来收集LED灯板模组35上的一些监控信息并回传给第一个芯片333。在第二芯片351与第一芯片333之间，可以使用百兆网接口、千兆网接口、LVDS接口或者其他传输接口，也即第一芯片333中的数据输入输出模块3339可以是百兆网接口模块、千兆网接口模块、LVDS接口模块或其他传输接口模块。更具体地，在图5中，第二个芯片351包括：数据输入输出模块3511、组包解包模块3513、图像显示驱动模块3515、监控信息获取模块3517以及数据输入输出模块3519。数据输入输出模块3511用来与第一芯片333进行连接，数据输入输出模块3519连接数据输入输出模块3511，用来与下一级第二芯片进行级联。数据输入输出模块3511,3519典型地是与第一芯片333中的数据输入输出模块3339具有相同的结构。组包解包模块3513连接数据输入输出模块3511，主要通过数据输入输出模块3511完成与第一个芯片333的通信以及完成对从第一个芯片333输出的数据包的解包以及完成发送给第一个芯片333的数据的组包功能。图像显示驱动模块3515连接组包解包模块3513，主要完成将需要显示的图像数据按照LED灯板模组35的设计要求(包括走线方式、驱动芯片类型等的不同)进行不同的驱动，也即输出所需显示数据组和控制信号使LED灯板模组35完成图像显示，此处的显示数据组例如是多个RGB数据组，控制信号例如是时钟信号(CLK)、锁存信号(LAT)、使能信号(OE)、行选择信号(A，B，C)等。监控信息获取模块3519连接组包解包模块3513及监控电路357，其主要提供一些控制接口，完成对LED灯板模组35的监控功能，包括LED灯板模组35的温度、电压、运行时间等监控以及LED灯板模组校正数据的存储和回读。

此外，在图3中，前端控制器31和扫描卡33通过千兆网进行通信，扫描卡33与LED灯板模组35之间通过百兆网或者其他信号接口进行通信，LED灯板模组35与LED灯板模组之间也可以进行级联。或者第一芯片333和第二芯片351这两个芯片都放在LED灯板模组35上，通过LVDS或者其他差分信号通信。此处需要说明的是，第一芯片和第二芯片的命名中的“第一”和“第二”仅为描述方便之目的，并非用来限制本发明。

下面将结合图3至图5对本实施例的LED显示屏控制系统30的工作过程进行描述：

来自前端控制器31的数据包(图像数据包和/或命令包等数据包)通过网络变压器331a由某一路Phy芯片核3330a进入后，首先通过数据输入输出转换模块3331a转换为内部所需的数据格式，经过端口切换模块3332后：1)对于图像数据包，则由图像数据解包模块3333完成解包功能并通过存储器控制模块3334存储到外部存储器例如存储器335中，图像数据处理模块3337通过存储器控制模块3334从存储器335中读取图像数据完成处理后再存储到存储器335中，最后通过组包解包模块3338对处理后图像数据组包后通过数据输入输出模块3339输出进行格式转换后输出到第二芯片351；2)对于命令包，则经命令组包解包模块3335解包后得到参数数据通过参数分发模块3336下发到各个模块例如图像数据处理模块3337供各个模块使用，相关的参数数据也通过组包解包模块3338并经由数据输入输出模块3339下发给第二芯片351。

第二芯片351接收到来自第一芯片333的数据包后，对其进行解包并送至图像显示驱动模块375。图像显示驱动模块3515根据不同的包类型(图像数据包、命令包等)采用不同的处理方式，对于命令包(例如包含参数数据)，解包后直接输出LED灯板模组35使用，对于图像数据包，则按照LED灯板模组35上驱动芯片的型号、LED灯板模组35的走线方式等输出控制信号和显示数据组给LED灯板模组35以实现图像显示。

需要说明的是，在前述实施例中，与前端控制器(例如发送卡)通信可以为千兆PHY，但不仅限于千兆PHY，也可以是SerDes接口，还可以是其他高速串行接口，也即Phy芯片核3330a,3330b可以为其他差分信号接口模块而不限于网络差分信号。此外，对于第一芯片333，也可以将Phy芯片核3330a,3330b不集成进来；对于第二芯片351，也可以将信号增强器353集成进来，这样LED灯板模组35的电路将更加简单，又或者在第二芯片351中去掉监控信息获取模块357来简化第二芯片351。

综上所述，本发明实施例通过将现有扫描卡的FPGA芯片的显示驱动部分独立成小模块(对应第二芯片351)单独运行，有助于减少图像处理部分的带宽，支持大带载，支持高密小间距屏体；能输出更多的显示数据组(例如多个RGB数据组)，解决现有扫描卡在通用型驱动芯片LED显示屏中显示效果不好的问题，提高刷新率和灰度，达到提高LED显示屏显示效果的目的；并通过使用新的传输方式，和以前扫描卡与LED灯板模组排线连接方式相比，由于第一芯片333和第二芯片351可分设在扫描卡和LED灯板模组上且两者之间采用差分信号方式进行通信，可以达到减少排线线芯个数，提高传输的稳定性和可靠性，减少EMI，更轻易的满足EMC的要求。在监控方面，通过使用差分信号传输方式，也能减少目前使用排线传输的误码，使监控更加稳定可靠。

最后值得一提的是，在其他实施例中，也可以将第一芯片333和第二芯片351均设置在扫描卡所在的电路板上、而扫描卡33及LED灯板模组35上的其他结构基本保持不变，其同样可以达成一定的有益效果例如减小扫描卡的体积、支持大带载、支持高密小间距LED显示屏体以及提高屏体的显示效果。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。