郭小琴

摘要：隨著嵌入式硬件大屏幕拼接技術(shù)、多屏圖像處理技術(shù)、信號切換技術(shù)等電視幕墻相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，液晶拼接顯示系統(tǒng)已演變?yōu)橄虼笮突⒏咔寤椭悄芑较虬l(fā)展。為了大屏幕拼接顯示器在市場上應(yīng)用更具有易維護、開放性和可擴展性，提出了一款智能設(shè)計方案。根據(jù)大屏顯示的特性提出了總體設(shè)計框架，采用分模塊的線路設(shè)計，提出多核CPU搭載圖像處理器方案顯示系統(tǒng)硬件平臺，給出選型芯片及要實現(xiàn)的接口和功能，實現(xiàn)拼接顯示器的智能化，使用戶的使用更智能更靈活。

關(guān)鍵詞： 大屏幕拼接顯示器；智能

中圖分類號：TP33 文獻標識碼：A 文章編號：1009-3044（2016）31-0038-02

大屏幕拼接顯示技術(shù)廣泛應(yīng)用于安全防范、調(diào)度指揮、廣播電視、廣告?zhèn)髅郊皵?shù)學(xué)演示等領(lǐng)域，隨著國家對三網(wǎng)整合的大力推進，智能大屏板幕顯示技術(shù)成為發(fā)展趨勢。因Android系統(tǒng)具有開放性，廣泛應(yīng)用于平板計算機、智能電視和機頂盒領(lǐng)域。故基于Android系統(tǒng)，結(jié)合大屏幕拼接顯示的特點，提出一款智能化的拼接顯示器的設(shè)計方案。該方案采用多核中央理器（CPU）搭載圖形處理器（GPU），滿足大屏幕拼接顯示的多接口應(yīng)用同時實現(xiàn)了智能化系統(tǒng)設(shè)計。

1 國內(nèi)外市場現(xiàn)狀

近幾年隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，大屏幕拼接顯示系統(tǒng)主要應(yīng)用于商業(yè)廣告、體育場館、創(chuàng)意顯示、交通誘導(dǎo)、博覽演藝、會議顯示、指揮控制等各類民用或者商用顯示設(shè)備中[1-2]。

據(jù)NEC官方評估，2009年至2017年間，國際市場上液晶拼接顯示產(chǎn)品銷售量將由72.9萬臺猛增到415.6萬臺，年復(fù)合增長率為24%，而其銷售額也將由15.56億美元增至70.2億美元，年復(fù)合增長率為21%，尤其大尺寸產(chǎn)品將占據(jù)越來越大的市場份額，到2017年60英寸以上的大尺寸產(chǎn)品銷售量和銷售額，將分別達到20%和50%以上，市場前景巨大[3]。液晶拼接墻將讓企業(yè)的產(chǎn)品或形象讓在公眾面前得到完美的體現(xiàn)，必給企業(yè)帶來了良好效益。

隨著嵌入式硬件大屏幕拼接技術(shù)、多屏圖像處理技術(shù)、信號切換技術(shù)等電視幕墻相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，液晶拼接顯示系統(tǒng)已演變?yōu)橄虼笮突?、高清化和智能化方向發(fā)展[4]。

在智能化方面，各研究機構(gòu)和商家都投入了拼接顯示系統(tǒng)各功能的研究，并在起步且迅速發(fā)展階段。大屏幕拼接顯示器比一般民用產(chǎn)品提出了更高的標準要求，要求系統(tǒng)具有易維護、開放性和可擴展性[5]。大屏幕拼接顯示器的應(yīng)用環(huán)境較為嚴苛，很多應(yīng)用都需要連續(xù)24小時不間斷工作，其系統(tǒng)應(yīng)便于診斷故障和更換部件，以縮短維護時間，這就要求系統(tǒng)應(yīng)盡量采用模塊化、智能化設(shè)計來達到易維護性；同時大屏幕拼接系統(tǒng)應(yīng)遵循開放系統(tǒng)的原則，系統(tǒng)除了可以直接接入VGA、RGB、視頻信號外，還應(yīng)可以接入網(wǎng)絡(luò)信號，能隨時對各類信號進行切換及動態(tài)綜合顯示，給用戶提供一個交互式平臺；系統(tǒng)應(yīng)有增加新設(shè)備和新功能的能力，比如嵌入式箱體結(jié)構(gòu)以及積木式大屏幕拼接，使得硬件擴充變得非常簡單。同時，軟件也只需要進行擴容和升級就可以滿足要求，而不必修改源程序。系統(tǒng)硬件和軟件部分都能夠方便的“與時俱進”。

2 研究的理論與實際意義

常規(guī)的大屏幕顯示系統(tǒng)上顯示的只是視頻接入信號，靜態(tài)的圖片結(jié)果或簡單的圖表，在當(dāng)今智能和網(wǎng)絡(luò)的時代，我國自主研發(fā)面向大屏幕的智能顯示系統(tǒng)，有極強的現(xiàn)實意義。智能化的應(yīng)用讓系統(tǒng)功能更加豐富的同時，讓操作和維護變得更加簡單，將有助于大屏顯示系統(tǒng)的進一步應(yīng)用與推廣[6]。

Android[7]系統(tǒng)是以Linux系統(tǒng)為基礎(chǔ)的操作系統(tǒng)，其上層開發(fā)主要基于Java語言進行的。Android 系統(tǒng)作為智能手機主要平臺之一，其運用越來越廣泛。Android的應(yīng)用領(lǐng)域已經(jīng)超出單純的智能手機操作系統(tǒng)，其已經(jīng)在平板計算機、智能電視和機頂盒等方面拓展了大規(guī)模應(yīng)用[8-9]。Android本身是為手機系統(tǒng)設(shè)計的，對大屏幕、高清化應(yīng)用的支持度不夠，應(yīng)用開發(fā)者開發(fā)時需要注意到這類問題[10]。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，以大屏幕為代表的公共顯示器成為城市發(fā)展過程中的一道風(fēng)景。由于Android系統(tǒng)的強大功能，以及它的普及性和市場潛力，大屏幕拼接顯示器在發(fā)展的過程中與Android系統(tǒng)的聯(lián)系性必然十分緊密。如何將Android系統(tǒng)和傳統(tǒng)的大屏幕拼接顯示技術(shù)結(jié)合在一起，并在智能系統(tǒng)研究真正定時接入數(shù)據(jù)庫，方便定時更新顯示內(nèi)容是現(xiàn)有的市場需求，值得去探索完成。

3 研究內(nèi)容

本文提出采用多核CPU搭載圖像處理器方案，設(shè)計大屏幕拼接顯示器硬件系統(tǒng)，并在線路設(shè)計的基礎(chǔ)上移植Android操作系統(tǒng)和設(shè)計相關(guān)應(yīng)用功能，實現(xiàn)拼接顯示器的智能化。具體內(nèi)容如下：

設(shè)計智能拼接顯示硬件系統(tǒng)，主要有：圖像處理IC和Android IC IO口設(shè)定，實現(xiàn)對系統(tǒng)各模塊的設(shè)計，如電源、信號輸入輸出、顯示、通訊、儲存、SD Card、USB等線路； 圖像處理IC與Android IC兩者接口設(shè)計，實現(xiàn)兩者通訊協(xié)作、信號傳輸； USB接口及USB Switch IC線路設(shè)計，用USB接口實現(xiàn)Android調(diào)試、軟件升級、對外設(shè)備供電和多媒體內(nèi)容輸入； 信號和指令輸入輸出模塊設(shè)計，實現(xiàn)信號和指令菊花鏈設(shè)計，用于電視墻拼接，實現(xiàn)更大屏幕顯示功能，如圖1所示；系統(tǒng)電源與Android 電源管理芯片線路設(shè)計。

在線路設(shè)計基礎(chǔ)上，分析Android系統(tǒng)的源碼框架、啟動流程和多核CPU平臺構(gòu)架的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)已有的硬件驅(qū)動程序的復(fù)用和Android操作系統(tǒng)的移植。主要的底層驅(qū)動包含：WLAN，WIFI，SD Card， USB， DDR， Input， Output模塊等底層驅(qū)動。

該系統(tǒng)由多核CPU和圖像處理器兩顆主芯片搭建而成，每個芯片有獨立的控制軟件在運行，但兩者工作又密不可分。多核CPU接收多媒體或網(wǎng)絡(luò)內(nèi)容經(jīng)過解碼后數(shù)據(jù)提供給圖像處理器處理顯示；圖像處理器在開機或用戶交互操作中負責(zé)喚醒多核CPU工作。芯片間交互通訊方式、通訊協(xié)議和運作流程，實現(xiàn)兩芯片間正常地交互工作。主要內(nèi)容有：通訊協(xié)議和內(nèi)容定義，具體有Android工作狀態(tài)定義和回饋、開關(guān)信號源、切換信號源等通訊指令內(nèi)容定義；定義兩顆芯片各功能協(xié)作流程圖，如下圖2示意。

4 技術(shù)線路

對比市面上現(xiàn)有的大屏幕拼接顯示器與普通家用顯示器的差異，采用普通家用顯示器目前比較成熟的圖像處理芯片的基礎(chǔ)上對其功能進行擴展。本方案擬選用可以支持DVI/DP信號輸入輸出的MST圖形處理芯片和可以支持Android操作系統(tǒng)的瑞芯微芯片負責(zé)處理網(wǎng)絡(luò)信息處理及智能功能相關(guān)，顯示系統(tǒng)采用LCD Panel作為顯示器件，提升性價比與競爭力。

采用模塊化設(shè)計的方法，將系統(tǒng)主要分為圖形處理芯片模塊、智能處理模塊、信號輸入與輸出模塊、電源模塊以及音頻輸入與輸出模塊等幾大模塊進行研究[13-18]，最后進行整合。

在主控芯模塊上，擬選用MST公司的MST9xxxvx圖像處理芯片，該芯片內(nèi)部集DP/DVI/HDMI多功能數(shù)碼接口引擎，支持DP1.2和高分辨率4096×2160；智能處理芯片擬選用支持10M/100M RMII以及網(wǎng)接口和H.264解碼等功能的瑞芯微芯片；選用這兩顆芯片并結(jié)合大屏幕拼接墻顯示屏需求設(shè)計軟硬件系統(tǒng)，系統(tǒng)框架如圖3所示。

其中，智能處理模塊實現(xiàn)，擬采用如下圖4設(shè)計方案，支持SD Card、WIFI和USB輸入。電源管理芯片根據(jù)系統(tǒng)的運行狀態(tài)切換不同的模式使得系統(tǒng)的功耗降到最低；USB輸入設(shè)計讓系統(tǒng)支持實現(xiàn)Android調(diào)試、軟件升級、對外設(shè)備供電和多媒體內(nèi)容輸入。

5 結(jié)論

采用雙芯片設(shè)計制作信號處理主板， 圖像處理芯片可以解碼DP/HDMI/DVI/VGA等市場主流的高分辨率視頻信號，支持信號位置調(diào)整、增益、多圖像窗口、高圖像質(zhì)量和縮放等功能調(diào)整；智能處理芯片可以裝載操作系統(tǒng)，播放USB和遠程網(wǎng)絡(luò)多媒體文件，支持用戶安裝和卸載APK，方便擴展升級實用功能。在此線路設(shè)計基礎(chǔ)上移植Android操作系統(tǒng)，根據(jù)拼接系統(tǒng)顯示用戶需求，開發(fā)應(yīng)用端功能，讓用戶通過互聯(lián)網(wǎng)更新顯示內(nèi)容變得簡單快捷，提高產(chǎn)品競爭力。

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