文/陳梅金 張賽男

（1.福建捷聯(lián)電子有限公司 福建省福清市 350300）

（2.福建師范大學(xué)福清分校電子與信息工程學(xué)院 福建省福清市 350300）

通過(guò)市場(chǎng)調(diào)研，發(fā)現(xiàn)當(dāng)前普遍應(yīng)用矩陣式分配器進(jìn)行拼接顯示器的信號(hào)分配顯示，這種大屏幕拼接屏[1]的設(shè)計(jì)不得不依賴于第三方的矩陣式分配器。由于普通式大屏幕拼接屏是依靠外部設(shè)備完成拼接，所以對(duì)線材資源消耗也比較大。普通式或說(shuō)傳統(tǒng)的拼接屏無(wú)形當(dāng)中給產(chǎn)品增加了第三方設(shè)備的費(fèi)用和線材的費(fèi)用支出，而且拼接起來(lái)靈活性還有所限制。正是基于降低費(fèi)用和拉高大屏幕拼接屏的靈活性應(yīng)用，本設(shè)計(jì)提出嵌入式分配器掛載到顯示器主板上的應(yīng)用，它既減少了其它的第三方設(shè)備，也可以靈活接線來(lái)滿足顯示器的大屏幕拼接組合顯示。

1 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

本設(shè)計(jì)系統(tǒng)由三個(gè)主要IC進(jìn)行信號(hào)處理和邏輯控制，分別是圖像處理器IC、分配器IC和邏輯控制MCU IC。系統(tǒng)的核心結(jié)構(gòu)框圖如圖1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖像處理器芯片采用MTK Scaler IC，分辨率支持到4K 60Hz，負(fù)責(zé)Scaling處理，對(duì)信號(hào)的輸入與輸出控制處理，同時(shí)負(fù)責(zé)與MCU IC進(jìn)行交互控制。分配器IC選用ITE IC，它負(fù)責(zé)信號(hào)1路輸入和分配4路輸出處理，分辨率最大支持到4K 60Hz。MCU也是選用ITE的MCU，它主要負(fù)責(zé)控制ITE分配器IC，以及負(fù)責(zé)與Scaler間的邏輯交互控制。

根據(jù)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，一臺(tái)PD[2]可以再串接出3臺(tái)PD，以此類(lèi)推可以靈活方便地進(jìn)行擴(kuò)展拼接，本設(shè)計(jì)使用55英寸屏幕的PD，考慮大部用戶，最大支持10x10拼接方式。本設(shè)計(jì)豎直單臺(tái)拼接最小分辨率可以支持到1x10的384x2160，實(shí)際上單臺(tái)顯示支持到384x216。橫著單臺(tái)拼接最小分辨率可以支持到10x1的4088 x230，實(shí)際上單臺(tái)顯示支持到408x230。最大分辨率理想狀態(tài)支持到10x10的40960 x21600@60Hz，這是由于系統(tǒng)只要信號(hào)源足夠強(qiáng)大，就可以進(jìn)行自由輸出拼接后的最大理想分辨率。針對(duì)相關(guān)Timing的輸出需要特別制作相關(guān)EDID[3]來(lái)配合PC的輸出處理。

圖1：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

圖2：接口結(jié)構(gòu)

圖3：交互圖

本設(shè)計(jì)主要建立信號(hào)輸入輸出處理、PQ應(yīng)用處理、信號(hào)Scaling處理、EDID處理，以及命令傳輸處理。解決了信號(hào)分配技術(shù)難點(diǎn)、特殊EDID技術(shù)問(wèn)題，和拼接Scaling技術(shù)問(wèn)題。分別從硬體和軟體兩方面進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。

2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

硬件系統(tǒng)主要分成電源板、主板和顯示面板三大板塊組成，本設(shè)計(jì)主要集中設(shè)計(jì)主板模塊。主板主要是對(duì)整體電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)，最后產(chǎn)出主板實(shí)物。電路上核心IC為Scaler圖像處理器IC和HDMI分配器IC，以及分配器的MCU IC。在主要IC周邊同樣需要電源模塊的電源供應(yīng)，以及外部信號(hào)輸入和輸出的接口，構(gòu)成了本設(shè)計(jì)的主要硬件系統(tǒng)。

2.1 接口介紹

本設(shè)計(jì)接口結(jié)構(gòu)圖如圖2，主板上主要分成如下4個(gè)接口設(shè)計(jì)：

（1）HDMI接口：1個(gè)HDMI In，3個(gè)HDMI Out，主要用于單臺(tái)顯示和連接拼接顯示；

（2）DVI接口：主要用于單臺(tái)顯示，以方便需要DVI信號(hào)接口的用戶；

（3）RS232接口：設(shè)計(jì)分成兩個(gè)接口，”RS232 IN”表示輸入接口，用于Command的輸入。”RS232 OUT”表示輸出接口，用于Command轉(zhuǎn)發(fā)到下一臺(tái)PD上。本設(shè)計(jì)采用水晶頭及網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行Command傳輸。

（4）USB IN接口：USB輸入接口主要用于軟件Bin檔的更新升級(jí)，以及USB圖片和視頻的播放應(yīng)用。

2.2 Scaler模塊介紹

Scaler圖像處理芯片采用MSTar的MSD9xxx芯片，是我們?cè)O(shè)計(jì)系統(tǒng)的核心IC主控制芯片，它將負(fù)責(zé)我們系統(tǒng)信號(hào)偵測(cè)和顯示器顯示的最復(fù)雜的信號(hào)處理。核心圖像處理芯片與其周邊外圍相關(guān)控制電路組成了本系統(tǒng)主要控制電路系統(tǒng)模塊。Scaler的外圍周邊電路包含晶振電路、復(fù)位電路、直流分壓電源電路、液晶面板背光控制電路、Flash控制電路、EEPROM控制電路、音頻輸出控制電路、按鍵板控制電路、HDMI信號(hào)輸入控制電路、信號(hào)輸出LVDS控制電路。

Flash是Scaler的軟件存放位置，編譯好的軟件則可通過(guò)USB接口燒錄到此Flash，也可以通過(guò)IIC線路，再由我們工程師Debug Tool更新燒錄。

2.3 HDMI分配器模塊介紹

HDMI分配器IC采用ITE的IT6xxx芯片，它由另外一顆ITE的邏輯控制MCU IC進(jìn)行控制。ITE MCU同時(shí)由Scaler來(lái)交互控制。電路模塊主要分成EQ模塊控制、EDID模塊控制、HDCP模塊控制，以及Color Space模塊控制，這些硬件模塊實(shí)現(xiàn)通路設(shè)計(jì)，而后需要由軟件進(jìn)行實(shí)際控制實(shí)現(xiàn)。

2.4 USB模塊

USB模塊設(shè)計(jì)時(shí)需要符合軟體燒錄和媒體播放。軟體燒錄包含Scaler軟體燒錄和ITE MCU軟體燒錄。Scaler在大系統(tǒng)中軟體更新，需要整機(jī)開(kāi)機(jī)后根據(jù)OSD菜單[4]提示導(dǎo)航來(lái)完成，而ITE MCU它在電路中既是獨(dú)立控制ITE分配器，同時(shí)又與Scaler有交互作用，所以ITE MCU小系統(tǒng)軟體的燒錄，需要考慮其個(gè)體性和整體性。本設(shè)計(jì)對(duì)ITE MCU更新軟體的作法采用整機(jī)有上電時(shí)用系統(tǒng)電源對(duì)其供電，并通過(guò)燒錄軟件工具啟動(dòng)軟體燒錄；在沒(méi)有整機(jī)系統(tǒng)上電的情況，采用PC端連接的USB線對(duì)其供電進(jìn)行軟體更新燒錄。

3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì)

軟件系統(tǒng)在硬件架構(gòu)基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)和運(yùn)行，本設(shè)計(jì)主要分成交互控制設(shè)計(jì)、Scaling處理設(shè)計(jì)、Tiling控制設(shè)計(jì)和Command控制設(shè)計(jì)。交互設(shè)計(jì)是Scaler與ITE MCU進(jìn)行交互控制設(shè)計(jì)，主要控制信號(hào)行為和信息顯示。當(dāng)信號(hào)輸入時(shí)，如果不是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的信號(hào)則進(jìn)行相應(yīng)信號(hào)Timing放大和縮小的Scaling控制。Tiling控制設(shè)計(jì)主要是在大屏幕拼接時(shí)邊框補(bǔ)償設(shè)計(jì)，以及對(duì)不同信號(hào)Timing的信號(hào)分配設(shè)計(jì)。Command控制設(shè)計(jì)主要是在拼接過(guò)程中，為了方便用于靈活控制控制組合進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.1 交互設(shè)計(jì)

軟件交互根據(jù)硬件對(duì)應(yīng)的控制模塊進(jìn)行控制如交互圖3。主要分成信號(hào)EQ控制、EDID控制、HDCP控制、Color Space控制[5]，以及軟件版本信息讀取。在市場(chǎng)上不同的用戶環(huán)境，包含信號(hào)源及顯卡、線材長(zhǎng)短粗細(xì)等不同阻抗，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度受到影響面而無(wú)法正常顯示的問(wèn)題，所以需要添加信號(hào)平衡性的調(diào)節(jié)控制即EQ控制設(shè)計(jì)。EDID控制主要是為了滿足多種不同形式的拼接方式，我們也把它叫做花樣拼接時(shí)需要PC送出對(duì)應(yīng)Timing的信號(hào)而設(shè)計(jì)的靈活性EDID。為了符合HDMI高清信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)，需要HDCP控制，它主要是對(duì)信號(hào)進(jìn)行加密解密的控制應(yīng)用。Color Space控制主要是考慮到在繁雜的終端用戶中，經(jīng)常會(huì)遇到一些用戶采用非標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)進(jìn)行輸入，這些不標(biāo)準(zhǔn)的信號(hào)又經(jīng)常都是色彩空間占多數(shù)，故而需要Color Space控制來(lái)應(yīng)對(duì)特殊信號(hào)源。根據(jù)這些信號(hào)控制的設(shè)計(jì)還都會(huì)用到HPD與信號(hào)源控制。軟件信息版本讀取則只需要通過(guò)IIC指令向MCU寄存器獲取對(duì)應(yīng)版本信息。

表1：FreeSync對(duì)DPCD地址位控制需求表

3.2 Scaling處理設(shè)計(jì)

Scaling處理設(shè)計(jì)，針對(duì)不是1：1畫(huà)面輸入時(shí)，顯示器對(duì)送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大、縮小，或16：9或4：3的信號(hào)處理輸出到Panel端顯示。如果信號(hào)源是1：1的信號(hào)輸入，即與面板原始畫(huà)面一致時(shí)，軟體則采用By Pass方式輸出顯示。

3.3 Tiling控制設(shè)計(jì)

Tiling控制設(shè)計(jì)，主要是為了處理信號(hào)在拼接后，需要如何顯示出用戶想要的效果。主要有如下幾點(diǎn)應(yīng)用：

（1）OSD Tiling設(shè)計(jì)，需要做到讓用戶可以調(diào)整從1x1到10x10的任意組合的OSD；

（2）Tiling補(bǔ)償設(shè)計(jì)，即拼接縫隙的補(bǔ)償設(shè)計(jì)，Tiling組合過(guò)程中機(jī)臺(tái)與機(jī)臺(tái)之間總是會(huì)存在一定的間隙，為了讓畫(huà)面過(guò)度自然，需要對(duì)這機(jī)臺(tái)間的縫隙進(jìn)行補(bǔ)償處理，在分辨率偏小時(shí)效果會(huì)更加明顯。

3.4 Command控制設(shè)計(jì)

Command控制設(shè)計(jì)，是為了方便拼接組合后可以不通過(guò)機(jī)器的OSD控制，而用命令的方式對(duì)其進(jìn)行控制，這樣用戶就可以不用通過(guò)按鍵和遙控器進(jìn)行顯示器控制。本設(shè)計(jì)命令控制采用RS232串行通信方式進(jìn)行通信，協(xié)議采用Tiling指令格式自行定義，波特率采用9600 bit/s。命令解析控制的過(guò)程為輸入開(kāi)始、列表查找、功能執(zhí)行、結(jié)束。

4 樣機(jī)調(diào)試

拼接屏顯示器設(shè)計(jì)好后，對(duì)樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試和測(cè)試。調(diào)試部分主要分成信號(hào)調(diào)試、命令控制和實(shí)際拼接組合調(diào)試，測(cè)試主要進(jìn)行功能測(cè)試和兼容測(cè)試兩部分。

4.1 信號(hào)調(diào)試

信號(hào)調(diào)試，根據(jù)拼接組合可能涉及的Timing制作特殊EDID進(jìn)行調(diào)試測(cè)試，所有預(yù)估Timing有列出461個(gè)，選擇3個(gè)邊緣性和中間1x1不做EDID切換的Timing列表如表1。經(jīng)過(guò)所有Timing測(cè)試，符合原計(jì)劃設(shè)計(jì)效果。

4.2 命令控制調(diào)試

命令控制調(diào)試通過(guò)PC端開(kāi)發(fā)的Tool對(duì)我們樣機(jī)進(jìn)行調(diào)試，整體調(diào)試過(guò)程命令控制基本流暢，能夠達(dá)到終端用戶體驗(yàn)需求。并且畫(huà)面PC端的Tool界面控制符合實(shí)際拼接組合的效果，調(diào)試和測(cè)試結(jié)果通過(guò)預(yù)期設(shè)計(jì)結(jié)果。

4.3 拼接組合調(diào)試

根據(jù)不同信號(hào)的EDID和命令控制Tool，組合兼容PC測(cè)試，也就是模擬終端用戶實(shí)際拼接組合場(chǎng)景的應(yīng)用進(jìn)行調(diào)試測(cè)試，3x3拼接測(cè)試效果良好。除了部分Timing分辨率過(guò)低，導(dǎo)致顯卡無(wú)法正常顯示外，其它Timing調(diào)試均符合原設(shè)計(jì)預(yù)想效果。經(jīng)過(guò)所有功能測(cè)試和兼容測(cè)試后，針對(duì)分辨率過(guò)低問(wèn)題不影響正常一般用戶和特殊用戶使用，所以整體樣機(jī)效果測(cè)試達(dá)到設(shè)計(jì)目的，產(chǎn)品按預(yù)期的時(shí)間進(jìn)入正常量產(chǎn)。

5 總結(jié)

該顯示系統(tǒng)通過(guò)分配IC嵌入到主板中并進(jìn)行分配控制，在經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，整體效果達(dá)到設(shè)計(jì)要求與客戶認(rèn)可。這種拼接屏的實(shí)現(xiàn)不但簡(jiǎn)單快捷，而且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，同時(shí)適合應(yīng)用于各種廣告、金融、大型會(huì)議等等展示性的大屏幕顯示場(chǎng)所，值得推廣應(yīng)用。