CN106161870B - 一种多屏控制设备及同步系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多屏控制设备及同步系统，用于在显示幕墙的子屏幕中跨屏显示同一视频源。所述多屏控制设备包括：时钟产生和控制单元，其提供同源时钟信号作为本地显示输出单元的时钟信号；帧同步控制单元，其根据系统同步信号生成本地显示输出单元的帧同步信号，其中，所述系统同步信号为根据帧同步握手信号的反馈信号而生成；从而依照所述帧同步信号和时钟信号由本地显示输出单元向显示幕墙的子屏幕提供每帧图像分割部分的图像数据。本发明采用较小规模的低成本多屏控制设备，不同设备之间使用相同的基准时钟和帧同步显示信号，保证不同子屏幕上像素级同步显示。

Description

一种多屏控制设备及同步系统

技术领域

本发明涉及图像显示技术领域，具体地说，涉及一种多屏控制设备及同步系统。

背景技术

现有技术中采用多屏控制器将多个视频显示单元组成一个超大屏幕，通常用于控制中心的大型拼接显示幕墙的图像控制。

目前的多屏控制器若要支持更大的显示规模，一般有两种方案。一种方法是在单个机箱中使用支持更大规模视频通道交换芯片(Vedio Switch)，但由于交换芯片无法做到无穷大的规模，因此最多能支持有限个显示屏。并且视频通道交换芯片规模增大会导致成本成倍增加，而使得大规模的单个机箱综合成本很高。另一种方法是多个单体多屏控制器之间通过网络等协议传送同步控制命令实现显示同步，这称为分布式控制系统。

在申请号为200880010219.2，公开号为CN101647273A的申请文件中公开了采用分布控制实现的多屏幕同步再现系统，但是这种方案存在网络传输时延，同步信号到达不同设备的时延会不同，并且不同的网络环境之间同步性差异会非常大。因为不同单体控制器的显示时钟频差及中央处理器对显示图像的处理速度不同，通常需要经过一段时间后重新进行同步校准。

在申请号为200910042304.3，公开号为CN101763840A的申请文件中公开了一种同步显示装置系统及其控制方法。这种方案需要单独外置的时钟和帧同步控制单元，增加了使用复杂性。并且由于外置的单元因硬件限制，只能支持有限的设备同步，无法做到更大规模。该方案中采用的帧同步信号为VGA的HS信号，这样受限于只支持VGA格式输出的同步，而不能支持DVI、HDMI和SDI等信号的显示同步。

因此，亟需一种能够实现大规模的低成本多屏控制设备同步显示的技术方案。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术中多屏控制设备结构复杂且同步效果较差的技术缺陷。

为了解决上述技术问题，本申请的实施例首先提供一种多屏控制设备，用于在显示幕墙的子屏幕中跨屏显示同一视频源，包括：

时钟产生和控制单元，其提供同源时钟信号作为本地显示输出单元的时钟信号；

帧同步控制单元，其根据系统同步信号生成本地显示输出单元的帧同步信号，其中，所述系统同步信号为根据帧同步握手信号的反馈信号而生成；

从而依照所述帧同步信号和时钟信号由本地显示输出单元向显示幕墙的子屏幕提供每帧图像分割部分的图像数据。

在一个实施例中，所述帧同步控制单元包括：

握手信号处理模块，其在主控状态下生成并发送帧同步握手信号；

系统同步处理模块，其在主控状态下接收所述帧同步握手信号的反馈信号，产生并发送所述系统同步信号。

在一个实施例中，在从控状态下，

所述握手信号处理模块针对接收的帧同步握手信号生成反馈信号；

所述系统同步处理模块接收所述系统同步信号。

在一个实施例中，在从控状态下，所述系统同步处理模块将所述系统同步信号转发。

在一个实施例中，所述时钟产生和控制单元包括：

时钟产生模块，用于产生本地晶振时钟信号；

控制模块，用于控制锁相环工作在倍频模式或者旁路模式；

其中，在主控状态下，锁相环工作在倍频模式，本地晶振时钟信号经锁相环倍频后生成所述同源时钟信号；

在从控状态下，锁相环工作在旁路模式，将接收的外部跟随时钟信号作为本地显示输出单元的时钟信号。

在一个实施例中，所述时钟产生和控制单元进一步包括时钟分配模块，用于在主控状态下将所述同源时钟信号分配至本地显示输出单元，并将所述同源时钟信号输出以作为跟随时钟信号。

在一个实施例中，所述时钟分配模块在从控状态下将所述跟随时钟信号转发。

在一个实施例中，还包括：

发送单元，用于发送所述同源时钟信号、帧同步握手信号、反馈信号和系统同步信号；

接收单元，用于接收所述同源时钟信号、帧同步握手信号、反馈信号和系统同步信号；

其中，所述发送单元和接收单元包括RJ-45接口模块，所述同源时钟信号通过第一对双绞线进行差分传输，所述帧同步握手信号或者反馈信号通过第二对双绞线进行差分传输，所述系统同步信号通过第三对双绞线进行差分传输。

本申请的实施例还提供一种多屏控制设备的同步系统，用于在显示幕墙的子屏幕中跨屏显示同一视频源，包括一个主设备和至少一个从设备，其中所述主设备为工作在主控状态的多屏控制设备，所述从设备为工作在从控状态的多屏控制设备，所述多屏控制设备如权利要求1至8中任一项所述。

在一个实施例中，主设备输出同源时钟信号作为跟随时钟信号，从设备接收所述跟随时钟信号作为本地显示输出单元的时钟信号；

主设备输出帧同步握手信号，从设备对所述帧同步握手信号生成反馈信号；

主设备基于全部从设备的反馈信号生成系统同步信号，从设备接收所述系统同步信号作为本地显示输出单元的帧同步信号。

在一个实施例中，中间级从设备接收上级从设备转发的跟随时钟信号，并向下一级从设备转发；

中间级从设备接收主设备生成的帧同步握手信号，或者接收上级从设备生成的针对帧同步握手信号的上级反馈信号，生成本级从设备的本级反馈信号，将本级反馈信号发送至下一级从设备；

主设备基于末级从设备的反馈信号产生系统同步信号，中间级从设备接收上级设备转发的系统同步信号，并向下一级从设备转发。

在一个实施例中，所述主设备分别连接从设备构成星型拓扑，其中，

主设备将同源时钟信号分别输出至每一从设备；

主设备在接收到全部从设备的反馈信号后生成系统同步信号。

与现有技术相比，本申请的实施例采用较小规模的低成本多屏控制设备，不同设备之间使用相同的基准时钟和帧同步显示信号，保证不同子屏幕上像素级同步显示。本发明可以支持VGA、DVI、HDMI和SDI等不同格式的视频信号同步显示。

本发明的实施例无需增加单独外置的时钟和帧同步控制单元，主设备和从设备可级联连接构成多种拓扑形式的同步系统，支持任意数量的设备级联。采用通用的5类线和RJ-45接口模块实现级联连接，性价比高，通用性强，方便工程应用。设备之间的级联采用差分传输同步时钟和信号，抗干扰能力强。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是根据本发明实施例的单信号源跨屏显示的原理性示意图；

图2是根据本发明实施例的多屏控制器的内置同步控制装置的结构图；

图3是根据本发明实施例的时钟产生和控制模块的结构图；

图4是根据本发明实施例的帧同步控制模块的结构图；

图5是根据本发明实施例的发送或接收接口模块的连线方式示意图；

图6是根据本发明实施例的多屏控制设备的同步系统环形级联示意图；

图7是根据本发明实施例的多屏控制设备的同步系统星形连接示意图；

图8是根据本发明实施例的同步系统中同步信号走向的原理性示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，以下结合附图对本发明作进一步地详细说明。

首先对本发明实施例的应用场景进行说明。由于多台控制设备之间信号源无法通过类似单独设备上的高速背板lane视频通道进行传输，本实施例利用视频分路装置将一路视频源分解为多路同源视频信号。在图1的示例中，显示幕墙分别是由3X5、4X5和1X5的三个子屏幕拼接而成的一个8X5的大幕墙，一帧视频图像分别通过3台多屏控制设备处理后完成跨屏显示。如图1所示，视频分路装置的不同输出端口连接至多屏控制设备的输入口，多屏控制设备将每帧图像分割后，通过输出口输出到拼接显示区，从而实现视频图像的跨屏拼接显示。

为了保障在三个子屏幕中显示的同步性，本实施例在不同的多屏控制设备之间提供相同的基准时钟和帧同步信号，从而使多屏控制设备的显示时钟同步，并保证不同的多屏控制设备中同一帧图像的输出同步。

具体来说，本发明实施例的多屏控制设备包括有内置同步控制装置和本地显示输出单元，其中，内置同步控制装置为本地显示输出单元提供同步信号。参考图2所示，内置同步控制装置包括时钟产生和控制单元、帧同步控制单元。其中，时钟产生和控制单元用于提供同源时钟信号作为本地显示输出单元的时钟信号，帧同步控制单元用于根据系统同步信号生成本地显示输出单元的帧同步信号，从而依照所述帧同步信号和时钟信号由本地显示输出单元向显示幕墙的子屏幕提供每帧图像分割部分的图像数据。

在下面的示例中，图1中多屏控制设备1为主设备，多屏控制设备2和3为从设备。为了保证多屏控制设备的显示时钟严格同步，将主设备产生的时钟信号作为同源时钟信号，从设备均跟随该同源时钟信号。此外，为了保证每一帧视频图像在分割显示时同时开始显示，本实施例采用帧同步握手信号和系统同步信号实现帧同步。具体而言，主设备接收到全部从设备对帧同步握手信号的反馈信号后，生成系统同步信号发送至从设备。从设备接收到该系统同步信号时开始由本地显示输出单元向显示子屏幕输出分割的图像信息。这样以来，同一帧图像在不同子屏幕上同时开始显示，并且每个分割图像块都能同时输出。

以下参照图3对时钟产生和控制单元的功能进行详细说明。时钟产生和控制单元包括时钟产生模块、锁相环PLL、控制模块和时钟分配模块。时钟产生模块用于生成参考时钟ref_clk。锁相环PLL可对参考时钟进行倍频处理。在控制模块的作用下，PLL工作在倍频模式或者旁路(BYPASS)模式。时钟分配模块将同源时钟信号分配至本地显示输出单元，或者将同源时钟信号输出以提供跟随时钟信号。

在一个优选的方式中，时钟产生模块为一晶体振荡器，用于产生本地晶振时钟信号作为参考时钟ref_clk。在主控状态下，PLL工作在倍频模式，根据实际需要对参考时钟ref_clk进行倍频处理而产生65M～162M不等同源时钟信号，通过时钟分配模块将同源时钟信号作为主设备本地显示输出单元的时钟信号，并将同源时钟信号输出以作为从设备的跟随时钟信号。在从控状态下，锁相环工作在旁路模式，将接收的外部跟随时钟信号作为显示时钟的本地同步信号，即作为从设备本地显示输出单元的时钟信号，并将跟随时钟信号转发下一级。

以下参照图4对帧同步控制单元的功能进行说明。帧同步控制单元包括握手信号处理模块和系统同步处理模块。在主控状态下，握手信号处理模块生成并发送帧同步握手信号，要求其他设备进入帧同步准备状态。从设备接收帧同步握手信号并结合本地帧状态指示信号生成反馈信号，表示该从设备是否已做好同步准备。主设备的系统同步处理模块接收到所述反馈信号后生成系统同步信号，作为主设备本地显示输出单元的帧同步信号，并一步将系统同步信号输出，使从设备根据该系统同步信号生成从设备本地显示输出单元的帧同步信号。

在一个优选的示例中，帧同步握手信号、反馈信号和系统同步信号均由高低电平信号表示。在主控状态下，握手信号处理模块生成并发送帧同步握手信号(高电平“1”)，要求从设备进入帧同步准备状态。

从设备根据本地的显示输出单元中图像数据的准备状态生成本地帧状态指示信号。以帧频率为60Hz为例，显示输出单元的帧扫描周期为0.017秒。在一个帧扫描周期中为显示输出单元准备图像数据，本地帧状态指示信号为低电平“0”。经过完整的帧扫描周期后已完成图像数据的准备，本地帧状态指示信号为高电平“1”。

从设备接收帧同步握手信号(高电平“1”)，与本地帧状态指示信号进行“与”操作生成对帧同步握手信号的反馈信号。具体来说，若本地帧状态指示信号为低电平“0”，则产生的反馈信号为低电平“0”，表示从设备并未进入帧同步准备状态。若本地帧状态指示信号为高电平“1”，则产生的反馈信号为高电平“1”，表示从设备进入帧同步准备状态，可同步显示视频帧。

主设备的系统同步处理模块接收帧同步握手信号的反馈信号“0”或“1”，生成系统同步信号。在反馈信号为低电平“0”的情况下，系统同步信号为低电平“0”，表示该系统同步信号不可用。在反馈信号为高电平“1”的情况下，系统同步信号为高电平“1”，表示该系统同步信号可用，可根据系统同步信号生成本地显示输出单元的帧同步信号。

再次回到图2，多屏控制设备还包括发送单元和接收单元。发送单元用于发送所述同源时钟信号、帧同步握手信号、反馈信号和系统同步信号；接收单元用于接收所述同源时钟信号、帧同步握手信号、反馈信号和系统同步信号。从发送、接收接口的通用性和和现场施工线材简易性、性价比等方面考虑，发送单元和接收单元中设置RJ-45接口模块，上述同源时钟信号、帧同步握手信号、反馈信号和系统同步信号分别采用成对双绞导线利用差分LVDS信号传输。

如图5所示，采用一个RJ-45接口模块中的三对双绞线来传输上述信号，其中，同源时钟信号通过第一对双绞线进行差分传输，帧同步握手信号或者反馈信号通过第二对双绞线进行差分传输，系统同步信号通过第三对双绞线进行差分传输。经过实际测量及功能验证，最高同步时钟162MHz情况下，经过10m CAT-5e线缆传输，波形幅度及抖动等指标完全满足LVDS电平标准，并且10m的传输距离完全可以满足现场施工要求。

采用上述接口方案，主设备和从设备可级联连接构成多种拓扑形式的同步系统。图6和图7分别示出了环形组网和星型组网的网络拓扑，不限于此，也可采用环形和星型混合组网实现系统同步。本实施例中采用通用的5类线和RJ-45接口模块，性价比高，通用性强，方便工程应用。设备之间的级联采用差分传输同步时钟和信号，抗干扰能力强。

在图6和图7所示的多屏控制设备的同步系统中，主设备输出同源时钟信号作为跟随时钟信号，从设备接收所述跟随时钟信号作为本地显示输出单元的时钟信号。主设备输出帧同步握手信号，要求从设备进入帧同步准备状态。从设备对所述帧同步握手信号生成反馈信号，以通知主设备完成帧同步准备工作。主设备基于全部从设备的反馈信号生成系统同步信号，从设备接收所述系统同步信号作为本地显示输出单元的帧同步信号。这样不需要单独外置的时钟和帧同步控制单元，仅采用低成本、小规模的多屏控制设备，利用设备级联组网即可通过采用相同的基准时钟和帧同步信号完成像素级的同步显示。

以下分别对环形级联和星型级联两种拓扑形式的同步系统的工作原理进行说明。

在图6的示例中显示了由一个主设备和两个从设备组成的环形级联网络。在图6中，主设备、从设备1和从设备2依次级联，即通过接收单元和发送单元顺次级联连接形成以环状拓扑。主设备产生同源时钟传输给从设备1，从设备1将该同源时钟转发至从设备2，这样从设备1和2均跟随主设备1产生的同源时钟。如上文所述，主设备产生的同源时钟可以根据显卡需求设定为65M～162M，从设备不需对该同源时钟再次进行倍频处理，可以避免现有技术中从设备使用倍频器导致的频率差值。由于从设备中不再进行倍频操作，在长时间运行之后也不会产生频差积累。

主设备产生帧同步握手信号传输给从设备1，从设备1的帧同步控制单元生成对该帧同步握手信号的反馈信号，传输给从设备2。从设备1产生的反馈信号表示主设备和从设备1是否已完成帧同步的准备工作，并要求从设备2进入帧同步准备状态。从设备2接收到从设备1产生的反馈信号之后，生成反馈信号传输至主设备。从设备2产生的反馈信号表示从设备1和从设备2是否均完成帧同步准备工作。这样以来，主设备从末级从设备(从设备2)的反馈信号即可判断系统中的从设备均已进入帧同步准备工作。只要从设备1和2中存在一个设备产生的反馈信号为低电平“0”，则末级从设备(从设备2)的反馈信号为“0”。

需要强调的是，本实施例中设计反馈信号来表示设备已完成帧同步准备，避免主设备发送系统同步信号时由于从设备本地显示输出单元还未准备好图像数据导致的显示错误。主设备接收到从设备2的反馈信号后产生系统同步信号传输至从设备1和从设备2，以使得系统中全部设备均以该系统同步信号作为本地显示输出单元的帧同步信号。只要末级从设备(从设备2)产生的反馈信号为低电平“0”，则主设备产生的系统同步信号为低电平“0”，表示系统中存在未完成帧同步准备的设备，该系统同步信号不可用。

在环形级联的同步系统中，可以支持任意数量的设备级联。中间级从设备接收上级从设备转发的跟随时钟信号，并向下一级从设备转发。中间级从设备接收主设备生成的帧同步握手信号，或者接收上级从设备生成的针对帧同步握手信号的上级反馈信号，生成本级从设备的本级反馈信号，将本级反馈信号发送至下一级从设备。主设备仅仅基于末级从设备的反馈信号即可判断系统中从设备是否均已进入帧同步准备状态。主设备产生系统同步信号，中间级从设备接收上级设备转发的系统同步信号，并向下一级从设备转发，使得系统中全部设备均以该系统同步信号作为帧同步信号。

图8为同步信号走向的原理性示意图。为了保证系统中不同设备上每一帧图像同步输出，即保证每一帧图像分割显示时保证分割块1、分割块2……的图像同时输出，将不同从设备上对帧同步握手信号的反馈信号均传递到主设备。在主设备判断全部从设备均完成帧同步准备工作之后产生系统同步信号传输至各个从设备，从设备接收到该系统同步信号后开始向由本地显示输出单元向显示子屏幕输出分割部分图像的数据。

此外，本实施例中采用单独的帧同步握手信号和系统同步信号来完成帧同步，从而可以支持VGA、DVI、HDMI和SDI等信号的显示同步。

在图7的示例中显示了由一个主设备和两个从设备组成的星型级联网络。主设备分别连接从设备构成星型拓扑，主设备将同源时钟信号分别输出至每一从设备。主设备在接收到全部从设备的反馈信号后生成系统同步信号。同步信号的工作原理如图8所示。

与环形级联不同的是，图7中主设备分别接收各个从设备的反馈信号。在接收到全部从设备的反馈信号之后，对全部从设备的反馈信号进行“与”操作而产生系统同步信号。这样，只要星型网络中存在一个从设备的反馈信号为低电平“0”，产生的系统同步信号则为低电平“0”。从而保证在全部从设备均完成帧同步准备工作后才会生成有效的系统同步信号。在星型级联的同步系统中，从设备不需对帧同步握手信号和系统同步信号进行中继转发，因此对从设备的性能要求较低。

虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (12)

1.一种多屏控制设备，用于在显示幕墙的子屏幕中跨屏显示同一视频源，其特征在于，包括：

时钟产生和控制单元，其提供同源时钟信号作为本地显示输出单元的时钟信号；

帧同步控制单元，其根据系统同步信号生成本地显示输出单元的帧同步信号，其中，所述系统同步信号为根据帧同步握手信号的反馈信号而生成；

从而依照所述帧同步信号和时钟信号由本地显示输出单元向显示幕墙的子屏幕提供每帧图像分割部分的图像数据；

其中，帧同步握手信号，用于要求其他多屏控制设备进入帧同步准备状态。

2.根据权利要求1所述的多屏控制设备，其特征在于，所述帧同步控制单元包括：

握手信号处理模块，其在主控状态下生成并发送帧同步握手信号；

系统同步处理模块，其在主控状态下接收所述帧同步握手信号的反馈信号，产生并发送所述系统同步信号。

3.根据权利要求2所述的多屏控制设备，其特征在于，在从控状态下，

所述握手信号处理模块针对接收的帧同步握手信号生成反馈信号；

所述系统同步处理模块接收所述系统同步信号。

4.根据权利要求3所述的多屏控制设备，其特征在于，在从控状态下，所述系统同步处理模块将所述系统同步信号转发。

5.根据权利要求1所述的多屏控制设备，其特征在于，所述时钟产生和控制单元包括：

时钟产生模块，用于产生本地晶振时钟信号；

控制模块，用于控制锁相环工作在倍频模式或者旁路模式；

其中，在主控状态下，锁相环工作在倍频模式，本地晶振时钟信号经锁相环倍频后生成所述同源时钟信号；

在从控状态下，锁相环工作在旁路模式，将接收的外部跟随时钟信号作为本地显示输出单元的时钟信号。

6.根据权利要求5所述的多屏控制设备，其特征在于，所述时钟产生和控制单元进一步包括时钟分配模块，用于在主控状态下将所述同源时钟信号分配至本地显示输出单元，并将所述同源时钟信号输出以作为跟随时钟信号。

7.根据权利要求6所述的多屏控制设备，其特征在于，所述时钟分配模块在从控状态下将所述跟随时钟信号转发。

8.根据权利要求1所述的多屏控制设备，其特征在于，还包括：

发送单元，用于发送所述同源时钟信号、帧同步握手信号、反馈信号和系统同步信号；

接收单元，用于接收所述同源时钟信号、帧同步握手信号、反馈信号和系统同步信号；

其中，所述发送单元和接收单元包括RJ-45接口模块，所述同源时钟信号通过第一对双绞线进行差分传输，所述帧同步握手信号或者反馈信号通过第二对双绞线进行差分传输，所述系统同步信号通过第三对双绞线进行差分传输。

9.一种多屏控制设备的同步系统，用于在显示幕墙的子屏幕中跨屏显示同一视频源，其特征在于，包括一个主设备和至少一个从设备，

其中所述主设备为工作在主控状态的多屏控制设备，所述从设备为工作在从控状态的多屏控制设备，所述多屏控制设备如权利要求1至8中任一项所述。

10.根据权利要求9所述的多屏控制设备的同步系统，其特征在于，

主设备输出同源时钟信号作为跟随时钟信号，从设备接收所述跟随时钟信号作为本地显示输出单元的时钟信号；

主设备输出帧同步握手信号，从设备对所述帧同步握手信号生成反馈信号；

主设备基于全部从设备的反馈信号生成系统同步信号，从设备接收所述系统同步信号作为本地显示输出单元的帧同步信号。

11.根据权利要求10所述的多屏控制设备的同步系统，其特征在于，所述主设备和从设备顺次级联连接形成以环状拓扑，其中，

中间级从设备接收上级从设备转发的跟随时钟信号，并向下一级从设备转发；

中间级从设备接收主设备生成的帧同步握手信号，或者接收上级从设备生成的针对帧同步握手信号的上级反馈信号，生成本级从设备的本级反馈信号，将本级反馈信号发送至下一级从设备；

主设备基于末级从设备的反馈信号产生系统同步信号，中间级从设备接收上级设备转发的系统同步信号，并向下一级从设备转发。

12.根据权利要求10所述的多屏控制设备的同步系统，其特征在于，所述主设备分别连接从设备构成星型拓扑，其中，

主设备将同源时钟信号分别输出至每一从设备；

主设备在接收到全部从设备的反馈信号后生成系统同步信号。