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基于FPGA的LED显示屏控制系统研究

基于FPGA的LED显示屏控制系统研究

作者：马可南京信息工程大学

学位级别：硕士

近年来,由于LED显示屏具有高亮度、易拼接组装、成本低等优势,因此在商业、农学、交通等领域得到广泛应用。其中,LED显示屏控制系统是决定整个系统性能的关键,因此,研究LED显示屏控制系统具有重要意义。本文开展基于FPGA的LED显示屏控... 详细信息

近年来,由于LED显示屏具有高亮度、易拼接组装、成本低等优势,因此在商业、农学、交通等领域得到广泛应用。其中,LED显示屏控制系统是决定整个系统性能的关键,因此,研究LED显示屏控制系统具有重要意义。本文开展基于FPGA的LED显示屏控制系统研究,首先通过HDMI接口采集视频,将视频帧跨时钟域缓存并按区域块依次取出;其次,基于电流均衡原理以及改进的LVDS通信机制,将校正后的视频数据通过16路差分信号传输给接收卡;然后,各接收卡根据各自在数据链中的级联次序,截取对应区域的图像数据和配置参数;最后,接收卡根据驱动时序设计多路并行控制逻辑,实现led视频显示。同时,该系统还通过摄像头实时采集周围环境和灯板信息,对显示画面进行自适应伽马校正,提高人眼观看的舒适度。综上,该系统实现了从上位机下发参数和视频源,到LED显示屏正常显示的全部功能,验证了系统设计方案的可行性。实验结果表明,该系统在不同环境下具有较好的显示效果,屏幕刷新率达到3360Hz,同时每路LVDS通信带宽可以达到1200Mbps,满足视频发送卡与接收卡之间数据传输的带宽要求。本文主要分为硬件设计、系统逻辑设计和系统调试与分析三个部分:（1）在硬件设计方面,系统采用视频发送卡、视频分配器和接收卡的结构设计,硬件部分首先对各个电路模块进行描述,包括串口、电源、HDMI输入输出、以太网等电路模块,最后使用Altium Designer软件绘制了视频发送卡、视频分配器和视频接收卡的原理图和PCB;（2）在系统逻辑设计方面,以模块化的思想对模块的功能和实现进行阐述,视频发送卡包括参数可配置、自适应伽马校正、视频流输入输出、图像缓存、图像分割、电流均衡以及改进的LVDS通信模块,视频接收卡包括基于LVDS的跨时钟设计、数据分类处理和驱动时序逻辑设计模块;（3）在系统调试与分析方面,首先,设计一款上位机,达到方便用户调试系统的目的;其次,对单个功能模块进行测试,提高模块的稳定性;再次,对系统整合后的FPGA内部资源使用量以及功耗进行分析;最后,对整合后的系统功能进行测试和分析。

关键词： FPGA LED显示伽马校正电流均衡 LVDS

温度波动对LED显示屏白平衡主要参数及图像色调的影响

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发光学报 2023年第2期44卷 346-355页

作者：宿然郑喜凤陈宇刘凤霞张鑫汪洋曹慧苗静中国科学院长春光学精密机械与物理研究所吉林长春130033 中国科学院大学北京100049 长春希达电子技术有限公司吉林长春130103

LED显示屏的图像显示质量一直是显示行业内重点关注的问题,而LED显示屏的白平衡参数决定了其复现和还原的显示图像的亮度和色调,是影响图像显示质量的重要因素。一般情况下,显示屏的白平衡由红、绿、蓝三基色的亮度配平比例确定,而且该... 详细信息

LED显示屏的图像显示质量一直是显示行业内重点关注的问题,而LED显示屏的白平衡参数决定了其复现和还原的显示图像的亮度和色调,是影响图像显示质量的重要因素。一般情况下,显示屏的白平衡由红、绿、蓝三基色的亮度配平比例确定,而且该配平比例相对稳定;但是对于led的各个基色来说,环境因素的变化会引起基色参量的变化,从而导致显示屏白平衡的漂移,严重影响图像显示质量。本文基于色度学理论和LED显示特性,构建了特定LED显示颜色空间模型;并在设定颜色空间探究不同温度环境各个基色仅在亮度变化条件下对白平衡参数的影响,重点研究了在温度波动条件下白平衡的漂移规律以及显示图像产生的色调的畸变情况;通过归纳不同波动参数定量分析温度变化对LED显示屏白平衡主要参数的影响,为高清LED显示控制系统提供较有价值的图像修正理论依据,有助于提升高端LED显示产品的显示质量。

关键词： LED显示温度波动白平衡

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LED显示屏虚拟组合像素的分析

西安电子科技大学学报 2012年第4期39卷 178-183页

作者：赵小明周筱媛张建奇邵晓鹏西安电子科技大学技术物理学院陕西西安710071 西安科技大学计算机科学与技术学院陕西西安710054

分析了户外发光二极管(led)显示屏中大量使用的虚拟组合像素技术,指出其本质是通过亚像素复用运算针对待显示图像中的单色分量进行低通滤波运算,并采用调制传递函数作为像质评价指标对其在LED显示屏分辨率上的贡献进行了定量分析.提出了... 详细信息

分析了户外发光二极管(led)显示屏中大量使用的虚拟组合像素技术,指出其本质是通过亚像素复用运算针对待显示图像中的单色分量进行低通滤波运算,并采用调制传递函数作为像质评价指标对其在LED显示屏分辨率上的贡献进行了定量分析.提出了LED显示屏的可寻址性概念,指出虚拟组合像素技术可明显提升显示系统的可寻址性,能改善图像显示的锯齿状边界;论证了虚拟组合像素技术未能提升显示分辨率,甚至会使部分画面的清晰度明显下降.

关键词： LED显示亚像素运算调制传递函数平滑滤波

CCD相机全彩LED显示屏亮度检测与校正算法

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华中科技大学学报（自然科学版） 2016年第8期44卷 75-79页

作者：严利民潘浩杜斌夏明治上海大学微电子研究与开发中心上海200072

针对LED显示屏亮度显示不均这一问题,提出一种基于CCD相机的全彩LED显示屏亮度检测与校正算法.该算法使用CCD相机获取显示屏显示的图像,并通过数学形态学和大津法对图像进行去噪和阈值分割处理,确定led灯点的中心位置,然后结合最小外接... 详细信息

针对LED显示屏亮度显示不均这一问题,提出一种基于CCD相机的全彩LED显示屏亮度检测与校正算法.该算法使用CCD相机获取显示屏显示的图像,并通过数学形态学和大津法对图像进行去噪和阈值分割处理,确定led灯点的中心位置,然后结合最小外接矩形与亮度相加法确定灯点的相对亮度值,最后计算出显示屏中各个灯点的三色校正系数矩阵.实验结果证明:该算法能够快速、有效地提高LED显示屏的亮度均匀性,从而改善显示屏的显示质量与延长显示屏的使用寿命.

关键词：图像处理阈值分割 LED显示亮度均匀性检测与校正算法

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自适应伽马校正的LED显示控制系统设计

单片机与嵌入式系统应用 2022年第11期22卷 54-57页

作者：刘银萍马可丁兆东张华西严飞南京信息工程大学大气物理学院南京210044 南京信息工程大学自动化学院江苏省大气环境与装备技术协同创新中心

为了提升LED显示屏的显示效果,提出一种基于FPGA的自适应伽马校正算法。首先,该系统通过摄像头实时采集周围信息并进行灰度处理;其次,将灰度处理的画面分割为周围环境和灯板两部分;再次,通过比对两部分的平均亮度信息确定伽马校正参数;... 详细信息

为了提升LED显示屏的显示效果,提出一种基于FPGA的自适应伽马校正算法。首先,该系统通过摄像头实时采集周围信息并进行灰度处理;其次,将灰度处理的画面分割为周围环境和灯板两部分;再次,通过比对两部分的平均亮度信息确定伽马校正参数;最后,对输入视频源进行实时伽马校正。实验结果表明,该算法可以应用在输入为1080P@60 Hz的LED显示屏系统中,在不同环境下的伽马校正效果对比明显,有效提升人眼观看的舒适度。

关键词：伽马校正 LED显示 FPGA 图像处理

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全彩LED显示屏亮度检测与校正算法

光学技术 2017年第2期43卷 158-161,165页

作者：严利民潘浩杜斌上海大学微电子研究与开发中心上海200072

针对全彩LED显示屏亮度均匀性问题,介绍了一种基于CCD相机的全彩LED显示屏亮度检测和校正算法。首先利用CCD相机获取显示中的图像,通过数学形态学和大津法对图像进行去噪和阈值分割处理,确定led灯点的中心位置,然后使用最佳包含圆方法... 详细信息

针对全彩LED显示屏亮度均匀性问题,介绍了一种基于CCD相机的全彩LED显示屏亮度检测和校正算法。首先利用CCD相机获取显示中的图像,通过数学形态学和大津法对图像进行去噪和阈值分割处理,确定led灯点的中心位置,然后使用最佳包含圆方法统计分析各个灯点的相对亮度值,并计算出其三色校正系数矩阵。实验证明,该算法检测速度快,校正效果较好,从而改善了显示的质量,延长了显示屏的使用寿命。

关键词：图像处理 LED显示亮度均匀性阈值分割

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城市生态监测与LED显示系统设计

城市生态监测与LED显示系统设计

作者：李逸新北京林业大学

学位级别：硕士

中国城市化进程的加快,对推动整个国民经济的发展起到了重要的作用,与此同时城市生态建设工作得到了广泛的关注。在2017年党的19大报告中着重强调了生态文明建设的重要性,提出了“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”等观念。... 详细信息

中国城市化进程的加快,对推动整个国民经济的发展起到了重要的作用,与此同时城市生态建设工作得到了广泛的关注。在2017年党的19大报告中着重强调了生态文明建设的重要性,提出了“建设生态文明是中华民族永续发展的千年大计”等观念。城市生态监测是环境保护体系中的重要组成部分,为城市生态建设相关政策制定、优化区域产业结构以及环保领域的研究工作提供了基本的科学依据。为了更加有效的获取城市生态监测数据,并提高监测数据的利用率,本文重点提出一种城市生态监测与LED显示系统的设计与实现。本文所设计系统对各类生态环境指标进行实时的监测,并通过led屏幕显示提高监测数据的利用率和共享程度。本系统在城市生态建设、智慧景区保护等领域具有良好的应用前景。本文从系统总体设计、系统硬件设计、系统软件设计以及系统搭建与实验测试方面说明城市生态监测与LED显示系统的设计和实现工作。（一）首先说明了系统的总体设计,通过查阅国内外相关文献结合项目背景在“物联网+”设计框架下分析项目需求,给出了城市生态监测与LED显示系统的总体框架。（二）在系统硬件设计部分,阐述了城市生态监测站监测数据选取、传感器的选型制作、数据采集器相关模块设计,led屏幕模组的需求分析及选型、相关控制卡选型及配置和箱体与支架设计。（三）在系统软件设计部分,首先根据总体框架设计软件工作流程,之后说明了各部分软件的开发工作,具体包括:PC端屏幕管理程序、LED显示程序、云端服务器程序的相关技术概述、需求分析、架构设计和功能实现。（四）在系统搭建与实验测试部分,说明了城市生态监测站的搭建流程与调试方法、软件功能测试以及当系统搭建完成后的软硬件联合调试工作。通过本文所述的开发设计工作,在雄安新区千年秀林,完成了城市生态监测与LED显示系统的搭建调试工作,截止论文完成时系统运行稳定。

关键词：城市生态监测物联网 LED显示安卓系统

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智能LED显示集成系统的设计

集成电路应用 2022年第9期39卷 17-19页

作者：朱彪上海三思电子工程有限公司上海201199

阐述集中式、分布式集成LED显示系统,基于分布式集成显示系统设计了一款智能LED显示集成系统,探讨系统结构、硬件设备和软件管理的设计,实现远程控制led屏显示,系统的监控管理。

关键词：智能技术 LED显示集成系统分布式显示

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LED显示串行总线数据分发芯片的设计

液晶与显示 2023年第5期38卷 602-608页

作者：熊木地葛凯彬徐晓甘永庆大连海事大学信息科学技术学院辽宁大连116026

本文设计了一款专门应用于视频数据分发的分发芯片,由接收模块、存储截取模块、输出模块和时钟模块4部分组成。接收模块接收来自串行总线的串行数据,因为LED显示屏的led灯珠由24位的RGB数据驱动,所以先将其转化为24位的RGB数据。存储截... 详细信息

本文设计了一款专门应用于视频数据分发的分发芯片,由接收模块、存储截取模块、输出模块和时钟模块4部分组成。接收模块接收来自串行总线的串行数据,因为LED显示屏的led灯珠由24位的RGB数据驱动,所以先将其转化为24位的RGB数据。存储截取模块将1~N个RGB数据循环存储到RAM中,并对其进行开关检测。当与开关一致时,读取这一循环的RAM中的N个数据并将其发送到输出模块,不一致时循环次数加一。输出模块将RGB转化为串行数据后发送到LED显示屏。最终设计报告表明,分发芯片的功耗为3.662e-05 mW,面积为3.702 mm2,而FPGA的Spartan-6芯片的最低功耗为45 mW,面积为64 mm2。该芯片不仅能快速地分发视频数据,还具有功耗低、面积小等优点。

关键词： LED显示 FPGA ARM 分发芯片