一种视频无线收发控制系统
技术领域
本发明属于LED显示屏的同步控制系统，尤其涉及一种基于5G技术的视频无线收发控制系统。
背景技术
LED显示屏是由若干发光二极管组合而成的显示阵列，它具有高效率、长寿命、高性价比、控制灵活等特点，可以用于显示各种文字、图像以及视频等信息。LED显示屏控制器是LED显示系统的重要组成部分，控制着整个系统的工作。随着微电子技术和计算机技术的不断发展，LED显示屏控制系统包含多种技术的研究，对整个LED显示屏的显示起着至关重要的作用。根据不同的应用场合，主要分为同步控制系统和异步控制系统。
在LED显示屏控制系统中，主要出现了几种不同的控制方式：(1)基于单片机的控制技术，单片机价格低廉、性能稳定，以它为核心的控制系统可以大幅降低研发成本和时间，但受限于单片机的速度和资源，利用单片机为核心的控制技术主要用来静态显示图文数字或者动态显示多个文字；(2)基于嵌入式系统的控制技术，可以在不显著增加系统成本的情况下，支持更大可视区域的稳定显示，但对视频的实时显示还有一定的距离，并且，基于FPGA的控制技术可以实现大屏幕LED显示屏的控制，具有集成度高、稳定性好、设计灵活和效率高等优点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于5G技术的视频无线收发控制系统。
本发明是这样实现的，一种视频无线收发控制系统，该系统包括上位机、用于对视频数据进行解码、判断和显示的接收终端，该上位机包括用于发送控制信息的指令下达模块和用于显示相关信息的显示模块；该系统还包括视频无线收发控制装置，该装置嵌入式FPGA芯片，该FPGA芯片包括：串口通信模块，用于将视频数据的RGB格式转换为YCbCr格式的视频格式转换模块，用于对视频源数据进行截取的视频图像截取模块，用于读出视频数据并以太网帧格式输出的DDR控制器模块，以及以太网发送模块；其中，所述指令下达模块通过USB串口与所述串口通信模块电信号交互对接；所述显示模块通过HDMI解码模块与视频格式转换模块电信号交互对接；串口通信模块、视频图像截取模块电信号交互对接，所述视频格式转换模块、视频图像截取模块顺序电信号交互对接，所述视频图像截取模块、DDR控制器模块以及以太网发送模块顺序电信号交互对接，所述太网发送模块与接收终端通过5G无线接收信号交互对接。
优选地，该装置还包括存储模块；其中，所述DDR控制器模块与存储模块电信号交互对接。
优选地，所述DDR控制器模块读出视频数据并按照5G通信技术的格式要求输出。
相比于现有技术的缺点和不足，本发明具有以下有益效果：
(1)本发明系统基于HDMI接口的LED显示屏发送控制技术，上位机通过串行接口与发送系统连接，上位机与FPGA之间采用CP2102GM芯片进行USB转串口的转换，用户可以通过上位机软件选择需要显示的内容，最大支持1360×768@60Hz的视频输入，发送控制系统进行数据处理之后通过千兆以太网发送到接收控制系统；
(2)上位机通过显卡的HDMI接口与发送控制系统相连接，HDMI视频接收模块对接收的TMDS信号进行解码，通过计算机的COM口把相关的显示控制参数传输给发送控制系统。将视频数据以YCbCr格式存储到外部的DDR3SDRAM，通过多帧的数据存储，最后把视频数据按照5G通信技术的格式要求发送到接收端。接收端通过解码并驱动LED屏显示，与传统方式不同的是，传统方式是单向发送、显示，显示结果是否正常，需要直接观看，给高空、荒野、空旷地区的LED屏信息的准确性和操控带来不便，而本设计是采用5G物联网技术和算法判断发送的结果，回传信号给发送端，若不正常，预判发送失败的原因，供检修参考，实现双向控制的功能。如此，可以实现远程信号的推送，并无需担心发送结果不可知的现象，同时还具备对LED屏实时的工作参数监控。
附图说明
图1是LED显示屏发送控制系统框图；
图2是HDMI解码电路框图；
图3为视频格式转换流程图；
图4为视频截取模块框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种视频无线收发控制系统，如图1、图2所示，该系统包括上位机2、用于对视频数据进行解码、判断和显示的接收终端5，该上位机2包括用于发送控制信息的指令下达模块21和用于显示相关信息的显示模块22；该系统还包括视频无线收发控制装置，该装置嵌入式FPGA芯片1，该FPGA芯片1包括：串口通信模块11，用于将视频数据的RGB格式转换为YCbCr格式的视频格式转换模块12，用于对视频源数据进行截取的视频图像截取模块13，用于读出视频数据并以太网帧格式输出的DDR控制器模块14，以及以太网发送模块15；其中，所述指令下达模块21通过USB串口3与所述串口通信模块11电信号交互对接；所述显示模块22通过HDMI解码模块4与视频格式转换模块12电信号交互对接；串口通信模块11、视频图像截取模块13电信号交互对接，所述视频格式转换模块12、视频图像截取模块13顺序电信号交互对接，所述视频图像截取模块13、DDR控制器模块14以及以太网发送模块15顺序电信号交互对接，所述太网发送模块与接收终端5通过5G无线接收信号交互对接。
在本发明实施例中，用户可以通过上位机2安装软件提供显示控制参数，其中主要包括视频源的分辨率、显示屏体的宽/高度、显示的灰度等级。利用MSComm控件将显示参数通过USB串口发送给FPGA芯片1，通过USB桥接芯片CP2102GM和发送系统通信。FPGA芯片1接收到控制信息之后对视频源数据进行相应的处理。此外，由于现在的计算机一般已经不提供串行接口，还可采用USB转串口的实现方法，通过SiliconLabsCP2102GM芯片作为USB和UART电平转换的桥梁，视频源数据通过HDMI接口和HDMI接收芯片SiI9013与FPGA芯片1连接，HDMI接收芯片恢复出视频数据以及相应的控制信号。HDMI接收芯片采用SiliconImage公司的解码芯片SiI9013，最高可以支持1080P@60Hz输入，最高可以支持1080P@60Hz输入，支持不同格式的数据输出，输出24位的RGB数据信号以及相应的控制信号。HDMI是一种数字化视频/音频接口技术，是适合影像传输的专用型数字化接口，由于HDMI接口输出的是四路TMDS编码信号，其中包括三对数据差分信号和一对时钟差分信号，其可同时传送音频和视频信号，最高数据传输能力为5Gbps，同时无需在信号传送前进行数模转换或者模数转换。
本系统中，人机交互软件通过UART总线协议与FPGA芯片1进行通信，人机交互软件提供给FPGA芯片1相应的控制参数，实现对视频数据的处理。
HDMI视频接收模块主要用于对TMDS信号的解码。采用SiliconImage公司的一款HDMI解码芯片SiI9013，选择。此外，由于RGB色空间需要三路相同的带宽，对三路信息的读取需要大量的存储空间，同时也增加了操作的复杂程度，在本发明实施例中，为了节省FPGA芯片1的片内资源，视频格式转换模块12将视频数据的RGB格式经过视频数据格式转换模块以YCbCr的格式进行处理，将视频数据以YCbCr422的存储格式在DDR3SDRAM中进行存储，能有效节省FPGA和DDR3的资源。采用YCbCr444和YCbCr422两种格式，根据视频格式转换公式，利用多级流水线的处理方法对视频进行格式的转换，如图3所示。最后利用平均值算法以YCbCr422的格式进入下一级的数据操作。
此外，在本发明实施例中，由于只有一路千兆以太网进行传输，所以需要对视频源数据进行部分的截取。视频数据截取模块可以根据用户的需求对视频源数据进行截取，将需要的数据存入外部的DDR3SDRAM，最后将数据读出并且按照以太网帧格式的要求通过以太网传输视频数据。如果需要显示更大的屏幕内容，可以考虑增加以太网的传输路数来解决数据传输的瓶颈。每一个像素点的数据转换为16bit的YCbCr数据，这样一帧的数据量为1280×720×16×60＝885Mbits，可以满足传输速率的要求。如图4所示，利用两个计数器对行列进行计数，当满足需要显示的视频区域时将剪切使能信号拉高，表示该数据有效。同步FIFO的读写时钟均为像素时钟，写使能信号在剪切使能信号和像素数据有效信号均为高时拉高，读使能信号在当前FIFO不为空且下一级FIFO未满的情况下拉高。剪切后的视频数据写入同步FIFO中，视频帧写入控制模块从FIFO读取数据。在本发明实施例中，DDR3SDRAM采用Micron公司的2Gb容量的MT41J128M16。
由于一帧的视频数据量庞大，片内的存储资源已经不能满足视频数据的缓存，所以需要借助外部的存储器。在本发明实施例中，该装置还包括存储模块16；其中，所述DDR控制器模块14与存储模块电信号交互对接。在实际应用过程中，该存储模块采用Micron公司的MT41J128M16。FPGA芯片1中集成了MCB硬核，可以支持到DDR3。利用MCB硬核生成DDR控制器，MCB内部有多个基本端口，可以采用多种方式进行灵活配置，同时提供了完善的多端口仲裁逻辑。MCB与用户的接口主要通过FIFO实现，包括数据FIFO和命令FIFO，操作与常规FIFO一致。在基于MCB控制器的顶层模块的基础上，为了更好的完成数据通路的包装，分别设计了三个模块与之完成数据交互，分别是读仲裁模块、写仲裁模块和突发模块，其中突发模块与MCB控制器完成数据的交换，读仲裁和写仲裁模块负责读写信号的产生。
在本发明中，LED大屏幕一帧的数据量较大，且数据刷新速度快，这就要求需要一个高速的传输方法。千兆以太网具有结构简单、成本低廉、带宽易于拓展以及具有较高兼容性等诸多优点，在本发明实施例中，以太网发送模块15采用千兆以太网进行数据的传输。在实际应用过程中，该以太网发送模块15为千兆以太网收发器集成芯片RTL8211并提供以太网物理层接口，完成高速的数据传输，在FPGA逻辑部分实现以太网数据链路层的功能。从前一级的过程中取出数据后，需要将数据打包成以太网要求的格式。本发明采用RGMII接口进行通信，所以还需要把8bit转换成4bit的数据类型来进行传输，即让发送数据在时钟的上升沿和下降沿都进行发送。发送时，125MHz的时钟与4位的数据线就可以实现125MHz×4×2＝1000Mbps的数据带宽，满足系统传输的速率要求。
传统装置中，接收端通过解码并驱动LED屏显示，与传统方式不同的是，传统方式是单向发送、显示，显示结果是否正常，需要直接观看，给高空、荒野、空旷地区的LED屏信息的准确性和操控带来不便。而本发明是采用5G物联网技术和算法判断发送的结果，回传信号给发送端，若不正常，预判发送失败的原因，供检修参考，实现双向控制的功能。如此，可以实现远程信号的推送，并无需担心发送结果不可知的现象，同时还具备对LED屏实时的工作参数监控。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
