| 标题 | 基于Android的大屏幕拼接显示系统研究与设计 |
| 范文 | 郭小琴 摘要：随着嵌入式硬件大屏幕拼接技术、多屏图像处理技术、信号切换技术等电视幕墙相关技术的发展，液晶拼接显示系统已演变为向大型化、高清化和智能化方向发展。为了大屏幕拼接显示器在市场上应用更具有易维护、开放性和可扩展性，提出了一款智能设计方案。根据大屏显示的特性提出了总体设计框架，采用分模块的线路设计，提出多核CPU搭载图像处理器方案显示系统硬件平台，给出选型芯片及要实现的接口和功能，实现拼接显示器的智能化，使用户的使用更智能更灵活。 关键词： 大屏幕拼接显示器；智能 中图分类号：TP33 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）31-0038-02 大屏幕拼接显示技术广泛应用于安全防范、调度指挥、广播电视、广告传媒及数学演示等领域，随着国家对三网整合的大力推进，智能大屏板幕显示技术成为发展趋势。因Android系统具有开放性，广泛应用于平板计算机、智能电视和机顶盒领域。故基于Android系统，结合大屏幕拼接显示的特点，提出一款智能化的拼接显示器的设计方案。该方案采用多核中央理器（CPU）搭载图形处理器（GPU），满足大屏幕拼接显示的多接口应用同时实现了智能化系统设计。 1 国内外市场现状 近几年随着社会经济的发展，大屏幕拼接显示系统主要应用于商业广告、体育场馆、创意显示、交通诱导、博览演艺、会议显示、指挥控制等各类民用或者商用显示设备中[1-2]。 据NEC官方评估，2009年至2017年间，国际市场上液晶拼接显示产品销售量将由72.9万台猛增到415.6万台，年复合增长率为24%，而其销售额也将由15.56亿美元增至70.2亿美元，年复合增长率为21%，尤其大尺寸产品将占据越来越大的市场份额，到2017年60英寸以上的大尺寸产品销售量和销售额，将分别达到20%和50%以上，市场前景巨大[3]。液晶拼接墙将让企业的产品或形象让在公众面前得到完美的体现，必给企业带来了良好效益。 随着嵌入式硬件大屏幕拼接技术、多屏图像处理技术、信号切换技术等电视幕墙相关技术的发展，液晶拼接显示系统已演变为向大型化、高清化和智能化方向发展[4]。 在智能化方面，各研究机构和商家都投入了拼接显示系统各功能的研究，并在起步且迅速发展阶段。大屏幕拼接显示器比一般民用产品提出了更高的标准要求，要求系统具有易维护、开放性和可扩展性[5]。大屏幕拼接显示器的应用环境较为严苛，很多应用都需要连续24小时不间断工作，其系统应便于诊断故障和更换部件，以缩短维护时间，这就要求系统应尽量采用模块化、智能化设计来达到易维护性；同时大屏幕拼接系统应遵循开放系统的原则，系统除了可以直接接入VGA、RGB、视频信号外，还应可以接入网络信号，能随时对各类信号进行切换及动态综合显示，给用户提供一个交互式平台；系统应有增加新设备和新功能的能力，比如嵌入式箱体结构以及积木式大屏幕拼接，使得硬件扩充变得非常简单。同时，软件也只需要进行扩容和升级就可以满足要求，而不必修改源程序。系统硬件和软件部分都能够方便的“与时俱进”。 2 研究的理论与实际意义 常规的大屏幕显示系统上显示的只是视频接入信号，静态的图片结果或简单的图表，在当今智能和网络的时代，我国自主研发面向大屏幕的智能显示系统，有极强的现实意义。智能化的应用让系统功能更加丰富的同时，让操作和维护变得更加简单，将有助于大屏显示系统的进一步应用与推广[6]。 Android[7]系统是以Linux系统为基础的操作系统，其上层开发主要基于Java语言进行的。Android 系统作为智能手机主要平台之一，其运用越来越广泛。Android的应用领域已经超出单纯的智能手机操作系统，其已经在平板计算机、智能电视和机顶盒等方面拓展了大规模应用[8-9]。Android本身是为手机系统设计的，对大屏幕、高清化应用的支持度不够，应用开发者开发时需要注意到这类问题[10]。 随着科学技术的发展，以大屏幕为代表的公共显示器成为城市发展过程中的一道风景。由于Android系统的强大功能，以及它的普及性和市场潜力，大屏幕拼接显示器在发展的过程中与Android系统的联系性必然十分紧密。如何将Android系统和传统的大屏幕拼接显示技术结合在一起，并在智能系统研究真正定时接入数据库，方便定时更新显示内容是现有的市场需求，值得去探索完成。 3 研究内容 本文提出采用多核CPU搭载图像处理器方案，设计大屏幕拼接显示器硬件系统，并在线路设计的基础上移植Android操作系统和设计相关应用功能，实现拼接显示器的智能化。具体内容如下： 设计智能拼接显示硬件系统，主要有：图像处理IC和Android IC IO口设定，实现对系统各模块的设计，如电源、信号输入输出、显示、通讯、储存、SD Card、USB等线路； 图像处理IC与Android IC两者接口設计，实现两者通讯协作、信号传输； USB接口及USB Switch IC线路设计，用USB接口实现Android调试、软件升级、对外设备供电和多媒体内容输入； 信号和指令输入输出模块设计，实现信号和指令菊花链设计，用于电视墙拼接，实现更大屏幕显示功能，如图1所示；系统电源与Android 电源管理芯片线路设计。 在线路设计基础上，分析Android系统的源码框架、启动流程和多核CPU平台构架的基础上，实现已有的硬件驱动程序的复用和Android操作系统的移植。主要的底层驱动包含：WLAN，WIFI，SD Card， USB， DDR， Input， Output模块等底层驱动。 该系统由多核CPU和图像处理器两颗主芯片搭建而成，每个芯片有独立的控制软件在运行，但两者工作又密不可分。多核CPU接收多媒体或网络内容经过解码后数据提供给图像处理器处理显示；图像处理器在开机或用户交互操作中负责唤醒多核CPU工作。芯片间交互通讯方式、通讯协议和运作流程，实现两芯片间正常地交互工作。主要内容有：通讯协议和内容定义，具体有Android工作状态定义和回馈、开关信号源、切换信号源等通讯指令内容定义；定义两颗芯片各功能协作流程图，如下图2示意。 4 技术线路 对比市面上现有的大屏幕拼接显示器与普通家用显示器的差异，采用普通家用显示器目前比较成熟的图像处理芯片的基础上对其功能进行扩展。本方案拟选用可以支持DVI/DP信号输入输出的MST图形处理芯片和可以支持Android操作系统的瑞芯微芯片负责处理网络信息处理及智能功能相关，显示系统采用LCD Panel作为显示器件，提升性价比与竞争力。 采用模块化设计的方法，将系统主要分为图形处理芯片模块、智能处理模块、信号输入与输出模块、电源模块以及音频输入与输出模块等几大模块进行研究[13-18]，最后进行整合。 在主控芯模块上，拟选用MST公司的MST9xxxvx图像处理芯片，该芯片内部集DP/DVI/HDMI多功能数码接口引擎，支持DP1.2和高分辨率4096×2160；智能处理芯片拟选用支持10M/100M RMII以及网接口和H.264解码等功能的瑞芯微芯片；选用这两颗芯片并结合大屏幕拼接墙显示屏需求设计软硬件系统，系统框架如图3所示。 其中，智能处理模块实现，拟采用如下图4设计方案，支持SD Card、WIFI和USB输入。电源管理芯片根据系统的运行状态切换不同的模式使得系统的功耗降到最低；USB输入设计让系统支持实现Android调试、软件升级、对外设备供电和多媒体内容输入。 5 结论 采用双芯片设计制作信号处理主板， 图像处理芯片可以解码DP/HDMI/DVI/VGA等市场主流的高分辨率视频信号，支持信号位置调整、增益、多图像窗口、高图像质量和缩放等功能调整；智能处理芯片可以装载操作系统，播放USB和远程网络多媒体文件，支持用户安装和卸载APK，方便扩展升级实用功能。在此线路设计基础上移植Android操作系统，根据拼接系统显示用户需求，开发应用端功能，让用户通过互联网更新显示内容变得简单快捷，提高产品竞争力。 参考文献： [1] 吕伟振.大屏幕超薄投影显示技术的研究：[D].吉林：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，2014. [2] 俞剑峰.A公司浙江市场大屏拼接系统营销策略研究[D]. 浙江工业大学，2014. [3] 吕熊.基于DisplayPort的大型液晶拼装墙系统研究与实现[J].电子技术与软件工程，2014，6（11）：124-125. [4] 黄春龙.大屏幕拼接产业现状和未来发展趋势[J].中国公共安全，2013，20：97-99. [5] 贺小花.大屏幕拼接显示系统呈智能化集成化发展趋势[J].中国公共安全，2014（11）. [8] 刘文志，宋戚，高林，等.DLNA智能家庭网络互操作性探讨[J].信息技术与标准化，2009，（4）：35-38. [6] 王明珠.2012年安防大屏拼接市場发展趋势展望[J].中国安防，2012（1）：79-81. [7] 杨丰盛.Android技术内幕：系统卷[M].北京：机械工业出版社.2011：188-200，223-234. [8] 邵琳伟，潘国峰，等.机顶盒无线音频收发系统的设计与实现[J].电视技术，2012，36（24）：43-45 ，60. [9] 杨双翼.智能电视的发展与专利状态分析[J].电视技术，2013，37（S2）：1-2. [10] 陈磊. 智能电视终端资源管理及服务性能优化的研究[D]合肥：中国科学技术大学.士 2013. |
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