前言
开发LED灯光控制器已有好多个年头了，但是始终没有像一个标准化的产品那样大批量地生产。开发LED灯具控制器需要有一定的技术开发能力，如果没有一定的批量，难以维持进一步的研发。这就是目前国内LED灯具开发厂商的尴尬。分析其中的原因有很多，主要一个原因，是灯光照明工程的安装维护人员不太能接受过于复杂的软件和硬件的使用维护。要学会一个新的LED灯光设计软件是困难的，这种学习的过程是漫长的。这也是DMX512 和显示屏控制系统依然占据了很大的市场的原因。
如果每个项目都要控制器厂商协助，厂商服务的工作量就很大了，要使国外客户学习新的软件和硬件维护更困难。
从我们的经验表明，设计一种傻瓜版的LED控制系统，会受到欢迎。
当前LED控制器的问题
目前LED控制器主要是以下两种模式：
1). 基于LED显示屏的技术
这是一种相对比较成熟的技术，主要的问题是
1. 没有标准
2. 主控板和扫描板之间的传输距离不长，通常采用LVDS传输
2). 基于以太网技术 (Artnet标准)
我们是国内最早从事以太网LED控制器开发的公司之一，在小型的LED工程中使用还是比较灵活，但是对于大型的LED系统，以太网LED控制器有点力不从心，主要表现在下面几个方面：
1. 基于PC的播放，传输软件速度不够，对于大型系统截屏+网络传输，要达到画面25帧/秒的速度对PC要求很高。
2. 对于脱机系统，要完成屏幕录像，转换等，对维护人员要求高，往往会将这些工作踢给厂家来做。增加了客户服务的工作量，对于国外客户，要教会他们软件的使用更困难。所以不利于产品出口。
3. 网络的维护，安装技术难度大，现场人员普遍没有这方面的能力。涉及PC机、网线、交换机等设备的安装与设置。
4. 网络异步传输不稳定
我们认为，有必要设计一种更为简单实用的LED控制系统，让大多数人不经培训就会使用，这样的产品才能被大多数人采用产品才能出口。为此新的系统要求就罗列出来了。
1. 尽量使用广播电视、音响、灯光、家电中的成熟技术，使现场维护，安装的技术门槛；
2. 不使用专用软件；
3. 系统可靠，拿业内人员的说法，就是可以有色差，但是不能死灯。
创新的方案
本项目提出了VideoToDMX512方案。
其核心点：
- 使用S-Video复合视频来传输灯光图像，图像尺寸720×576
- 控制器通过TVP5150 和STM32F437的DCMI接口来截取部分区域的像素信息，转换成LED像素，经DMX512传输。TVP5150系列是一颗使用简易，超低功耗，封装极小的数字视频解码器。使用单一14.31818MHz时钟就可以实现PAL/NTSC/SECAM各种制式的解码。
控制器系列
VideoToDMX 有下面几个系列
VideoToDMX-4 4通道控制器
VideoToDMX-8 8通道控制器
VideoToDMX-16 16通道控制器
设备前面板
简单的结构
在VideoToDMX 系统中，视频源可以是一台DVD，电脑和摄像机，通过同轴电缆传输模拟视频。为什么不用DVI和HDMI来传输视频呢？ 这是因为数字基带传输的距离不远，一旦有误码，灯光会完全乱掉。而模拟视频传输可以100米以上，一旦有误码，会有色差，对于LED灯光系统还可以接受。
为了进行对比，我们也制作了HDMI转TTL信号模块，HDMI 采用ADV7610 芯片。
每个控制器接受视频信号，转换成数字信号，截取本控制器需要的视频区域，最后转换成DMX512或者串行控制芯片数据。将截屏分散到每个控制器，也体现了分布计算的精神。
附:RGB、YUV和YCbCr
【1】RGB
RGB（红绿蓝）是依据人眼识别的颜色定义出的空间，可表示大部分颜色。但在科学研究一般不采用RGB颜色空间，因为它的细节难以进行数字化的调整。它将色调，亮度，饱和度三个量放在一起表示，很难分开。它是最通用的面向硬件的彩色模型。该模型用于彩色监视器和一大类彩色视频摄像。
【2】YUV
在 YUV 空间中，每一个颜色有一个亮度信号 Y，和两个色度信号 U 和 V。亮度信号是强度的感觉，它和色度信号断开，这样的话强度就可以在不影响颜色的情况下改变。
YUV使用RGB的信息，但它从全彩色图像中产生一个黑白图像，然后提取出三个主要的颜色变成两个额外的信号来描述颜色。把这三个信号组合回来就可产生一个全彩色图像。
Y通道描述Luma信号，它与亮度信号有一点点不同，值的范围介于亮和暗之间。Luma是黑白电视可以看到的信号。U(Cb)和 V(Cr)通道从红(U)和蓝(V)中提取亮度值来减少颜色信息量。这些值可以从新组合来决定红，绿和蓝的混合信号。
YUV和RGB的转换:
Y = 0.299 R + 0.587 G + 0.114 B
U = -0.1687 R – 0.3313 G + 0.5 B + 128
V = 0.5 R – 0.4187 G – 0.0813 B + 128
R = Y + 1.402 (V-128)
G= Y – 0.34414 (U-128) – 0.71414 (V-128)
B= Y + 1.772 (U-128)
【3】YCbCr
YCbCr 是在世界数字组织视频标准研制过程中作为ITU – R BT1601 建议的一部分, 其实是YUV经过缩放和偏移的翻版。其中Y与YUV 中的Y含义一致, Cb , Cr 同样都指色彩, 只是在表示方法上不同而已。在YUV 家族中, YCbCr 是在计算机系统中应用最多的成员, 其应用领域很广泛,JPEG、MPEG均采用此格式。一般人们所讲的YUV大多是指YCbCr。
YCbCr与RGB的相互转换
Y=0.299R+0.587G+0.114B
Cb=0.564(B-Y)
Cr=0.713(R-Y)
R=Y+1.402Cr
G=Y-0.344Cb-0.714Cr
B=Y+1.772Cb
YUV（YCbCr）采样格式：
主要的采样格式有YCbCr 4:2:0、YCbCr 4:2:2、YCbCr 4:1:1和 YCbCr 4:4:4。其中YCbCr 4:1:1 比较常用，其含义为：每个点保存一个 8bit 的亮度值(也就是Y值), 每 2 x 2 个点保存一个 Cr和Cb值, 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化。所以, 原来用 RGB(R,G,B 都是 8bit unsigned) 模型, 每个点需要 8×3=24 bits， 而现在仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits, 平均每个点占12bits。这样就把图像的数据压缩了一半。
上边仅给出了理论上的示例，在实际数据存储中是有可能是不同的，下面给出几种具体的存储形式：
（1） YUV 4:4:4
YUV三个信道的抽样率相同，因此在生成的图像里，每个象素的三个分量信息完整（每个分量通常8比特），经过8比特量化之后，未经压缩的每个像素占用3个字节。
下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的码流为: Y0 U0 V0 Y1 U1 V1 Y2 U2 V2 Y3 U3 V3
（2） YUV 4:2:2
每个色差信道的抽样率是亮度信道的一半，所以水平方向的色度抽样率只是4:4:4的一半。对非压缩的8比特量化的图像来说，每个由两个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用4字节内存(例如下面映射出的前两个像素点只需要Y0、Y1、U0、V1四个字节)。
下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的码流为: Y0 U0 Y1 V1 Y2 U2 Y3 V3（传输码流）
映射出像素点为：[Y0 U0 V1] [Y1 U0 V1] [Y2 U2 V3] [Y3 U2 V3]
（3） YUV 4:1:1
4:1:1的色度抽样，是在水平方向上对色度进行4:1抽样。对于低端用户和消费类产品这仍然是可以接受的。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由4个水平方向相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存
下面的四个像素为: [Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
存放的码流为: Y0 U0 Y1 Y2 V2 Y3
映射出像素点为：[Y0 U0 V2] [Y1 U0 V2] [Y2 U0 V2] [Y3 U0 V2]
（4）YUV4:2:0
4:2:0并不意味着只有Y,Cb而没有Cr分量。它指得是对每行扫描线来说，只有一种色度分量以2:1的抽样率存储。相邻的扫描行存储不同的色度分量，也就是说，如果一行是4:2:0的话，下一行就是4:0:2，再下一行是4:2:0…以此类推。对每个色度分量来说，水平方向和竖直方向的抽样率都是2:1，所以可以说色度的抽样率是4:1。对非压缩的8比特量化的视频来说，每个由2×2个2行2列相邻的像素组成的宏像素需要占用6字节内存。
下面八个像素为：
[Y0 U0 V0] [Y1 U1 V1] [Y2 U2 V2] [Y3 U3 V3]
[Y5 U5 V5] [Y6 U6 V6] [Y7U7 V7] [Y8 U8 V8]
存放的码流为：
Y0 U0 Y1 Y2 U2 Y3
Y5 V5 Y6 Y7 V7 Y8
映射出的像素点为：
[Y0 U0 V5] [Y1 U0 V5] [Y2 U2 V7] [Y3 U2 V7]
[Y5 U0 V5] [Y6 U0 V5] [Y7U2 V7] [Y8 U2 V7]
之前对于4:4:4、4:2:2、4:2:0一直没有清晰地认识，而上面的解释是我见到的最直观的，使我一目了然，豁然开朗。
4：2：2 转换到RGB ，首先将4：2：2转换成4：4：4 ，然后转换成RGB。
1. YUV 4:4:4采样，每一个Y对应一组UV分量。
2. YUV 4:2:2采样，每两个Y共用一组UV分量。
3. YUV 4:2:0采样，每四个Y共用一组UV分量。