CN101727878A - 单主机投影融合系统及其实现方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种单主机投影融合系统及其实现方法，系统包括主机、主显示器和多个投影仪；主机包括主的主页面和离屏页面创建单元、第一、二拷贝单元、融合单元、从的主页面和离屏页面创建单元。主的主页面创建单元在显存中创建与主显示器对应的主页面，其为其他程序显示的结果，也是待融合的源；主的离屏页面创建单元在主存中创建与主的主页面对应的页面；从的离屏页面创建单元在主存中创建与从的主页面对应的页面；从的主页面创建单元在显存中创建与各投影仪对应的页面；第一拷贝单元把主的离屏页面的拷贝到融合缓冲区；第二拷贝单元把融合的结果拷贝到每个从的离屏页面；融合单元融合缓冲区中的图像。本发明用单台主机实现通用的桌面级融合。

Description

单主机投影融合系统及其实现方法

技术领域

本发明属于图像处理技术领域，涉及一种投影融合系统，具体地说是一种单主机投影融合系统；同时，本发明还涉及上述单主机投影融合系统的实现方法。

背景技术

随着投影显示技术的不断发展，以及人们欣赏水平的逐渐提高，超大画面、超高亮度、以及更高分辨率便成为显示系统的迫切需求。在诸多方法中，通过多台投影机的拼接获取大面积、高分辨率的图像是颇为有效而且低成本的理想解决方案。传统的电视墙、硬拼接投影屏和箱体拼接墙等很难满足人们在这方面的要求。目前迅速崛起的边缘融合大屏幕″无缝″拼接投影显示技术，正在逐步成为适应这一需求的有效途径[参考文献1-3]。其特点是不严格依赖投影机的安装，只要投影屏幕相互重叠，就能有效消除拼接缝隙，使得更大幅面的图像具有很强的整体感和现实感。

为了实现投影融合的效果，需要硬件和软件的共同配合。硬件主要完成1拖N的功能，即通过该硬件可以连接多台投影机。一种方案是纯硬件的拼接机价格昂贵，而且环境适应性差；另一种方案是用一台主服务器控制多台子服务器，每台子服务器连接一台投影仪的形式来实现多通道的视频输出。但这种方式不仅增加了硬件的购置成本，最主要的是在多机同步的实现上还得花费大额的软件采购成本。由于系统的复杂性，整个系统的调试与维护需要耗费大量的人力、物力与财力，上述原因使得这种方案对大多数应用有诸多劣势，除非单台主机无法实现渲染时，这种方式可以用多台主机的并行运算提高速度；再有一种方案是主机加多屏连接器实现多投影。常见的多屏连接器有基于Quadro芯片的内置显示卡，其可以连接最多台投影，还有就是外置的多屏宝，通常有2屏或3屏等。这些硬件价格合理，且基于主机的系统配置灵活，方便组态，是目前最为流行的选择。

为了获得好的投影融合效果，融合程序有两个问题需要解决。首先因为投影仪的安装和镜头畸变等原因，投出的图像可能产生变形，比如出现梯形或者枕形畸变；另外，无缝拼接之所以区别于硬拼接是由于无缝拼接需要投出的图像出现重接区域，称之为融合带。通过软件调整融合带内各投影机投出像素的RGB值，使得投影叠加后图像的亮度和单投影仪相近，从而使人无法察觉融合带的存在。这方面有[参考文献1-3]进行了研究和探讨。

如上所述，多屏投影融合技术以及硬件相对较为成熟。常规的方案中，把需要融合的图像交给融合程序，其处理后的图像经过主机加多屏卡的形式投影输出，原理图见图1所示。

在这种方式下，融合程序必须得到需要融合的数据，比如在播放影片或者效果程序可以嵌入融合程序时。然而，在大多数情况下，美工人员和程序人员交互甚少，多媒体效果制作人员并不关心复杂的程序逻辑和运行平台，其所使用的开发工具把美工的效果直接显示在屏幕上，使得融合程序无法获取图像，所以融合程序根本无法嵌入。

因此现在多屏融合的难点在于如何获取融合需要的数据！也就是说为了实现″无缝″拼接，必须在图像显示到投影仪之前对每个图像显示的内容进行处理。为了实现通用的桌面融合，即对显示在主屏幕的内容实现融合输出，必须得到显示的图像，然后把其进行无缝拼接处理，再显示出去。一旦显示的内容送到显卡缓冲区就等于显示在屏幕上，这时如果再对其内容进行融合，为时已晚。为了达到这个目的，一个方法是用系统钩子探测写屏幕函数和消息，在程序准备写屏幕时，先修改显示内容，然后再让其显示出去。但这个方法的缺点在于，对于不同的媒体制作软件，所依赖的技术差异甚大，难以枚举所有开发工具所使用的函数和消息。

另外一个方案是用两台主机，主机1运行效果程序，并通过显卡正常输出，然后用主机2采集这个输出，进行融合算法后再显示。结构图如图2所示。

这个方案可实现效果程序和融合程序的分离，但采用硬件颇多，价格昂贵。比如4屏幕投影，需要计算机两台，4路输出设备两台(或用两个两输出口的显卡加两个3路输出设备)，4路采集卡一台。

参考文献：

[1]Moriya T，Beniyama F，Utsugi K，et al.Multi-camera andmulti-projector based seamless live image display system[J].<MultimediaModeling conference，2004.Proceedings 10th International>，5-7Jan2004.265-272.

[2]Deligiannidis L，Whitman L.User interaction in a power-wall basedvirtual reality environment[J].<VirtualReality，2003，proceedings>，IEEE，22-26 March 2003.279-280.

[3]曹双喜，陈福民.多投影仪拼接显示的实现[J].计算机工程与应用，2005(2)：84-8.6

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种单主机投影融合系统，可在单台主机实现通用的桌面级融合。

同时，本发明提供上述单主机投影融合系统的实现方法。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：

一种单主机投影融合系统，该系统包括：一主机、一个主显示器和多个投影仪/显示器；

将需要投影的所有内容显示于所述主显示器中；

所述主机包括：

主的主页面创建单元，用以在显存中创建主显示器的对应的主页面，其内容为其他程序的显示结果；

主的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与主的主页面对应的离屏页面，这样做的意义在于可以极大提高速度；

第一拷贝单元，用以把主的离屏页面锁定后，完成从主的离屏页面中把有效的图像数据拷贝到融合缓冲区中；

融合单元，用以完成对融合缓冲区的图像进行融合；

第二拷贝单元，用以把每个从的离屏页面锁定后，完成把融合后的结果拷贝到每个从的离屏页面上；

从的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与从的主页面对应的页面；

从的主页面创建单元，用以在显存中创建与各投影仪/显示器对应的页面。

作为本发明的一种优选方案，所述系统中，保留一个显卡接口，并指定其为主显示器，并连接物理显示器。

作为本发明的一种优选方案，将主显示器的所有显示内容融合输出，设定主显示器的分辨率为最终所有投影仪分辨率的总和。

作为本发明的一种优选方案，所述系统中，第一拷贝单元和第二拷贝单元均涉及从显存数据格式到内存的数据拷贝；所述系统中，第二拷贝单元会根据投影仪的摆放方式进行调整，实现不同内容的拷贝。

作为本发明的一种优选方案，所述系统中，在主存中创建主页面和所有从页面对应的离屏页面。

作为本发明的一种优选方案，融合前，利用BltFast函数把主页面的内容复制到离屏页面中；融合后，利用BltFast函数将从的离屏页面复制到对应的主平面上。

作为本发明的一种优选方案，所述投影仪也可以为显示器，可以实现对已显示内容的修改并显示，比如游戏外挂等。

一种单主机投影融合系统，该系统包括：一主机、多个投影仪；

主机的RGB信号线中，把RGB和地线之间分别接设定阻值的电阻，显卡则也认为该负载为主显示器，不影响功能；

所述主机包括：

主的主页面创建单元，用以在显存中创建主显示器的对应的主页面，其内容为其他程序的显示结果；

主的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与主的主页面对应的离屏页面，这样做的意义在于可以极大提高速度；

第一拷贝单元，用以把主的离屏页面锁定后，完成从主的离屏页面中把有效的图像数据拷贝到融合缓冲区中；

融合单元，用以完成对融合缓冲区的图像进行融合；

第二拷贝单元，用以把每个从的离屏页面锁定后，完成把融合后的结果拷贝到每个从的离屏页面上；

从的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与从的主页面对应的页面；

从的主页面创建单元，用以在显存中创建与各投影仪/显示器对应的页面。

作为本发明的一种优选方案，RGB和地线之间分别接阻值为75欧姆左右的电阻。

上述单主机投影融合系统的实现方法，该方法包括如下步骤：

将需要投影的所有内容显示于所述主显示器中；

主的主页面创建步骤，在显存中创建主显示器的对应的主页面，其内容为其他程序的显示结果；

主的离屏页面创建步骤，在主机的主内存中创建与主的主页面对应的离屏页面，这样做的意义在于可以极大提高速度；

第一拷贝步骤，把主的离屏页面锁定后，完成从主的离屏页面中把有效的图像数据拷贝到融合缓冲区中；

融合步骤，完成对融合缓冲区的图像进行融合；

第二拷贝步骤，把每个从的离屏页面锁定后，完成把融合后的结果拷贝到每个从的离屏页面上；

从的离屏页面创建步骤，在主机的主内存中创建与从的主页面对应的页面；

从的主页面创建步骤，在显存中创建与各投影仪/显示器对应的页面。

本发明的有益效果在于：本发明提出的单主机投影融合系统及其实现方法，可以对已经显示的内容进行融合输出，并可以利用现有的各种无缝拼接算法。其特点在于，首先极大的利用了现有的多媒体效果程序；其次，和效果程序完全分离，使得效果程序的开发不再需要考虑投影融合问题，极大地提高效率；再次，通过单主机加多屏卡/宝的方式实现多屏显示，大大节约了硬件成本。为目前最为经济可靠、方便可行的融合方案之一。在拼接显示分辨率为4096*1536像素时，基于该框架的融合程序可以达到30帧左右的融合输出速度。

附图说明

图1为常规融合方法的示意图。

图2为现有技术中基于采集卡的融合示意图。

图3为本发明单主机投影融合系统的融合示意图。

图4为本发明融合系统实现方法的流程图。

图5为显存的数据组织格式示意图。

图6为RGB电缆改造方案示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明的优选实施例。

实施例一

本发明提出一种用单主机完成桌面级多投影融合的框架，可以完成任意已经显示内容的融合。主要思路是把已经显示的内容“读”出，然后调用融合程序，再用投影仪显示出去。该框架由PC机、主显示器和多个投影仪构成。PC机的构成包括、主的主页面(Primary Surface)创建单元、主的离屏页面(OffScreenSurface)创建单元、第一拷贝程序、融合单元、第二拷贝程序、第N从的主页面创建单元、第N从的离屏页面创建单元(N≥1)。其中主的主页面创建单元在显存中创建对应与主显示器的主页面，该内容既是效果程序的输出，又是融合的输入；第N从的主页面创建单元在显存中创建对应所有投影仪的主页面，从的主页面多少依据投影仪的个数。主的离屏页面创建单元和从的离屏页面创建单元在主存中创建与主的主表面和从的主表面对应的表面。程序运行时，首先把主的主页面的内容映射到主的离屏页面，并调用拷贝程序1把离屏页面的内容拷贝到融合缓冲区，然后调用融合程序，用拷贝程序2把把融合后的结果写入与各投影仪对应的离屏页面，最后再映射到各自的从的主页面上，实现投影仪的显示。该框架简洁、高效、且已有的融合算法均可嵌入其中，在不需要融合程序时，可以实现对已经显示内容的修改输出，比如游戏外挂等。

本发明的目的是利用DirectDraw技术，在单台主机实现通用的桌面级融合(桌面级投影融合就是对已经显示在屏幕上的图像做融合然后投影输出)，本发明的原理如图3所示。其中需要设定其中一个显示器为主显示器，其他为从显示器；根据融合需要，设定主显示器的分辨率为最终拼接显示画面的大小。对WINDOWS平台而言，所有显示的内容将默认输出到主显示器。本发明利用这一事实，通过DirectDraw程序直接读写显存，把主显示器显示的内容拷贝出来(在本方案中，其显示内容为融合程序的源，所以主显示器又称源显示器)，然后融合后输出到从显示器(投影仪)。

这个方案有很多优点：首先，可以对所有“已经显示”的内容进行融合，极大的利用了现有的多媒体效果程序；其次，和效果程序完全分离，使得效果程序的开发不再需要考虑投影融合问题，极大地提高效率；再次，通过单主机加多屏卡/宝的方式实现多屏显示，大大节约了硬件成本。

为了存取显示器对应的显存，首先必须枚举所有显示器并创建与之对应的主页面(Primary Surface)，其代表的是显示器的当前可见屏幕，主页面的大小以及像素格式默认符合当前显示器的显示模式。因为显存的访问和组织关系，直接读取显存非常耗时，本实施例中，在主内存中创建离屏页面(OffscreenSurface)，指定其分辨率和大小和对应的主页面一致。这样当读取主显示器(对应于图3中的源显示器)的显存时，利用BltFast函数把主页面的内容拷贝到离屏页面中，然后锁定离屏页面，可以大大加快访问其内容的速度。同样道理，为了快速写目标显示器的显存，并避免屏幕闪烁，也建立目标显示器的主页面和离屏页面。这样融合后的数据直接写到目标显示器的离屏页面上，然后再用BltFast函数拷贝到其对应的主页面上。

整个桌面融合程序的流程如图4所示。离屏页面虽然在主内存中，但其内容的组织形式和显存相同，见图5所示。在离屏页面锁定后，其返回一个Pitch成员，该成员的值描述了表面在内存中的Pitch，也被称为跨度。Pitch是两个内存地址间以字节为单位的距离，并随着分辨率和色彩位数不同而变化。在融合程序中，处理的图像是32bit数据，而且每行数据连续存放，这和显存数据组织格式不同。格式的转化由第一拷贝单元和第二拷贝单元完成。

请参阅图3，本实施例中，本发明单主机投影融合系统包括：一主机、一个主显示器和多个投影仪/显示器。

将需要投影的所有内容显示于所述主显示器中；

所述主机包括：主的主页面创建单元、主的离屏页面创建单元、第一拷贝单元、融合单元、第二拷贝单元、从的离屏页面创建单元、从的主页面创建单元。

主的主页面创建单元用以在显存中创建主显示器的对应的主页面，其内容为其他程序的显示结果；

主的离屏页面创建单元用以在主机的主内存中创建与主的主页面对应的离屏页面，这样做的意义在于可以极大提高速度；

第一拷贝单元用以把主的离屏页面锁定后，完成从主的离屏页面中把有效的图像数据拷贝到融合缓冲区中；

融合单元用以完成对融合缓冲区的图像进行融合；在该框架下，所有融合程序均可嵌入使用。

第二拷贝单元用以把每个从的离屏页面锁定后，完成把融合后的结果拷贝到每个从的离屏页面上；

从的离屏页面创建单元用以在主机的主内存中创建与从的主页面对应的页面，这样做的意义在于可以极大提高速度。从的离屏页面的数量与投影仪的数量对应。

从的主页面创建单元用以在显存中创建与各投影仪/显示器对应的页面。

在上述系统中，必须保留一个显卡接口，并制定其为主显示器，并连接物理显示器，或者连接实施例二中的定制设备。如，在不方便连接主显示器时，可以改造RGB信号线，把RGB和地线之间分别接阻值为75欧姆左右的电阻实现主显示器的功能。

此外，为了将主显示器的所有显示内容融合输出，因此要求设定主显示器的分辨率为最终所有投影仪分辨率的总和。

在所述系统中，在主存中创建主页面和所有从页面对应的离屏页面，这样在锁定离屏页面后，读取页面内容速度会比直接锁定主页面读取效率高。

以上介绍了本发明单主机投影融合系统的组成，本发明在揭示上述单主机投影融合系统的同时，还揭示了上述单主机投影融合系统的实现方法；该方法包括如下步骤：

将需要投影的所有内容显示于所述主显示器中；

主的主页面创建步骤，在显存中创建主显示器的对应的主页面，其内容为其他程序的显示结果；

主的离屏页面创建步骤，在主机的主内存中创建与主的主页面对应的离屏页面，这样做的意义在于可以极大提高速度；

第一拷贝步骤，把主的离屏页面锁定后，完成从主的离屏页面中把有效的图像数据拷贝到融合缓冲区中；

融合步骤，完成对融合缓冲区的图像进行融合；

第二拷贝步骤，把每个从的离屏页面锁定后，完成把融合后的结果拷贝到每个从的离屏页面上；

从的离屏页面创建步骤，在主机的主内存中创建与从的主页面对应的页面；

从的主页面创建步骤，在显存中创建与各投影仪/显示器对应的页面。

综上所述，本发明提出的单主机投影融合系统及其实现方法，可以对已经显示的内容进行融合输出，并可以利用现有的各种无缝拼接算法。本发明可以对所有“已经显示”的内容进行融合，极大的利用了现有的多媒体效果程序；其次，和效果程序完全分离，使得效果程序的开发不再需要考虑投影融合问题，极大地提高效率；再次，通过单主机加多屏卡/宝的方式实现多屏显示，大大节约了硬件成本。为目前最为经济可靠、方便可行的融合方案之一。在拼接显示分辨率为4096*1536像素时，基于该框架的融合程序可以达到30帧左右的融合输出速度。

实施例二

实施例一中的方案是利用WINDOWS默认显示内容都在主平面这一事实，把效果程序显示在主平面的内容拷贝出来，再融合显示。因此显卡必须连接一个显示器做为主显示器，这是该方案的缺点。

查阅相关资料后发现，如果给显卡的RGB信号线和地之间分别接75欧姆左右的电阻，显卡就认为该负载是显示器。这样在系统调试完毕后，可以把改造后的电缆接在显卡上，避免了必须接显示器的缺点，接线原理图如图6所示。

表1为简单配置表格，列举了利用本方案连接多投影仪的方案，请参阅表1。所有方案中第一块显卡的第一个输出接主显示器/上述适配器。

表1

本实施例中，单主机投影融合系统包括：一主机、多个投影仪；主机的RGB信号线中，把RGB和地线之间分别接设定阻值的电阻(如75欧姆)，显卡则认为该负载为主显示器。

所述主机包括：

主的主页面创建单元，用以在显存中创建主显示器的对应的主页面，其内容为其他程序的显示结果；

主的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与主的主页面对应的离屏页面，这样做的意义在于可以极大提高速度；

第一拷贝单元，用以把主的离屏页面锁定后，完成从主的离屏页面中把有效的图像数据拷贝到融合缓冲区中；

融合单元，用以完成对融合缓冲区的图像进行融合；

第二拷贝单元，用以把每个从的离屏页面锁定后，完成把融合后的结果拷贝到每个从的离屏页面上；

从的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与从的主页面对应的页面；

从的主页面创建单元，用以在显存中创建与各投影仪/显示器对应的页面。

此外，RGB和地线之间连接的电阻还可以为75欧姆以外的其他欧姆值，只需要其可以实现主显示器的功能即可。

上述融合系统的实现方法与实施例一的方法类似，在这里不做赘述。

这里本发明的描述和应用是说明性的，并非想将本发明的范围限制在上述实施例中。这里所披露的实施例的变形和改变是可能的，对于那些本领域的普通技术人员来说实施例的替换和等效的各种部件是公知的。本领域技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的精神或本质特征的情况下，本发明可以以其它形式、结构、布置、比例，以及用其它组件、材料和部件来实现。在不脱离本发明范围和精神的情况下，可以对这里所披露的实施例进行其它变形和改变。

Claims (9)

1.一种单主机投影融合系统，其特征在于，该系统包括：一主机、一个主显示器和多个投影仪/显示器；

将需要投影融合的所有内容显示于所述主显示器中；

所述主机包括：

主的主页面创建单元，用以在显存中创建主显示器对应的主页面，其内容为其他程序的显示结果；

主的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与主的主页面对应的离屏页面；

第一拷贝单元，用以把主的离屏页面锁定后，完成从主的离屏页面中把有效的图像数据拷贝到融合缓冲区中；

融合单元，用以完成对融合缓冲区的图像进行融合；

第二拷贝单元，用以把每个从的离屏页面锁定后，完成把融合后的结果拷贝到每个从的离屏页面上；

从的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与从的主页面对应的页面；

从的主页面创建单元，用以在显存中创建与各投影仪/显示器对应的页面。

2.根据权利要求1所述的单主机投影融合系统，其特征在于：

所述系统中，保留一个显卡接口，并指定其为主显示器，并连接物理显示器。

3.根据权利要求1所述的单主机投影融合系统，其特征在于：

将主显示器的所有显示内容融合输出，设定主显示器的分辨率为最终所有投影仪分辨率的总和。

4.根据权利要求1所述的单主机投影融合系统，其特征在于：

所述系统中，第一拷贝单元和第二拷贝单元均完成从显存数据格式到内存位图格式的数据拷贝；

所述系统中，第二拷贝单元会根据投影仪的摆放方式进行调整，实现不同内容的拷贝。

5.根据权利要求1所述的单主机投影融合系统，其特征在于：

所述系统中，在主存中创建主页面和所有从页面对应的离屏页面。

6.根据权利要求1所述的单主机投影融合系统，其特征在于：

融合前，利用BltFast函数把主页面的内容复制到离屏页面中；融合完毕后，利用BltFast函数把从的离屏页面复制到对应的主平面上。

7.一种单主机投影融合系统，其特征在于，该系统包括：一主机、多个投影仪；

主机的RGB信号线中，把RGB和地线之间分别接设定阻值的电阻，显卡也认为该负载为主显示器；

所述主机包括：

主的主页面创建单元，用以在显存中创建主显示器的对应的主页面，其内容为其他程序的显示结果；

主的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与主的主页面对应的离屏页面；

第一拷贝单元，用以把主的离屏页面锁定后，完成从主的离屏页面中把有效的图像数据拷贝到融合缓冲区中；

融合单元，用以完成对融合缓冲区的图像进行融合；

第二拷贝单元，用以把每个从的离屏页面锁定后，完成把融合后的结果拷贝到每个从的离屏页面上；

从的离屏页面创建单元，用以在主机的主内存中创建与从的主页面对应的页面；

从的主页面创建单元，用以在显存中创建与各投影仪/显示器对应的页面。

8.根据权利要求7所述的单主机投影融合系统，其特征在于：

在系统运行时，用RGB和地线之间分别接阻值为75欧姆的电阻代替主显示器。

9.权利要求1至8之一所述单主机投影融合系统的实现方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

将需要投影的所有内容显示于所述主显示器中；

主的主页面创建步骤，在显存中创建主显示器的对应的主页面，其内容为其他程序的显示结果；

主的离屏页面创建步骤，在主机的主内存中创建与主的主页面对应的离屏页面；

第一拷贝步骤，把主的离屏页面锁定后，完成从主的离屏页面中把有效的图像数据拷贝到融合缓冲区中；

融合步骤，完成对融合缓冲区的图像进行融合；

第二拷贝步骤，把每个从的离屏页面锁定后，完成把融合后的结果拷贝到每个从的离屏页面上；

从的离屏页面创建步骤，在主机的主内存中创建与从的主页面对应的页面；

从的主页面创建步骤，在显存中创建与各投影仪/显示器对应的页面。

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