CN103795989A - 一种基于网络的集分式拼接控制显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于网络的集分式拼接控制显示系统。该系统包括输入装置、至少一个网络交换路由单元、至少一个主控单元和输出装置；所述主控单元和网络交换路由单元相连；所述网络交换路由单元通过输入装置中的输入视频包传输接口单元连接若干个视频采集和预处理单元；同时通过输出装置中的输出视频包传输单元和若干个第一视频拼接后处理单元相连，形成星形网或链形网结构。此系统能有效解决分布式的成本和空间问题，又能解决集中式传输距离短、安装不灵活性、散热困难、风扇噪声大、开窗限制、扩容时前期投资浪费等一系列问题，使得基于此方法开发的产品性价比很高、后向兼容性极佳。

Description

一种基于网络的集分式拼接控制显示系统

技术领域

本发明涉及图像拼接控制器，更具体地说是一种采用集中和分布式相结合的新型图像的拼接系统。

背景技术

大屏拼接显示系统在交通指挥、气象监测、电视展示、通信、军事、安防等领域的运用越来越广泛。目前市面上的拼接控制多种多样，但归纳起来不外乎以下几种：一、基于PC架构拼接控制器，这种拼接控制器功耗非常高，图像显示不稳定，成本高；二、基于背板交换技术，利用DSP和FPGA进行图像处理的拼接控制器，这种方式的控制器，在选定的合适规模上，具有成本优势，但是在工程上缺乏灵活性，只能靠近拼接屏放置，如果拼接屏数量多时，由于视频电缆（DVI、HDMI等）传输长度的限制，往往出现不稳定现象；另外发热集中，必须额外加多个风扇进行散热，如果不选用电信级的风扇一般使用年限也就3到4年，假如用户希望增加屏幕扩容时，必需整机更换，前期投资得不到保护；还有由于背板总线交换能力的限制，在单屏开窗及组播上有一定的限制；三、基于以太网交换的完全分布式的拼接控制器，这种控制器可以解决很多工程问题，性能稳定卓越，优势非常明显，但由于成本过高，几年来一直得不到有效的推广。而本发明集中了以上几种类型的优势，又解决了成本的问题。

检索专利系统，还未找出集中和分布式相结合的拼接控制器，较为接近的是：

专利CN 101807389 A，这是一种基于PC架构的拼接控制器，也是上文中所提及的第一种架构，这种架构的拼接控制系统整体功耗是基于硬件架构（ASIC、FPGA等）的10倍以上的功耗，由于采用的非实时操作系统，时钟同步存在一定的问题，易发生画面的撕裂和不稳定的问题。

专利CN 103020894 A 是典型基于背板交换的集中式拼接控制器，其结构一般包括一个交换背板、多个业务处理板、多个接口卡、电源、风扇、主控板等。这种结构不是基于网络式的，工程施工受视频电缆传输长度的限制，只能靠近大屏放置，而且由于热过于集中，必须加风扇，降低了系统的稳定性。

专利CN 1026100869 A和专利CN203151670 U，其专利实质是一个，是典型传统意义上的分布式拼接控制器，一个输入节点支持一个输入源，一个输出节点支持一个单屏，这种分布式控制器架构简单、稳定可靠，功耗低，但是具体施工时，由于网线较多且分布，施工难度不比集中架构的低，还有一个最大的问题是成本高启；而回显屏只支持单屏，这在大屏数目多达64个以上时，屏上图像基本看不清楚。

发明内容

本发明保留了以上拼接器的优点，克服了上述所提的缺陷，提出一种新型的基于网络的集分式拼接控制显示系统。

本发明提供的一种基于网络的集分式拼接控制显示系统包括输入装置、网络交换路由单元、输出装置和主控单元；所述输入装置、网络交换路由单元和输出装置依次相连，所述主控单元和网络交换路由单元相连；所述输入装置包括依次连接的视频输入接口单元、若干个视频采集和预处理集合和输入视频包传输接口单元；所述输出装置包括依次连接的输出视频包传输单元、若干个第一视频拼接后处理集合、视频显示信号传输接口单元和a*b的大屏拼接屏，其中a、b为大于等于1的正整数；所述若干个视频采集和预处理集合由若干个视频采集和预处理单元组合而成；所述若干个第一视频拼接后处理集合由若干个第一视频拼接后处理单元组合而成；

所述网络交换路由单元通过输入装置中的输入视频包传输接口单元连接若干个视频采集和预处理集合；同时通过输出装置中的输出视频包传输单元和若干个第一视频拼接后处理集合相连，形成星形网或链形网结构。 

上述系统中，若干个视频采集和预处理集合和若干个第一视频拼接后处理集合进行集群处理，形成各自的云。

上述系统中，所述网络交换路由单元为一个以上；网络交换路由单元间相互串联。

上述系统中，还包括回显网元，所述回显网元包括依次连接的回显传输单元、若干个第二视频拼接后处理单元、回显传输接口单元和c*d的回显拼接屏， 其中c、d为大于等于1的正整数，所述回显网元中的若干个第二视频拼接后处理单元相互组合形成若干个第二视频拼接后处理集合，再通过回显传输单元和网络交换路由单元连接形成星形或链形网络结构。

上述系统中，所述视频采集和预处理单元及第一视频拼接后处理单元是单通道处理单元或者嵌入式处理器。

上述系统中，所述视频采集和预处理单元及第一视频拼接后处理单元选自DSP、FPGA嵌入式处理器或它们的组合。

上述系统中，所述第二视频拼接后处理单元是单通道处理单元或者嵌入式处理器。

上述系统中，所述第二视频拼接后处理单元选自DSP、FPGA嵌入式处理器或它们的组合。

上述系统中，将视频采集和预处理集合和第一视频拼接后处理集合用云处理服务器替代。

本发明的有益效果在于：此系统能够集中分布式拼接控制器和集中式拼接控制器的优点，有效解决分布式的成本和空间问题，又能解决集中式传输距离短、安装不灵活性、散热困难、风扇噪声大、开窗限制、扩容时前期投资浪费等一系列问题，使得基于此方法开发的产品性价比很高、后向兼容性极佳。

附图说明

图1 是本发明整个系统的拓扑图。

图2 是本明组网模型说明。

图3 是本发明回显的流程示意图。

图中标号：101-视频输入接口单元；201-视频采集和预处理单元；301-输入视频包传输接口单元；401-网络交换路由单元；501-输出视频包传输单元；601-第一视频拼接后处理单元；701-视频显示信号传输接口单元；801- a*b的大屏拼接屏；901-主控单元；1001-回显传输单元；1002-第二视频拼接后处理单元；1003-回显传输接口单元；1004-c*d的回显拼接屏。

具体实施方式

本发明整个系统的拓扑图如图1所示，其中，系统包含以下网元：视频输入接口单元101、视频采集和预处理单元201、输入视频包传输接口单元301、网络交换路由单元401、输出视频包传输单元501、第一视频拼接后处理单元601、视频显示信号传输接口单元701、a*b的大屏拼接屏801、主控单元901、回显传输单元1001、第二视频拼接后处理单元1002、回显传输接口单元1003和c*d的回显拼接屏1004。若干个视频采集和预处理单元201组合形成若干个视频采集和预处理集合；若干个第一视频拼接后处理单元601形成若干个第一视频拼接后处理集合；若干个第二视频拼接后处理单元1002形成若干个第二视频拼接后处理集合；

这些网元通过一个或多个网络交换路由单元401互联形成星形或链形网络结构。

视频输入接口单元101可以是DVI、HDMI、VGA、SDI、HD_SDI、CVBS、或是以太网接口RJ45等；在这个单元中，对模拟视频信号进行AD转换，或对DVI、HDMI、SDI等信号进行解码和信号统一格式化处理、输入视频同步化处理、视频压缩解码（包含不仅限于H.264/H.265等有损压缩，还包含无损压缩等）。

视频采集和预处理单元201根据主控的配置信号对视频切割缩放处理；进一步说明，视频采集和预处理单元201有若干个，若干个这样的单元组成一个处理“云”；这是不同于典型分布式系统的一个突出的地方。视频采集和预处理单元201是单通道处理单元或者嵌入式处理器，以DSP、FPGA、嵌入式处理器或它们的组合。

输入视频包传输接口单元301，用于对已预处理结束的视频信号进行压缩处理（包含不仅限于H.264/H.265等有损压缩，还包含无损压缩等）、分组包封装并且通过网络线缆送到网络交换路由单元401；网络线缆可以是以太网、光纤、无线网（WIFI、3G、4G等），输入视频包传输接口单元301的组数可以和视频采集和预处理单元201一一对应，也可以不对应，输入视频包传输接口单元301的传输组数目小于等于视频采集和预处理单元201的组合数目。

网络交换路由单元401可以是以太网交换机（包括二层或三层交换机）、路由器等分组交换设备，这个网元可以是一个或多个网络交换路由单元401的组合，进一步说明，这可以形成星形，也可以先形成星形，再形成链形，图2仅为示意，实际连接关系不限于图2中所示。

输出视频包传输单元501可以是以太网或光纤网。

第一视频拼接后处理单元601对传输网络上的分组包进行解析，生成所需的视频帧，然后根据控制信号进行拼接和缩放，进一步说明这个单元是若干个单元组合，聚合成一个单独的处理“云”，这也是不同于传统分布式的显著特点。第一视频拼接后处理单元601为单通道处理单元或嵌入式处理器，可以是DSP、FPGA、嵌入式处理器或它们的组合。

视频显示信号传输接口单元701，将生成的拼接信号进行格式转换产生所需的接口信号如DVI、HDMI、SDI、VGA等。

a*b的大屏拼接屏801是a(a为                                                

的正整数)*b(b为

的正整数)的拼接屏；可以是液晶拼接屏、等离子屏或LED拼接屏等。

主控单元901是一个连在网络交换路由单元401上的一个作为主控的网元，用以进行各种运用场景的配置管理（无线），本发明中所有的输入、输出及回显的配置都是由主控单元901来配置。

回显传输单元1001将输出显示的视频信号进行相应的缩放，然后进行相关的包封装，再送到第二视频拼接后处理单元1002上；传输网络可以是以太网或光纤网或无线网（WIFI、3G、4G等）。

第二视频拼接后处理单元1002，根据主控发过来的回显控制信息将送来的视频信号进行拼接，然后生成VGA、HDMI或DVI信号送到回显屏上，回显屏同样支持拼接的功能，尤其在拼接屏数量很多时，回显屏如只是一个屏，看得非常不清晰。第二视频拼接后处理单元1002为单通道处理单元或嵌入式处理器，可以DSP、FPGA、嵌入式处理器或它们的组合。

回显传输接口单元1003可以是以太网、光纤、或无线（WIFI、3G、4G等）；

c*d的回显拼接屏1004是c(c为

的正整数)*d(d为

的正整数)个的回显拼接屏，在正常显示拼接屏数目很多时，也需要多个屏进行拼接显示。

本发明中，运用本发明系统进行拼接控制显示的流程如下所述：

1、 视频信号通过视频输入接口单元101接入本系统；接入信号可以是DVI、HDMI、以太网、或模拟CVBS等，接入的信号通过相应的AD转换或接口解码规格化成统一的视频流信号，如果是压缩信号还需要进行相关的解压缩，这个视频流包含RGB格式但不限于RGB模式，还可以是YUV等，然后送到视频采集和预处理单元201；

2、视频信号在视频采集和预处理单元201中，根据主控的配置信号进行相应的切割和缩放处理，进一步说明这个单元可以是多个小的视频处理单元的组合，这个组合单元形成一个独立的大的处理集合体，然后将预处理后的视频信号送到输入视频包传输接口单元301中；

3、输入视频包传输接口单元301，对已预处理结束的视频信号进行以切割为单位的压缩处理（包含不仅限于H.264/H.265等有损压缩，还包含无损压缩等）、分组包封装（也可以不压缩直接进行分组包封装）并且通过网络线缆送到网络交换路由单元401；

4、网络交换路由单元401可以是以太网交换机（包括二层或三层交换机）、路由器等分组交换设备，这个网元可以是一个或多个网络交换路由单元401的组合； 

5、视频信号经过网络交换路由单元401后，通过输出视频包传输单元501送入第一视频拼接后处理单元601，在第一视频拼接后处理单元601中，如果是压缩信号，那么首先对视频信号以切割为单位进行解压缩，转变为统一的RGB或其他格式，然后根据主控的配置信号进行相应的缩放的拼接处理，进一步说明这个单元可以是一个或多个小的处理单元的组合，聚合成一个单独的实体，这也是不同于传统分布式的显著特点；然后将拼接好的视频信号送到视频显示信号传输接口单元701；

6、在视频显示信号传输接口单元701中，将视频信号进行相应的接口格式的转换，生成相应的接口信号如DVI、HDMI、VGA等；

7、 a*b的大屏拼接屏801将上述视频显示信号传输接口单元701送来的信号直接进行显示。

进一步，进行回显的具体实施流程（如图3所示）如下：

1、视频显示信号传输接口单元701中，将输出的信号直接通过输出视频包传输单元501（网络）送到网络交换路由单元401；

2、网络交换路由单元401将相应的回显信号通过回显传输单元1001送到回显处理的第二视频拼接后处理单元1002，在此单元中进行视频的解压缩及视频格式转换，并进行相应的同步和拼接；然后送到回显传输接口单元1003中；

3、在回显传输接口单元1003中，进行相应的接口格式转换，然后送到c*d的回显拼接屏1004上进行回显，进一步说明本回显实施方法也可支持拼接屏。

Claims (8)

1.一种基于网络的集分式拼接控制显示系统，其特征在于：该系统包括输入装置、网络交换路由单元、输出装置和主控单元；所述输入装置、网络交换路由单元和输出装置依次相连，所述主控单元和网络交换路由单元相连；所述输入装置包括依次连接的视频输入接口单元、若干个视频采集和预处理集合和输入视频包传输接口单元；所述输出装置包括依次连接的输出视频包传输单元、若干个第一视频拼接后处理集合、视频显示信号传输接口单元和a*b的大屏拼接屏，其中a、b为大于等于1的正整数；所述若干个视频采集和预处理集合由若干个视频采集和预处理单元组合而成；所述若干个第一视频拼接后处理集合由若干个第一视频拼接后处理单元组合而成；

所述网络交换路由单元通过输入装置中的输入视频包传输接口单元连接若干个视频采集和预处理集合；同时通过输出装置中的输出视频包传输单元和若干个第一视频拼接后处理集合相连，形成星形网或链形网结构。 

2.根据权利要求1所述的基于网络的集分式拼接控制显示系统，其特征在于：所述网络交换路由单元为一个以上；网络交换路由单元间相互串联。

3.根据权利要求1或2所述的基于网络的集分式拼接控制显示系统，其特征在于：还包括回显网元，所述回显网元包括依次连接的回显传输单元、若干个第二视频拼接后处理单元、回显传输接口单元和c*d的回显拼接屏， 其中c、d为大于等于1的正整数，所述回显网元中的若干个第二视频拼接后处理单元相互组合形成若干个第二视频拼接后处理集合，再通过回显传输单元和网络交换路由单元连接形成星形或链形网络结构。

4.根据权利要求1所述的基于网络的集分式拼接控制显示系统，其特征在于：所述视频采集和预处理单元及第一视频拼接后处理单元是单通道处理单元或者嵌入式处理器。

5.根据权利要求1或4所述的基于网络的集分式拼接控制显示系统，其特征在于：所述视频采集和预处理单元及第一视频拼接后处理单元选自DSP、FPGA嵌入式处理器或它们的组合。

6.根据权利要求3所述的基于网络的集分式拼接控制显示系统，其特征在于：所述第二视频拼接后处理单元是单通道处理单元或者嵌入式处理器。

7.根据权利要求3或6所述的基于网络的集分式拼接控制显示系统，其特征在于：所述第二视频拼接后处理单元选自DSP、FPGA嵌入式处理器或它们的组合。

8.根据权利要求1所述的基于网络的集分式拼接控制显示系统，其特征在于：将视频采集和预处理集合和第一视频拼接后处理集合用云处理服务器替代。

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