CN104052959A - 一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，与输入信号源连接，包括输入节点、控制主机、网络交换设备、输出节点和拼接显示设备，所述的输入节点通过视频线缆与输入信号源连接，所述的网络交换设备分别通过网线连接输入节点、控制主机和输出节点，所述的输出节点通过视频线缆与拼接显示设备连接；输入节点采集输入信号源的视频图像数据，根据控制主机发送的拼接控制策略对视频图像数据进行分块、编码打包处理，并将处理后的视频图像数据通过网络交换设备寻址分发到相应的输出节点，输出节点对视频图像数据进行解码处理后传输给拼接显示设备进行拼接显示。与现有技术相比，本发明具有扩展性和稳定性高、有大屏回显监控功能等优点。

Description

一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统

技术领域

本发明涉及一种图像处理及显示技术，尤其是涉及一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统。

背景技术

随着图像处理和显示技术的日益进步，人们对大屏幕显示的视觉效果要求越来越高，拼接显示技术也便应运而生。这种技术主要通过拼接控制器将视频图像数据进行采集、处理和输出，从而实现将多个显示设备作为一个整体进行视频图像的显示，使得屏幕显示的有效面积成倍增加。

现有的拼接控制器按照设计架构可以分为两类：工控机架构和嵌入式箱体架构。工控机架构的控制器即基于X86架构的计算机，视频图像的采集和输出分别由采集卡和显卡完成，主要的图像处理运算则通过软件在内存或显存中进行，通过主板总线进行数据传输；嵌入式箱体架构的控制器则采用纯硬件的运算方式，图像数据处理由嵌入式芯片完成，通过背板进行数据的交换和传输。

两种架构具体处理流程相似：拼接控制器的数据采集端对信号源的图像信息进行采样、编码，经系统总线或背板总线将数据传输至处理器内存，再根据显示策略的控制信号对信号进行缩放、分割和拼接等处理，而后将要显示的图像传输至输出显示端的DVI芯片，最终通过对应的显示接口输出在各个拼接显示单元上。

这两类拼接控制器的共同特点是，视频数据通过系统总线进行传输，并统一进行运算处理，因而必须采用集中式的机箱结构；这就导致了在使用过程中线缆连接的不便，数据传输距离受到了极大的制约(一般为20米左右)，而系统的扩展性也严重受限。而且由于集中式设备内部结构复杂，故障率相对较高且不易排查，其在稳定性上的缺陷同样十分明显。

另外在实际应用中，有时希望将整个大屏图像抓取下来，并在本地显示器上做回显监控。传统拼接控制器采用的处理方式是“伪回显”，即在采集端将图像数据进行复制备份，并在大屏显示的同时传输备份数据到本地显示器；这种做法一方面加重了系统采集端的运算负荷，另一方面严重占用了系统传输带宽。这种实现方式也是传统控制器的集中式架构决定的。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种扩展性和稳定性高、具有大屏回显监控功能的基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，该系统利用分布式的节点设备对视频图像进行采集和处理，并构建高速以太网实现数据传输，从而有效解决以往集中式设备传输距离有限、扩展性差和稳定性低的问题。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，该系统与输入信号源连接，该系统通过将嵌入式网络视频节点与网络交换设备互联，构建星形以太网进行视频图像数据的传输和拼接显示，所述的系统包括输入节点、控制主机、网络交换设备、输出节点和拼接显示设备，所述的输入节点通过视频线缆与输入信号源连接，所述的网络交换设备分别通过网线连接输入节点、控制主机和输出节点，所述的输出节点通过视频线缆与拼接显示设备连接；

输入节点采集对应输入信号源的视频图像数据，根据控制主机发送的拼接控制策略对视频图像数据进行分块、编码打包处理，并将处理后的视频图像数据通过网络交换设备寻址分发到相应的输出节点，输出节点对视频图像数据进行解码处理后传输给拼接显示设备进行拼接显示。

所述的输入节点和输出节点均设有多个。

所述的输入节点包括依次连接的图像采集模块、输入数据处理模块和网络编码模块，所述的图像采集模块与输入信号源连接，所述的网络编码模块与网络交换设备连接；

图像采集模块从对应的输入信号源采集视频图像数据，输入数据处理模块根据控制主机的拼接控制策略对采集的视频图像数据进行图像缩小处理，并将视频图像数据分块后传输给网络编码模块进行编码压缩打包。

每个输入节点中设有多个所述网络编码模块，所述的输入数据处理模块为嵌入式芯片。

所述的输出节点包括依次连接的网络解码模块、输出数据处理模块和图像显示模块，所述的网络解码模块与网络交换设备连接，所述的图像显示模块与拼接显示设备连接；

网络解码模块通过网络交换设备获取并解码视频图像数据后，传输给输出数据处理模块进行图像放大处理，图像显示模块将最终的视频图像数据输出给拼接显示设备进行显示。

每个输出节点中设有多个所述网络解码模块，所述的输出数据处理模块为嵌入式芯片。

每个输入节点和输出节点均设有独有的网络地址，视频图像数据分块编码打包后根据相应的网络地址进行传输分发。

所述的拼接显示设备由多个拼接显示单元组成，各拼接显示单元分别连接一个输出节点。

该系统还包括回显节点和回显监视器，所述的回显节点一端通过网络连接网络交换设备，另一端通过视频线缆连接回显监视器；输出节点利用网络双向传输特性将拼接显示设备的视频图像数据进行反向传输，通过网络交换设备传输给回显节点，回显节点根据其固化的显示策略将视频图像数据在回显监视器中进行显示。

所述的视频线缆包括DVI线缆、VGA线缆或复合视频线缆。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、本发明采用基于网络传输的分布式控制替代传统的集中式控制，打破了信号传输距离和接线方式的限制，极大地提高了系统的扩展性和稳定性；

2、本发明利用高度通用化的处理模块和网络双向传输的特性，使得真正意义上的大屏回显监控成为可能；

3、本发明采用纯硬件的结构设计，避免了软件架构带来的稳定性的降低。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明视频图像数据处理和传输基本原理示意图；

图3为本发明利用网络双向传输特性实现大屏图像回显的系统结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例1

如图1-图2所示，一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，该系统输入信号源1连接，通过将嵌入式网络视频节点与网络交换设备互联，构建星形以太网进行视频图像数据的传输和拼接显示，系统包括输入节点2、控制主机3、网络交换设备4、输出节点5和拼接显示设备6，根据系统拓扑结构，输入节点2和输出节点5均可设置多个。每一个输入节点2通过视频线缆(包括DVI线缆、VGA线缆、复合视频线缆等专业视频线缆)对应一个输入信号源1进行信号采集，网络交换设备4分别通过网线连接输入节点2、控制主机3和输出节点5，从而构成视频传输的局域网络，输出节点5通过视频线缆与拼接显示设备6连接。控制主机3同样通过网线接入网络，主要负责拼接控制策略指令的下发。

输入节点2包括依次连接的图像采集模块、输入数据处理模块和网络编码模块，图像采集模块与输入信号源1连接，网络编码模块与网络交换设备4连接，每个输入节点中设有多个网络编码模块。输出节点5包括依次连接的网络解码模块、输出数据处理模块和图像显示模块，网络解码模块与网络交换设备4连接，图像显示模块与拼接显示设备6连接，每个输出节点中设有多个网络解码模块。拼接显示设备6由多个拼接显示单元61～6n组成，各拼接显示单元分别连接一个输出节点5。每个输入节点和输出节点均设有独有的网络地址，视频图像数据分块打包编码后根据相应的网络地址进行传输分发。

输入和输出节点设备中数据处理模块采用FPGA等嵌入式芯片实现，主要完成图像的缩小、分割或插值放大等处理任务，各节点彼此独立、并行处理。

如图2所示，通过一个输入节点和一个输出节点具体介绍本拼接控制显示系统处理和传输视频图像数据的原理：

步骤一，输入节点2的图像采集模块从输入信号源1采集图像数据；

步骤二，输入节点2按照控制主机3发送的拼接控制策略对数据进行处理，根据最终显示的方式将图像分割为多块并分别进行编码压缩打包，拼接控制策略由操作人员制定；

步骤三，输入节点2通过网络交换设备4将数据包寻址分发到相应显示单元对应的输出节点5；

步骤四，输出节点5的网络编码模块将网络数据包分别进行解码，输出数据处理模块再次进行处理(主要是图像放大)；

步骤五，输出节点5的图像显示模块将图像输出给对应的拼接显示设备6，最终在各拼接显示单元拼接组成的大屏上，就可以完整地还原出要显示的图像。图像显示分辨率的大小由网络带宽决定；通过降低传输帧率可以有效提升图像分辨率上限；可以实现超高分辨率静态图像的传输和显示。

这里需要说明，这里单一的输入节点2和输出节点5并非一一对应关系，输入节点编码的数据包并不是全部发给单独的一个输出节点，而是根据图像显示的位置发向所有需要显示该信号的输出；同样的，输出节点解码的数据也是来自有图像显示在该拼接单元的所有输入节点。

实施例2

如图3所示，本实施例在实施例1的基础上增加了回显传输部分，从而构成了大屏图像回显的实施例。本实施例的基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统包括输入节点2、控制主机3、网络交换设备4、输出节点5、拼接显示设备6、回显节点7和回显监视器8，回显节点7一端通过网络连接网络交换设备4，另一端通过视频线缆连接回显监视器8；输出节点5利用网络双向传输特性将拼接显示设备6的视频图像数据进行反向传输，通过网络交换设备4传输给回显节点7，回显节点7根据其固化的显示策略将视频图像数据在回显监视器8中进行显示。

由于每个输出节点的处理模块采用通用性很强的嵌入式芯片，涵盖了数据分割运算的功能，故输出节点也具有输入节点的处理能力，可以对数据进行缩放和分割；且网络具有双向传输的特性，便可以很容易地实现输出图像的反向抓取和回显，因此在分布式控制系统中输出节点也可以作为输入，而这部分系统对应的“输出节点”则是回显节点7。回显节点是一个特殊的输出节点，它拥有固化的显示策略，即将所有大屏输出节点作为信号源进行图像输出。当需要进行回显时，输出节点收到指令后会将拼接还原后的数据再次进行压缩打包，并通过网络方向传输至回显端进行解码显示。

本实施例通过基于双向传输的网络视频节点，不仅保证了视频信号传输距离的增加(端到端可达200米)，为系统的扩展性和稳定性带来了极大的提升，而且通过输出节点反向传输实现大屏画面回显，解决了传统拼接控制器“伪回显”的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，该系统与输入信号源连接，其特征在于，该系统通过将嵌入式网络视频节点与网络交换设备互联，构建星形以太网进行视频图像数据的传输和拼接显示，所述的系统包括输入节点、控制主机、网络交换设备、输出节点和拼接显示设备，所述的输入节点通过视频线缆与输入信号源连接，所述的网络交换设备分别通过网线连接输入节点、控制主机和输出节点，所述的输出节点通过视频线缆与拼接显示设备连接；

输入节点采集对应输入信号源的视频图像数据，根据控制主机发送的拼接控制策略对视频图像数据进行分块、编码打包处理，并将处理后的视频图像数据通过网络交换设备寻址分发到相应的输出节点，输出节点对视频图像数据进行解码处理后传输给拼接显示设备进行拼接显示。

2.根据权利要求1所述的一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，其特征在于，所述的输入节点和输出节点均设有多个。

3.根据权利要求1所述的一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，其特征在于，所述的输入节点包括依次连接的图像采集模块、输入数据处理模块和网络编码模块，所述的图像采集模块与输入信号源连接，所述的网络编码模块与网络交换设备连接；

图像采集模块从对应的输入信号源采集视频图像数据，输入数据处理模块根据控制主机的拼接控制策略对采集的视频图像数据进行图像缩小处理，并将视频图像数据分块后传输给网络编码模块进行编码压缩打包。

4.根据权利要求3所述的一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，其特征在于，每个输入节点中设有多个所述网络编码模块，所述的输入数据处理模块为嵌入式芯片。

5.根据权利要求3所述的一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，其特征在于，所述的输出节点包括依次连接的网络解码模块、输出数据处理模块和图像显示模块，所述的网络解码模块与网络交换设备连接，所述的图像显示模块与拼接显示设备连接；

网络解码模块通过网络交换设备获取并解码视频图像数据后，传输给输出数据处理模块进行图像放大处理，图像显示模块将最终的视频图像数据输出给拼接显示设备进行显示。

6.根据权利要求5所述的一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，其特征在于，每个输出节点中设有多个所述网络解码模块，所述的输出数据处理模块为嵌入式芯片。

7.根据权利要求2所述的一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，其特征在于，每个输入节点和输出节点均设有独有的网络地址，视频图像数据分块编码打包后根据相应的网络地址进行传输分发。

8.根据权利要求1所述的一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，其特征在于，所述的拼接显示设备由多个拼接显示单元组成，各拼接显示单元分别连接一个输出节点。

9.根据权利要求1所述的一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，其特征在于，该系统还包括回显节点和回显监视器，所述的回显节点一端通过网络连接网络交换设备，另一端通过视频线缆连接回显监视器；输出节点利用网络双向传输特性将拼接显示设备的视频图像数据进行反向传输，通过网络交换设备传输给回显节点，回显节点根据其固化的显示策略将视频图像数据在回显监视器中进行显示。

10.根据权利要求1或9所述的一种基于网络视频节点的分布式拼接控制显示系统，其特征在于，所述的视频线缆包括DVI线缆、VGA线缆或复合视频线缆。