CN104112441B - 一种多信源拼接显示系统和显示屏缝间像差的消除方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多信源拼接显示系统和显示屏缝间像差的消除方法。多信源拼接显示系统包括同步主机、复数个显示单元，显示单元包括从机和由从机驱动的显示屏，从机通过网线与同步主机连接，同步主机通过网线发送同步信号，协调所有从机的播放进度，显示单元包括图像处理单元，图像处理单元的输入端接从机，输出端接显示屏，构成从机至显示屏输送数据的通道；相邻的图像处理单元互联，图像处理单元对接收到的相邻通道的过渡带信号与本通道的过渡带信号进行叠加，实现图像的边缘融合。本发明通过在电路硬件上产生图像过渡带,使其相互融合,可以在视觉上有效消除缝间像差，实现运动图像的缝间无像差显示。

Description

一种多信源拼接显示系统和显示屏缝间像差的消除方法

[技术领域]

本发明涉及多信源拼接显示屏，尤其涉及一种多信源拼接显示系统和显示屏缝间像差的消除方法。

[背景技术]

随着拼接显示屏的发展，对超高分辨率图像的信源有了进一步的需求，单独的播放器已经无法解码、播放和传输这种超高分辨率的图像，随之普及的是分布式演播系统，该系统将一套图像分成不同区块，在多台播放器上分别解码播放，同时驱动拼接显示器的相应区域，这种将一幅图像分割成多个信号源进行显示的，称之为多信源拼接系统。图1是多信源拼接系统示意框图，其播放的同步机制来自于网络连接，由一台主机通过网线发送同步信号，协调所有从机的播放进度，这里的从机可以是不同的电脑，或同一台电脑的不同显示接口，运行于各自的图像解码显示线程。

但实际的分布式演播系统中，同步是难以完全解决的问题，在静态或画面变化缓慢时，各从机间尚能同步显示；但图像处于快速移动时，在各从机间就会出现微小的、暂时性的图像错位，即像差，其实质是各图像内容出现了时间上的不同步。像差的原因是由于在硬件上各显示接口的视频时序上的独立性，以及从机在软件上图像解码线程的独立性，它们共同造成了图像到达显示屏时间上的不同步，尤其在高速图像解码过程中，丢帧现象实属平常，工作于多任务操作系统平台的从机间，无法完全消除这种不同步现象，并且该现象是随着画面内容的变化随机出现，无法预测和控制。

这种运动图像产生的缝间像差，在投影融合系统中不会产生任何视觉影响，因为相邻2台投影机发出的图像光束在水平方向上会设计重合约四分之一画面，这段重合的图像区域，在光学上会相互融合，当这个区域的图像亮度变化设计为互补时，2个图像就会平滑地连接到一起，缝间像差自然消失。图2显示了投影拼接系统消除缝间像差的消除原理.

但是对于点阵发光的拼接显示系统，如LED、LCD显示系统，由于不存在光学空间融合条件，相邻显示装置的像差就会呈现出来，严重影响着拼接显示屏的品质。

[发明内容]

本发明要解决的技术问题在点阵发光的拼接显示系统中，如LED、LCD拼接显示系统中，提供一种多信源拼接显示屏缝间像差的消除方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种多信源拼接显示系统，包括同步主机、复数个显示单元，显示单元包括从机和由从机驱动的显示屏，所述的从机通过网线与同步主机连接，同步主机通过网线发送同步信号，协调所有从机的播放进度，显示单元包括图像处理单元，图像处理单元的输入端接从机，输出端接显示屏，构成从机至显示屏输送数据的通道；相邻的图像处理单元互联，图像处理单元对接收到的相邻通道的过渡带信号与本通道的过渡带信号进行叠加，实现图像的边缘融合。

以上所述的多信源拼接显示系统，复数个显示单元的显示屏左右拼接，图像处理单元包括帧存储器和逻辑控制模块；逻辑控制模块的输入端接从机，输出端接显示屏，构成从机至显示屏输送数据的通道；帧存储器接逻辑控制模块，缓存输入的图像；相邻显示单元的逻辑控制模块互联，将本通道的过渡带信号传送到相邻通道的逻辑控制模块；逻辑控制模块对接收到的相邻通道的过渡带信号与本通道的过渡带信号进行叠加，实现图像的边缘融合；逻辑控制模块包括存储控制器，输入时序逻辑控制器，输出同步逻辑控制器，过渡带发生器，延时电路和图像融合器；存储控制器控制帧存储器的读、写和刷新；输入时序逻辑控制器依据输入的图像数据和同步信号，产生将图像写入帧存储器所需的时序信号；输出同步逻辑控制器根据输入的同步信号，产生读取帧存储器图像数据所需的时序信号，并将从帧存储器获取的图像数据传送给过渡带发生器；过渡带发生器在制定的过渡带位置，对图像的亮度进行渐变平滑；图像融合器对已产生过渡带与相邻图像的边缘进行融合和叠加。

一种权利要求上述的多信源拼接显示系统显示屏缝间像差的消除方法，各图像处理单元对接收到的相邻通道的过渡带信号与本通道的过渡带信号进行叠加，进行边缘融合，消除因为画面时序和内容的不同步造成的像差。

以上所述的显示屏缝间像差的消除方法，复数个显示单元的显示屏左右拼接，图像处理单元包括帧存储器和逻辑控制模块；逻辑控制模块的输入端接从机，输出端接显示屏，构成从机至显示屏输送数据的通道；帧存储器接逻辑控制模块，缓存输入的图像；相邻显示单元的逻辑控制模块互联，将本通道的过渡带信号传送到相邻的逻辑控制模块；逻辑控制模块包括存储控制器，输入时序逻辑控制器，输出同步逻辑控制器，过渡带发生器，延时电路和图像融合器；逻辑控制模块包括以下处理步骤：

401）输入时序逻辑控制器依据输入的同步信号，产生将图像写入帧存储器所需的时序信号，由存储控制器将输入的图像缓存到帧存储器中；

402）输出同步逻辑控制器根据输入的同步信号，产生读取帧存储器图像数据所需的时序信号，并将从帧存储器获取的图像数据传送给过渡带发生器；

403）过渡带发生器在设定的过渡带位置，对图像的亮度进行渐变平滑，形成过渡带；本通道的过渡带信号传输给相邻通道的逻辑控制模块；

404）图像融合器对本通道图像边缘的过渡带与相邻通道的过渡带进行融合处理；

405）将边缘融合后的图像输出。

以上所述的显示屏缝间像差的消除方法，在步骤401中，输入时序逻辑器的同步信号来源于本通道的视频输入信号。

以上所述的显示屏缝间像差的消除方法，在步骤402中，所述输入的同步信号源自于左通道输出同步逻辑控制器的输出信号，并经本通道延时电路延时；最左边第一通道的输出同步逻辑控制器的同步信号来自该通道逻辑控制模块的视频输入信号；在步骤403中，将取自本通道帧存储器的图像数据，在过渡带发生器中进行渐变处理，在图像的左侧和/或右侧产生过渡带；过渡带发生器采用以水平位置为参数的矢量乘法器，对图像数据进行加权，产生边缘渐变效果；本通道产生的过渡带数据发送到相邻通道，为图像融合做准备；在步骤404中，图像融合器中的线性加法器对本通道图像的过渡带数据与邻近通道发送过来的过渡带数据进行叠加，实现过渡带融合。

以上所述的显示屏缝间像差的消除方法，在步骤402中延时电路对图像数据进行延时，实现本通道的过渡带信号与相邻通道发送过来的过渡带信号在时间上彼此对齐，对齐后直接进行叠加，实现过渡带相互融合，图像左侧融合后的过渡带保留右半部分，图像右侧融合后的过渡带保留左半部分。

以上所述的显示屏缝间像差的消除方法，逻辑控制模块输出图像行同步信号的延时时间与步骤402中延时电路对图像数据延时的延时时间相同。。

本发明提供一种基于硬件的，针对图像信号源内容进行处理的，消除多信源拼接屏运动图像缝间像差的方法，在电路硬件上产生图像过渡带,使其相互融合,达到与投影拼接系统光学空间融合的相同效果，可以在视觉上有效消除缝间像差，实现运动图像的缝间无像差显示。

[附图说明]

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是现有技术多信源拼接显示系统的原理框图。

图2是现有技术投影融合系统示意图。

图3是本发明实施例多信源拼接显示系统的原理框图。

图4是本发明实施例多信源拼接显示系统的相邻信源边缘融合的硬件原理框图。

图5是本发明实施例多信源拼接显示系统逻辑控制模块的原理框图。

图6是本发明实施例多信源拼接显示系统过渡带时序关系示意图。

[具体实施方式]

本发明的基本构思是，将相邻信源的信号预先进行边缘融合，消除因为画面时序和内容的不同步造成的像差。相邻信源在接缝处的像差，经过融合，得以空间扩散，像差被均匀分散到一个相对宽的范围中，以消除人眼对接缝处突变的、相邻像素间的像差的敏感。相同原理的融合效果已经在大量使用的投影拼接融合系统中得以验证，不同的是投影系统采用的空间光学边缘融合，本发明采用的是针对信号内容进行的边缘融合，适合于点阵发光的拼接显示系统中。

如图3所示，本发明实施例的多信源拼接显示系统包括同步主机、多个显示单元，每个显示单元包括一个从机和由从机驱动的显示屏，多个显示单元的显示屏左右拼接。从机通过网线与同步主机连接，同步主机通过网线发送同步信号，协调所有从机的播放进度。这里所说的从机可以是不同的电脑，也可以同一台电脑的不同显示接口，运行于各自的图像解码显示线程。

显示单元还包括图像处理单元，图像处理单元包括帧存储器和逻辑控制模块。逻辑控制模块的输入端接从机，输出端接显示屏，构成从机至显示屏输送数据的通道。帧存储器接逻辑控制模块，缓存输入的图像；相邻显示单元的逻辑控制模块互联，将本通道的过渡带信号传送到相邻的逻辑控制模块；逻辑控制模块对接收到的相邻通道的过渡带信号与本通道的过渡带信号进行加权叠加，实现图像的边缘融合。

本实施例的具体实现方法，结合图3至图5的硬件框图予以说明:

1.每路图像处理单元包括帧存储器和逻辑控制单元，帧存储器由DDR2存储芯片组成。如图5所示，逻辑控制单元用FPGA可编程芯片实现，其包含DDR2控制器，输入时序逻辑器，输出同步逻辑器，左、右过渡带发生器，延时电路和图像融合器。

2.DDR2控制器控制DDR2存储芯片的读、写和刷新，因为图像是24位R、G、B数据，DDR2数据总线宽度为48位，3片16位的DDR2芯片可以工作于2倍图像数据的速度，DDR2控制器底层逻辑采用FPGA设计工具提供的IP模块，速度可以支持到1080P模式下的实时读与写。

3.输入时序逻辑控制器依据输入的图像数据和同步信号，产生将图像写入DDR2所需的时序信号，输入时序逻辑器的同步基准来源于本通道输入的信号。

4.输出同步逻辑控制器根据外部统一的同步信号，产生读取DDR2图像数据所需的时序信号，这个统一的同步信号源自于左通道输出同步逻辑控制器的输出信号，并经本通道延时电路延时；最左边第一通道的输出同步逻辑控制器的同步信号来自本通道逻辑控制模块的输入信号。延时器将来自前级左通道的同步信号延时，这样本通道输出的视频信号时序，将会与前级的视频信号有一个指定的延时，目的是将本通道的左侧过渡带和前级通道的右侧过渡带在时间上对齐；延时器的延时时间TD等于图像水平有效时间减去过渡带宽度的时间。

由于是统一的同步，所以各条通道的输出信号保持同步，包括行/场同步信号，数据有效信号和时钟信号，为后续的图像融合提供条件。

5.过渡带发生器在设定的过渡带位置，对图像的亮度进行渐变平滑，将取自左、右通道帧存储器的R、G、B三色图像数据，在过渡带发生器中，分别进行渐变处理，产生过渡带。左侧的图像在右边缘位置，右侧图像在左边缘位置，过渡带发生器中采用以水平位置为参数的矢量乘法器，对图像数据进行加权，产生边缘渐变效果。

如本通道是第一通道，则只对图像的右侧产生过渡带；如本通道是最末端通道，则只对图像的左侧产生过渡带；其他中间通道的图像需要同时做左侧和右侧的过渡带，左侧的图像在右边缘位置，右侧图像在左边缘位置，硬件上采用以水平位置为参数的矢量乘法器，对图像数据进行加权，即可产生边缘渐变效果。产生过渡带的视频信号分别传送到相邻的前级通道和后级通道，做边缘融合处理；

6.对各通道的图像进行时序同步化处理：这是图像点对点融合的前提，方法是对输入图像进行缓存,在输入时序逻辑控制器的控制下，存入帧存储器，然后由输出同步逻辑控制器以统一的时序输出，这样，来自不同显卡的异步图像都能保持时序上的同步。为实现过渡带的对齐，前后级之间加入了延时器。

7.左右图像边缘融合：分别取自本通道和相邻通道的图像数据，产生过渡带后，本通道的过渡带与相邻通道的过渡带自动对齐，采用图像融合器中的线性加法器对两个图像对齐的进行叠加。这样左右两个图像相邻的过渡带就会彼此融合，即使输入的图像存在内容上的不同步，也将会被融合成一幅完整的画面，融合后，像差错位扩散到整个融合带中，人眼无法察觉，消除了由于信源不同步造成的拼接显示屏接缝间运动图像的像差现象，实现了图像内容同步的目的。

以图3所示的三通道系统为例，图5显示了过渡带之间的时序关系。由于输入-1位于左侧的第一通道，其过渡带仅需在图像的右侧产生，输入-2是中间通道，它的过渡带需发生在图像的左、右两侧，通道3是右侧最末端通道，其过渡带仅需在图像的最左侧。

以输入-1为基准，对第2通道的输出时序进行时间为TD的延迟，使得第1通道的右过渡带和第2通道的左过渡带，在时间上彼此对齐，并以第2通道为基准，对第3通道做相同TD的时间延时，同理第2通道的右过渡带与第3通道的左过渡带在时间上也得以对齐，时间上对齐后的信号可以直接进行叠加，这样接缝处的图像数据被相互融合，融合后的图像消除了原先的像差，输出-1保留过渡带的左半部分输出，输出-2保留过渡带的右半部分输出。

由于融合输出-2和融合输出-3图像数据已经有了时间TD的延时，所以行同步输出-2和行同步输出-3也要做相同TD时间的延时，才能使图像保持正常。

三路融合后的信号分别驱动相邻的拼接显示屏，由于融合带中的图像在接缝处彼此融合，所以拼接显示屏接缝处的左、右图像不会有人眼可以察觉得到的像差。

Claims (6)

1.一种多信源拼接显示系统，包括同步主机和复数个显示单元，显示单元包括从机和由从机驱动的显示屏，所述的从机通过网线与同步主机连接，同步主机通过网线发送同步信号，协调所有从机的播放进度，其特征在于，显示单元包括图像处理单元，图像处理单元的输入端接从机，输出端接显示屏，构成从机至显示屏输送数据的通道；相邻的图像处理单元互联，图像处理单元对接收到的相邻通道的过渡带信号与本通道的过渡带信号进行叠加，实现图像的边缘融合；复数个显示单元的显示屏左右拼接，图像处理单元包括帧存储器和逻辑控制模块；逻辑控制模块的输入端接从机，输出端接显示屏，构成从机至显示屏输送数据的通道；帧存储器接逻辑控制模块，缓存输入的图像；相邻显示单元的逻辑控制模块互联，将本通道的过渡带信号传送到相邻通道的逻辑控制模块；逻辑控制模块对接收到的相邻通道的过渡带信号与本通道的过渡带信号进行叠加，实现图像的边缘融合；逻辑控制模块包括存储控制器，输入时序逻辑控制器，输出同步逻辑控制器，过渡带发生器，延时电路和图像融合器；存储控制器控制帧存储器的读、写和刷新；输入时序逻辑控制器依据输入的图像数据和同步信号，产生将图像写入帧存储器所需的时序信号；输出同步逻辑控制器根据输入的同步信号，产生读取帧存储器图像数据所需的时序信号，并将从帧存储器获取的图像数据传送给过渡带发生器；过渡带发生器在制定的过渡带位置，对图像的亮度进行渐变平滑；图像融合器对已产生过渡带与相邻图像的边缘进行融合和叠加。

2.一种权利要求1所述的多信源拼接显示系统显示屏缝间像差的消除方法，其特征在于，各图像处理单元对接收到的相邻通道的过渡带信号与本通道的过渡带信号进行叠加，进行边缘融合，消除因为画面时序和内容的不同步造成的像差；复数个显示单元的显示屏左右拼接，图像处理单元包括帧存储器和逻辑控制模块；逻辑控制模块的输入端接从机，输出端接显示屏，构成从机至显示屏输送数据的通道；帧存储器接逻辑控制模块，缓存输入的图像；相邻显示单元的逻辑控制模块互联，将本通道的过渡带信号传送到相邻的逻辑控制模块；逻辑控制模块包括存储控制器，输入时序逻辑控制器，输出同步逻辑控制器，过渡带发生器，延时电路和图像融合器；逻辑控制模块包括以下处理步骤：

201)输入时序逻辑控制器依据输入的同步信号，产生将图像写入帧存储器所需的时序信号，由存储控制器将输入的图像缓存到帧存储器中；

202)输出同步逻辑控制器根据输入的同步信号，产生读取帧存储器图像数据所需的时序信号，并将从帧存储器获取的图像数据传送给过渡带发生器；

203)过渡带发生器在设定的过渡带位置，对图像的亮度进行渐变平滑，形成过渡带；本通道的过渡带信号传输给相邻通道的逻辑控制模块；

204)图像融合器对本通道图像边缘的过渡带与相邻通道的过渡带进行融合处理；

205)将边缘融合后的图像输出。

3.根据权利要求2所述的显示屏缝间像差的消除方法，其特征在于，在步骤201中，输入时序逻辑器的同步信号来源于本通道的视频输入信号。

4.根据权利要求2所述的显示屏缝间像差的消除方法，其特征在于，在步骤202中，所述输入的同步信号源自于左通道输出同步逻辑控制器的输出信号，并经本通道延时电路延时；最左边第一通道的输出同步逻辑控制器的同步信号来自该通道逻辑控制模块的视频输入信号；在步骤203中，将取自本通道帧存储器的图像数据，在过渡带发生器中进行渐变处理，在图像的左侧和/或右侧产生过渡带；过渡带发生器采用以水平位置为参数的矢量乘法器，对图像数据进行加权，产生边缘渐变效果；本通道产生的过渡带数据发送到相邻通道，为图像融合做准备；在步骤204中，图像融合器中的线性加法器对本通道图像的过渡带数据与邻近通道发送过来的过渡带数据进行叠加，实现过渡带融合。

5.根据权利要求4所述的显示屏缝间像差的消除方法，其特征在于，在步骤202中延时电路对图像数据进行延时，实现本通道的过渡带信号与相邻通道发送过来的过渡带信号在时间上彼此对齐，对齐后直接进行叠加，实现过渡带相互融合，图像左侧融合后的过渡带保留右半部分，图像右侧融合后的过渡带保留左半部分。

6.根据权利要求4所述的显示屏缝间像差的消除方法，其特征在于，逻辑控制模块输出图像行同步信号的延时时间与步骤202中延时电路对图像数据延时的延时时间相同。