CN104954769A - 一种浸入式超高清视频处理系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种浸入式超高清视频处理系统及方法。该系统包括四个子系统：视频融合多图像多像素级别几何校正系统、图像边缘融合三维平滑曲面颜色校正系统、分布式多台视频融合设备控制装置和分布式视频同步播放浏览编辑系统。本发明方法对视频融合中遇到的投影图像的形变问题、分布式系统中通信问题、融合带参数自适应调整问题以及分布式系统同步播放问题，均提出了解决方案。本发明提高了视频融合系统的播放效果，给用户身临其境的感觉。
Description
技术领域
本发明涉及多媒体技术领域，更具体的涉及超高清视频处理系统及方法。
背景技术
随着网络技术，计算机处理技术的发展，更高分辨率，更大画面的视频备受欢迎。更高的分辨率能够提供更多的视频内容细节，更大画面给用户身临其境的观赏效果，仿佛身处在整个画面中一样。高清视频投影融合技术应运而生，它是一种多媒体技术，是一种针对如今投影技术发展应运而生的新技术，在商业宣传，大型展馆，视频会议，大型3D游戏开发，军事模拟训练都有着广泛的应用。
高清视频投影融合技术，是指将一组投影仪投影的画面进行边缘上的重叠，并通过融合技术显示出一个整体没有缝隙，更加明亮，更加艳丽，更大尺寸，更高分辨率的画面。多台投影仪投影画面拼接之后要比单台投影仪投影画面，在相同亮度下能够投影出更大尺寸的画面。充分利用多台投影仪的分辨率，将每台投影仪都设置成最大分辨率运行，那么经过画面拼接之后，投影出来的画面能够达到4K，8K，16K以及更高分辨率，这样的高分辨率的投影仪或者显示器，还未出现在市场上。
高清视频投影融合中，对于多画面拼接，通常使用箱体拼接，多张屏幕拼接，整张屏幕无缝边缘融合技术。其中多张屏幕拼接，箱体拼接中，无论采用何种方式都无法消除，多个投影画面之间的物理缝隙，但是在新型的整张屏幕无缝边缘融合技术中，由于是在同一幅画面中显示，所以并不存在箱体拼接和多张屏幕拼接的物理缝隙，不过因此需要对投影画面的部分区域，主要是边缘，进行一定区域的重叠。因此，在技术上也引入了其他问题，例如重叠的边缘区域，亮度相比非重叠区域更加明亮；多个投影画面，颜色不一致，过渡不自然；因为投影仪本身，和外界各种因素带来的，重叠区域的重影问题。
针对以上在重叠部分出现的多种问题，多采用的是统一将各个投影仪需要投影的画面，完成几何校正，颜色亮度边缘融合，然后再统一放映。经过多种融合处理之后的画面，不仅完全消除了箱体拼接和多张屏幕拼接带来的物理缝隙，更使得多幅投影画面，在重叠区域中，无缝拼接消除了重影问题，使得整幅画面，颜色亮度过渡平滑。
高清视频投影融合，给用户带来的是，和单台投影仪相比，更大的投影画面，更高的分辨率，更完整的图像信息，更为明显的图像层次感，以及更加艳丽和真实的观赏体验。随着网络技术，计算机技术，以及投影技术的发展，高清投影技术也会有着长足的发展，在投影的画面分辨率，融合效果，以及色彩真实程度上都会有着更加宽广的发展前景。
发明内容
(一)要解决的技术问题
目前市面上的超高清显示设备价格过于昂贵，如：单台4K高清DLP(Digital Light Procession)投影仪价格就要超过20万人民币，在这种超高分辨率下，投影仪的对比度指标和亮度指标都会有所折扣；高分辨率的LED屏幕，价格都已经高达上百万，且在LED显示单元之间会存在缝隙。该发明针对目前显示设备价格过高，支持分辨率有限问题，显示效果无法达标的问题，实现了基于分布式结构的多台融合设备协同工作的，浸入式超高清视频体验系统，从而在控制设备成本的前提下，提高视频播放质量，和用户的观赏体验。
同时因为采取分布式结构，带来了如下四个问题：第一：投影设备本身，以及现场外界因为造成的投影图像畸变问题，和多台投影设备投影画面的无缝拼接的需要。第二：分布式结构中，各个投影融合设备之间难以协调工作，同步完成任务；第三：多台投影仪本身，存在的色彩分量，亮度差异导致融合画面，无法平滑过渡；第四：融合设备之间，播放同一视频源无法实时同步，造成播放画面之间迟滞或超前。
(二)技术方案
本发明实现的浸入式超高清视频处理系统，包括：视频融合中多图像多像素级别几何校正系统、边缘融合的三维平滑曲面颜色校正系统、视频融合中基于无线传输方式的控制系统、分布式视频同步播放浏览编辑系统。
本发明结合自动反馈控制与数字图像处理技术，对浸入式体验系统中画面的扭曲进行自动的几何校正，能够适应于任意形状的的三维曲面屏幕，同时能够将多台投影仪的每个像素的颜色调节到一致的显示特性。
(三)有益效果
本发明中可将多台投影仪画面进行任意拼接，能够完成MxN个画面的拼接。多台投影仪融合画面，和同等分辨率下单台投影仪相比，在价格上相差太多，而且单台投影仪的对比度亮度等性能指标，因为超高分辨率都有所折扣。该发明在提升视频放映质量的同时也很好的控制整套系统的成本。
本发明与已有的人工手动调整的投影融合技术相比，本发明整个调整过程中都是基于图像处理技术的反馈式调整，因而提高了调整的精度，减少了人力成本，同时本发明能够对多投影仪的像素颜色进行平滑调整，提高了融合画面的颜色显示一致性，降低了对于高端投影仪的依赖性，因而降低了整个系统的成本。
针对多台投影图像拼接的方案，经过整数像素级别和分数像素级别的几何校正，解决了重叠区域的重影问题；多颜色分量的融合参数调整，解决了多个投影画面平滑过渡的问题；可视化界面通信模块，解决了多个融合设备协同完成几何校正以及边缘融合，推送视频等问题；播放时的同步操作，不会给人丝毫分割的感觉，和迟滞的感觉，给用户身临其境的完美体验。
附图说明
图1是本发明视频融合中多图像多像素级别几何校正方法的流程图；
图2是视频画面按照三角形进行分割，按照三角形进行几何校正的示意图；
图3是视频画面按照蜂窝形进行分割，按照蜂窝形进行几何校正的示意图；
图4是视频画面按照矩形进行分割，按照矩形进行几何校正的示意图；
图5是选定区域图像进行分数像素级别的几何校正流程图；
图6是两画面拼接的示意图；
图7是本发明视频融合中多图像多像素级别几何校正系统的结构示意图；
图8是1/2像素插值原理示意图；
图9是本发明三维平滑曲面颜色校正系统的结构示意图；
图10是本发明三维平滑曲面颜色校正方法的流程图；
图11是根据控制点生成的光滑三维nurbs或贝塞尔曲面示意图；
图12是校正前相邻投影仪像素色度或亮度强度曲面示意图；
图13是相邻投影仪色度或亮度调整过渡平滑后的像素颜色强度曲面示意图；
图14是多投影仪拼接的画面示意图；
图15是本发明分布式视频融合系统中多台视频融合设备的控制装置的结构示意图；
图16是本发明分布式视频同步播放浏览编辑系统的结构示意图；
图17是本发明分布式视频同步播放浏览编辑方法的流程图；
图18是本发明超高清视频处理系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明如何进行工作说明的更加清楚，结合具体实施案例，对本发明做进一步详细说明。
根据本发明的一方面，提供一种超高清视频处理系统，如图18所示，该系统包括：视频融合多图像多像素级别几何校正系统、图像边缘融合三维平滑曲面颜色校正系统、分布式多台视频融合设备控制系统、分布式视频同步播放浏览编辑系统，其中：
所述视频融合多图像多像素级别几何校正系统包括视频融合控制设备、多个视频融合设备、多个投影仪和幕布(如图7所示)，其中：
所述视频融合控制设备与所述多个视频融合设备连接，用于启动几何调整流程，并将几何调整指令发送至锁个视频融合设备；
所述多个视频融合设备与所述多个投影仪对应连接，用于对于各个投影画面进行畸变区域的几何校正；
所述多个投影仪用于将各自接收到的输出画面投影到幕布上。
所述图像边缘融合三维平滑曲面颜色校正系统包括：交换机、图像采集设备、多个处理器、多个投影仪和幕布(如图9所示)，其中：
所述交换机与所述多个处理器连接，用于支持多个处理器之间的相互通信，传输投影仪输出画面的像素数据、像素颜色分量的调整指令；
所述多个处理器与所述多个投影仪对应连接，用于产生投影仪的输出画面数据，调整投影仪的输出画面中像素的颜色分量；
所述多个投影仪用于将各自接收到的输出画面投影到幕布上，经过调整之后多个投影仪的画面最终融合成一幅没有缝隙、过渡自然、明亮、高分辨率的画面；
所述图像采集设备与多个处理器中的一个连接，作为一个反馈装置采集多个投影仪拼接后的画面(如图14所示)，并将采集到的图像数据传输给与之相连的处理器，由该处理器对采集到的图像数据进行计算，并产生调整指令通过交换机发送至所述多个处理器，以对多个投影仪的输出画面中像素的颜色分量进行调整。
在本发明一实施例中，所述图像采集设备为摄像机或相机。
如图15所示，所述分布式多台视频融合设备控制系统包括：控制设备、多台视频融合设备以及传输介质，其中：
所述控制设备与多台视频融合设备连接，用于对于待处理视频进行自适应无损切割，通过所述传输介质将切割后得到视频和控制命令发送给多台视频融合设备，并从所述视频融合设备接收状态信息反馈；
其中，所述控制设备根据视频融合系统中投影仪的数目及其摆放位置、投影融合设备的个数以及显示画面的相对位置自适应地对于待处理视频进行无损切割。
其中，所述控制设备在完成视频无损切割之后，自适应的按照预先设定的多台视频融合设备的画面位置参数信息，将切割好的视频自适应地推送到对应的视频融合设备上。
其中，所述无损切割指的是，将待切割的视频，逐帧解码并以图片形式存储，将每帧画面按照投影设备数目以及摆放位置切割成不同组的图片，将切割出的多组图片，使用视频生成工具，按照原视频的质量系数，重新生成多组不同视频。按照如上步骤生成出的视频和原视频在分辨率，内容上相比都不存在损失。
需要指出的是，上述视频切割并没有对于每台视频融合设备需要处理的视频带来质量上的影响，从而保证了视频高分辨率的质量。
其中，所述传输介质可以是无线传输介质，也可以是有线传输介质，但是考虑到场地对于设备放置的影响，本发明主要采用的无线传输介质。所述无线传输介质包括但不限于红外传输、无线蓝牙传输以及无线网络传输等无线传输介质。
所述控制命令不仅包括播放、暂停、快进、快退、上一首、下一首等视频同步播放中经常用到的控制命令，还包括视频融合中经常用到的几何校正、边缘融合等控制命令。
所述控制设备根据从视频融合设备接收到的状态信息反馈，自适应地判断是否需要再次发送控制命令，或者等待相应的视频融合设备完成当前控制命令之后，再发送下一条控制命令；
在本发明一实施例中，所述控制设备还对于需要传输的控制命令进行压缩处理，以降低传输信息量，提高传输效率，同时降低对于传输介质的要求，在压缩待传输的控制指令后，一般市面上能够买到的红外传感器、无线蓝牙通信模块、路由器等传输设备都能够满足信息传输指标的要求，从而降低了整套装置的成本。
所述多台视频融合设备与所述控制设备连接，用于根据所述控制设备发送的各种控制命令，完成相应的操作，并通过所述传输介质向所述控制设备实时反馈状态信息。
其中，由于所述视频融合系统是基于分布式结构完成的，因此所述控制设备向每台视频融合设备发送的命令是相同的，既包括某一台视频融合设备需要响应的命令，也包括其他视频融合设备需要响应的命令，因此，某一台视频融合设备在接收到所述控制设备发出的多条命令后，从中自适应地挑选出该台视频融合设备需要响应的命令，并根据接收到的命令执行相应的操作，由此可见，多台视频融合设备彼此之间并不会产生干扰。
其中，所述状态信息包括但不限于命令是否执行完成、命令是否成功接收等信息。
根据本发明的上述技术方案，在传输条件好的情况下，比如在选择无线路由器作为传输介质的情况下，可以在控制设备上任意地操控视频融合设备，可以使用视频融合设备完成多种操作，如浏览视频融合设备上的文件，使用视频融合设备上的软件等操作，如同使用本地设备一样。
所述分布式视频同步播放浏览编辑系统包括：多个分布式视频同步播放浏览编辑子系统和网络设备，其中：
所述多个分布式视频同步播放浏览编辑子系统通过网络设备进行互联；
每个分布式视频同步播放浏览编辑子系统均包括：路由设备、网络命令数据传输模块、视频播放浏览模块、视频编辑模块和视频数据存取模块，其中：
所述路由设备与所述网络命令数据传输模块连接，用于向处在不同逻辑网络的视频同步播放浏览编辑子系统传递视频数据和视频操作命令；
所述网络命令数据传输模块分别与所述视频播放浏览模块、视频编辑模块和视频数据存取模块连接，用于通过各种网络协议进行视频数据和视频帧同步命令的传输；
所述视频播放浏览模块与所述视频数据存取模块连接，用于通过相应的网络命令数据传输模块进行视频同步命令的发送和接收，并根据所述视频同步命令严格实现视频的同步播放和浏览；
所述视频编辑模块与所述视频数据存取模块连接，用于在同步编辑视频时，根据所述网络命令数据传输模块发送的同步命令和/或本地用户的视频编辑命令对于所述视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行编辑处理，并将经编辑处理后的视频存储到所述视频数据存取模块中；
所述视频数据存取模块与所述网络命令数据传输模块、视频播放浏览模块和视频编辑模块连接，用于保存待处理视频数据和处理后视频数据。
进一步地，所述分布式视频同步播放浏览编辑系统中：
所述视频数据的传输至少包括：通过网络接收待处理视频数据，并在对所述待处理视频数据进行操作之前，将其传输到所述视频数据存取模块中进行存储。
在所述网络命令数据传输模块中，所述视频帧同步命令的传输至少包括：通过网络接收其它子系统的视频同步命令、向所述视频播放浏览模块和视频编辑模块发送视频同步命令，并将本地用户的视频处理命令通过网络发送到其它子系统，所述视频同步命令至少包括同步播放命令、同步浏览命令、同步编辑命令。
在所述视频播放浏览模块中，所述视频同步命令至少包括所述网络命令数据传输模块发送的视频同步命令以及本地用户的相关视频同步命令，所述同步播放和浏览至少包括对于待处理视频进行播放、暂停、快进、快退操作。
在同步播放视频时，所述视频播放浏览模块对于所述视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行逐帧读取和解码，并根据所述网络命令数据传输模块发送的同步命令对于每帧图像进行输出和显示，以实现对于视频的连续播放；
在同步浏览视频时，所述视频播放浏览模块对于所述视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行跨越n帧读取和解码，并根据所述网络命令数据传输模块发送的同步命令对于每帧图像进行输出和显示，以实现对于视频的连续浏览，所述同步浏览视频至少包括快退或快进浏览视频，快退或快进浏览视频的步长为n帧。
所述同步编辑命令至少包括来自其它子系统的编辑命令，以及本地用户的编辑命令。
根据本发明的另一方面，提供一种超高清视频处理方法，该方法包括以下步骤：
步骤1：利用视频融合多图像多像素级别几何校正系统进行几何校正；
步骤1的具体实施方式如下(为了叙述方便以下将视频融合多图像多像素级别几何校正系统简称为几何校正系统)：
几何校正处于视频融合中的准备阶段，主要目的包括：第一，完成多幅投影画面之间的无缝拼接；第二，完成不同方式的投影，如：柱面投影，球面投影。第三，存储几何校正之后的坐标数据，这部分数据在视频融合播放中要用到。
图1是本发明视频融合多图像多像素级别几何校正步骤的流程图，如图1所示，所述视频融合多图像多像素级别几何校正步骤包括自适应划分投影画面、多种图像的几何划分、独立调节投影图像几何划分顶点、多种像素级别(1/2,1/4,1/8)的几何校正几个步骤，具体地，所述步骤1包括以下步骤：
步骤1.1：按照现场的实际投影需求，调节图7中的多个投影仪1-N，确定N个投影仪的粗略位置；
步骤1.2：根据投影图像的细节多少和现场投影的需要，比如配合多种投影需求(球面投影，柱形投影，平面投影)，选择不同的几何校正模式以及各个投影画面中的几何划分的顶点个数，将投影图像划分为若干个几何分块，每个几何分块都是一个校正单元；
其中，所述几何校正模式包括但不限于三角形划分调整模式、蜂窝形划分调整模式和矩形划分调整模式等，不同的划分模式指的是使用三角形、蜂窝形或矩形等不同的图形对于图像进行划分，如图2、3和4所示，三角形、蜂窝形或矩形的具体个数与需要调节的区域大小有关，理论上可将整幅画面进行任意份数的划分，但本领域技术人员可以了解，份数划分越多，每一块几何分块引入的几何形变就越小，这样就使得几何校正更加地精确。在实际应用中，可以根据实际的场地情况，选择不同的校正方式，使得画面重叠处平滑拼接，不会给观赏者带来图像撕裂感，图6是两画面拼接的示意图。
步骤1.3：根据各个投影仪输出的画面是否符合重叠区域大小的要求，进一步确定投影仪的位置，在这一步骤中，将投影仪的实际摆放位置确定下来；
其中，重叠区域大小的选择不受限制，本发明可以做到投影图像100％的重叠校正。
步骤1.4：根据各个投影画面的现场畸变，分别对各个投影画面进行畸变区域的几何校正，完成粗略的几何调整；
该步骤中，在调整各个投影画面时，需要操控与投影仪相连接的对应的视频融合设备，各个投影画面在进行调整时，其调节过程和调节效果相互独立，不会相互影响，也就是说，每个输出图像都能够独立的进行几何校正，这样对于整幅画面的形变能够平均在每个投影图像上，从而避免某一台图像的形变太大，形成扭曲。但需要注意，对于单个画面的调节，请勿引入过多几何校正，否则影响最后的观影效果。
步骤1.5：在步骤1.4几何调整的基础上，依次调节畸变区域内的几何图形划分的顶点；
图像分割出的每个几何形状的顶点均是可以移动的，因此可根据现场的需要，对于画面进行任意的移动和旋转。
该步骤中，首先使用鼠标选择需要调整的顶点，然后使用键盘完成顶点的移动，从而完成图形的移动和旋转。虽然各个顶点均可进行单独调节，但是在调节过程中，仍要注意需要保持每个顶点与周围顶点的相对位置关系不变，相对位置关系不变指的是顶点之间的上下左右位置不可颠倒，以确保最后的投影画面不会反生人为的失真。
步骤1.6：根据投影内容不同以及拼接精度的需要，对于需要更为精确调节的区域，进行不同分数精度的几何校正，比如1/2、1/4、1/8的像素精度，并存储各个图像的几何校正数据。
如图5所示，所述步骤1.6进一步包括以下步骤：
步骤1.61：选定需要进行分数像素精度调节的区域，对该区域进行不同分数精度的插值放大；
步骤1.62：对于进行插值放大的区域进行几何校正，具体校正步骤可参照所述步骤3；
步骤1.63：完成几何校正之后，再将放大区域缩小到原来的尺寸。
其中，图像插值采用1/2、1/4或1/8插值法，这样就可以进行2倍图像放大，4倍图像放大，8倍图像放大。1/2插值法如图8所示，图中A,B,C,D为原图像的点，a,b,c,d,e,f…等小写字母表示插值产生的新像素点。具体产生公式如下所示：
a＝n0*A+(1-n0)*C，
b＝n0*A+(1-n0)*B，
c＝n0*a+(1-n0)*d，
其中，n0为插值权重系数，取值范围为0到1之间，可根据实际情况调整。1/4、1/8插值过程分别在1/2和1/4插值的基础上完成。
步骤2：利用边缘融合三维平滑曲面颜色校正系统进行所有投影仪的颜色一致性调整；
所述步骤2进一步包括以下步骤：
步骤2.1，对于图像采集设备进行校正处理；
其中，所述校正处理至少包括颜色校正，即对于图像采集设备进行渐晕校正和白平衡校正，确保其捕获的图片能够真实反映实际的投影画面。
步骤2.2，对于多个投影仪进行参数测量；
其中，所述参数测量为反馈式颜色校正参数测量，通过该步骤，可自动测量出多个投影仪中每个像素的调整参数。
接下来以RGB色彩空间为例对该步骤进行说明，但本领域技术人员应当理解，在实际操作中并不局限于RGB色彩空间。
所述步骤2.2进一步包括以下步骤：
步骤2.2.1，调整图像采集设备的拍摄参数，其包括但不限于拍摄距离、光圈和镜头焦距，以使投影拼接后得到的画面在成像区域具有足够的亮度又不饱和，并使整幅画面清晰；
步骤2.2.2，调整投影仪的位置，使相邻投影仪按照设定重叠宽度进行精确的像素重叠，如图14所示。
步骤2.2.3，以反馈方式进行投影仪像素RGB颜色分量校正参数测量；
其中，所述参数包括但不限于：像素点R颜色分量缩放系数RsCale、像素点G颜色分量缩放系数Gscale、像素点B颜色分量缩放系数Bscale、像素点R颜色分量补偿值Roffset、像素点G颜色分量补偿值Goffset、像素点B颜色分量补偿值Boffest。
所述步骤2.2.3进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1，对多个投影仪画面中每个像素的G颜色分量校正参数进行测量，经本步骤可测量计算出多个投影仪画面中每个像素的Gscale和Goffest；
所述步骤2.2.3.1进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.1，测量多个投影仪画面中每个像素的G颜色分量的补偿值Goffset；
所述步骤2.2.3.1.1进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.1.1，将多个投影仪输出画面的RGB颜色分量值调整为0；
步骤2.2.3.1.1.2，利用处理器捕获的投影仪整体图像，计算投影画面中非重叠区域(如图14非阴影区域所示)的像素点的G颜色分量的梯度值，并选取其中的最大值作为判断投影画面G颜色分量是否平滑的判断阈值；
步骤2.2.3.1.1.3，利用处理器捕获图像采集设备拍摄的投影仪整体画面；
步骤2.2.3.1.1.4，利用得到的整体画面调整多个投影仪输出画面的G颜色分量值；
所述步骤2.2.3.1.1.4进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.1.4.1，提取整体画面的G分量二维矩阵，通过插值得到与投影仪输出画面分辨率相同的画面；
步骤2.2.3.1.1.4.2，将G颜色分量的二维矩阵表示成三维曲面；
步骤2.2.3.1.1.4.3，根据步骤2.2.3.1.1.4.2得到的三维曲面上每个像素点的梯度值对投影仪输出画面的G颜色分量进行调整。
所述步骤2.2.3.1.1.4.3进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.1.4.3.1，遍历步骤2.2.3.1.1.4.2得到的三维曲面上的每个像素点，如果有像素处的梯度值大于步骤2.2.3.1.1.2确定的阈值则进行步骤2.2.3.1.1.4.3.2、2.2.3.1.1.4.3.3的操作；
步骤2.2.3.1.1.4.3.2，生成调整投影仪输出画面的G颜色分量的Bezier曲面；
所述步骤2.2.3.1.1.4.3.2进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.1.4.3.2.1，初始化Bezier曲面，产生一个平面的Bezier曲面与Z轴垂直，且该平面在Z轴方向的投影为d，含有M*N个控制点，该曲面的分辨率与投影仪输出画面经过如图14所示的拼接后的整体画面的分辨率一致；
步骤2.2.3.1.1.4.3.2.2，调整步骤2.2.3.1.1.4.3.2.1生成的Bezier曲面。
所述步骤2.2.3.1.1.4.3.2.2进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.1.4.3.2.2.1，在步骤2.2.3.1.1.4.3.1中确定的像素点作为本步骤的目标点，在目标点的梯度的反方向选取距离最近的Bezier曲面控制点；
步骤2.2.3.1.1.4.3.2.2.2，将步骤2.2.3.1.1.4.3.2.2.1中选定的控制点向Z轴的正方向调整1个单位；
步骤2.2.3.1.1.4.3.2.2.3，根据新的控制点的位置重新生成新的Bezier曲面，如图11所示。
步骤2.2.3.1.1.4.3.3，按照步骤2.2.3.1.1.4.3.2得到的Bezier曲面对投影仪输出画面进行调整。
所述步骤2.2.3.1.1.4.3.3进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.1.4.3.3.1，计算Bezier曲面上每个点的调整值，即Bezier曲面上每个点的Z值减去d所得的结果；
步骤2.2.3.1.1.4.3.3.2，将Bezier曲面上每个点的调整值加到投影仪输出画面中对应的像素点的G颜色分量上。
步骤2.2.3.1.1.5，循环进行步骤2.2.3.1.1.3、2.2.3.1.1.4，直到投影仪整体画面中G颜色分量平滑过渡，并记录投影仪输出画面中每个像素的G颜色分量数值，作为每个像素点的Goffset。
其中，平滑过渡的判断依据是投影仪整体画面中每个像素点G颜色分量的梯度小于等于在步骤2.2.3.1.1.2中得到的阈值。
步骤2.2.3.1.2，测量多个投影仪画面中每个像素的G颜色分量缩放系数Gscale测量。
所述步骤2.2.3.1.2进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.2.1，将多个投影仪输出画面的G颜色分量调整为最大值，其它颜色分量调整为0；
步骤2.2.3.1.2.2，利用处理器捕获的整体图像，计算投影画面中非重叠区域(如图14非阴影区域所示)的像素点的G颜色分量的梯度值，并选取其中的最大值作为判断投影画面G颜色分量是否平滑的判断阈值；
步骤2.2.3.1.2.3，利用处理器捕获图像采集设备拍摄的投影仪整体画面；
步骤2.2.3.1.2.4，利用得到的整体画面调整多个投影仪输出画面的G颜色分量值；
所述步骤2.2.3.1.2.4进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.2.4.1，提取整体画面的G分量二维矩阵，通过插值得到与投影仪输出画面分辨率相同的画面；
步骤2.2.3.1.2.4.2，将步骤2.2.3.1.2.4.1得到的二维矩阵表示成三维曲面；
步骤2.2.3.1.2.4.3，根据步骤2.2.3.1.2.4.2得到的三维曲面上每个像素点的梯度值对投影仪输出画面的G颜色分量进行调整；
所述步骤2.2.3.1.2.4.3进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.2.4.3.1，遍历步骤2.2.3.1.2.4.2得到的三维曲面上的每个像素点，如果有像素处的梯度值大于步骤2.2.3.1.2.2确定的阈值则进行步骤2.2.3.1.2.4.3.2、2.2.3.1.2.4.3.3的操作；
步骤2.2.3.1.2.4.3.2，生成调整投影仪输出画面G颜色分量的Bezier曲面；
所述步骤2.2.3.1.2.4.3.2进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.2.4.3.2.1，初始化Bezier曲面，产生一个平面的Bezier曲面与Z轴垂直，且该平面在Z轴方向的投影为d，含有M*N个控制点，该曲面的分辨率与投影仪输出画面经过如图14所示的拼接后的整体画面的分辨率一致；
步骤2.2.3.1.2.4.3.2.2，调整步骤2.2.3.1.2.4.3.2.1生成的Bezier曲面。
所述步骤2.2.3.1.2.4.3.2.2进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.2.4.3.2.2.1，在步骤2.2.3.1.2.4.3.1中确定的像素点作为本步骤的目标点，在目标点的梯度方向选取距离最近的Bezier曲面控制点；
步骤2.2.3.1.2.4.3.2.2.2，将步骤2.2.3.1.2.4.3.2.2.1中选定的控制点沿着Z轴的负方向调整1个单位；
步骤2.2.3.1.2.4.3.2.2.3，根据新的控制点的位置重新生成新的Bezier曲面，如图11所示。
步骤2.2.3.1.2.4.3.3，按照步骤2.2.3.1.2.4.3.2.2.3得到的Bezier曲面对投影仪输出画面进行调整。
所述步骤2.2.3.1.2.4.3.3进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.2.4.3.3.1，计算Bezier曲面上每个点的调整值，即Bezier曲面上每个点的Z值减去d所得的结果；
步骤2.2.3.1.2.4.3.3.2，将Bezier曲面上每个点的调整值加到投影仪输出画面中对应的像素点的G颜色分量上。
步骤2.2.3.1.2.5，循环进行步骤2.2.3.1.2.3、2.2.3.1.2.4，直到投影仪整体画面中G颜色分量平滑过渡，并记录投影仪输出画面中每个像素点上的G颜色分量值，计算得到每个像素点的G分量缩放系数Gscale。
其中，平滑过渡的判断依据是投影仪整体画面中每个像素点G颜色分量的梯度小于等于在步骤2.2.3.1.2.2中得到的阈值。
所述步骤2.2.3.1.2.5计算每个像素点的G分量缩放系数Gscale的步骤进一步包括以下步骤：
步骤2.2.3.1.2.5.1，计算每个像素点G颜色分量的范围：用该像素点当前的G颜色分量的值减去该像素点G颜色分量的补偿值，作为该像素点的颜色分量范围；
步骤2.2.3.1.2.5.2，计算每个像素点G颜色分量的缩放系数Gscale：用该像素点G颜色分量的范围除以255，作为该像素点G颜色分量的缩放系数Gscale。
图12是校正前相邻投影仪像素色度或亮度强度曲面示意图，图13是相邻投影仪色度或亮度调整过渡平滑后的像素颜色强度曲面示意图。
步骤2.2.3.2，对多个投影仪画面中每个像素的B颜色分量校正参数进行测量，经本步骤可测量计算出多个投影仪画面中每个像素的Bscale和Boffset。；
本步骤中B颜色分量校正参数的测量与步骤2.2.3.1中的G颜色分量校正参数的测量方式相同，具体过程请参照步骤2.2.3.1，此处不再赘述。
步骤2.2.3.3，对多个投影仪画面中每个像素的R颜色分量校正参数进行测量，经本步骤可测量计算出多个投影仪画面中每个像素的Rscale和Roffest；
本步骤中R颜色分量校正参数的测量与步骤2.2.3.1中的G颜色分量校正参数的测量方式相同，具体过程请参照步骤2.2.3.1，此处不再赘述。
步骤2.3，根据所述步骤2.2测量得到的参数对于每个投影仪的像素的颜色分量(如RGB)进行调整，最终将所有像素均经过调整后的图像经投影仪输出到幕布上进行融合。
其中，令某像素(r,g,b)其调整后得到的像素值为(r′,g′,b′),，则调整公式可表示为：
(r′=r*Rscale+Roffset,g′＝g*Gscale+Goffset,b′＝b*Bscale+Boffset)。，
其中，每个像素都有自己的参数：Rscale、Gscale、Bscale、Roffset、Goffset、Boffset)。
以上本发明三维平滑曲面颜色校正步骤都是自动进行的，不需要人工操作，具有精度高、融合速度快等优点。
步骤3：利用分布式多台视频融合设备控制系统进行所有投影仪显示画面的基于帧方式的同步；
所述步骤3进一步包括以下步骤：
步骤3.1，根据实际投影需求，初步确定分布式视频融合系统中多台投影仪的位置，并选择一种传输介质建立控制设备与多台视频融合设备之间的连接；
其中，所述投影需求包括但不限于平面投影、球面投影、画面拼接方式等投影需求。
其中，所述传输介质可以是无线传输介质，也可以是有线传输介质，但是考虑到场地对于设备放置的影响，本发明主要采用的无线传输介质。所述无线传输介质包括但不限于红外传输、无线蓝牙传输以及无线网络传输等无线传输介质。
步骤3.2，所述控制设备根据投影仪的个数和摆放的相对位置，自适应地对于待处理视频进行无损切割，并通过传输介质，按照预先设置，将切割好的视频自适应地推送到对应的视频融合设备中去；
步骤3.3，所述控制设备根据现场的投影需求，确定几何校正命令，并通过传输介质发送给视频融合设备；
其中，所述几何校正命令包括但不限于几何校正调整方式、重叠区域大小等命令。
在本发明一实施例中，所述步骤3.3还包括按照重叠区域大小移动所述投影仪1-N(如图15所示)的位置，将N个投影仪的粗略位置确定下来，并且根据现场环境，设置视频无损切割方式以及数目的步骤。
步骤3.4，所述视频融合设备根据所述控制设备发送的几何校正命令完成几何校正操作，并向所述控制设备反馈操作完成信息；
步骤3.5，所述控制设备确定边缘融合命令，并通过传输介质发送给视频融合设备，以使多个投影画面在拼接处能够平滑过渡；
其中，所述边缘融合命令包括但不限于暗场三维平滑、亮度三维平滑缩放、RGB三通道三维平滑缩放命令。
步骤3.6，所述视频融合设备根据所述控制设备发送的边缘融合命令完成边缘融合操作，并向所述控制设备反馈操作完成信息；
步骤3.7，所述控制设备通过可视化界面初始化播放列表，并向各个视频融合设备发送同步播放命令，所述视频融合设备接收到同步播放命令后执行视频播放任务。
其中，所述同步播放命令包括但不限于播放、暂停、快进、快退、上一首、下一首等视频同步播放中经常用到的控制命令，在执行同步播放时，用户可根据实际需要进行设定。
步骤4：利用分布式视频同步播放浏览编辑系统进行分布式的多投影仪的画面显示。
如图17所示，所述步骤4进一步包括以下步骤：
步骤4.1，在对待处理视频进行播放、浏览、编辑等操作之前，先通过各个分布式视频同步播放浏览编辑子系统中的网络命令数据传输模块将待处理视频传输到各个视频数据存取模块中进行存储；
步骤4.2，当开启视频同步播放功能时，各个分布式视频同步播放浏览编辑子系统中的网络命令数据传输模块向相应的视频播放浏览模块发送同步播放命令，所述视频播放浏览模块对于视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行逐帧读取、解码，并根据接收到的同步播放命令于每帧图像进行输出和显示，循环执行该步骤即可实现对于视频的连续播放，直至所述网络命令数据传输模块收到退出同步播放命令；
步骤4.3，当开启视频同步浏览中的快退或快进功能时，各个分布式视频同步播放浏览编辑子系统中的网络命令数据传输模块向相应的视频播放浏览模块发送同步浏览命令，所述视频播放浏览模块对于视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行跨越n帧读取和解码，并根据所述网络命令数据传输模块发送的同步浏览命令对于每帧图像进行输出和显示，循环执行该步骤即可实现对于视频的连续浏览，直至所述网络命令数据传输模块收到退出同步浏览命令；
步骤4.4，当开启视频同步编辑功能时，各个分布式视频同步播放浏览编辑子系统中的网络命令数据传输模块向相应的视频编辑模块发送同步编辑命令，并将本地用户的同步编辑命令通过网络发送给其它子系统，所述视频编辑模块根据所述网络命令数据传输模块发送的同步编辑命令对于所述视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行编辑处理，并将经编辑处理后的视频发送到所述视频数据存取模块中进行存储，循环执行该步骤即可实现对于视频的编辑，直至所述网络命令数据传输模块收到退出同步编辑命令。
其中，所述同步编辑命令至少包括来自其它子系统的编辑命令，比如亮度调整、滤波处理、添加图片、形状绘制等命令以及本地用户的编辑命令，比如亮度调整、滤波处理、添加图片、形状绘制等命令。
在实际的实施过程中，首先会执行步骤4.1，步骤4.2～4.4属于独立步骤，没有固定的执行次序，用户可根据自己实际的需要安排执行顺序。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，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)
1.一种超高清视频处理系统，其特征在于，该系统包括：视频融合多图像多像素级别几何校正系统、图像边缘融合三维平滑曲面颜色校正系统、分布式多台视频融合设备控制装置、分布式视频同步播放浏览编辑系统，其中：
所述视频融合多图像多像素级别几何校正系统包括视频融合控制设备、多个视频融合设备、多个投影仪和幕布；
所述图像边缘融合三维平滑曲面颜色校正系统包括：交换机、图像采集设备、多个处理器、多个投影仪和幕布；
所述分布式多台视频融合设备控制装置包括：控制设备、多台视频融合设备以及传输介质；
所述分布式视频同步播放浏览编辑系统包括：多个分布式视频同步播放浏览编辑子系统和网络设备。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述视频融合多图像多像素级别几何校正系统中：
所述视频融合控制设备与所述多个视频融合设备连接，用于启动几何调整流程，并将几何调整指令发送至锁个视频融合设备；
所述多个视频融合设备与所述多个投影仪对应连接，用于对于各个投影画面进行畸变区域的几何校正；
所述多个投影仪用于将各自接收到的输出画面投影到幕布上。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述图像边缘融合三维平滑曲面颜色校正系统中：
所述交换机与所述多个处理器连接，用于支持多个处理器之间的相互通信，传输投影仪输出画面的像素数据、像素颜色分量的调整指令；
所述多个处理器与所述多个投影仪对应连接，用于产生投影仪的输出画面数据，调整投影仪的输出画面中像素的颜色分量；
所述多个投影仪用于将各自接收到的输出画面投影到幕布上，经过调整之后多个投影仪的画面最终融合成一幅画面；
所述图像采集设备与多个处理器中的一个连接，作为一个反馈装置采集多个投影仪拼接后的画面，并将采集到的图像数据传输给与之相连的处理器，由该处理器对采集到的图像数据进行计算，并产生调整指令通过交换机发送至所述多个处理器，以对多个投影仪的输出画面中像素的颜色分量进行调整。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分布式多台视频融合设备控制装置中：
所述控制设备与多台视频融合设备连接，用于对于待处理视频进行自适应无损切割，通过所述传输介质将切割后得到视频和控制命令发送给多台视频融合设备，并从所述视频融合设备接收状态信息反馈；
所述控制设备根据从视频融合设备接收到的状态信息反馈，自适应地判断是否需要再次发送控制命令，或者等待相应的视频融合设备完成当前控制命令之后，再发送下一条控制命令；
所述多台视频融合设备与所述控制设备连接，用于根据所述控制设备发送的各种控制命令，完成相应的操作，并通过所述传输介质向所述控制设备实时反馈状态信息。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述分布式视频同步播放浏览编辑系统中：
所述多个分布式视频同步播放浏览编辑子系统通过网络设备进行互联；
每个分布式视频同步播放浏览编辑子系统均包括：路由设备、网络命令数据传输模块、视频播放浏览模块、视频编辑模块和视频数据存取模块，其中：
所述路由设备与所述网络命令数据传输模块连接，用于向处在不同逻辑网络的视频同步播放浏览编辑子系统传递视频数据和视频操作命令；
所述网络命令数据传输模块分别与所述视频播放浏览模块、视频编辑模块和视频数据存取模块连接，用于通过各种网络协议进行视频数据和视频帧同步命令的传输；
所述视频播放浏览模块与所述视频数据存取模块连接，用于通过相应的网络命令数据传输模块进行视频同步命令的发送和接收，并根据所述视频同步命令严格实现视频的同步播放和浏览；
所述视频编辑模块与所述视频数据存取模块连接，用于在同步编辑视频时，根据所述网络命令数据传输模块发送的同步命令和/或本地用户的视频编辑命令对于所述视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行编辑处理，并将经编辑处理后的视频存储到所述视频数据存取模块中；
所述视频数据存取模块与所述网络命令数据传输模块、视频播放浏览模块和视频编辑模块连接，用于保存待处理视频数据和处理后视频数据。
6.一种超高清视频处理方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
步骤1：利用视频融合多图像多像素级别几何校正系统进行几何校正；
步骤2：利用边缘融合三维平滑曲面颜色校正系统进行所有投影仪的颜色一致性调整；
步骤3：利用分布式多台视频融合设备控制系统进行所有投影仪显示画面的基于帧方式的同步；
步骤4：利用分布式视频同步播放浏览编辑系统进行分布式的多投影仪的画面显示。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括以下步骤：
步骤1.1：调节多个投影仪的粗略位置；
步骤1.2：选择不同的几何校正模式以及各个投影画面中的几何划分的顶点个数，将投影图像划分为若干个几何分块，每个几何分块都是一个校正单元；
步骤1.3：根据各个投影仪输出的画面是否符合重叠区域大小的要求，进一步确定投影仪的位置；
步骤1.4：根据各个投影画面的现场畸变，分别对各个投影画面进行畸变区域的几何校正，完成粗略的几何调整；
步骤1.5：在步骤1.4几何调整的基础上，依次调节畸变区域内的几何图形划分的顶点；
步骤1.6：根据投影内容不同以及拼接精度的需要，对于需要更为精确调节的区域，进行不同分数精度的几何校正，并存储各个图像的几何校正数据。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括以下步骤：
步骤2.1，对于图像采集设备进行校正处理；
步骤2.2，对于多个投影仪进行参数测量；
步骤2.3，根据所述步骤2.2测量得到的参数对于每个投影仪的像素的颜色分量进行调整，最终将所有像素均经过调整后的图像经投影仪输出到幕布上进行融合。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤3进一步包括以下步骤：
步骤3.1，根据实际投影需求，初步确定分布式视频融合系统中多台投影仪的位置，并选择一种传输介质建立控制设备与多台视频融合设备之间的连接；
步骤3.2，所述控制设备根据投影仪的个数和摆放的相对位置，自适应地对于待处理视频进行无损切割，并通过传输介质，按照预先设置，将切割好的视频自适应地推送到对应的视频融合设备中去；
步骤3.3，所述控制设备根据现场的投影需求，确定几何校正命令，并通过传输介质发送给视频融合设备；
步骤3.4，所述视频融合设备根据所述控制设备发送的几何校正命令完成几何校正操作，并向所述控制设备反馈操作完成信息；
步骤3.5，所述控制设备确定边缘融合命令，并通过传输介质发送给视频融合设备，以使多个投影画面在拼接处能够平滑过渡；
步骤3.6，所述视频融合设备根据所述控制设备发送的边缘融合命令完成边缘融合操作，并向所述控制设备反馈操作完成信息；
步骤3.7，所述控制设备通过可视化界面初始化播放列表，并向各个视频融合设备发送同步播放命令，所述视频融合设备接收到同步播放命令后执行视频播放任务。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述步骤4进一步包括以下步骤：
步骤4.1，在对待处理视频进行操作之前，通过各个分布式视频同步播放浏览编辑子系统中的网络命令数据传输模块将待处理视频传输到各个视频数据存取模块中进行存储；
步骤4.2，当开启视频同步播放功能时，各个分布式视频同步播放浏览编辑子系统中的网络命令数据传输模块向相应的视频播放浏览模块发送同步播放命令，所述视频播放浏览模块对于视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行逐帧读取、解码，并根据接收到的同步播放命令于每帧图像进行输出和显示，循环执行该步骤即可实现对于视频的连续播放，直至所述网络命令数据传输模块收到退出同步播放命令；
步骤4.3，当开启视频同步浏览中的快退或快进功能时，各个分布式视频同步播放浏览编辑子系统中的网络命令数据传输模块向相应的视频播放浏览模块发送同步浏览命令，所述视频播放浏览模块对于视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行跨越n帧读取和解码，并根据所述网络命令数据传输模块发送的同步浏览命令对于每帧图像进行输出和显示，循环执行该步骤即可实现对于视频的连续浏览，直至所述网络命令数据传输模块收到退出同步浏览命令；
步骤4.4，当开启视频同步编辑功能时，各个分布式视频同步播放浏览编辑子系统中的网络命令数据传输模块向相应的视频编辑模块发送同步编辑命令，并将本地用户的同步编辑命令通过网络发送给其它子系统，所述视频编辑模块根据所述网络命令数据传输模块发送的同步编辑命令对于所述视频数据存取模块中存储的待处理视频数据进行编辑处理，并将经编辑处理后的视频发送到所述视频数据存取模块中进行存储，循环执行该步骤即可实现对于视频的编辑，直至所述网络命令数据传输模块收到退出同步编辑命令。
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