CN105635752B - 一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统及显示方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统及显示方法，所述显示系统包括依次连接的信号源、编码器、交换机、解码器以及显示单元，交换机同时对应多个编码器和解码器；多个解码器之间通过以太网消息交互同步当前处理帧的时间戳；多个解码器之间通过同步线依次连接，将其中一个解码器作为主设备，其余的解码器作为从设备，主设备向从设备发送时钟信号和同步数据，从设备通过时钟信号同步自己的内部时钟；解码器向编码器发送数据接收报告，所述编码器根据接收的报告调整发送速率。本发明将多个解码器的系统时钟同步，将每个解码器中的显示模块的内部时钟同步，将每个解码器内部处理的帧进行同步，最终真正实现图像同步显示在屏幕上。

Description

一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统及显示方法
技术领域
本发明涉及视频传输和显示技术领域，尤其涉及一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统及显示方法。
背景技术
分布式拼接屏领域中，编码器负责采集信号源转换为图像，并对图像进行编码发送，码流经交换机输出到解码器，再由解码器解码呈现到显示单元完成图像显示。每个解码器可以显示若干个信号源，每个信号源可以跨显示单元开窗/关窗，放大/缩小，任意叠加/平铺。
由于解码器物理上彼此独立，显示模块的内部时钟不同源，因此需要对显示模块的时钟进行同步，由于每个解码器在物理上彼此独立，解码器内部视频处理时间及过程存在差异，导致呈现端图像显示容易发生不同步，具体表现为画面撕裂。传统的集中式拼接屏扩展性差，必须增加额外的同步器或者多台设备级联才能实现同步。没有实现多级同步，无法保证图像在呈现端同步显示。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统和一种用于分布式拼接屏的多级同步显示方法，将多个解码器的系统时钟同步，将每个解码器中的显示模块的内部时钟同步，将每个解码器内部处理的帧进行同步，最终真正实现图像同步显示在屏幕上。
本发明的技术方案是一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统，包括依次连接的信号源、编码器、交换机、解码器以及显示单元，交换机同时对应多个编码器和解码器，所述编码器为每帧数据打上时间戳，该时间戳在编码、传输、解码和混合过程中都不变；多个解码器之间通过以太网消息交互同步当前处理帧的时间戳；多个解码器之间通过同步线依次连接，将其中一个解码器作为主设备，其余的解码器作为从设备，主设备向从设备发送时钟信号和同步数据，从设备通过时钟信号同步自己的内部时钟；解码器向编码器发送数据接收报告，所述编码器根据接收的报告调整发送速率。
进一步地，所述解码器包括接收模块、解码模块、混合模块和显示模块，每两个相邻的解码器中的显示模块通过同步线依次连接。
进一步地，所述时间戳包括两个：一个是码流进入解码模块时的第一时间戳，另一个是解码完成后送入混合模块时的第二时间戳；作为主设备的一个解码器向其余的所有解码器请求当前的第一时间戳和第二时间戳，作为从设备的所有的解码器回应自己的第一时间戳和第二时间戳给作为主设备的解码器；主设备接收所有从设备发送的第一时间戳和第二时间戳，分别选取数值最小的第一时间戳和第二时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第一时间戳和第二时间戳分别向所述标准对齐。
进一步地，每个解码器上都有一个输入接口和一个输出接口，上一个解码器的输出接口通过同步线连接下一个解码器的输入接口，最后一个解码器的输出接口连接第一个解码器的输入接口。
进一步地，主设备向从设备发送的同步数据包括进入显示模块的图像所携带的混合帧序号和显示模块当前输出图像所携带的输出帧序号；从设备的混合模块中，下一个混合完成的帧使用主设备发送的混合帧序号。
进一步地，从主设备开始，每相邻的两个解码器之间依次将输出帧序号进行对比，选取数值较小的一个输出帧序号，对比后，将数值最小的一个输出帧序号发送到主设备中，然后每个解码器根据自己的输出帧序号与数值最小的那个输出帧序号之间的差值，调整下一帧图像的输出时间。
进一步地，解码器中的接收模块设置有阀值；所述接收模块还对帧做有效性检查。
一种用于分布式拼接屏的多级同步显示方法，包括：
打戳步骤：编码器为每帧数据打上时间戳，该时间戳在编码、传输、解码和混合过程中都不变；
主从设备同步步骤：多个解码器之间通过同步线依次连接，将其中一个解码器作为主设备，其余的解码器作为从设备，主设备向从设备发送时钟信号和同步数据，从设备通过时钟信号同步自己的内部时钟；
时间戳同步步骤：多个解码器之间通过以太网消息交互同步当前处理帧的时间戳；
数据反馈步骤：解码器向编码器发送数据接收报告，所述编码器根据接收的报告调整发送速率。
进一步地，所述时间戳同步步骤包括：
第一时间戳同步步骤：作为主设备的一个解码器向其余的所有解码器请求当前的第一时间戳，作为从设备的其余解码器回应自己的第一时间戳给作为主设备的解码器；主设备接收所有从设备发送的第一时间戳，选取数值最小的第一时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第一时间戳向所述数值最小的第一时间戳对齐；
所述第一时间戳是码流进入解码模块时的时间戳；以及
第二时间戳同步步骤：作为主设备的一个解码器向其余的所有解码器请求当前的第二时间戳，作为从设备的其余解码器回应自己的第二时间戳给作为主设备的解码器；主设备接收所有从设备发送的第二时间戳，选取数值最小的第二时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第二时间戳向所述数值最小的第二时间戳对齐；
所述第二时间戳是解码完成后送入混合模块的时间戳。
进一步地，所述主从设备同步步骤包括：
同步线连接步骤：将上一个解码器的输出接口通过同步线连接下一个解码器的输入接口，最后一个解码器的输出接口连接第一个解码器的输入接口；
时钟信号发送步骤：主设备通过输出接口向第一个从设备的输入接口输出时钟信号，该第一个从设备通过输出接口向第二个从设备传递时钟信号，以此类推；以及
同步数据发送步骤：包括混合帧序号同步步骤和输出帧序号同步步骤；其中
所述混合帧同步步骤包括：主设备将当前混合帧序号的设定值发给所有的从设备，从设备收到后设置自己的帧序号为所述设定值，即下一个混合完成的帧将使用所述设定值作为帧序号；
所述输出帧同步步骤包括：从主设备开始，每相邻的两个解码器之间依次将输出帧序号进行对比，选取数值较小的一个输出帧序号，对比后，将数值最小的一个输出帧序号发送到主设备中，然后每个解码器根据自己的输出帧序号与数值最小的那个输出帧序号之间的差值，调整下一帧图像的输出时间。
进一步地，所述数据反馈步骤包括：
帧数据拆分步骤：编码器将每帧数据拆分成固定长度的分片，每帧分片由按递增序号进行标识；
报文接收步骤：解码器接收模块，收到分片报文以后，检查序号是否连续，统计丢包、乱序的报文数，以及帧超时个数；
报告发送步骤：解码器定时向编码器发送接收报告，报告中携带该路信号在该解码器接收过程中的接收包总数、丢包数、乱序报文数，以及帧超时个数；以及
发送速率调整步骤：编码器根据接收到的解码器的报告调整向该解码器发送数据的速率。
有益效果：将多个解码器的系统时钟同步，将每个解码器中的显示模块的内部时钟同步，将每个解码器内部处理的帧进行同步，最终真正实现图像同步显示在屏幕上。
附图说明
图1是分布式拼接屏多级同步显示系统的结构框图；
图2是解码器的结构框图；
图3是解码器的结构框图。
图中标记：1-信号源；2-编码器；3-交换机；4-编码器；5-显示单元；6-接收模块；7-解码模块；8-混合模块；9-显示模块。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的较优的实施例作进一步的详细说明：
接合图1，信号源1、编码器2、交换机3、解码器4以及显示单元5依次连接，交换机3同时连接多个编码器2和解码器4每个编码器2连接一个信号源1，每个解码器4连接一个显示单元5。
所述编码器2为每帧数据打上时间戳，该时间戳在编码、传输、解码和混合过程中都不变。
解码器4还连接与之对应的编码器2，用于向编码器2反馈数据接收报告。
具体反馈接收报告的过程如下：编码器2将每帧数据拆分成固定长度的分片，以太网中分片长度应小于MTU，假设为1400，每帧分片由按递增序号进行标识。
解码器4接收模块6，收到分片报文以后，检查序号是否连续，统计丢包、乱序的报文数，以及帧超时个数。
解码器4定时向编码器2发送接收报告，报告中携带该路信号在该解码器4接收过程中的接收包总数、丢包数、乱序报文数、以及帧超时个数。
编码器2按照丢包和乱序报文数最多的接收报告调整发送速率（相邻两包发包间隔），初始发包间隔为5微秒，最大发包间隔按照20毫秒/最大分片数计算，每次调整3~5微秒，直到丢包率<0.01%，乱序率<0.01%。
编码器2按照帧超时数最多的接收报告调整发送速率（相邻两包发包间隔），最小发包间隔为5微秒，每次调整3~5微秒，直到帧超时率<0.01%。
结合图2和图3，解码器4包括接收模块6、解码模块7、混合模块8和显示模块9。多个解码器4之间通过同步线依次连接，将其中一个解码器4作为主设备，其余的解码器4作为从设备。每个解码器4上都有一个输入接口和一个输出接口，上一个解码器4的输出接口通过同步线连接下一个解码器4的输入接口，最后一个解码器4的输出接口连接第一个解码器4的输入接口，形成所有解码器4之间的环形串联。每个解码器4中的显示器都同时连接所述输入接口和输出接口。
主设备通过输出接口向第一个从设备的输入接口输出时钟信号，该第一个从设备通过输出接口向第二个从设备传递时钟信号，以此类推，最后所有解码器4的内部时钟实现同步。
主设备还向从设备发送同步数据，所述同步数据包括进入显示模块9的图像所携带的混合帧序号和显示模块9当前输出图像所携带的输出帧序号；主设备将当前混合帧序号的设定值发给所有的从设备，从设备收到后设置自己的帧序号为所述设定值，即下一个混合完成的帧将使用所述设定值作为帧序号。
从主设备开始，每相邻的两个解码器4之间依次将输出帧序号进行对比，选取数值较小的一个输出帧序号，对比后，将数值最小的一个输出帧序号发送到主设备中，然后每个解码器4根据自己的输出帧序号与数值最小的那个输出帧序号之间的差值，调整下一帧图像的输出时间。例如：假设第一个解码器4、第二个解码器4，第二个解码器4当前的输出帧序号分别为C>B>A。第一个解码器4的数据信号中携带着A，第二个解码器4选取C和B的最小值min(B,C)=B，并将该值传递给第三个解码器4，第三个解码器4将min(A,B,C)=A传递给第一个解码器4。第一个解码器4通知第二个解码器4和第三个解码器4发送输出帧序号=A的图像，以第一个解码器4为例，解码器4重复发送输出帧序号=C的图像(C-A)个周期，再接着输出下一帧图像。同理，第二个解码器4重复发送输出帧序号=B的图像(B-A)个周期，再输出下一帧图像。
多个解码器4之间通过以太网消息交互同步当前处理帧的时间戳；作为主设备的一个解码器4向其余的所有解码器4请求当前的第一时间戳，作为从设备的其余解码器4回应自己的第一时间戳给作为主设备的解码器4；主设备接收所有从设备发送的第一时间戳，选取数值最小的第一时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第一时间戳向所述数值最小的第一时间戳对齐；例如：某一解码器4自己的时间戳为T，标准值为T1，那么该解码器4等待T-T1毫秒后将该帧送给解码模块7。所述第一时间戳是码流进入解码模块7时的时间戳。
作为主设备的一个解码器4向其余的所有解码器4请求当前的第二时间戳，作为从设备的其余解码器4回应自己的第二时间戳给作为主设备的解码器4；主设备接收所有从设备发送的第二时间戳，选取数值最小的第二时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第二时间戳向所述数值最小的第二时间戳对齐；例如：某一解码器4自己的时间戳为A，标准值为A1，那么该解码器4等待A-A1毫秒后将该帧送给混合模块8。所述第一时间戳是码流进入解码模块7时的时间戳。
对于播放开始阶段或者播放过程中，有可能部分从设备还没有收到数据，此时从设备不回应同步消息，直到收到数据；而主设备等待1秒，都没有收全所有从设备回应，则通知已知从设备开始播放或同步结果。
接收模块6可设置阈值，丢弃未及时发送的帧以及后续的分片。接收模块6还可以做帧有效性检查，丢弃错误和不完整的帧。
一种用于分布式拼接屏的多级同步显示方法，包括：
打戳步骤：编码器2为每帧数据打上时间戳，该时间戳在编码、传输、解码和混合过程中都不变；
主从设备同步步骤：多个解码器4之间通过同步线依次连接，将其中一个解码器4作为主设备，其余的解码器4作为从设备，主设备向从设备发送时钟信号和同步数据，从设备通过时钟信号同步自己的内部时钟；
时间戳同步步骤：多个解码器4之间通过以太网消息交互同步当前处理帧的时间戳；
数据反馈步骤：解码器4向编码器2发送数据接收报告，所述编码器2根据接收的报告调整发送速率。
进一步地，所述时间戳同步步骤包括：
第一时间戳同步步骤：作为主设备的一个解码器4向其余的所有解码器4请求当前的第一时间戳，作为从设备的其余解码器4回应自己的第一时间戳给作为主设备的解码器4；主设备接收所有从设备发送的第一时间戳，选取数值最小的第一时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第一时间戳向所述数值最小的第一时间戳对齐；
所述第一时间戳是码流进入解码模块7时的时间戳；以及
第二时间戳同步步骤：作为主设备的一个解码器4向其余的所有解码器4请求当前的第二时间戳，作为从设备的其余解码器4回应自己的第二时间戳给作为主设备的解码器4；主设备接收所有从设备发送的第二时间戳，选取数值最小的第二时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第二时间戳向所述数值最小的第二时间戳对齐；所述第二时间戳是解码完成后送入混合模块8的时间戳。
进一步地，所述主从设备同步步骤包括：
同步线连接步骤：将上一个解码器4的输出接口通过同步线连接下一个解码器4的输入接口，最后一个解码器4的输出接口连接第一个解码器4的输入接口；
时钟信号发送步骤：主设备通过输出接口向第一个从设备的输入接口输出时钟信号，该第一个从设备通过输出接口向第二个从设备传递时钟信号，以此类推；以及
同步数据发送步骤：包括混合帧序号同步步骤和输出帧序号同步步骤；其中
所述混合帧同步步骤包括：主设备将当前混合帧序号的设定值发给所有的从设备，从设备收到后设置自己的帧序号为所述设定值，即下一个混合完成的帧将使用所述设定值作为帧序号；
所述输出帧同步步骤包括：从主设备开始，每相邻的两个解码器4之间依次将输出帧序号进行对比，选取数值较小的一个输出帧序号，对比后，将数值最小的一个输出帧序号发送到主设备中，然后每个解码器4根据自己的输出帧序号与数值最小的那个输出帧序号之间的差值，调整下一帧图像的输出时间。
进一步地，所述数据反馈步骤包括：
帧数据拆分步骤：编码器2将每帧数据拆分成固定长度的分片，每帧分片由按递增序号进行标识；
报文接收步骤：解码器4接收模块6，收到分片报文以后，检查序号是否连续，统计接收包总数、丢包数、乱序的报文数，以及帧超时个数；
报告发送步骤：解码器4定时向编码器2发送接收报告，报告中携带该路信号在该解码器4接收过程中的接收包总数、丢包数、乱序报文数，以及帧超时个数；以及
发送速率调整步骤：编码器2按照每个解码器4的丢包率和乱序率单独调整向该解码器4发送数据的速率。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统，包括依次连接的信号源、编码器、交换机、解码器以及显示单元，交换机同时对应多个编码器和解码器，其特征在于：所述编码器为每帧数据打上时间戳，该时间戳在编码、传输、解码和混合过程中都不变；多个解码器之间通过以太网消息交互同步当前处理帧的时间戳；多个解码器之间通过同步线依次连接，将其中一个解码器作为主设备，其余的解码器作为从设备，主设备向从设备发送时钟信号和同步数据，从设备通过时钟信号同步自己的内部时钟；解码器向编码器发送数据接收报告，所述编码器根据接收的报告调整发送速率；
所述解码器包括接收模块、解码模块、混合模块和显示模块，每两个相邻的解码器中的显示模块通过同步线依次连接；
所述时间戳包括两个：一个是码流进入解码模块时的第一时间戳，另一个是解码完成后送入混合模块时的第二时间戳；作为主设备的一个解码器向其余的所有解码器请求当前的第一时间戳和第二时间戳，作为从设备的所有的解码器回应自己的第一时间戳和第二时间戳给作为主设备的解码器；主设备接收所有从设备发送的第一时间戳和第二时间戳，分别选取数值最小的第一时间戳和第二时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第一时间戳和第二时间戳分别向所述标准对齐；
每个解码器上都有一个输入接口和一个输出接口，上一个解码器的输出接口通过同步线连接下一个解码器的输入接口，最后一个解码器的输出接口连接第一个解码器的输入接口；
主设备还向从设备发送同步数据，所述同步数据包括进入显示模块的图像所携带的混合帧序号和显示模块当前输出图像所携带的输出帧序号；主设备将当前混合帧序号的设定值发给所有的从设备，从设备收到后设置自己的帧序号为所述设定值，即下一个混合完成的帧将使用所述设定值作为帧序号；
从主设备开始，每相邻的两个解码器之间依次将输出帧序号进行对比，选取数值较小的一个输出帧序号，对比后，将数值最小的一个输出帧序号发送到主设备中，然后每个解码器根据自己的输出帧序号与数值最小的那个输出帧序号之间的差值，调整下一帧图像的输出时间。
2.根据权利要求1所述的用于分布式拼接屏的多级同步显示系统，其特征在于：解码器中的接收模块设置有阀值；所述接收模块还对帧做有效性检查。
3.根据权利要求1至2中任意一项所述的一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统的显示方法，其特征在于，包括：
打戳步骤：编码器为每帧数据打上时间戳，该时间戳在编码、传输、解码和混合过程中都不变；
主从设备同步步骤：多个解码器之间通过同步线依次连接，将其中一个解码器作为主设备，其余的解码器作为从设备，主设备向从设备发送时钟信号和同步数据，从设备通过时钟信号同步自己的内部时钟；
时间戳同步步骤：多个解码器之间通过以太网消息交互同步当前处理帧的时间戳；数据反馈步骤：解码器向编码器发送数据接收报告，所述编码器根据接收的报告调整发送速率；
其中，所述时间戳同步步骤包括：第一时间戳同步步骤：作为主设备的一个解码器向其余的所有解码器请求当前的第一时间戳，作为从设备的其余解码器回应自己的第一时间戳给作为主设备的解码器；主设备接收所有从设备发送的第一时间戳，选取数值最小的第一时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第一时间戳向所述数值最小的第一时间戳对齐；所述第一时间戳是码流进入解码模块时的时间戳；以及
第二时间戳同步步骤：作为主设备的一个解码器向其余的所有解码器请求当前的第二时间戳，作为从设备的其余解码器回应自己的第二时间戳给作为主设备的解码器；主设备接收所有从设备发送的第二时间戳，选取数值最小的第二时间戳作为标准，发送给所有的从设备，各从设备的第二时间戳向所述数值最小的第二时间戳对齐；
所述第二时间戳是解码完成后送入混合模块的时间戳。
4.根据权利要求3所述的一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统的显示方法，其特征在于，主从设备同步步骤包括：
同步线连接步骤：将上一个解码器的输出接口通过同步线连接下一个解码器的输入接口，最后一个解码器的输出接口连接第一个解码器的输入接口；
时钟信号发送步骤：主设备通过输出接口向第一个从设备的输入接口输出时钟信号，该第一个从设备通过输出接口向第二个从设备传递时钟信号，以此类推；以及
同步数据发送步骤：包括混合帧序号同步步骤和输出帧序号同步步骤；其中所述混合帧同步步骤包括：主设备将当前混合帧序号的设定值发给所有的从设备，从设备收到后设置自己的帧序号为所述设定值，即下一个混合完成的帧将使用所述设定值作为帧序号；
所述输出帧同步步骤包括：从主设备开始，每相邻的两个解码器之间依次将输出帧序号进行对比，选取数值较小的一个输出帧序号，对比后，将数值最小的一个输出帧序号发送到主设备中，然后每个解码器根据自己的输出帧序号与数值最小的那个输出帧序号之间的差值，调整下一帧图像的输出时间。
5.根据权利要求4所述的一种用于分布式拼接屏的多级同步显示系统的显示方法，其特征在于，数据反馈步骤包括：
帧数据拆分步骤：编码器将每帧数据拆分成固定长度的分片，每帧分片由按递增序号进行标识；
报文接收步骤：解码器接收模块，收到分片报文以后，检查序号是否连续，统计丢包、乱序的报文数，以及帧超时个数；
报告发送步骤：解码器定时向编码器发送接收报告，报告中携带该路信号在该解码器接收过程中的接收包总数、丢包数、乱序报文数，以及帧超时个数；以及
发送速率调整步骤：编码器根据接收到的解码器的报告调整向该解码器发送数据的速率。
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