CN105677283B - 一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输方法及装置，所述方法包括如下步骤：分配显示单元身份识别码，建立起各个显示单元的链路逻辑数据表；在各级显示单元中采集本地视频图像信号，将所采集得到的本地视频信号进行编码，将单元链路数据表信息封装到图像编码数据中，得到本级单元视频信号链路数据包；单元视频信号链路逻辑数据包通过环型通信链路进行收发处理。本发明实现的环型链路视频信号传输方法及装置实现了在环型链路中低时延传输多路视频信号的目的，有效提高了视频信号传输过程中的带宽利用率，减少了现有技术实现的复杂性。

Description

一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输方法及装置
技术领域
本发明属于多屏图像处理技术领域，特别涉及一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输方法及装置。
背景技术
拼接显示系统，通常是由若干个显示单元拼接而成，显示单元可采用LCD显示单元或者DLP显示单元等，每个显示单元物理尺寸可为55寸、67寸、甚至80寸等，单个显示分辨率可为1024×768@60、1920×1080@60等。通过多个显示单元可拼接组成超大显示屏。
拼接显示系统为了在屏体上任意位置以窗口形式显示，通常需接入多路输入信号源，如图1所示。该显示系统包括a、b、c、d四个显示单元，输入信号源A(等同于一完整图像)需同时在a、c两个显示单元上显示，输入信号源B(等同于另一完整图像)需同时在a、b、c、d四个显示单元上显示。为了得到跨屏窗口，通常做法是将信号源通过DVI-D线缆环接起来，并采用一路线缆传输一路视频信号的方式进行视频信号的传输，如图2所示。但由于环路中仅能传输一路信号，在多个信号同时跨窗口显示时往往出现资源瓶颈，无法实现多个窗口同时跨屏显示。
针对上述问题，研究人员已进行了相关研究，目前研究方法主要分为以下两种：
一、采用一个视频复合设备或者多屏拼接处理器，将多路输入信号的视频复合处理完毕后，再统一传输到各个显示单元。此方法是通过额外增加一个多屏处理器设备来实现多路图像的跨屏显示，造成系统结构复杂，成本增加。
二、发明专利CN 103607573 A在多屏信号应用中对环路传输的信号容量进行了改进，采用“判断-合并-重新分块-传输”的方法对传输信道进行分时处理，如图3所示，在单路链路中实现多路信号合并传输，提升了单路链路带宽利用率。该方法的一个关键特征在于需重新收集合并，重新划分更小的传输周期进行工作。此方法具有两大缺点，其一：由于在链路传输过程中是处于串行数据工作方式，当一个单元需要接收到所有的传输视频路数时，至少需要一帧视频数据的延时，这种延时将给多屏拼接信号处理的实时性带来影响；其二，各个显示单元间需重新划分传输周期，因而对时钟同步方面有更高的要求，实施过程复杂。
因此，多屏拼接显示应用中需要提供一种实时性好、延时小、实现简单的视频信号传输方法及装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输方法，该方法解决了现有多屏拼接显示信号处理中环接链路带宽利用率低及当前多路复用使用中实时性差、时延大、实施复杂等问题，具有实时性好、实现简单的优点。
本发明的另一个目的在于提供一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输装置，该装置具有实时性好、实现简单的优点。
本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输方法，包括步骤：
(1)分配显示单元身份识别码，建立各级显示单元的链路逻辑数据表；所述链路逻辑数据表用于反映环型通信链路中单元间的逻辑连接关系；所述环型通信链路根据各级显示单元物理位置连接关系或者根据各级显示单元发送先后逻辑顺序首尾连接构成，为一个封闭的链路；
(2)在各级显示单元中采集本地视频信号，获得本级单元的图像数据以及图像同步信号，将图像数据、图像同步信号、显示单元身份识别码进行统一编码，得到本级单元视频信号链路数据包；所述数据包中，本级单元身份识别码为数据包起始字符，编码形成的数据为数据包数据内容，链路逻辑数据表中的下一级单元身份识别码为数据包结束字符；
(3)单元视频信号链路数据包通过环型通信链路进行收发处理。
优选的，所述显示单元身份识别码唯一地址的设置方法为：设置一24bits数据，其中bit23-16作为系统识别号，用于多个显示系统进行互连时区分不同的显示系统，bit15-8及bit7-0分别表示显示单元所在的行号位置及列号位置。
优选的，所述链路逻辑数据表根据单元物理位置连接关系建立，或者根据单元发送先后逻辑顺序关系建立；链路逻辑数据表包含三个地址指针：本级单元身份识别码、上一级单元身份识别码以及下一级单元身份识别码。
优选的，所述步骤(2)中，将所采集到的本地视频信号进行编码是指将采集后获得的一帧图像数据的行同步信号、场同步信号以及图像格式数据进行统一编码。
更进一步的，若图像格式数据与单元身份识别码中包括的字符重叠，则采用相邻的像素点数据替代当前图像像素点数据。从而避免RGB888图像格式数据与行同步信号、场同步信号、各级单元身份识别码重叠。
更进一步的，所述行同步信号、场同步信号分别采用24bits数据表示，图像格式数据采用24bits表示一个像素点红绿蓝三种颜色的数据。
优选的，所述步骤(3)中，单元视频信号链路数据包通过环型通信链路进行收发处理的步骤如下：
(3-1)接收：接收封闭环型通信链路中的串行数据，将其存放于第一FIFO存储器中，从第一FIFO存储器数据中侦测各级单元的单元身份识别码，判断是否属于本级单元需要接收的单元身份识别码，如果是，则将第一FIFO存储器中相应单元的视频信号链路数据包转存到第二FIFO存储器；如果不是，则不进行任何处理；
(3-2)发送：从第一FIFO存储器数据中侦测本级单元的单元身份识别码，如检测到本级单元身份识别码，则发送本级单元视频信号链路数据包，直到本级单元数据包发送结束为止；如无检测到本级单元身份识别码，则继续转发环型通信链路中的原视频信号链路数据包。
更进一步的，所述步骤(3-1)中，接收的单元视频信号链路数据包存放于第二FIFO存储器中，在需要在本级显示单元上进行显示时，从第二FIFO存储器中读取数据，并与本地视频信号结合，根据本级显示单元画面布局要求进行缩放、叠加处理，将缩放叠加后的图像信号传输到本级显示单元显示。
一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输装置，包括视频采集模块、环路处理模块、主控模块和信号处理模块；
所述视频采集模块，包括：
采集子模块，用于采集本级单元图像信号，获得本级单元的图像数据以及图像同步信号；
编码子模块，用于将图像数据、图像同步信号、显示单元身份识别码进行统一编码；
封包子模块，用于得到数据链路中的数据包，所述数据包中，本级单元身份识别码为数据包起始字符，编码形成的数据为数据包数据内容，链路逻辑数据表中的下一级单元身份识别码为数据包结束字符；
第一存储器，用于存储封包子模块得到的数据包；
所述环路处理模块，包括：
接收处理子模块，用于接收环型通信链路中的串行数据，并将数据存放于第一FIFO存储器中；根据主控模块控制指令，将第一FIFO存储器中本级单元需要接收的相应单元的视频信号链路数据包转存于第二FIFO存储器，并从第二FIFO存储器中提取所需显示的视频数据到信号处理模块；
发送处理子模块，用于向环型通信链路发送串行数据；根据主控模块控制指令决定是转发第一FIFO存储器中的数据还是视频采集模块中第一存储器存储的本级单元视频信号链路数据包；
所述主控模块，包括：
侦测子模块，用于读取第一FIFO存储器中的数据流，侦测数据中的单元身份识别码，侦测当前的单元身份识别码是否与本单元身份识别码一致，如果一致，则触发本级单元的发送处理子模块；用于侦测当前的单元身份识别码是否属于本级单元需要接收的单元身份识别码，如果是，则触发本级单元的接收处理子模块；
管理子模块，用于单元身份识别码管理，链路逻辑数据表管理；
所述信号处理模块，包括：
图像缩放、叠加处理模块，用于将数据根据本级显示单元画面布局要求进行缩放、叠加处理，并将缩放叠加后的图像信号传输到本级显示单元显示。
具体的，所述采集子模块中的图像数据格式为RGB888，以24bits数据表示一个像素点格式；图像同步信号分别为行同步信号和场同步信号。
优选的，所述编码子模块包括一字符重叠处理模块，用于判断图像数据与图像同步信号、显示单元身份识别码中的字符是否重叠，若重叠，则采用相邻的像素点数据替代当前像素点数据。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
本发明采用了基于链路逻辑数据表的数据封包格式及环路处理方式，使得所构成的封闭环路处理是一个多级同步流水线结构，使得处理效率大大提升，处理延时小。因此，相对于现有技术的处理方法，无需预先获取图像链路的图像路数而重新分配发送时隙，进一步提升了图像显示的实时性，减少图像时延；同时，在环路中无需重新调整传输周期，因而避免了在时序同步处理上的复杂性。
附图说明
图1是多屏拼接显示时显示应用窗口示意图。
图2是传统方案中一路线缆传输一路视频信号的原理示意图。
图3是现有技术多屏显示系统环路链路复用技术方案图。
图4是本发明方法的流程示意图。
图5是本发明装置的结构示意图。
图6(a)是本发明根据单元物理位置连接关系建立链路逻辑数据表的示意图。
图6(b)是本发明根据单元发送先后逻辑顺序关系建立链路逻辑数据表的示意图。
图7是本发明实施例提供的视频信号链路数据包结构示意图。
图8是本发明实施例提供的环路处理中接收过程的流程示意图。
图9是本发明实施例提供的环路处理中发送过程的流程示意图。
图10是本发明实施例中身份识别码的结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
图4是本实施例提供的一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输方法的流程示意图，该方法包括：
步骤S101：分配显示单元身份识别码，建立各级显示单元的链路逻辑数据表。
本实施例选择一个24bits数据作为显示单元身份识别码地址位。地址位分配参见图10，具体为：采用bit23-16作为系统识别号，用于多个显示系统进行互连时用以区分不同的显示系统，此实施例选择0xFC作为系统识别号，bit15-8及bit7-0分别表示显示单元所在的行号位置及列号位置。例如，如图6(a)、(b)所示，在一个2行3列的拼接显示系统中，分别设定显示单元身份识别码为FC-00-00，FC-00-01，FC-00-02，FC-01-00，FC-01-01和FC-01-02。
建立各个显示单元的链路逻辑数据表的方式有两种，一种是根据单元物理位置连接关系建立，另一种是根据单元发送先后逻辑顺序关系建立，下面结合图6(a)、(b)对两种建立方式进行具体说明。
1、设定FC-00-00为起始环接单元，以单元物理位置顺时针为信号链路方向，建立每个单元的链路逻辑数据表。参见图6(a)。对于FC-00-00单元的链路逻辑数据表，本级单元身份识别码为FC-00-00，其上一级单元身份识别码为FC-01-00，下一级单元身份识别码为FC-00-01；对于FC-00-01单元的数据链路表，本级单元身份识别码为FC-00-01，其上一级单元身份识别码为FC-00-00，下一级单元身份识别码为FC-00-02；其它单元同理类推。
2、设定FC-00-00为起始环接单元，根据单元发送逻辑顺序，建立起每个单元的链路逻辑数据表。假设发送顺序为FC-00-00，FC-00-01，FC-00-02，FC-01-00，FC-01-01和FC-01-02。参见图6(b)。对于FC-00-00单元的链路逻辑数据表，本级单元身份识别码为FC-00-00，其上一级单元身份识别码为FC-01-02，下一级单元身份识别码为FC-00-01；对于FC-00-02单元的数据链路表，本级单元身份识别码为FC-00-02，其上一级单元身份识别码为FC-00-01，下一级单元身份识别码为FC-01-00；其它单元同理类推。
步骤S102：在各级显示单元中采集本地视频信号，获得本级单元的图像数据以及图像同步信号，将图像数据、图像同步信号、显示单元身份识别码进行统一编码，得到本级单元视频信号链路数据包。
本实施例中，图像数据格式为RGB888，以24bits数据表示一个像素点红绿蓝三种颜色的数据。图像同步信号分别为行同步信号和场同步信号，分别采用24bits数据表示。在本实施例中对行同步信号编码为BC-BD-BE，对场同步信号编码为CC-CD-CE，在编码过程中对图像数据进行检测，如遇到与行同步信号编码、场同步信号编码及系统中单元身份识别码相同的图像数据时，采用临近的像素点的数据进行替代，因为图像数据空间存在着信息冗余，临近像素点的替代不会影响图像显示质量，但能避免出现图像数据与特定字符重叠。
数据包的结构参见图7，本级单元身份识别码为数据包起始字符，编码形成的数据为数据包数据内容，也就是本级单元的视频数据，链路逻辑数据表中的下一级单元身份识别码为数据包结束字符。如本级单元无视频信号输入，则封装的数据包中仅包含本级单元身份识别码及下一级单元身份识别码两个信息，无需增加视频图像数据到视频信号链路数据包中。
步骤S103：环路传输处理，处理流程分2个子环节：
接收：如图8所示，接收封闭环型通信链路中的串行数据，将其存放于第一FIFO存储器中，从第一FIFO存储器数据中侦测各级单元的单元身份识别码，判断是否属于本级单元需要接收的单元身份识别码，如果是，则接收环型通信链路中相应单元的视频信号链路数据包，并将其进行存储；如果不是，则不进行任何处理。采用上述方法，直到提取得到本级单元需要显示的所有视频数据。
发送：如图9所示，从第一FIFO存储器数据中侦测本级单元的单元身份识别码，如检测到本级单元身份识别码，则发送本级单元视频信号链路数据包，直到本级单元数据包发送结束为止；如无检测到本级单元身份识别码，则继续转发环型通信链路中的原视频信号链路数据包。例如，建立了图6(a)的链路逻辑数据时：当FC-00-00单元的第1帧视频图像数据内容末端处，在数据链路中传输包含FC-00-01的身份识别信息，触发FC-00-01单元开始其自身的视频数据包传输，直到帧结束为止。如此循环，直到FC-01-00的视频数据包发送完毕，再次触发FC-00-00的第2帧数据传输。
实施例2
图5是本实施例提供的一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输装置的结构示意图，包括：视频采集模块、环路处理模块、主控模块和信号处理模块。
所述视频采集模块包括：采集子模块、编码子模块、封包子模块和第一存储器，采集子模块用于采集本级单元图像信号，获得本级单元的图像数据以及图像同步信号。编码子模块用于将图像数据、图像同步信号、显示单元身份识别码进行统一编码。封包子模块用于得到数据链路中的数据包。第一存储器用于存储封包后的数据包。其原理参考实施例1中的步骤S102。
所述环路处理模块包括：接收处理子模块及发送处理子模块。其原理参考实施例中的步骤S103。接收处理子模块用于接收环型通信链路中的串行数据，并将数据存放于第一FIFO存储器(深度为256级，采用24位存储)中；根据主控模块控制指令，将第一FIFO存储器中本级单元需要接收的相应单元的视频信号链路数据包转存于第二FIFO存储器(深度为1024级，采用24位存储)，从第二FIFO存储器中提取所需显示的视频数据到信号处理模块。发送处理子模块用于向环型通信链路发送串行数据；根据主控模块控制指令决定是转发第一FIFO存储器中的数据还是视频采集模块中第一存储器存储的本级单元视频信号链路数据包。
所述主控模块包括侦测子模块和管理子模块，其中侦测子模块用于读取第一FIFO存储器中的数据流，侦测数据中的单元身份识别码。根据主控模块中的命令集进行分类处理。如侦测到的单元识别码与本单元身份识别码一致，意味着上一个逻辑单元链路数据已发送完毕，需启动本级单元数据的发送，因此触发本级单元的环路处理模块中的发送处理子模块。如侦测到单元身份识别码属于本级单元需要接收的识别码时，则触发本级单元的环路处理模块中的接收处理子模块。管理子模块用于单元识别码管理，链路逻辑数据表管理和命令集管理。
所述信号处理模块用于进行图像缩放、叠加处理，将缩放叠加后的图像传输到本级单元显示设备显示。
在本实施例中，将各个显示单元所需显示的画面布局信息及其窗口图像来源建立一个数据映射表，存放于主控模块中的窗口命令集管理中。如图1所示，在显示单元a和c中，需要输入图像源A的信号，假设输入图像源A是显示单元a中的本地视频图像，则在显示单元c中的数据映射表中需记录单元a的身份识别码，标识其需要从数据环型链路中接收单元a的视频图像数据。
本实施例中，所述视频采集模块的采集子模块采用AD9388芯片。第一存储器采用DDR SDRAM，型号为ETRON公司EM6A9320BI-5MG。所述视频采集模块的编码子模块以及封包子模块，所述环路处理模块，侦测子模块以及信号处理模块共用同一个FPGA器件LFE2M20E-7FN484C，该FPGA器件具备SERDES高速串行接口。管理子模块采用ARM芯片，具有RJ45网络接口，通过该接口与外部上位机相连，具体是采用ATMEL的AT91RM9200芯片。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种应用于多屏拼接显示的视频信号传输方法，其特征在于，包括步骤：
(1)分配显示单元身份识别码，建立各级显示单元的链路逻辑数据表；所述链路逻辑数据表用于反映环型通信链路中单元间的逻辑连接关系；所述环型通信链路根据各级显示单元物理位置连接关系或者根据各级显示单元发送先后逻辑顺序首尾连接构成，为一个封闭的链路；
(2)在各级显示单元中采集本地视频信号，获得本级单元的图像数据以及图像同步信号，将图像数据、图像同步信号、显示单元身份识别码进行统一编码，得到本级单元视频信号链路数据包；所述数据包中，本级单元身份识别码为数据包起始字符，编码形成的数据为数据包数据内容，链路逻辑数据表中的下一级单元身份识别码为数据包结束字符；
(3)单元视频信号链路数据包通过环型通信链路进行收发处理，步骤如下：
(3-1)接收：接收封闭环型通信链路中的串行数据，将其存放于第一FIFO存储器中，从第一FIFO存储器数据中侦测各级单元的单元身份识别码，判断是否属于本级单元需要接收的单元身份识别码，如果是，则将第一FIFO存储器中相应单元的视频信号链路数据包转存到第二FIFO存储器；如果不是，则不进行任何处理；
(3-2)发送：从第一FIFO存储器数据中侦测本级单元的单元身份识别码，如检测到本级单元身份识别码，则发送本级单元视频信号链路数据包，直到本级单元数据包发送结束为止；如无检测到本级单元身份识别码，则继续转发环型通信链路中的原视频信号链路数据包。
2.根据权利要求1所述视频信号传输方法，其特征在于，所述显示单元身份识别码的设置方法为：设置一24bits数据，其中bit23-16作为系统识别号，用于多个显示系统进行互连时区分不同的显示系统，bit15-8及bit7-0分别表示显示单元所在的行号位置及列号位置。
3.根据权利要求1所述视频信号传输方法，其特征在于，所述链路逻辑数据表根据单元物理位置连接关系建立，或者根据单元发送先后逻辑顺序关系建立；链路逻辑数据表包含三个地址指针：本级单元身份识别码、上一级单元身份识别码以及下一级单元身份识别码。
4.根据权利要求1所述视频信号传输方法，其特征在于，所述步骤(2)中，将所采集到的本地视频信号进行编码是指将采集后获得的一帧图像数据的行同步信号、场同步信号以及图像格式数据进行统一编码。
5.根据权利要求4所述视频信号传输方法，其特征在于，若图像格式数据与单元身份识别码中包括的字符重叠，则采用相邻的像素点数据替代当前图像像素点数据。
6.根据权利要求4所述视频信号传输方法，其特征在于，所述行同步信号、场同步信号分别采用24bits数据表示，图像格式数据采用24bits表示一个像素点红绿蓝三种颜色的数据。
7.根据权利要求1所述视频信号传输方法，其特征在于，所述步骤(3-1)中，接收的单元视频信号链路数据包存放于第二FIFO存储器中，在需要在本级显示单元上进行显示时，从第二FIFO存储器中读取数据，并与本地视频信号结合，根据本级显示单元画面布局要求进行缩放、叠加处理，将缩放叠加后的图像信号传输到本级显示单元显示。
8.一种用于实现权利要求1-7任一项所述的视频信号传输方法的应用于多屏拼接显示的视频信号传输装置，其特征在于，包括视频采集模块、环路处理模块、主控模块和信号处理模块；
所述视频采集模块，包括：
采集子模块，用于采集本级单元图像信号，获得本级单元的图像数据以及图像同步信号；
编码子模块，用于将图像数据、图像同步信号、显示单元身份识别码进行统一编码；
封包子模块，用于得到数据链路中的数据包，所述数据包中，本级单元身份识别码为数据包起始字符，编码子模块编码得到的数据为数据包数据内容，链路逻辑数据表中的下一级单元身份识别码为数据包结束字符；
第一存储器，用于存储封包子模块得到的数据包；
所述环路处理模块，包括：
接收处理子模块，用于接收环型通信链路中的串行数据，并将数据存放于第一FIFO存储器中；根据主控模块控制指令，将第一FIFO存储器中本级单元需要接收的相应单元的视频信号链路数据包转存于第二FIFO存储器，从第二FIFO存储器中提取所需显示的视频数据到信号处理模块；
发送处理子模块，用于向环型通信链路发送串行数据；根据主控模块控制指令决定是转发第一FIFO存储器中的数据还是视频采集模块中第一存储器存储的本级单元视频信号链路数据包；
所述主控模块，包括：
侦测子模块，用于读取第一FIFO存储器中的数据流，侦测数据中的单元身份识别码，侦测当前的单元身份识别码是否与本单元身份识别码一致，如果一致，则触发本级单元的发送处理子模块；用于侦测当前的单元身份识别码是否属于本级单元需要接收的单元身份识别码，如果是，则触发本级单元的接收处理子模块；
管理子模块，用于单元身份识别码管理，链路逻辑数据表管理；
所述信号处理模块，包括：
图像缩放、叠加处理模块，用于将数据根据本级显示单元画面布局要求进行缩放、叠加处理，并将缩放叠加后的图像信号传输到本级显示单元显示。
9.根据权利要求8所述的视频信号传输装置，其特征在于，所述采集子模块中的图像数据格式为RGB888，以24bits数据表示一个像素点格式；图像同步信号分别为行同步信号和场同步信号；
所述编码子模块包括一字符重叠处理模块，用于判断图像数据与图像同步信号、显示单元身份识别码中的字符是否重叠，若重叠，则采用相邻的像素点数据替代当前像素点数据。
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