CN105721791A - 一种拼接显示屏的旋转显示方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拼接显示屏的旋转显示方法及系统，所述系统包括：至少一输入板、控制板、至少一输出板、矩阵板和底板；所述输入板将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号并发送给底板；控制板根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号并通过底板发送给矩阵板和输出板；矩阵板根据控制信号控制底板切换对应的输入板的视频信号至对应的输出板，并复制对应输入板的视频信号给各输出板；底板根据矩阵板的控制将输入板的视频信号输出给各个输出板；输出板根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转和对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示；旋转拼接能设置任意角度、同时处理信号数量多，带来了方便。

Description

一种拼接显示屏的旋转显示方法及系统

技术领域

本发明涉及拼接显示屏显示领域，尤其涉及的是一种拼接显示屏的旋转显示方法及系统。

背景技术

传统显示终端单台监视器、大屏幕拼接都是正向显示输入的视频信号，后来根据一些特殊情况出现需要对输入信号进行90度、180度、270度的旋转显示。随着显示应用的普及，显示模式的多样化需求越来越多，不再局限于90度倍数的旋转，在异型拼接，异型显示的需求需要进行拼接屏的任意组合，此时就要求显示设备具有任意角度的旋转功能。

传统实现任意旋转的显示方案一种是直接软件处理视频，对需要播放的视频提前做旋转切割处理，然后传输到显示终端直接显示。另外就是基于PC（个人电脑）+显卡工控机的架构，采用软处理的方式，使显卡能输出简单旋转图像，但是由于带宽和处理能力的瓶颈，这种架构只能用于单台或者几台显示终端的控制，只能满足小规模的显示应用需求，而且同时处理的输入信号数量较少。也就是说，现有拼接显示屏的任意窗口做任意角度旋转的方法，实现复杂，不方便，处理带宽和处理能力瓶颈限制信号处理数量，且无法方便实现任意窗口可做任意角度旋转。传统简单旋转拼接不能设置任意角度旋转、同时处理信号数少，支持拼接规模小、非实时处理等局限性。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，提供一种拼接显示屏的旋转显示方法及系统，旨在解决现有拼接显示屏的旋转显示方法不能设置任意角度旋转，处理信号数少，不能实时处理的问题。

本发明解决技术问题所采用的技术方案如下：

一种拼接显示屏的旋转显示系统，其中，包括：

包括：至少一输入板、控制板、至少一输出板、矩阵板和底板；所述输入板将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号并发送给底板；控制板根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号并通过底板发送给矩阵板和输出板；矩阵板根据控制信号控制底板切换对应的输入板的视频信号至对应的输出板，并复制对应输入板的视频信号给各输出板；底板根据矩阵板的控制将输入板的视频信号输出给各个输出板；输出板根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示。

所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其中，包括：所述输入板为4路SDI输入板、4路HDMI输入板、4路DVI输入板、16路CVBS输入板、4路VGA输入板或2路网络输入板。

所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其中，所述输入板包括：

用于接收各种接口类型的视频输入信号的接口兼容模块；

用于对视频输入信号进行视频转换的视频转换模块；

用于对视频输入信号进行帧率转换的帧率转换模块；

用于对帧率转换的视频帧进行存储的视频帧存储模块；

用于对视频输入信号进行视频编码转换为统一格式的视频信号的视频编码模块；

用于对视频输入信号进行串行信号输出的串行发送模块；

所述接口兼容模块、视频转换模块、帧率转换模块、视频信号的视频编码模块和串行发送模块依次连接；所述视频帧存储模块连接帧率转换模块。

所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其中，所述输出板包括：

用于接收视频信号的串行接收模块；

用于对视频信号进行解码提取行场同步信号及有效像素数据的视频解码模块；

用于根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，并根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放的视频旋转缩放模块；

用于存储视频信号对应视频数据的视频缓存模块；

用于对多路视频信号进行调度控制的仲裁模块；

用于根据控制信号将旋转缩放后的多路视频信号进行叠加的视频叠加模块；

用于将旋转缩放后的多路视频信号按照拼接显示屏的显示时序对应输出给拼接显示屏的视频时序生成模块；

所述串行接收模块、视频解码模块、视频旋转缩放模块、视频缓存模块、仲裁模块、视频叠加模块和视频时序生成模块依次连接。

所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其中，所述视频旋转缩放模块包括：

空间坐标转换单元，用于根据目标图像反查原始图像对每个像素点进行矩阵变换得到原始图像坐标；

像素值运算单元，用于对原始图像在垂直方向取最临近的行，水平方向取两个点进行线性插值，对图像进行缩放的时候地址访问连续再采用Lanczos算法平滑图像的边缘细节以得到旋转后的原始图像。

所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其中，还包括：用于供电的电源模块；所述电源模块连接底板。

一种拼接显示屏的旋转显示方法，其中，包括：

将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号；

根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号；

根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示。

所述的拼接显示屏的旋转显示方法，其中，所述将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号包括：

将各种接口类型的视频输入信号通过视频转换及帧率转换后进行编码转换成统一格式的视频信号，并通过高速串行接口发送出去。

所述的拼接显示屏的旋转显示方法，其中，所述根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示，包括：

将高速串行信号转换成低速并行信号，对视频信号进行解码提取行场同步信号及有效像素数据；

根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，并根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应放大或缩小；

对多路视频信号进行调度控制，根据控制信号将多路视频信号叠加；

按照拼接显示屏的显示时序要求将叠加后的多路视频信号输出给拼接显示屏对应显示。

所述的拼接显示屏的旋转显示方法，其中，所述根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，包括：

根据目标图像反查原始图像对每个像素点进行矩阵变换得到原始图像坐标；

对原始图像在垂直方向取最临近的行，水平方向取两个点进行线性插值，对图像进行缩放的时候地址访问连续再采用Lanczos算法平滑图像的边缘细节以得到旋转后的原始图像。

本发明所提供的一种拼接显示屏的旋转显示方法及系统，有效地解决了现有拼接显示屏的旋转显示方法不能设置任意角度旋转，处理信号数少，不能实时处理的问题，所述系统包括：至少一输入板、控制板、至少一输出板、矩阵板和底板；所述输入板将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号并发送给底板；控制板根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号并通过底板发送给矩阵板和输出板；矩阵板根据控制信号控制底板切换对应的输入板的视频信号至对应的输出板，并复制对应输入板的视频信号给各输出板；底板根据矩阵板的控制将输入板的视频信号输出给各个输出板；输出板根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示；将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号；根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号；根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示；旋转拼接能设置任意角度、同时处理信号数量多，支持拼接规模大、能够实时处理，达到真正的任意组合任意旋转任意拼接，满足所有拼接显示方案的需求，应用广泛，带来了大大的方便。

附图说明

图1为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统较佳实施例的结构框图。

图2为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统应用实施例的结构框图。

图3为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中输入板的结构框图。

图4为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中输出板的结构框图。

图5为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中缩放原理第一示意图。

图6为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中缩放原理第二示意图。

图7为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中旋转缩放第一示意图。

图8为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中旋转缩放第二示意图。

图9为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示方法较佳实施例的方法流程图。

具体实施方式

本发明提供一种拼接显示屏的旋转显示方法及系统，为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，图1为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统较佳实施例的结构框图，如图所示，所述拼接显示屏的旋转显示系统包括：至少一输入板110、控制板120、底板130、至少一输出板140和矩阵板150；所述输入板110将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号并发送给底板130；控制板120根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号并通过底板130发送给矩阵板150和各个输出板140；矩阵板150根据控制信号控制底板130切换对应的输入板110的视频信号至对应的输出板140，并复制对应输入板110的视频信号给各输出板140；底板130根据矩阵板150的控制将输入板110的视频信号输出给各个输出板140；输出板140根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示。

优选地，所述的拼接显示屏的旋转显示系统，还包括：用于供电的电源模块160；所述电源模块160连接底板130。具体来说，至少一输入板110用于将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号；控制板120用于根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号；底板130用于连接信号；至少一输出板140用于根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示；矩阵板150用于切换任意一输入板的视频信号至任意一输出板，及复制输入板的视频信号至各个输出板；用于供电的电源模块160；所述输入板110、控制板120、输出板140、矩阵板150及电源模块160分别连接底板130。

在实际应用时，输入板110主要是将各种接口类型的输入信号通过视频转换及帧率转换后进行编码转换成统一格式的视频信号通过高速串行接口发送出去。输入板110为输入板卡，可方便地在底板130上进行随意方便扩展，也就是增加或减少。输出板140具体为输入板卡，可在底板上方便进行扩展。底板130主要就是做信号的连接作用，根据不同的信号路数需求更改底板即可很方便进行扩展。控制板120则根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号通过底板130发送给各个输出板140。矩阵板150可以将任意一路输入切换到任意一路输出，而且最多可以将1路输入信号复制到所有输出上，简单的说就是拥有信号的任意切换和任意复制功能。在实际应用时，矩阵板150为矩阵板卡，上面设置有矩阵芯片，譬如芯片型号为M21121系列芯片来实现信号的任意切换和任意复制功能。

输出板140根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示。在实际应用时，拼接窗口的图像旋转功能主要在输出板的FPGA（Field－ProgrammableGateArray，即现场可编程门阵列）上实现，输出板主要通过FPGA根据主控板发出的命令实现对多路视频信号的缩放与叠加，最终由多路的显示屏接拼形成多样的图像显示方式。电源模块160用于供电，实际应用时，提供12V电源。

优选地，所述的拼接显示屏的旋转显示系统包括：多个输入板和多个输出板；多个输入板分别连接底板；多个输出板也分别连接底板。

请参阅图2，图2为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统应用实施例的结构框图，如图所示，所述输入板可为4路SDI（SerialDigitalInterface，数字串行接口）输入板、4路HDMI（HighDefinitionMultimediaInterface，高清晰度多媒体接口）输入板、4路DVI（DigitalVisualInterface，即数字视频接口）输入板、16路CVBS（CompositeVideoBroadcastSignal，复合视频广播信号）输入板、4路VGA（VideoGraphicsArray，视频图形阵列）输入板或2路网络输入板。各个不同类型的输入板都将不同类型的视频输入信号转换为统一格式的视频信号，具体如图2所示。然后经过输出板进行旋转缩放之后转换成具有时序的1080P视频发送给拼接显示屏进行显示。关于时序，这是拼接显示屏的常规技术，此处不再详述。

由于传统实现任意旋转的显示方案一种是直接软件处理视频，对需要播放的视频提前做旋转切割处理，然后传输到显示终端直接显示。另外就是基于PC+显卡工控机的架构，采用软处理的方式，使显卡能输出任意旋转任意裁剪，这种方法实现起来相对简单，但是由于带宽和处理能力的瓶颈，这种架构只能用于单台或者几台显示终端的控制，只能满足小规模的显示应用需求，而且同时处理的输入信号数量较少。且PC+显卡工控机的架构受限于总线带宽，可以同时接入的信号有限，最终实现的拼接规模也有限。

请参阅图2，图2所示为本发明采用的基于FPGA搭建一种灵活式的拼接控制器架构，这样本发明可以任意扩展总线的带宽和图像处理能力，图2为控制器架构图，如图所示，所有输入输出的信号都是经过底板到达矩阵板，通过矩阵芯片每个通道都可以有独立高达3.2Gbps的带宽，最大矩阵芯片的规格可以达到288路进288路出，通过级联还可以达到更大路数，这就可以保证整个数据带宽不受限制。所有输入信号都预先通过输入板转换成统一的视频信号，根据信号数量扩展板卡（输入板卡）数量就可以保证整个控制器对输入的处理能力，同时输出信号的能力也一样（也就是输出板卡数量也可扩展），通过扩展板卡数量即可拥有庞大数量的处理单元并行处理所有输出信号，通过并行处理将处理能力成倍扩大，所以此架构可以不受信号输入输出数量限制而可适用于所有拼接规模的应用。

优选地，请参阅图3，图3为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中输入板的结构框图，如图所示，所述输入板包括：用于接收各种接口类型的视频输入信号的接口兼容模块；用于对视频输入信号进行视频转换的视频转换模块；用于对视频输入信号进行帧率转换的帧率转换模块；用于对帧率转换的视频帧进行存储的视频帧存储模块；用于对视频输入信号进行视频编码转换为统一格式的视频信号的视频编码模块；用于对视频输入信号进行串行信号输出的串行发送模块；所述接口兼容模块、视频转换模块、帧率转换模块、视频信号的视频编码模块和串行发送模块依次连接；所述视频帧存储模块连接帧率转换模块。

具体来说，输入板主要是将各种接口类型的输入信号通过视频转换及帧率转换后进行编码转换成统一格式的视频信号通过高速串行接口发送出去，视频帧存储模块（实际应用时，可采用DDR3）在此的作用主要是在视频帧率转换时的视频帧存储。

优选地，请参阅图4，图4为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中输出板的结构框图，如图所示，所述输出板包括：

用于接收视频信号的串行接收模块；用于对视频信号进行解码提取行场同步信号及有效像素数据的视频解码模块；用于根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，并根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放的视频旋转缩放模块；用于存储视频信号对应视频数据的视频缓存模块；用于对多路视频信号进行调度控制的仲裁模块；用于根据控制信号将旋转缩放后的多路视频信号进行叠加的视频叠加模块；用于将旋转缩放后的多路视频信号按照拼接显示屏的显示时序对应输出给拼接显示屏的视频时序生成模块；所述串行接收模块、视频解码模块、视频旋转缩放模块、视频缓存模块、仲裁模块、视频叠加模块和视频时序生成模块依次连接。

具体来说，仲裁模块连接多路视频信号，每路视频信号均经过串行接收模块、视频解码模块、视频旋转缩放模块及视频缓存模块处理后进入仲裁模块，具体如图4所示。图4中3路视频信号只是举例说明，还可以扩展更少或更多路视频信号至仲裁模块，此处不再赘述。在实际应用时，图4为FPGA的多路信号的并行处理及多窗口叠加的功能框图，串行接收模块主要是将输入板的高速串行信号转换成低速并行信号供FPGA做处理，视频解码模块主要是将解码视频信号，提取行场同步信号及有效像素数据。视频旋转缩放模块主要是将信号进行旋转后根据屏幕窗口显示比例进行放大或缩小，要实现这一过程，需要对大量视频数据的存储，视频缓存模块主要就是进行视频数据的存储。由于是多路信号的处理，要存储在同一个DDR里需要一个DDR仲裁模块进行控制的调度。视频叠加模块主要将最终处理得到的数据从DDR里面读出，根据需求将多路信号叠加，视频时序生成模块将有效数据按照拼接显示屏的显示时序要求输出。拼接显示屏的显示时序此乃现有技术，简单的说，就是多个拼接显示屏是显示不同时序中的视频信号来实现拼接显示图像，此处不做详述。

由于图像旋转最常见的就是单一显示器进行90度、180度、270度等整数倍旋转以适应不同方案显示屏的安装需求。要实现拼接图像的任意角度旋转需要解决大显示窗口的旋转问题和旋转窗口内容的拼接问题。以下对本发明拼接显示屏的旋转显示系统中的缩放原理进行详细说明如下。

请参阅图5，图5为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中缩放原理第一示意图，如下图所示，2*2拼接墙要显示如图所示的旋转窗口，则需要在将旋转的图像分成a、b、c、d四个部分，显示屏1在右下角显示a部分，显示屏2在左下角显示c部分，显示屏3在右上角显示b部分，显示屏4在左上角显示d部分，则可以拼接成一个完整的旋转窗口。由于显示数据信号都是采用逐行发送的方式，所以常规的拼接窗口显示都是矩形的切割和拼接显示，这样显示处理很方便，而且显示坐标的定位也比较简单。但是当拼接窗口旋转后，在每个显示屏显示的图像将不再是矩形，而是不规则的多边形，带来的问题就是不规则图形的显示处理和复杂的坐标定位，而且这一问题随着显示屏数量的增大，和窗口跨屏数量的增多而变得更为复杂，没有规律可循。

本发明根据具体实现方法提出一种显示位置的定位方法及显示数据的处理。请参阅图6，图6为本发明提供的拼接显示屏的旋转显示系统中缩放原理第二示意图，如图所示，旋转的小窗口（也就是原始图像）是输入视频图像原始大小，大窗口（也就是目标图像）是最终要旋转显示的大小。首先将要显示的小分辨率的原始信号进行旋转，得到一个新尺寸的旋转图像的正向外接矩形，如图小窗口的矩形虚线，旋转图像的放大就相当于矩形虚线的放大，这就转换为传统拼接的坐标定位和计算方式，上图的不规则a、b、c、d区域就可以转换成规则矩形A、B、C、D四个区域，只要在原图按照对应比例取出相应图像进行放大将图像叠加上去就可以实现虚线矩形图像的显示，最后只要在无效显示区域添加数据标识即可将无效区域的显示去除，最终只会看到白色区域的旋转的窗口。这样，便实现了任意大小窗口的任意角度旋转，处理速度快，可实现实时处理，图像效果好。

优选地，所述视频旋转缩放模块包括：

空间坐标转换单元，用于根据目标图像反查原始图像对每个像素点进行矩阵变换得到原始图像坐标；

像素值运算单元，用于对原始图像在垂直方向取最临近的行，水平方向取两个点进行线性插值，对图像进行缩放的时候地址访问连续再采用Lanczos算法平滑图像的边缘细节以得到旋转后的原始图像。

具体来说，关于视频旋转主要涉及两个运算：空间坐标转换和像素值运算。空间坐标转换有直接法、错切法、相对位置法。直接法是对每个像素点进行矩阵变换，计算量较大；错切法是将二维空间的旋转运算分解为三次一维空间的平移运算，很大减少了运算量，但是需要缓存3次图像，且得到的图像质量较低；相对位置法通过对第一行和第一列计算推算出其它点，也减少了运算量。

本发明采用的是直接法，原因是直接运算法一步到位，逻辑简单获取数值较精确，误差较小，虽然其算法运算量大但是对于FPGA来说影响较小。直接法又有正向映射和反向映射，正向映射是由原图像推导出目标图像，反向映射则是由目标图像反查原图像。由于反向映射法处理起来更直接，所以本发明采用反向映射法。

公式推导：

将旋转点设在图像中心，原始图像为f(x0,y0),目标图像为g(x1,y1),则有如下关系：

其中m(x1,y1)和n(x1,y1)函数则表示像素坐标的映射关系。

如图7所示，点(x0,y0)旋转a角度后变成点(x1,y1),那么两个点存在如下关系：

将上式变换成反射映射的计算形式：

使用上式就可以从所示图像坐标直接换算得到原始图像坐标值，其原始图像对应的像素值就是所示点的像素值。但是实际上，计算得到的x和y的值往往不是整数，不能准确地对应原始图像的像素坐标，此时就需要进行像素值的运算，这就是图像旋转变换后质量下降的原因。由于FPGA计算正余弦函数需要消耗较多资源，当角度固定的时候函数值是固定的，所以会借助单片机计算相应旋转角度的正余弦函数值，则FPGA做乘加运算即可。

然后进行像素值运算。计算得到非整数坐标x和y时我们可以有如下几种做法：

1、最临近法，即直接取最接近的像素点的值，这种方法运算量最小，速度最快，但是计算后图像锯齿块状现象很明显，图像效果差。

2、双线性插值，取目标点附近4个点进行加权平均运算，这种方法计算量比最临近法略大，图像效果较好。

3、Lanczos算法，即取目标点附近多个点执照一定的滤波加权系数运算，这种方法计算量最大，图像效果最好。

经过设计成本实现效果的综合考虑，本发明采用方法1、2的结合，在垂直方向取最临近的行，水平方向取两个点进行线性插值，即减少了运算量，也不至于使图像效果太差。因为设计中采用DDR3进行图像存储，而视频信号是逐行进行存储，为了保证DDR的效率通常都采用连续多次突发的读写方式对图像进行缓存，所以缓存使用的DDR可以快速读取一行相邻的连续像素值，所以可以快速计算水平方向的线性插值，由于图像旋转图像对应原图像坐标的不连续性，为保证DDR3的读写效率，同时旋转后图像大小变化较小，不做垂直方向的线性插值，对图像进行缩放的时候地址访问连续再采用Lanczos算法平滑图像的边缘细节，达到优秀的显示效果。

本发明算法推导如图8所示，所求目标点映射到原始图像点（m,n），处于点（0,0）、（0,1）、（1,0）、（1,1）之间，由于，取临近行两个点（0,1）、（1,1）进行线性插值运算：

上式m和n都为非整数，实际应用中通常将小数值放大倍计算取整，后再将结果除以相应的倍数即可，而的除法正好可以用移位代替，简化了除法运算。放大系数越大，精度越高，同时资源消耗就越大，在FPGA中有专门用于计算乘法的硬件乘法器，综合考虑资源问题发明采用的是16倍的系数。

综上所述，空间坐标转换利用单片机计算相应系数，FPGA根据推导公式做乘加运算，像素值计算主要根据变换结果映射到原图像，根据推到公式做线性插值即可计算得到，编程的时候注意控制DDR读写效率即可实现图像旋转。

本发明提出的拼接显示屏的旋转显示系统，充分利用FPGA高速，并行处理能力，基于FPGA架构拼接处理器，解决上述传统方案的瓶颈，可以实现图像任意旋转，而且基于FPGA架构的拼接处理器能做到上百路的输入输出信号的处理，可以满足所有应用需求，且灵活架构使得其扩展性很强，针对有旋转需求的应用可以做到不更改原有图像拼接处理器硬件，只需要更改软件即可，而且本技术方案不仅可以实现图像信号的旋转，还可以实现多个旋转图像的相互叠加能满足几乎所有特殊定制画面的展示需求。优选地，基于FPGA架构的拼接控制器，在输入板的FPGA上实现视频拼接墙显示信号的任意大小任意旋转和多路信号的叠加显示。信号的传输采用高速SERDES，数据流编码采用自定义协议，图像数据使用DDR进行缓存。视频旋转采用直接坐标变换和线性插值算法。视频缩放采用Lanczos算法保证图像的质量。

本发明针对目前多样化的图像拼接需求，基于FPGA架构的拼接控制器提出一种拼接窗口旋转算法和实施方案，解决传统简单旋转拼接不能设置任意角度、同时处理信号数少，支持拼接规模小、非实时处理等局限性，达到真正的任意组合任意旋转任意拼接，满足所有拼接显示方案的需求。应用在大屏幕拼接控制器上，实现拼接显示墙任意窗口、任意大小、0~360度任意旋转且各窗口任意位置的叠加显示。

基于上述拼接显示屏的旋转显示系统，本发明还提供了一种拼接显示屏的旋转显示方法，如图9所示，所述拼接显示屏的旋转显示方法，包括以下步骤：

S100、将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号；

S200、根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号；

S300、根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示。

进一步地，所述将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号包括：

将各种接口类型的视频输入信号通过视频转换及帧率转换后进行编码转换成统一格式的视频信号，并通过高速串行接口发送出去。

进一步地，所述根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示，包括：

将高速串行信号转换成低速并行信号，对视频信号进行解码提取行场同步信号及有效像素数据；

根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，并根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应放大或缩小；

对多路视频信号进行调度控制，根据控制信号将多路视频信号叠加；

按照拼接显示屏的显示时序要求将叠加后的多路视频信号输出给拼接显示屏对应显示。。

进一步地，所述根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，包括：

根据目标图像反查原始图像对每个像素点进行矩阵变换得到原始图像坐标；

对原始图像在垂直方向取最临近的行，水平方向取两个点进行线性插值，对图像进行缩放的时候地址访问连续再采用Lanczos算法平滑图像的边缘细节以得到旋转后的原始图像。

综上所述，本发明提供的一种拼接显示屏的旋转显示方法及系统，所述系统包括：至少一输入板、控制板、至少一输出板、矩阵板和底板；所述输入板将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号并发送给底板；控制板根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号并通过底板发送给矩阵板和输出板；矩阵板根据控制信号控制底板切换对应的输入板的视频信号至对应的输出板，并复制对应输入板的视频信号给各输出板；底板根据矩阵板的控制将输入板的视频信号输出给各个输出板；输出板根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示；旋转拼接能设置任意角度、同时处理信号数量多，支持拼接规模大、能够实时处理，达到真正的任意组合任意旋转任意拼接，满足所有拼接显示方案的需求，应用广泛，带来了大大的方便。

本发明适用于特别是基于大屏幕拼接控制器，实现拼接窗口任意旋转的系统，本发明可以应用于多个领域，可应用于安防监控显示终端系统、大屏幕拼接控制系统、室内娱乐视听系统。可应用于多个场合：银行等金融系统监控项目、电力系统监控项目、石化行业监控项目、机房监控项目、监狱系统监控项目、交通系统监控项目、校园监控项目、网吧监控项目等有显示旋转需求的系统。

应当理解的是，本发明的应用不限于上述的举例，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种拼接显示屏的旋转显示系统，其特征在于，包括：至少一输入板、控制板、至少一输出板、矩阵板和底板；所述输入板将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号并发送给底板；控制板根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号并通过底板发送给矩阵板和输出板；矩阵板根据控制信号控制底板切换对应的输入板的视频信号至对应的输出板，并复制对应输入板的视频信号给各输出板；底板根据矩阵板的控制将输入板的视频信号输出给各个输出板；输出板根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏显示。

2.根据权利要求1所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其特征在于，包括：所述输入板为4路SDI输入板、4路HDMI输入板、4路DVI输入板、16路CVBS输入板、4路VGA输入板或2路网络输入板。

3.根据权利要求1所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其特征在于，所述输入板包括：

用于接收各种接口类型的视频输入信号的接口兼容模块；

用于对视频输入信号进行视频转换的视频转换模块；

用于对视频输入信号进行帧率转换的帧率转换模块；

用于对帧率转换的视频帧进行存储的视频帧存储模块；

用于对视频输入信号进行视频编码转换为统一格式的视频信号的视频编码模块；

用于对视频输入信号进行串行信号输出的串行发送模块；

所述接口兼容模块、视频转换模块、帧率转换模块、视频信号的视频编码模块和串行发送模块依次连接；所述视频帧存储模块连接帧率转换模块。

4.根据权利要求1所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其特征在于，所述输出板包括：

用于接收视频信号的串行接收模块；

用于对视频信号进行解码提取行场同步信号及有效像素数据的视频解码模块；

用于根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，并根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放的视频旋转缩放模块；

用于存储视频信号对应视频数据的视频缓存模块；

用于对多路视频信号进行调度控制的仲裁模块；

用于根据控制信号将旋转缩放后的多路视频信号进行叠加的视频叠加模块；

用于将旋转缩放后的多路视频信号按照拼接显示屏的显示时序对应输出给拼接显示屏的视频时序生成模块；

所述串行接收模块、视频解码模块、视频旋转缩放模块、视频缓存模块、仲裁模块、视频叠加模块和视频时序生成模块依次连接。

5.根据权利要求4所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其特征在于，所述视频旋转缩放模块包括：

空间坐标转换单元，用于根据目标图像反查原始图像对每个像素点进行矩阵变换得到原始图像坐标；

像素值运算单元，用于对原始图像在垂直方向取最临近的行，水平方向取两个点进行线性插值，对图像进行缩放的时候地址访问连续再采用Lanczos算法平滑图像的边缘细节以得到旋转后的原始图像。

6.根据权利要求1所述的拼接显示屏的旋转显示系统，其特征在于，还包括：用于供电的电源模块；所述电源模块连接底板。

7.一种拼接显示屏的旋转显示方法，其特征在于，包括：

将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号；

根据用户的旋转显示请求生成对应的控制信号；

根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示。

8.根据权利要求7所述的拼接显示屏的旋转显示方法，其特征在于，所述将不同接口类型的视频输入信号转换成统一格式的视频信号包括：

将各种接口类型的视频输入信号通过视频转换及帧率转换后进行编码转换成统一格式的视频信号，并通过高速串行接口发送出去。

9.根据权利要求8所述的拼接显示屏的旋转显示方法，其特征在于，所述根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应缩放并发送给拼接显示屏对应显示，包括：

将高速串行信号转换成低速并行信号，对视频信号进行解码提取行场同步信号及有效像素数据；

根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，并根据视频信号图像原始大小与目标图像窗口大小的比例对旋转后的原始信号对应放大或缩小；

对多路视频信号进行调度控制，根据控制信号将多路视频信号叠加；

按照拼接显示屏的显示时序要求将叠加后的多路视频信号输出给拼接显示屏对应显示。

10.根据权利要求7所述的拼接显示屏的旋转显示方法，其特征在于，所述根据控制信号对所述视频信号的原始信号进行旋转，包括：

根据目标图像反查原始图像对每个像素点进行矩阵变换得到原始图像坐标；

对原始图像在垂直方向取最临近的行，水平方向取两个点进行线性插值，对图像进行缩放的时候地址访问连续再采用Lanczos算法平滑图像的边缘细节以得到旋转后的原始图像。