CN106897043B - 应用于拼接屏的数据超高分显示系统及显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用于拼接屏的数据超高分显示系统及显示方法，包括用户系统、数据库、服务器、交换机、解码器和显示单元，显示单元与解码器连接，解码器均通过交换机与服务器连接，用户系统连接服务器，用户系统和服务器均与各自的数据库连接；服务器用于查询用户系统并将查询结果按照预设模板存储为图形化数据，经过滤后将与解码器相关的图形数据发送至解码器；解码器用于对图形数据中的图形元素进行切割，根据预设显示范围将图形元素的原始坐标转换为相对坐标，之后对图形元素进行渲染并发送至显示单元。本发明减小了数据在服务器和解码器之间交换的压力；通过服务器计算过滤掉无关的图形元素，节省了服务器和解码器的计算和存储资源。

Description

应用于拼接屏的数据超高分显示系统及显示方法

技术领域

本发明涉及拼接屏技术，尤其涉及应用于拼接屏的数据超高分显示系统及显示方法。

背景技术

数据可视化系统一般旁置或串联于用户系统，服务器通过查询指令从用户系统获取查询结果，然后按照用户的要求选择特定的模板，比如：柱状图，饼图，折线图等，或者这些图形的组合，经过图像渲染生成图像发送到解码器或者个人电脑，移动终端，最后显示于显示单元上。

现有的数据可视化系统，一般分为前端(显示端)渲染和后端(服务器端)渲染。前端渲染的优势在于可以减轻后端的压力，但是数据从后端发送到前端会带来一定的延迟，并且对前端设备的配置要求较高；后端渲染的优势在于对前端的系统配置要求较低，一般通过浏览器的方式就可以显示，缺点在于对服务器配置要求较高。后端渲染在显示内容或者显示尺寸增加的时候，不可避免的需要产生更大的图像以保证图像在显示系统上显示不失真，这也使得图像在压缩和传输时需要消耗更多的资源，从而导致服务器计算量急速增加。

数据可视化系统在分布式拼接屏领域中的应用中，传统的方式使用了通用服务器节点机替换解码器，使用处理能力更强的CPU或者配合解码卡来共同实现多路视频流的解码和显示，并且兼顾模型数据的渲染。然而，这种架构存在实时性差，性能低，成本高，同步性差的缺点。

矢量图也称为面向对象的图像，它具有颜色，形状，轮廓，大小，位置等属性。矢量图是根据几何特性来绘制的，它的特点是放大后图像不会失真，与分辨率无关。现有的数据可视化系统对超高分辨率图像应用适应性较差，如果通过插值来拉伸图像会导致图像失真。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供应用于拼接屏的数据超高分显示系统，其能减小数据在服务器和解码器之间交换的压力。

本发明的目的之二通过服务器计算，为解码器过滤掉无关的图形元素，节省了解码器的计算和存储资源。

本发明的目的之一采用以下技术方案实现：

应用于拼接屏的数据超高分显示系统，其特征在于，包括用户系统、第一数据库、第二数据库、服务器、交换机、解码器和显示单元，显示单元与解码器连接，解码器均通过交换机与服务器连接，用户系统连接服务器，用户系统连接第一数据库，服务器连接第二数据库；所述服务器用于从用户系统中查询数据得到查询结果，并根据查询结果按照预设模板存储为图形化数据，预设模板由多个图形元素组成，服务器将与解码器相关的图形化数据发送至解码器；所述解码器用于对图形元素进行切割，以使切割后的图形元素符合解码器的预设显示范围，根据预设显示范围将图形元素的原始坐标转换为相对坐标，之后对图形元素进行渲染并发送至显示单元。

优选的，所述解码器和显示单元的数量均为多个，且解码器的数量和显示单元的数量相等，解码器和显示单元一一对应连接。

优选的，所述预设模板的模板范围为：x,y,w,h；其中，x为左上顶点的X轴坐标，y为左上顶点的Y轴坐标，w为矩形宽度，h为矩形高度。

优选的，所述预设显示范围的原始坐标格式和相对坐标格式为：x,y,w,h；其中，x为左上顶点的X轴坐标，y为左上顶点的Y轴坐标，w为矩形宽度，h为矩形高度。

优选的，所述查询结果以图形元素表示，查询结果的记录数和数值，决定了图形元素的个数、尺寸、位置。

本发明的目的之二采用以下技术方案实现：

应用于拼接屏的数据超高分显示方法，应用于本发明目的之一所述的数据超高分显示系统，包括如下步骤：

S1：服务器查询用户系统获得查询结果，并将查询结果以预设模板存储为图形化数据，将与解码器相关的图形化数据发送至各解码器；预设模板由多个图形元素组成；

S2：服务器过滤掉与解码器无关的图形元素，解码器根据自身预设显示范围对图形元素进行切割以使切割后的图形元素符合解码器的预设显示范围；

S3：解码器根据预设显示范围将图形元素的原始坐标转换为相对坐标；

S4：对图形化数据进行渲染，并发送至显示单元。

优选的，S4具体包括如下子步骤：

S41：解码器对图形化数据进行渲染后得到渲染后的图像，还将渲染后的图像进行缓存；

S42：解码器接收来自服务器的发送指令，将渲染后的图像发送给显示单元。

优选的，所述预设显示范围的原始坐标格式和相对坐标格式为：x,y,w,h；其中，x为左上顶点的X轴坐标，y为左上顶点的Y轴坐标，w为矩形宽度，h为矩形高度。

优选的，S4中，解码器将图形化数据中的各图形元素进行分类为第一类图形元素和第二类图形元素，对第一类图形元素中位于预设显示范围内的区域进行渲染，并根据第二类图形元素计算符合渲染需求的最小缓冲大小对该第二类图形元素进行渲染；所述第一类图形元素至少包括直线、矩形、圆形；第二类图形元素至少包括点、文字、符号。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明通过矢量图的方式描述图形化数据，数据量更小，从而减小了数据在服务器和解码器之间交换的压力，并且能解决超高分辨率数据可视化应用中的图像失真问题；通过服务器计算过滤掉于解码器无关的图形元素，节省了解码器的计算和存储资源；采用解码器GPU进行图像渲染，减小了服务器CPU的负载。

附图说明

图1为本发明的应用于拼接屏的数据超高分显示系统的模块结构图；

图2为本发明的应用于拼接屏的数据超高分显示方法的流程图；

图3为本发明实施例的图形化数据示意图；

图4为本发明实施例的图形化数据中的图形元素示意图；

图5为本发明实施例的拼接屏中图形化数据的显示示意图；

图6为本发明实施例的图形元素的相对坐标转换示意图。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述：

参见图1，本发明提供应用于拼接屏的数据超高分显示系统，包括用户系统、第一数据库、第二数据库、服务器、交换机、解码器和显示单元，显示单元与解码器连接，解码器均通过交换机与服务器连接，用户系统连接服务器，用户系统连接第一数据库，服务器连接第二数据库；所述服务器用于从用户系统中查询数据，并将查询结果以预设模板存储为图形化数据，该图形化数据具有多个图形元素，查询结果中的记录数和数值大小，由图形元素的个数、尺寸、位置表示，经过过滤后服务器将与解码器相关的图形化数据；所述解码器用于对图形元素进行切割，保留其在解码器显示范围内的部分，根据预设显示范围将图形元素的原始坐标转换为相对坐标，之后对图形元素进行渲染并发送至显示单元。

其中，解码器和显示单元的数量均可设置为多个，且解码器的数量和显示单元的数量相等，解码器和显示单元一一对应连接。

服务器转换的图形化数据为矢量图，解码器负责对矢量图进行解析，使用GPU渲染显示图像。服务器与用户系统连接是获取查询结果，按照不同的模板可以生成多个图形化结果，查询结果用S表示，图形化结果可以用G表示，可以将S表示为S＝{G1,G2...Gn}。

预设模板通常包括柱状图、饼图等，都是以矢量图的格式表现，预设模板所表现的图形数据的图形元素而包括点、直线、矩形、多边形、圆形、椭圆形、扇形、文字、特殊符号等。本发明中，为保证图形元素在整个图像缩放时保持相对位置不变，对图形元素的矢量图定义，进行了部分优化，使用单点结合大小的方式来定义图形元素的位置和大小，而元素的其他与位置无关的属性如颜色，旋转角度等属性可依然参照矢量图的定义。具体各图形元素的位置大小定义如下：点(原点位置,半径)，直线(顶点位置,长度),弧线(原点位置，起始弧度，终止弧度),矩形(顶点位置,宽,高),多边形(起点位置，旋转角度，直线长度，旋转角度，直线长度...)，圆形(原点位置,半径)，文字(顶点，字体大小)，符号(顶点，大小)，其他图形可由上述基本元素构造出闭合图形，并进行填充。模板中的图形元素按照从底层到顶层的顺序保存，以便解码盒渲染时进行叠加处理。图形化的过程实际上也就是图像数据到图像元素的映射过程。这一操作中，经过图形化后的图形用G表示，也是由各图形元素或图形元素的组合构成，则他们之间的关系为：G＝{e1,e2...en,C1,C2...Cm},C＝{e1,e2...en}，e表示图形元素，C表示图形元素的组合。

本发明中，为每个编码器分配一个数据处理模块实例，每个实例按照自己所服务的解码器的显示范围，对数据进行筛选。显示范围按照二维矩形范围(x,y,w,h)来定义，其中：x为左上顶点的x轴坐标，y为左上顶点的y轴坐标，w为矩形宽度，h为矩形高度。筛选过程即判断图形元素是否在或者部分在上述矩形范围内，如果不是则不进行进一步处理，如果是则需要进行下一步处理。对于三维图形元素可忽略z轴的判断。坐标转换过程，即将原来的全局坐标，转换为相对与显示范围左上顶点的相对坐标。

对于直线、矩形、圆形等简单的图形元素，解码器计算切割后属于自身范围内的区域进行渲染，而对于尺寸较小的或者复杂的图形元素，包括点、文字、符号、多边形等，系统自动计算满足渲染要求的最小缓冲大小，并分配给后续的渲染过程使用。例如，假设解码器的显示区间(矩形A)是坐标(0，0)，宽高(1920，1080)，凡是落在这一区域的像素都属于该解码器的显示区域。直线的切割算法为：当直线与矩形A有两个交点时，截取两个交点之间的线

段；当直线与矩形A只有1个交点时，截取该交点与直线落在矩形A内的顶点。不旋转的矩形切割算法为：求该矩形4边与矩形A的交点，无交点时，两者为包含关系，切割区域就是面积小的那个矩形；当两个矩形有两个交点时，若两交点的x坐标或者y坐标相等，截取这两交点和落在矩形A内的两顶点构成的矩形区域，否则则截取以这两交点为对角线的矩形区域。渲染完毕后，只拷贝显示范围内的数据至显示单元。

本发明通过矢量图的方式来描述图形，与位图相比这种方式数据量更小，从而减小了数据在服务器和解码器之间交换的压力。通过服务器计算，为解码器过滤掉无关的图形元素，节省了解码器的计算和存储资源，采用解码器GPU进行图像渲染，减小了服务器CPU的负载，并且通过矢量图的表现形式，很好的解决了超高分辨率数据可视化应用中的图像失真问题。

参见图2，本发明提供应用于拼接屏的数据超高分显示方法，包括如下步骤：

S1：服务器查询用户系统，并根据查询结果以预设模板存储为图形化数据，查询结果以图形元素表示，查询结果的记录数和数值，决定了图形元素的个数、尺寸、位置。该图形化数据具有多个图形元素，查询结果中的记录数和数值大小，由图形元素的个数、尺寸、位置表示，经过过滤后服务器将与解码器相关的图形化数据发送至各解码器；图形化数据具有多个图形元素；

S2：解码器根据自身预设显示范围，对图形元素进行切割，保留其在解码器显示范围内的部分；

S3：解码器根据预设显示范围将图形元素的原始坐标转换为相对坐标；

S4：对图形元素进行渲染，并发送至显示单元。

S4具体包括如下子步骤：

S41：解码器对图形元素进行渲染后，还将渲染后的图像进行缓存；

S42：解码器接收来自服务器的发送指令，将图像发送至显示单元。

S4中，解码器将图形化数据中的各图形元素进行分类为第一类图形元素和第二类图形元素，对第一类图形元素中位于预设显示范围内的区域进行渲染，并根据第二类图形元素计算符合渲染需求的最小缓冲大小对该第二类图形元素进行渲染；所述第一类图形元素至少包括直线、矩形、圆形；第二类图形元素至少包括点、文字、符号。

具体来讲，步骤S1中的过滤过程为：服务器以解码器预设显示范围(x，y，w，h)，其中，x为左上顶点的x轴坐标，y为左上顶点的y轴坐标，w为矩形宽度，h为矩形高度。这里所述的矩形是解码器的显示范围。筛选过程是服务器判断图形元素是否全部或者部分在矩形范围内，如果是则表示与解码器相关，则需要发送给解码器，否则，则不发送给解码器，如此循环为所有解码器进行图形元素过滤。

下面，通过一个具体案例对本发明的方案进行详细说明：

以汽车生产厂家2014，2015年度销量柱状图在2x2拼接屏显示为例，单屏显示分辨率为1920x1080，拼接后分辨率为3840x2160。假设查询结果(Q1)为：(单位：万辆)

年度\厂家	福特	本田
			2014	50	25
2015	40	30

上述表格中的数据均是查询结果，服务器获得这些数据后按照柱状图的预设模板进行图形化处理，得到图形化数据，也就是矢量图，如图3所示；则该矢量图中的图形元素参见图4所示，图4中的圆圈表示图形元素，圆圈内的编号表示对应不同的元素。

选取e4,e20,e7,e8,e9,e10,e18,e19图形元素作为示例，此处只列举部分典型的图形元素作为示例，元素的各属性值均为示意值，与实际位置大小无任何关系。G1的坐标原点为左上，x轴为横向，y轴为纵向。则矩形e9按预设坐标格式表示为(40,320,300,1780)，矩形e10表示为(340,1200,300,900)，e18和e19分别表示的是福特和本田的文字。按照2*2拼接屏显示，区域划分如图5所示，其中其中“n-m”,n和m分别表示物理屏幕所在的行和列,每个物理屏幕对应一个解码器也用n-m标识。图5中的1-1表示1行1列，以此类推。经过筛选后的图形化数据在各解码器中的处理队列分别为P1，P2，P3，P4，则P1＝{e1,e2,e4,e5,e7,e9}，P2＝{e12,e15,e16,e18,e19}，P3＝{e3,e6,e7,e8,e9,e10,e11}，P4＝{e8,e12,e13,e14,e17,e20}。

1-1，1-2，2-1，2-2的左上顶点在G1的坐标分别为(0,0),(1920,0),(0,1080),(1920,1080)。坐标转换的方法是，用元素相对于G1的坐标，减去所在屏幕左上顶点的坐标。经过坐标转换后，以e9为例，可计算得到坐标系转换后的结果e9∈P1和e9∈P3，其中，e9∈P1的相对坐标为(40,40,300,1780)，e9∈P3的相对坐标为(40,760,300,1780)，如图6所示。

其他图形元素的坐标转换过程与此类似，由于e7,e8,e9,e12在两个屏幕上都有显示，根据本方案的渲染优化过程，这些图形可通过切割来减小渲染所需的缓冲大小和图形的渲染范围。以e7和e9为例，解码盒1-1和2-1对e7,e9切割结果为：1-1中，e7的相对坐标为(10,1080,1070,270)，e9的相对坐标为(40,40,300,760)；1-2中，e7的相对坐标为(10,1020,1020,270)，e9的相对坐标为(40,0,300,1020)。最终解码盒1-1，2-1所需缓冲区均控制在1920x1080像素点范围内。

对本领域的技术人员来说，可根据以上描述的技术方案以及构思，做出其它各种相应的改变以及形变，而所有的这些改变以及形变都应该属于本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (7)

1.应用于拼接屏的数据超高分显示系统，其特征在于，包括用户系统、第一数据库、第二数据库、服务器、交换机、解码器和显示单元，显示单元与解码器连接，解码器均通过交换机与服务器连接，用户系统连接服务器，用户系统连接第一数据库，服务器连接第二数据库；所述服务器用于从用户系统中查询数据得到查询结果，并根据查询结果按照预设模板存储为图形化数据，预设模板由多个图形元素组成，服务器将与解码器相关的图形化数据发送至解码器；所述图形化数据为矢量图，所述解码器用于对图形元素进行切割，以使切割后的图形元素符合解码器的预设显示范围，根据预设显示范围将图形元素的原始坐标转换为相对坐标，之后对图形元素进行渲染并发送至显示单元；所述解码器和显示单元的数量均为多个，且解码器的数量和显示单元的数量相等，解码器和显示单元一一对应连接。

2.如权利要求1所述的数据超高分显示系统，其特征在于，所述预设模板的模板范围为：x,y,w,h；其中，x为左上顶点的X轴坐标，y为左上顶点的Y轴坐标，w为矩形宽度，h为矩形高度。

3.如权利要求1所述的数据超高分显示系统，其特征在于，所述预设显示范围的原始坐标格式和相对坐标格式为：x,y,w,h；其中，x为左上顶点的X轴坐标，y为左上顶点的Y轴坐标，w为矩形宽度，h为矩形高度。

4.应用于拼接屏的数据超高分显示方法，其特征在于，应用于权利要求1所述的数据超高分显示系统，包括如下步骤：

S1：服务器查询用户系统获得查询结果，并将查询结果以预设模板存储为图形化数据，将与解码器相关的图形化数据发送至各解码器；预设模板由多个图形元素组成；所述图形化数据为矢量图；

S2：解码器根据自身预设显示范围对图形元素进行切割以使切割后的图形元素符合解码器的预设显示范围；

S3：解码器根据预设显示范围将图形元素的原始坐标转换为相对坐标；

S4：对图形化数据进行渲染，并发送至显示单元。

5.如权利要求4所述的数据超高分显示方法，其特征在于，S4具体包括如下子步骤：

S41：解码器对图形化数据进行渲染后得到渲染后的图像，还将渲染后的图像进行缓存；

S42：解码器接收来自服务器的发送指令，将渲染后的图像发送给显示单元。

6.如权利要求4所述的数据超高分显示方法，其特征在于，所述预设显示范围的原始坐标格式和相对坐标格式为：x,y,w,h；其中，x为左上顶点的X轴坐标，y为左上顶点的Y轴坐标，w为矩形宽度，h为矩形高度。

7.如权利要求4所述的数据超高分显示方法，其特征在于，S4中，解码器将图形化数据中的各图形元素进行分类为第一类图形元素和第二类图形元素，对第一类图形元素中位于预设显示范围内的区域进行渲染，并根据第二类图形元素计算符合渲染需求的最小缓冲大小对该第二类图形元素进行渲染；所述第一类图形元素至少包括直线、矩形、圆形；第二类图形元素至少包括点、文字、符号。

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