CN109343815A - 一种虚拟屏幕装置及虚拟屏幕的实现方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种虚拟屏幕装置，包括用于显示图像的显示屏，用于提供安装支撑的壳体、用于成像的成像单元和主电路板，所述主电路板和显示屏设置在壳体内部，所述成像单元安装在壳体上且和显示屏相对设置，所述主电路板包括：可编程逻辑器件，姿态数据单元，数据接口和接口转换芯片，所述显示屏与可编程逻辑器件连接，所述姿态数据单元与可编程逻辑器件连接，所述接口转换芯片设置在数据接口和可编程逻辑器件之间。通过上述技术方案，在不使用GPU或者DSP的情况下，实现虚拟显示功能，本申请还公开了一种虚拟屏幕的实现方法。

Description

一种虚拟屏幕装置及虚拟屏幕的实现方法

技术领域

本申请涉及数据处理技术领域，尤其涉及一种虚拟屏幕装置及虚拟屏幕的实现方法。

背景技术

屏幕在信息社会无处不在，目前屏幕的主要形式还是实体屏幕。实体屏幕由于是物理存在的原因，大屏幕产品移动不变，小屏幕产品，视觉体验又不够好，此外，由于实体屏幕显示出来的图像或者文字，周边的人也可以观察得到，用户在公共场所需要处理保密信息时，就会显得不适用。

虚拟现实头戴式显示设备，简称VR(Virtual Reality，虚拟现实)头显，是一种利用头戴式显示设备将人的对外界的视觉、听觉封闭，引导用户产生一种身在虚拟环境中的感觉。VR头显，为了使用户产生身临其境的沉浸感，需要用到GPU(Graphics ProcessingUnit，图形处理器)或者DSP(Digital Signal Processing，数字信号处理)等计算单元，功耗高，成本高。

发明内容

鉴于目前虚拟屏幕存在的上述不足，本申请提供一种虚拟屏幕，能够在不使用GPU或者DSP的情况下，实现虚拟显示功能。

为达到上述目的，本申请的实施例采用如下技术方案：

一种虚拟屏幕装置，包括

壳体，壳体为安装提供支撑；

显示屏，所述显示屏设置在壳体内部，用于显示图像；

成像单元，所述成像单元安装在壳体上，并与显示屏相对设置，用户通过成像单元观看屏幕上的图像；

主电路板，所述主电路板设置在壳体内部并与显示屏连接，用来处理图像数据；

所述主电路板包括：

可编程逻辑器件，所述可编程逻辑器件与显示屏连接。

所述可编程逻辑器件用来实时处理来自接口转换芯片的图像数据，可编辑逻辑器件是一种集成电路，它的逻辑功能按照用户对器件编程来确定，通过对可编程逻辑器件编程来实现对图像数据的处理，替代了现有的图像处理器GPU或者DSP。

数据接口，所述数据接口与接口转换芯片连接，用来和外部终端(如PC，personalcomputer，个人计算机)连接并进行通讯，获得原始的图像数据。

接口转换芯片，所述接口转换芯片设置在数据接口和可编辑逻辑器件之间，接口转换芯片是一种将数据接口接收的图像数据的格式转换为适用于可编程逻辑器件的图像数据格式的电子元件，例如，将HDMI接口(High Definition Multimedia Interface，高清晰度图像接口)接收的图像数据格式转换为RGB格式的ADV7611低功耗165MHz HDMI接收器等。

姿态数据单元，所述姿态数据单元与可编程逻辑器件连接。

所述姿态数据单元用来获得实时的姿态数据并传输给可编程逻辑器件，姿态数据单元用来对姿态数据进行采集，并进行融合计算，获得实时的欧拉角或者四元数的姿态数据。

可编程逻辑器件获取欧拉角或者四元数的姿态数据后，对原始的图像数据进行处理，调整图像数据在屏幕上的显示区域，从而使用户在变化姿态时，在显示屏上看到的是姿态变化后的图像，更加符合用户的习惯。例如,用户向左上方抬头看时，姿态数据单元实时检测用户的这个动作并计算出相应的欧拉角或者四元数姿态数据，然后将该姿态数据实时发送给可编程逻辑器件，可编程逻辑器件根据该姿态数据，将每一帧视频图像数据都整体进行搬移后发送给屏幕，这样在用户向左上方抬头看的整个过程中，屏幕左上方的图像信息将实时改变位置，不再位于屏幕左上角而是随着动作逐渐向屏幕中心靠近，用户将看到屏幕本身没有移动，而图像内容的位置随着头部的移动发生了改变，这更加符合用户使用习惯。通过上述处理方式，可编程逻辑器件替代了现有的图像处理器GPU或者DSP，实现了虚拟显示功能。

优选的，所述可编程逻辑器件为FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者PLD(Programmable Logic Device，复杂可编程逻辑器件)，可编辑逻辑器件的类型可以根据具体设计进行选择。

优选的，所述姿态数据单元包括IMU(Inertial Measurement Unit首字母的缩写，即惯性测量单元)和MCU(Microcontroller Unit；MCU，微控制单元或者单片机)，所述IMU和MCU连接，IMU是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的设备，一个IMU内通常会装有三轴的陀螺仪和三个方向的加速度计，来测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。为了可靠性，还可以为每个轴配备更多的传感器。MCU集成了内处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、计数器、以及I/O端口为一体的集成芯片,在此硬件电路基础上，将IMU读取的姿态数据、姿态数据的计算方法、步骤、操作命令编制成程序，存放于MCU内部或外部存储器中，MCU在运行时能自动地、连续地从存储器中取出并执行。

优选的，所述姿态数据单元还包括地磁传感器，所述地磁传感器与MCU连接，地磁传感器用来测量地球的磁场，利用地磁作为参考，通过地磁传感器测量出与地磁线之间的夹角就可以得到方位角的数据，利用该数据对IMU测出的姿态数据进行修正，从而实现更精确的方向控制。

优选的，所述数据接口为HDMI接口、DP(Display Port，是一种高清数字显示接口标准)接口和无线接收模块中的一种或者多种，数据接口用来接收图像数据，实现数据传输功能。

优选的，所述无线接收模块为WIFI(WIreless-FIdelity,无线保真)接收模块、WiGig(Wireless Gigabit，无线千兆比特)接收模块或者移动数据接收模块中的一种。

优选的，所述显示屏设置为一块或者两块，屏幕的数目可以根据使用的场景进行选择，当屏幕设置为两块时，需要在对可编程逻辑器件进行编程时，将图像数据中的图像数据进行相应的处理。

优选的，所述成像单元为透镜或者透镜组。

本申请的另外一个目的是提供一种虚拟屏幕的实现方法，能够在不使用GPU或者DSP的情况下，实现虚拟显示功能。

一种虚拟屏幕的实现方法，包括如下步骤：

数据接口接收的原始图像数据经接口转换芯片处理后传输至可编程逻辑器件；

可编程逻辑器件接收图像数据并检测用户是否设置启用姿态数据单元；

如果设置为是，则读取姿态数据单元生成的姿态数据，并结合姿态数据对图像数据进行处理；如果设置为否，则直接使用经接口转换芯片处理后的图像数据，得到二次处理图像数据；

可编程逻辑器件将二次处理图像数据传输至显示器显示。

优选的，所述姿态数据单元生成的姿态数据的循环队列具体为：

建立姿态数据的循环队列；

姿态数据单元获取并计算出一组待存储的姿态数据；

检测循环队列是否已满；

如果已满，则将待存储的姿态数据存储在循环队列的第一个位置；如果未满，则将待存储的姿态数据存储在循环队列的下一个位置；

继续获取待存储的姿态数据并存储在循环队列中。

本申请实施的优点：本申请公开了一种虚拟屏幕装置，包括用于显示图像的显示屏，用于提供安装支撑的壳体、用于成像的成像单元和主电路板，所述主电路板和显示屏设置在壳体内部，所述成像单元安装在壳体上且和显示屏相对设置，所述主电路板包括：可编程逻辑器件，姿态数据单元，数据接口和接口转换芯片，所述显示屏与可编程逻辑器件连接，所述姿态数据单元与可编程逻辑器件连接，所述接口转换芯片设置在数据接口和可编程逻辑器件之间，通过上述技术方案，在不使用GPU或者DSP的情况下，实现虚拟显示功能，本申请还公开了一种虚拟屏幕的实现方法。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例1所述的一种虚拟屏幕装置的结构示意图；

图2为本申请实施例2所述的一种虚拟屏幕装置的结构示意图；

图3为本申请实施例3所述的一种虚拟屏幕装置的兼容接头的原理示意图；

图4为本申请实施例3所述的一种虚拟屏幕实现方法的流程图；

图5为本申请实施例3所述的一种虚拟屏幕实现方法的姿态数据单元生成姿态数据队列的流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例1

如图1所示，一种虚拟屏幕装置，包括

壳体1，壳体1为安装提供支撑；

显示屏2，所述显示屏2设置在壳体1内部，用于显示图像；

所述显示屏2为一块整体的屏幕。

成像单元3，所述成像单元3安装在壳体1上，并与显示屏2相对设置，用户通过成像单元3观看屏幕上的图像；

所述成像单元3为透镜。

主电路板4，所述主电路板4设置在壳体1内部并与显示屏2连接，用来处理图像数据；

所述主电路板4包括：

可编程逻辑器件41，所述可编程逻辑器件41与显示屏2连接。

数据接口43，所述数据接口43与接口转换芯片44连接，用用来和外部终端(如PC)连接并进行通讯，获得原始的图像数据；所述数据接口43为HDMI接口，用来接收图像数据，实现数据传输功能，所述数据转换芯片44可以设置为ADV7611低功耗165MHz HDMI接收器，用来将HDMI接口接收的原始图像数据转换成RGB格式。

接口转换芯片44，所述接口转换芯片44设置在数据接口43和可编辑逻辑器件41之间。

所述可编程逻辑器件41用来实时处理来自接口转换芯片44的图像数据，可编辑逻辑器件41是一种集成电路，它的逻辑功能按照用户对器件编程来确定，通过对可编程逻辑器件41编程来实现对图像数据的处理，替代了现有的图像处理器GPU或者DSP，所述数据接口43用来和终端连接并进行通讯，获得原始的图像数据，接口转换芯片44用来转换原始的图像数据，所述可编程逻辑器件41为FPGA。

姿态数据单元42，所述姿态数据单元42与可编程逻辑器件41连接。

所述姿态数据单元42用来获得实时的姿态数据并传输给可编程逻辑器件41，姿态数据单元42为惯性测量及融合计算单元，通过对姿态数据进行采集，并进行融合计算，获得实时的欧拉角或者四元数的姿态数据。

所述姿态数据单元42包括IMU和MCU，所述IMU和MCU连接，IMU是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的设备，一个IMU内通常会装有三轴的陀螺仪和三个方向的加速度计，来测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。为了可靠性，还可以为每个轴配备更多的传感器。MCU集成了内处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、计数器、以及I/O端口为一体的集成芯片,在此硬件电路基础上，将IMU读取的姿态数据、姿态数据的计算方法、步骤、操作命令编制成程序，存放于MCU内部或外部存储器中，MCU在运行时能自动地、连续地从存储器中取出并执行。

可编程逻辑器件41获取欧拉角或者四元数的姿态数据后，对原始的图像数据进行处理，调整图像数据在屏幕上的显示区域，从而使用户在变化姿态时，在显示屏2上看到的是姿态变化后的图像，更加符合用户的习惯。例如,用户向左上方抬头看时，姿态数据单元42实时检测用户的这个动作并计算出相应的欧拉角或者四元数姿态数据，然后将该姿态数据实时发送给可编程逻辑器件41，可编程逻辑器件41根据该姿态数据，将每一帧视频图像数据都整体进行搬移后发送给屏幕，这样在用户向左上方抬头看的整个过程中，屏幕左上方的图像信息将实时改变位置，不再位于屏幕左上角而是随着动作逐渐向屏幕中心靠近，用户将看到屏幕本身没有移动，而图像内容的位置随着头部的移动发生了改变，这更加符合用户使用习惯。通过上述处理方式，可编程逻辑器件41替代了现有的图像处理器GPU或者DSP，实现了虚拟显示功能。

实施例2

如图2所示，一种虚拟屏幕装置，包括

壳体1，壳体1为安装提供支撑；

显示屏2，所述显示屏2设置在壳体1内部，用于显示图像；

所述显示屏2为两块，左右设置，设置在左边的为左屏幕，设置在右边的为右屏幕。

成像单元3，所述成像单元3安装在壳体1上，并与显示屏2相对设置，用户通过成像单元3观看屏幕上的图像，所述成像单元3为透镜组。

主电路板4，所述主电路板4设置在壳体1内部并与显示屏2连接，用来处理图像数据；

所述主电路板4包括：

数据接口43，所述数据接口43与接口转换芯片44连接，用来接收外部终端传送的图像数据，所述数据接口43为DP接口。

接口转换芯片44，所述接口转换芯片44设置在数据接口43和可编辑逻辑器件之间，所述数据转换芯片可以用型号为STDP4020的DP接收器，该器件可以将DP信号转换为RGB信号。

所述可编程逻辑器件41用来实时处理来自数据接口43的图像数据，可编辑逻辑器件是一种集成电路，它的逻辑功能按照用户对器件编程来确定，通过对可编程逻辑器件41编程来实现对图像数据的处理，替代了现有的图像处理器GPU或者DSP，所述数据接口43用来和终端连接并进行通讯，获得原始的图像数据，接口转换芯片44用来转换原始的图像数据。

姿态数据单元42，所述姿态数据单元42与可编程逻辑器件41连接。

所述姿态数据单元42用来获得实时的姿态数据并传输给可编程逻辑器件41，姿态数据单元42为惯性测量及融合计算单元，通过对姿态数据进行采集，并进行融合计算，获得实时的欧拉角或者四元数的姿态数据。

可编程逻辑器件41获取欧拉角或者四元数的姿态数据后，对原始的图像数据进行处理，调整图像数据在屏幕上的显示区域，从而使用户在变化姿态时，在显示屏2上看到的是姿态变化后的图像，更加符合用户的习惯。例如,用户向左上方抬头看时，姿态数据单元42实时检测用户的这个动作并计算出相应的欧拉角或者四元数姿态数据，然后将该姿态数据实时发送给可编程逻辑器件41，可编程逻辑器件41根据该姿态数据，将每一帧视频图像数据都整体进行搬移后发送给屏幕，这样在用户向左上方抬头看的整个过程中，屏幕左上方的图像信息将实时改变位置，不再位于屏幕左上角而是随着动作逐渐向屏幕中心靠近，用户将看到屏幕本身没有移动，而图像内容的位置随着头部的移动发生了改变，这更加符合用户使用习惯。通过上述处理方式，可编程逻辑器件41替代了现有的图像处理器GPU或者DSP，实现了虚拟显示功能。

所述姿态数据单元42包括IMU、地磁传感器和MCU，所述IMU和MCU连接，所述地磁传感器与MCU连接，IMU是测量物体三轴姿态角(或角速率)以及加速度的设备，一个IMU内通常会装有三轴的陀螺仪和三个方向的加速度计，来测量物体在三维空间中的角速度和加速度，并以此解算出物体的姿态。为了可靠性，还可以为每个轴配备更多的传感器。MCU集成了内处理器(CPU)、存储器(RAM、ROM)、计数器、以及I/O端口为一体的集成芯片,在此硬件电路基础上，将IMU读取的姿态数据、姿态数据的计算方法、步骤、操作命令编制成程序，存放于MCU内部或外部存储器中，MCU在运行时能自动地、连续地从存储器中取出并执行，地磁传感器用来测量地球的磁场，利用地磁作为参考，通过地磁传感器测量出与地磁线之间的夹角就可以得到方位角的数据，利用该数据对IMU测出的姿态数据进行修正，从而实现更精确的方向控制。

实施例3

实施实施例3与实施例2的不同之处在于所述数据接口43为组合接口，如图3所示，所述组合接口包括HDMI接口43a和DP接口43b，所述HDMI接口43a、DP接口43b均和接口转换芯片44连接，所述接口转换芯片44和可编程逻辑器件41连接，HDMI接口43a和DP接口43b用来接收图像数据，接口转换芯片44用来转换数据，所述接口转换芯片可以使用多种芯片的组合，使HDMI接口43a或者DP接口43b接收的图像数据转换成RGB信号，实现数据传输功能。

实施例4

如图4所示，一种虚拟屏幕的实现方法，包括如下步骤：

S1、数据接口接收的原始图像数据经接口转换芯片处理后传输至可编程逻辑器件；

S2、可编程逻辑器件接收图像数据并检测用户是否设置启用姿态数据单元；

S3、如果设置为是，则读取姿态数据单元生成的姿态数据，并结合姿态数据对图像数据进行处理；如果设置为否，则直接处理图像数据，得到处理后的图像数据，得到二次处理图像数据；

S4、可编程逻辑器件将二次处理图像数据传输至显示器显示。

其中，如图5所示，所述姿态数据单元生成的姿态数据的循环队列具体为：

S5、建立姿态数据的循环队列；

S6、姿态数据单元获取并计算出一组待存储的姿态数据；

S7、检测循环队列是否已满；

S8、如果已满，则将待存储的姿态数据存储在循环队列的第一个位置；如果未满，则将待存储的姿态数据存储在循环队列的下一个位置；

S9、继续获取待存储的姿态数据并存储在循环队列中。

本申请实施的优点：本申请公开了一种虚拟屏幕装置，包括用于显示图像的显示屏，用于提供安装支撑的壳体、用于成像的成像单元和主电路板，所述主电路板和显示屏设置在壳体内部，所述成像单元安装在壳体上且和显示屏相对设置，所述主电路板包括：可编程逻辑器件，姿态数据单元，数据接口和接口转换芯片，所述显示屏与可编程逻辑器件连接，所述姿态数据单元与可编程逻辑器件连接，所述接口转换芯片设置在数据接口和可编程逻辑器件之间，通过上述技术方案，在不使用GPU或者DSP的情况下，实现虚拟显示功能，本申请还公开了一种虚拟屏幕的实现方法。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域技术的技术人员在本申请公开的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种虚拟屏幕装置，包括用于显示图像的显示屏，用于提供安装支撑的壳体和用于成像的成像单元，其特征在于，还包括主电路板，所述主电路板和显示屏设置在壳体内部，所述成像单元安装在壳体上且和显示屏相对设置，所述主电路板包括：

可编程逻辑器件，所述显示屏与可编程逻辑器件连接，用来处理图像数据；

数据接口，所述数据接口与接口转换芯片连接，用来和外部终端连接并进行通讯，获得原始的图像数据；

接口转换芯片，所述接口转换芯片设置在数据接口和可编辑逻辑器件之间，用来将来自数据接口的图像数据转换为便于可编程逻辑器件处理的图像数据格式；

姿态数据单元，所述姿态数据单元与可编程逻辑器件连接，用来获得实时的姿态数据并传输给可编程逻辑器件。

2.根据权利要求1所述的虚拟屏幕装置，其特征在于，所述可编程逻辑器件为FPGA或者PLD。

3.根据权利要求1所述的虚拟屏幕装置，其特征在于，所述姿态数据单元包括IMU和MCU,所述IMU和MCU连接。

4.根据权利要求3所述的虚拟屏幕装置，其特征在于，所述姿态数据单元还包括地磁传感器，所述地磁传感器与MCU连接。

5.根据权利要求1所述的虚拟屏幕装置，其特征在于，所述数据接口为HDMI接口、DP接口和无线接收模块中的一种或者多种。

6.根据权利要求5所述的虚拟屏幕装置，其特征在于，所述无线接收模块为WIFI接收模块、WiGig接收模块或者移动数据接收模块中的一种。

7.根据权利要求1所述的虚拟屏幕装置，其特征在于，所述显示屏设置为一块或者两块。

8.根据权利要求1所述的虚拟屏幕装置，其特征在于，所述成像单元为透镜或者透镜组。

9.一种虚拟屏幕的实现方法，其特征在于，包括如下步骤：

数据接口接收的原始图像数据经接口转换芯片处理后传输至可编程逻辑器件；

可编程逻辑器件接收图像数据并检测用户是否设置启用姿态数据单元；

如果设置为是，则读取姿态数据单元生成的姿态数据，并结合姿态数据对图像数据进行处理；如果设置为否，则直接使用经接口转换芯片处理后的图像数据，得到二次处理图像数据；

可编程逻辑器件将二次处理图像数据传输至显示器显示。

10.根据权利要求9所述姿态数据单元生成的姿态数据的循环队列具体为：

建立姿态数据的循环队列；

姿态数据单元获取并计算出一组待存储的姿态数据；

检测循环队列是否已满；

如果已满，则将待存储的姿态数据存储在循环队列的第一个位置；如果未满，则将待存储的姿态数据存储在循环队列的下一个位置；

继续获取待存储的姿态数据并存储在循环队列中。