CN110738975A

CN110738975A - 一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法

Info

Publication number: CN110738975A
Application number: CN201911093103.6A
Authority: CN
Inventors: 周建忠; 陈琦; 张金保; 洪晨义
Original assignee: Yanfeng Visteon Electronic Technology Nanjing Co Ltd
Current assignee: Yanfeng Visteon Electronic Technology Nanjing Co Ltd
Priority date: 2019-11-11
Filing date: 2019-11-11
Publication date: 2020-01-31

Abstract

本发明涉及一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，将待显示的原始开机动画数据转换成NV12格式的视频帧数据，对NV12格式的视频帧数据进行游程编码得到编码文件，将编码文件存储至全液晶仪表的eMMC中；全液晶仪表上电时其上的SOC片上系统将eMMC中的包含开机动画的编码压缩数据读入DDR中，通过解码程序进行游程解码产生NV12格式的解码数据并传送至SOC片上系统的DISP显示单元，DISP显示单元将NV12格式的解码数据进一步转换成RGB格式的视频帧数据，SOC片上系统启动LCD显示屏后DISP显示单元将RGB格式的视频帧数据推送至LCD显示屏中进行开机动画显示。通过该方法可将全液晶仪表上电后显示开机动画的时间缩短至1秒，且软硬件系统实现成本低。

Description

一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法

技术领域

本发明涉及汽车全液晶仪表技术领域，尤其涉及一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法。

背景技术

汽车作为代步交通工具发展进入快车道，逐步走向高端、节能、低碳排放、功能齐全、驾驶简单方便，汽车仪表就显得尤为重要，目前汽车仪表的主流配置是使用全彩液晶屏构建全液晶仪表。随着新能源汽车、网联汽车的发展，使得全液晶仪表同多媒体导航主机之间的交互需求越来越迫切。全液晶仪表一方面可以显示汽车里程数、保养和故障等信息，另一方面同多媒体导航主机进行信息交互后可以显示导航地图、多媒体、电话等信息。

从上电到出现开机画面的时间是全液晶仪表的关键技术指标之一，其会直接影响用户体验甚至汽车行驶的安全性。由于全液晶仪表的软硬件架构都比较复杂，使其上电快速出开机画面变得异常困难。现有的全液晶仪表所采用的开机动画显示方案一是需要依赖专用的硬件（如VPU，Video Processing Unit，视频处理单元）和媒体库解码，该种方案需要等待VPU和媒体库初始化完成后才能播放开机动画，并在上电3秒后才能显示开机动画，并由于使用了媒体库，需要向国外第三方缴纳版税，增加了全液晶仪表的成本。现有的全液晶仪表所采用的开机动画显示方案二是通过第三方的嵌入式图形引擎KANZI播放开机动画，这也需要等待KANZI初始化完成才能播放开机动画，该种方案也需要上电3秒左右才能显示开机动画，并且开机动画的格式及其制作方法的知识产权都掌握在第三方手里，需要向第三方支付费用后方可使用，这也增加了全液晶仪表的成本。

发明内容

本发明为了解决现有技术中全液晶仪表上电后无法快速显示开机动画的问题，提出一种轻量、可快捷显示开机动画的全液晶仪表快速显示开机动画的方法，通过该方法可将全液晶仪表上电后显示开机动画的时间缩短至1秒，效果更好，并且该方法所依赖的硬件结构简单，不涉及第三方收费软件，实现成本低。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为，一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，该方法所依赖的全液晶仪表的硬件系统包括SOC片上系统、eMMC（内嵌式存储器）、DDR（Double Data Rate，双倍速率同步动态随机存储器）和LCD显示屏，

方法包括开机动画压缩数据制作与烧写以及开机动画压缩数据解码与播放两大步骤，

其中，开机动画压缩数据制作与烧写的具体操作为：将待显示的原始开机动画数据转换成NV12格式的视频帧数据，对NV12格式的视频帧数据进行游程编码得到编码文件，将编码文件存储至全液晶仪表的eMMC中；

而开机动画压缩数据解码与播放的具体操作为：全液晶仪表上电时其上的SOC片上系统将eMMC中的包含开机动画的编码压缩数据读入DDR中，通过解码程序进行游程解码产生NV12格式的解码数据并传送至SOC片上系统的DISP显示单元，DISP显示单元将NV12格式的解码数据进一步转换成RGB格式的视频帧数据，SOC片上系统启动LCD显示屏后DISP显示单元将RGB格式的视频帧数据推送至LCD显示屏中进行开机动画显示。

作为本发明的一种改进，所述的“对NV12格式的视频帧数据进行游程编码得到编码文件”具体是，将NV12格式的视频帧数据视为字符流，采用游程长度编码统计字符流中连续相同字符的个数生成编码文件，编码文件中包括G组编码压缩数据；若字符流中有i（i>=1）串Mi个具有相同的Ni字符，则将该i串字符表示为（Ni，Mi），由于一个字节最大表示的整数是255，若i串中有a串相同的Na字符的个数满足0<Ma<255，则将该a串字符表示为（Na，Ma）a组编码压缩数据存储，若i串中有b串相同的Nb字符的个数满足255<=Mb<511，则将该b串字符拆分成为（Nb，255）和（Nb，Mb-255）b组编码压缩数据存储，而若i串中有c串相同的Nc字符的个数满足Mc>=511，则将该c串字符拆分成为（Nc，255）、（Nc，255）、…、（Nc，255）和（Nc，Mc-255）c组编码压缩数据存储，则G=a+b+c=i。

作为本发明的一种改进，所述的“通过解码程序进行游程解码产生NV12格式的解码数据”具体是，根据G组编码压缩数据中的Ni字符及其个数Mi进行逐一读取，以生成i串字符流以YUV格式进行存放，从而形成NV12格式的解码数据存储在解码数据区中；先读取G组压缩编码数据中a串的奇数位的数据（字节），作为解码后的数据Na，再读取偶数位的数据（字节）作为解码后数据Na的个数Ma，将Ma个数据Na按照读取的先后顺序依次排列形成第一字符流并存放到解码数据区中，接着读取G组压缩编码数据中b串的奇数位的数据（字节），作为解码后的数据Nb，再读取偶数位的数据（字节）作为解码后数据Nb的个数Mb，将Mb个数据Nb按照读取的先后顺序依次排列形成第二字符流并存放到解码数据区中，最后读取G组压缩编码数据中c串的奇数位的数据（字节），作为解码后的数据Nc，再读取偶数位的数据（字节）作为解码后数据Nc的个数Mc，将Mc个数据Nb按照读取的先后顺序依次排列形成第三字符流并存放到解码数据区中。

作为本发明的一种改进，所述的“将NV12格式的解码数据转换成RGB格式的视频帧数据”具体是，SOC片上系统的DISP显示单元按照如下的转换公式将NV12格式的解码数据转换成RGB888格式的视频帧数据：

R = Y + 1.14V

G = Y - 0.39U - 0.58V

B = Y + 2.03U

其中，R表示红色通道的颜色分量值，G表示绿色通道的颜色分量值，B表示蓝色通道的颜色分量值，Y表示明亮度，也就是灰阶值，U和V表示的则是色度，作用是描述影像色彩及饱和度，用于指定像素的颜色。

作为本发明的一种改进，所述SOC片上系统采用NXP公司的iMX8QXP作为主控芯片进行设计，在SOC片上系统中运行QNX操作系统。

作为本发明的一种改进，所述的“将待显示的原始开机动画数据转换成NV12格式的视频帧数据”具体是采用图像颜色空间转换的方式实现将待显示的原始开机动画数据转换成NV12格式的视频帧数据。

作为本发明的一种改进，在全液晶仪表上电时其上的SOC片上系统将eMMC中的3帧包含开机动画的编码压缩数据读入DDR中。

作为本发明的一种改进，在将eMMC中的包含开机动画的编码压缩数据读入DDR中和通过解码程序进行游程解码产生NV12格式的解码数据的过程中引入双缓冲机制，即软件中利用一块标记为缓冲1和另一块标记为缓冲2的两块内存用于存放编码数据，并对应创建两个线程，一个线程用于读取编码数据到一个缓冲，另一个线程用于同时对另一个缓冲中存放的编码数据进行游程解码。

作为本发明的一种改进，所述的双缓冲机制中，读取编码数据到一个缓冲和对另一个缓冲中的编码数据进行游程编码是在同一时刻进行。

相对于现有技术，本发明可将全液晶仪表上电后显示开机动画的时间缩短至1秒，效果更好，并且该方法所依赖的硬件结构简单，不涉及第三方收费软件，实现成本低。

附图说明

图1为本发明所提出的方法所依赖的全液晶仪表硬件系统的结构示意图。

图2为本发明所提出的方法中NV12内存YUV分量排布图。

图3为发明优选实施例中关于开机动画压缩数据制作与烧写的操作流程图。

图4为本发明优选实施例中游程编码前的一串原始字符数据存储形式。

图5为本发明优选实施例中游程编码后的编码数据存储形式。

图6为本发明优选实施例中关于开机动画压缩数据解码与播放的操作流程图。

图7为本发明优选实施例中关于双缓冲机制的执行流程示意图。

图8为本发明优选实施例中的显示单元工作原理示意图。

具体实施方式

为了加深对本发明的理解和认识，下面结合附图对本发明作进一步描述和介绍。

本发明优选实施例示出了一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，该方法所依赖的全液晶仪表的硬件系统包括SOC片上系统、eMMC、DDR和LCD显示屏，如图1所示。其中，所述SOC片上系统采用NXP公司的i.MX8QXP作为主控芯片进行设计，在SOC片上系统中运行加拿大黑莓公司的QNX操作系统，它支持在同一台设备上同时调度执行多个任务，用于运行驱动及开机动画、仪表功能和HMI软件。图中的U盘（U disk）用于在仪表出厂前将开机动画视频拷入仪表中，eMMC用于永久性存储开机动画视频数据，DDR用于运行软件以及开机动画数据缓存，LCD显示屏用于显示开机动画。

在仪表出厂前，首先对开机动画原始数据进行压缩编码，得到编码数据，并通过U盘将开机动画的编码数据拷入仪表并存储在eMMC中。仪表在上电正常工作时，系统将eMMC中的开机动画编码数据读入DDR中，然后通过软件解码后，送给SOC的显示单元（DISP），显示单元负责将解码后的视频帧数据推送给LCD显示屏，从而在LCD显示屏上显示开机动画。

具体地，方法包括开机动画压缩数据制作与烧写以及开机动画压缩数据解码与播放两大步骤，

传统的全液晶仪表的开机动画方案在播放开机画面时需要依赖专用的硬件（VPU）解码，且需要等待VPU和媒体库初始化完成后才能播放开机动画，无法快速出画面，而利用本发明所提出的开机动画方法无需等待硬件、媒体库或图形引擎初始化完成就可以显示开机动画，从而实现快速显示开机画面，显示开机画面的时长约1s，相比于现有的3s的显示开机画面时长，本发明方法提升了200%。。

进一步地，所述的“对NV12格式的视频帧数据进行游程编码得到编码文件”具体是，将NV12格式的视频帧数据视为字符流，采用游程长度编码统计字符流中连续相同字符的个数生成编码文件，编码文件中包括G组编码压缩数据；若字符流中有i（i>=1）串Mi个具有相同的Ni字符，则将该i串字符表示为（Ni，Mi），由于一个字节最大表示的整数是255，若i串中有a串相同的Na字符的个数满足0<Ma<255，则将该a串字符表示为（Na，Ma）a组编码压缩数据存储，若i串中有b串相同的Nb字符的个数满足255<=Mb<511，则将该b串字符拆分成为（Nb，255）和（Nb，Mb-255）b组编码压缩数据存储，而若i串中有c串相同的Nc字符的个数满足Mc>=511，则将该c串字符拆分成为（Nc，255）、（Nc，255）、…、（Nc，255）和（Nc，Mc-255）c组编码压缩数据存储，则G=a+b+c=i。

更进一步地，所述的“通过解码程序进行游程解码产生NV12格式的解码数据”具体是，根据G组编码压缩数据中的Ni字符及其个数Mi进行逐一读取，以生成i串字符流以YUV格式进行存放，从而形成NV12格式的解码数据存储在解码数据区中；先读取G组压缩编码数据中a串的奇数位的字节，作为解码后的数据Na，再读取偶数位的字节作为解码后数据Na的个数Ma，将Ma个数据Na按照读取的先后顺序依次排列形成第一字符流并存放到解码数据区中，接着读取G组压缩编码数据中b串的奇数位的字节，作为解码后的数据Nb，再读取偶数位的字节作为解码后数据Nb的个数Mb，将Mb个数据Nb按照读取的先后顺序依次排列形成第二字符流并存放到解码数据区中，最后读取G组压缩编码数据中c串的奇数位的字节，作为解码后的数据Nc，再读取偶数位的字节作为解码后数据Nc的个数Mc，将Mc个数据Nb按照读取的先后顺序依次排列形成第三字符流并存放到解码数据区中。

更进一步地，所述的“将NV12格式的解码数据转换成RGB格式的视频帧数据”具体是，SOC片上系统的DISP显示单元按照如下的转换公式将NV12格式的解码数据转换成RGB888格式的视频帧数据：

R = Y + 1.14V

G = Y - 0.39U - 0.58V

B = Y + 2.03U

更进一步地，所述的“将待显示的原始开机动画数据转换成NV12格式的视频帧数据”具体是采用图像颜色空间转换的方式实现将待显示的原始开机动画数据转换成NV12格式的视频帧数据。

更进一步地，在全液晶仪表上电时其上的SOC片上系统将eMMC中的3帧包含开机动画的编码压缩数据读入DDR中。

更进一步地，在将eMMC中的包含开机动画的编码压缩数据读入DDR中和通过解码程序进行游程解码产生NV12格式的解码数据的过程中引入双缓冲机制，即软件中利用一块标记为缓冲1和另一块标记为缓冲2的两块内存用于存放编码数据，并对应创建两个线程，一个线程用于读取编码数据到一个缓冲，另一个线程用于同时对另一个缓冲中存放的编码数据进行游程解码。另外，所述的双缓冲机制中，读取编码数据到一个缓冲和对另一个缓冲中的编码数据进行游程编码是在同一时刻进行，从而保证了交底的显示延迟且占用较少的内存。

以下以具体实例来进一步说明本发明的方法。将某车厂提供的开机动画（分辨率1920*720，时长4秒钟，采用原始数据帧RGB888格式）转成编码格式存在仪表中；仪表上电时，仪表软件读取编码数据，解码后，快速播放开机动画。

原始动画帧的每个像素采用R（Red）、G（Green）、B（Blue）三个分量混色表示，每个色彩占8bit，这种格式称为RGB888。这种格式最简单，但是缺点是每个像素占用3个Byte，1920*720*3Byte*30帧*4秒=474MB，文件太大，浪费存储空间，而且要求仪表读取动画数据速度非常快（474MB/4s=118MB/s）才能保障播放连续性。因此引入NV12数据帧格式。

NV12格式是一种YUV格式，采用YUV色彩空间的重要性是它的亮度信号Y和色度信号U、V是分离的，如果只有Y信号分量而没有U、V分量，那么这样表示的图像就是黑白灰度图像。

YUV与RGB相互转换的公式如下（RGB取值范围均为0-255）：

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

U = -0.147R - 0.289G + 0.436B

V = 0.615R - 0.515G - 0.100B

NV12是YUV420格式的一种，每个像素用1个Y表示，每四个像素用一个U和V表示，那么每个像素只占1.5Byte，1920*720*1.5Byte*30帧*4秒=237MB，文件大小减半。

NV12格式的U,V排布顺序为交错排布，假如一幅图像尺寸为W*H，则先Y分量有W*H个，然后U分量和V分量交错排布，U分量和V分量各有W*H/4个，U，V加起来总数是Y分量的一半。NV12内存YUV分量排布如图2所示。

NV12相比RGB888不仅数据减少一半；开机动画图像有亮度渐变颜色单一的特点，亮度和颜色的分离更容易对颜色数据做数据压缩；同时全液晶仪表的SOC里集成显示子系统均支持直接显示NV12格式的图像数据，显示过程不需要软件干预，也占用CPU资源。

如图3所示，开机动画压缩数据制作是在PC端编写压缩编码程序完成，将采用原始数据帧RGB888格式经颜色变换生成NV12格式。如果开机动画的原始格式就是NV12格式，则不需进行颜色变换，而对于其他非RGB888格式也可通过分析颜色格式得出相应变换公式以转换为NV12格式。

游程长度编码的主要思想是将一个相同值的连续串用其值和串长(重复的个数)的二元组来替代。例如，若有一串M个具有相同的N，则按游程长度编码后，只传递两个值(N，M)就可以代替这M个相同的值N。游程长度编码的主要任务是统计连续相同字符的个数。

对图4所示的存储形式的一串原始字符数据进行游程编码后产生编码数据，编码数据存储如图5所示。

本发明将NV12的视频帧数据当做字符流处理，由于开机动画的特点同一行会存在大量相同的数据，经游程编码后数据量会被大幅压缩；由于一个字节最大只能255，如果有M(255<M<511)个N, 拆分成两组存储（N， 255）,（N，M-255）。如果M>=511依次类推，拆解成三组或更多组存储。

经游程编码后，生成的编码文件约30MB左右，开机动画文件大小大幅减少；游程的编解码非常简单，只需软件就可以；这个过程是无损压缩，不同的开机动画视频文件压缩率不同，但普遍比较理想。

将编码数据得到的文件拷入U盘，再U盘插到仪表的USB口，通过仪表软件将编码数据存储到仪表的eMMC中。

如图6所示，仪表在上电正常工作时，读取eMMC中的3帧编码数据到DDR中，并对编码数据进行游程编码。

游程解码时要根据字符及连续相同字符的个数，恢复原来的数据。具体步骤大致如下：

（1）读取一串编码数据中的第一个数据（字节），作为解码后的数据M1，读取第二个数据（字节），为解码后数据的个数N1；

（2）生成N1个数据M1，存放到解码数据区中；

（3）读取编码数据第三个数据（字节），作为解码后的数据M2，读取第二个数据（字节），为解码后数据的个数N2；然后生成N2个数据M2，紧接着步骤（2）生成的数据之后存放；

（4）依次类推，直到解码完最后一组数据。

对图5所示的游程编码数据进行游程解码产生解码数据，解码数据的存储如图4所示。

在游程解码过程中引入双缓冲机制，以减少内存占用并减少延迟，如图7所示，创建两个线程，一个线程用于读取编码数据到一个缓冲，另一个线程用于同时对另一个缓冲进行解码。图中读取数据到缓冲2和解码缓冲1的数据在同一时刻，读取数据到缓冲1和解码缓冲2的数据也在同一时刻进行，从而有效保证了较低的显示延迟且占用较少的内存。解码过程在仪表SOC上运行的CPU使用率6%左右，不卡顿，符合产品要求。

由于LCD显示屏一般只支持显示RGB888格式的数据，其中RGB888为RGB格式的一种，R、G、B三个颜色分量各占8bit的。所以需要将解码后的NV12数据帧格式转成RGB888格式，具体是由SOC内的显示单元负责将数据帧由NV12格式转换成RGB888格式，然后传送给LCD，在LCD上显示开机画面，如图8所示。这个过程由SOC内的硬件完成，不需要软件干预，也不占用CPU资源。

本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，其特征在于：该方法所依赖的全液晶仪表的硬件系统包括SOC片上系统、eMMC、DDR和LCD显示屏，

2.如权利要求1所述的一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，其特征在于，所述的“对NV12格式的视频帧数据进行游程编码得到编码文件”具体是，将NV12格式的视频帧数据视为字符流，采用游程长度编码统计字符流中连续相同字符的个数生成编码文件，编码文件中包括G组编码压缩数据；若字符流中有i（i>=1）串Mi个具有相同的Ni字符，则将该i串字符表示为（Ni，Mi），由于一个字节最大表示的整数是255，若i串中有a串相同的Na字符的个数满足0<Ma<255，则将该a串字符表示为（Na，Ma）a组编码压缩数据存储，若i串中有b串相同的Nb字符的个数满足255<=Mb<511，则将该b串字符拆分成为（Nb，255）和（Nb，Mb-255）b组编码压缩数据存储，而若i串中有c串相同的Nc字符的个数满足Mc>=511，则将该c串字符拆分成为（Nc，255）、（Nc，255）、…、（Nc，255）和（Nc，Mc-255）c组编码压缩数据存储，则G=a+b+c=i。

3.如权利要求2所述的一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，其特征在于，所述的“通过解码程序进行游程解码产生NV12格式的解码数据”具体是，根据G组编码压缩数据中的Ni字符及其个数Mi进行逐一读取，以生成i串字符流以YUV格式进行存放，从而形成NV12格式的解码数据存储在解码数据区中；先读取G组压缩编码数据中a串的奇数位的数据，作为解码后的数据Na，再读取偶数位的数据作为解码后数据Na的个数Ma，将Ma个数据Na按照读取的先后顺序依次排列形成第一字符流并存放到解码数据区中，接着读取G组压缩编码数据中b串的奇数位的数据，作为解码后的数据Nb，再读取偶数位的数据作为解码后数据Nb的个数Mb，将Mb个数据Nb按照读取的先后顺序依次排列形成第二字符流并存放到解码数据区中，最后读取G组压缩编码数据中c串的奇数位的数据，作为解码后的数据Nc，再读取偶数位的数据作为解码后数据Nc的个数Mc，将Mc个数据Nb按照读取的先后顺序依次排列形成第三字符流并存放到解码数据区中。

4.如权利要求3所述的一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，其特征在于，所述的“将NV12格式的解码数据转换成RGB格式的视频帧数据”具体是，SOC片上系统的DISP显示单元按照如下的转换公式将NV12格式的解码数据转换成RGB888格式的视频帧数据：

R = Y + 1.14V

G = Y - 0.39U - 0.58V

B = Y + 2.03U

5.如权利要求4所述的一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，其特征在于，所述的“将待显示的原始开机动画数据转换成NV12格式的视频帧数据”具体是采用图像颜色空间转换的方式实现将待显示的原始开机动画数据转换成NV12格式的视频帧数据。

6.如权利要求5所述的一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，其特征在于，在将eMMC中的包含开机动画的编码压缩数据读入DDR中和通过解码程序进行游程解码产生NV12格式的解码数据的过程中引入双缓冲机制，即软件中利用一块标记为缓冲1和另一块标记为缓冲2的两块内存用于存放编码数据，并对应创建两个线程，一个线程用于读取编码数据到一个缓冲，另一个线程用于同时对另一个缓冲中存放的编码数据进行游程解码。

7.如权利要求6所述的一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，其特征在于，所述的双缓冲机制中，读取编码数据到一个缓冲和对另一个缓冲中的编码数据进行游程编码是在同一时刻进行。

8.如权利要求7所述的一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，其特征在于，所述SOC片上系统采用NXP公司的iMX8QXP作为主控芯片进行设计，在SOC片上系统中运行QNX操作系统。

9.如权利要求8所述的一种全液晶仪表快速显示开机动画的方法，其特征在于，在全液晶仪表上电时其上的SOC片上系统将eMMC中的3帧包含开机动画的编码压缩数据读入DDR中。