CN202422104U - 多屏并行海量信息展示系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种多屏并行海量信息展示系统所述系统包括：系统将整体拼墙以四块屏为单元进行划分，每四块屏由一个子节点控制器分别控制，并通过高速互联网与主节点控制器共同构成局域网。在主节点控制器的统一调配、组织下，外部的海量数据（包括模拟视频信号、计算机的数字信号等），经过量化和数字处理后，发送到高速网络，最终送达子节点控制器，由子节点控制器将图像并行渲染到显存中，然后显示到高清拼接显示屏上。本系统综合应用了CPU+GPU并行处理技术，云计算技术和高速网络系统，使传统系统无法处理与显示的海量数据得到实时快速显示。

Description

多屏并行海量信息展示系统

技术领域

本实用新型涉及通讯和计算机领域，特别是涉及一种多屏并行海量信息展示系统。

背景技术

目前市场主流的信息显示系统均采用集中控制运算方式对显示单元进行信号显示控制，随着科技的不断发展和用户对产品性能和显示效果的要求不断提高。

现有的信息显示系统采用集中控制运算方式对显示单元进行信号显示控制。即所有的输入图像都必须接入视频控制器中，所有的输出图像由视频控制器输出。该种处理方式的核心部件为图像拼接器，该种设备多为纯硬件结构设计，无操作系统。整个大屏显示图像的解码、渲染工作均集中在图像拼接器中完成，系统可扩展性差，可靠性不高。

现有技术存在以下问题和缺陷：

（1）无法处理并展示用户的大数据量信息，同时，无法兼容市场上新型图像输入方式；

（2）系统功能组合、显示、分区、图像交换能力比较差，同一台视频控制器之间的输入和输出图像矩阵交换能力比较好，在屏数量比较多配置了多台视频控制器时，两台不同视频控制器的输入和输出图像之间矩阵交换功能比较弱；一般功能分区以视频控制器为核心，不同控制器之间基本上不支持输入和输出图像的任意组合、任意分区；

（3）系统的稳定性和可靠性不高，目前主流厂家的视频控制器仍是基于工业计算机，因此对系统的稳定性和可靠性是一个严峻的考验，尤其对于大规模显示系统，一台视频控制器（例如输出32路）出现故障就可能导致32块屏不能正常显示，维护保养非常麻烦，需要将该视频控制器中的所有图像输入卡和图像输出卡取出来；另一个方面，系统不能实现在线的实时冗余；

（4）扩展性差，无法满足用户升级改造显示系统的要求，当用户提出在原有基础上扩展的要求时，现有技术只能拆掉重建。

（5）系统不易维护和升级。由于传统的视频控制器图像的放大、缩小，图像格式的转换，图像处理的方式基本上是由图像输入、输出卡完成的，因此其软件是固化在图像输入、输出卡中，不能经过纯软件的更新实现系统的升级。

实用新型内容

本实用新型提供一种通过使用并行计算与操作技术，革命性地提高系统对各类海量信息处理、分析及管理能力，形成一个高性能的信息处理、分析、管理的多屏并行海量信息展示系统。

本实用新型多屏并行海量信息展示系统包括：图像信息获取装置和显示装置。

1、图像信息获取装置，用于获取图像信息。

并行的一个或多个子节点控制器，用于接收图像信息，并对图像信息处理与渲染。

主节点控制器，用于根据图像信息对一个或多个子节点控制器进行调节控制，负责输入图形信号的分割与各子节点控制器的显示同步。

2、显示装置，用于接收节点控制器输出的图像信息并进行显示。

其中所述显示装置包括：一个或多个显示单元，一个子节点控制器对应于多个显示单元，所述一个或多个显示单元之间并行显示图像信息。

所述图像信息获取装置、并行的一个或多个子节点控制器、通过无线或有线网络与主节点控制器连接。

所述图像信息获取装置，用于获取图像信息，图像信息获取装置的第一信号输出端与主节点控制器的信号输入端连接、第二信号输出端与子节点控制器的第一信号输入端连接，所述主节点控制器的信号输出端与所述子节点控制器的第二信号输入端连接，根据图像信息向子节点控制器发送图像处理的控制命令，然后所述子节点控制器对图像进行处理，并发送到显示装置进行并行显示。

所述图像信息获取装置包括：

模拟信号单元，用于获取模拟视频信号，并通过数字化转换成数字信号；

数字信号单元，用于获取数字信号。

优选地，本实用新型多屏并行海量信息展示系统还包括界面装置，其用于接收外部输入，对所述主节点控制器实施管理。

所述界面装置包括：

接收模块，用于接收一个或多个外部输入；

用于管理过程中根据一个或多个外部输入创建一个或多个选项的设置模块。

所述图像信息获取装置以多播的方式将图像信息发送到所述并行的一个或多个子节点控制器中，所述并行的一个或多个子节点控制器均接收完整的图像信息。

所述主节点控制器对并行的一个或多个子节点控制器的调节控制包括：根据所述并行的一个或多个子节点控制器的布置，对图像信息的多显示区域进行坐标划分和时间调度管理，然后发送坐标信息和时间信息发送到对应的子节点控制器。

所述并行的一个或多个子节点控制器对图像信息的并行处理包括：以并行处理方式对整体图像信息进行分割，根据坐标信息将需要在对应的显示单元中显示的图像信息部分分割出来，然后进行解码和渲染处理。

所述并行的处理为：主节点根据显示单元与子节点控制器的布置，对输入图像信号进行分割，并将分割后的各部分图像的解码与渲染任务分配给各子节点控制器，即将亿万像素的图像信息的解码与渲染任务交由若干台计算机运算，由一台主节点计算机进行任务分配和同步，实现并行处理。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1）并行处理方式为系统强大的信息处理能力奠定了坚实的基础：

采用CPU+GPU分布式、并行控制系统，整个系统的信号处理由各个网络子节点分别参与完成。系统的信号处理能力是所有显示子节点处理能力的叠加，在系统规模不断扩大的同时，信号处理能力相应得到显著增加。这种先进的结构设计突破了信号处理速度受系统规模大小的制约。

2）图像输入方式兼容多种格式，扩充性强：

A21. 图像的输入方式：数字可直接接入网络交换机中，模拟图像经过视频工作站进入交换机中；

A22. 输入图像的格式灵活多样，理论上不受限制，只需在节点控制器中增加相应的图像格式转换软件即可，不须任何硬件上的投资；

A23. 输入图像的数量，理论上不受限制。

3）图像输出屏幕大小只受网络带宽约束，更容易实现超高清晰展示：

A31．图像的输出路数即显示屏的数量理论上不受限制，不断增加节点控制器即可增加显示屏的数量；

A32. 图像的输出显示基本上没有延迟时间；

A33. 图像的各种显示效果非常容易实现，世界上图像的最高分辨率一直由本系统保持；

A34. 图像在整个屏幕上，可以任意分区，容易实现输入图像的任意叠加、放大、缩小、移动等各种功能；

A35. 由于输入图像和输出图像采用全数字式的矩阵交换，所有的输入图像可以在整个显示屏上任何位置上任意显示。

4）系统的稳定性、可靠性高：

采用分布式结构后，大量显示屏的工作由多台节点控制器承担，一台节点控制器故障只影响四台显示屏，节点控制器可以实现多机冗余，千兆网络系统也可以多台设备的冗余，很容易保证系统的稳定性。

5）系统更易维护和升级：

在硬件设备不需要任何更新的情况下，更新软件即可使系统的功能更完善和强大；且软件的更新可通过远程操作完成，不需软件工程师人员到现场。

附图说明                

图1为本实用新型的系统拓扑图；

图2为本实用新型的数据流、控制流结构。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本实用新型作进一步说明。

本实用新型多屏并行海量信息展示系统包括：

1、图像信息获取装置，用于获取图像信息。

2、并行的一个或多个子节点控制器，用于接收图像信息，并对图像信息处理。

3、主节点控制器，用于根据图像信息对一个或多个子节点控制器进行调节控制；主节点控制器分析输入信号，然后进行各子节点控制器的任务分配和同步。

4、显示装置，用于接收节点控制器输出的图像信息并进行显示，

其中所述显示装置包括：一个或多个显示单元，一个子节点控制器对应于多个显示单元，所述一个或多个显示单元之间并行显示图像信息。

所述图像信息获取装置、并行的一个或多个子节点控制器、通过网络与主节点控制器连接。

5、界面装置，用于接收外部输入，对所述主节点控制器实施管理。

所述界面装置包括：

接收模块，用于接收一个或多个外部输入；

用于管理过程中根据一个或多个外部输入创建一个或多个选项的设置模块；

所述图像信息获取装置以多播的方式将图像信息发送到所述并行的一个或多个子节点控制器中，所述并行的一个或多个子节点控制器均接收完整的图像信息。

所述主节点控制器用于处理图像的各种空间信息，包括时间的同步、图像信息对应的子节点控制器的对应的坐标等相关信息，其对并行的一个或多个子节点控制器的调节控制包括：根据所述并行的一个或多个子节点控制器的布置，对图像信息的多显示区域进行坐标划分和时间调度管理，然后发送坐标信息和时间信息发送到对应的子节点控制器。

所述并行的一个或多个子节点控制器对图像信息的并行处理包括：以并行处理方式对整体图像信息进行分割，根据坐标信息将需要在对应的显示单元中显示的图像信息部分分割出来，然后进行解码和渲染处理。主节点根据显示单元与子节点控制器的布置，对输入图像信号进行分割，并将分割后的各部分图像的解码与渲染任务分配给各子节点控制器，即将亿万像素的图像信息的解码与渲染任务交由若干台计算机运算，由一台主节点计算机进行任务分配和同步，实现并行处理。

所述图像信息获取装置包括：

用于获取模拟视频信号的模拟信号单元；用于获取数字信号的数字信号单元；所述模拟信号单元分别与一个或多个子节点控制器和主节点控制器相互连接，数字信号单元分别与一个或多个子节点控制器和主节点控制器述相互连接。

所述图像信息获取装置还包括：信号转换单元，信号转换单元与所述模拟信号单元输出端相连接，信号转换单元接收模拟信号单元输出的模拟信号，然后转换成数字信号，再通过通过图像信息获取模的第一信号输出端与主节点控制器的信号输入端连接，通过图像信息获取模第二信号输出端与子节点控制器的第一信号输入端连接，进行信号传输。

具体的，所述系统中主节点和子节点控制器，可为包含高性能显示卡的计算机处理设备组成，多个显示单元，可为市场主流高性能显示器，所述图像信息获取装置、并行的一个或多个子节点控制器、通过无线或有线网络与主节点控制器连接，通过局域网或互联网进行通讯连接，可通过交换机连接组成局域网或与互联网连接。

图像信息获取装置的图像输出端与外部信号源连接，以获取图像信息，然后图像信息获取装置的第一信号输出端与主节点控制器的信号输入端连接、第二信号输出端与子节点控制器的第一信号输入端连接，所述主节点控制器的信号输出端与所述子节点控制器的第二信号输入端连接，根据图像信息向子节点控制器发送图像处理的控制命令，然后所述子节点控制器对图像进行处理，并发送到显示装置进行并行显示。

其中，所述的图像信息获取装置包括：模拟信号单元和模拟信号单元，所述两个单元皆通过图像信息获取模的第一信号输出端与主节点控制器的信号输入端连接、第二信号输出端与子节点控制器的第一信号输入端连接。

并且所述模拟信号单元还包括对模拟信号进行数字化转换成数字信号的信号转换单元，将模拟信号转换成数字信号然后再输出图像信息到所述的主节点和子节点控制器上。

以下结合具体的实例做出说明，但并不仅限定于以下的实例：

以普通3行4列拼接显示墙为例的系统拼接原理如附图1所示，系统通过交换机构成一个整体局域网。Head node主节点控制器和多台Rendering Node子节点控制器通过交换机接口接入局域网。不同格式的图像获取模块也通过交换机接口接入局域网。数字视频流信号或文件服务器可通过交换机接口直接进入网络，模拟视频流信号可通过图像采集工作站（即信号转换单元）然后通过交换机接口进入局域网。

视频信号的处理流程为：直接进入网络的数字视频流或经过图像采集工作站输入的模拟视频流以网络多播的方式发送到每个子节点控制器。主节点控制器负责对该视频流的多显示区域坐标划分和时间调度管理。子节点根据主节点控制器发出的指令对收到的图像进行分割，并对属于自己管理范围的图像进行放大、渲染处理。

系统将整体拼接墙以四块屏为单元进行划分，每四块屏由一个子节点控制器（Rending Node）分别控制，并通过高速互联网与主节点控制器（Head Node）共同构成局域网。在主节点控制器的统一调配、组织下，外部的模拟视频信号或计算机的数字信号，经过量化和数字处理后，发送到高速网络，最终送达子节点控制器（rending node），由子节点控制器将图像并行渲染到显存中，然后显示到高清拼接显示屏上。

如附图2所示（其中符号“                                               

”表示像素流，符号“

” 表示消息流），主节点控制器通以消息驱动的方式，将各子节点需要显示内容的图像坐标和显示时间等显示控制指令发送到高速网络。各子节点（Rending Node）依照主节点控制器发出的指令接收整体未解码图像。同时，子节点控制器（Rending Node）通过应用接口库实现与主节点控制器（Head Node）的交互，根据主节点控制器的控制指令，以并行处理方式对整体图像需要在自己连接屏幕显示部分进行分割、解码和渲染处理（以四块屏幕为单元同时并行渲染）。由于每台子节点控制器图像处理范围只限于自身连接的四块屏幕，系统整体在主节点控制器的控制下，以消息机制通过高速网络实现互联，在高速网络的支持下，可实现图像的超高分辨率、无延时显示。

系统将整体拼墙以四块屏为单元进行划分，每四块屏由一个子节点控制器分别控制，并通过高速互联网与主节点控制器共同构成局域网。在主节点控制器的统一调配、组织下，外部的模拟视频信号或计算机的数字信号，经过量化和数字处理后，发送到高速网络，最终送达子节点控制器，由子节点控制器将图像并行渲染，然后显示到高清拼接显示屏上。由于每个子节点控制器只负责4块屏幕图像的解码、渲染工作（传统系统采用集中解码、渲染工作方式），因此，可以实现超高分辨率的图像显示，以及理论上在传输带宽允许下的屏幕无限扩展（每增加四块屏，添加一台子结点控制器即可）。该种基于并行计算（即“云”计算）的体系结构使得多屏并行海量信息展示系统系统具有：强大的信号处理能力；灵活的拼接能力；稳定性、可靠性高；可扩展性好；易维护以及高的性能价格比。其采用基于 CUDA的GPU 云计算编解码技术，云计算是并行计算(Parallel Computing)、分布式计算(Distributed Computing)和网格计算(Grid Computing)的发展，或者说是这些计算机科学概念的商业实现。云计算是虚拟化(Virtualization)、效用计算(Utility Computing)、IaaS(基础设施即服务)、PaaS(平台即服务)、SaaS(软件即服务)等概念混合演进并跃升的结果。通常意义的云计算，都是通过网络传输CPU 的运算能力，为客户端返回计算结果或者文件；而GPU 云计算则偏重于图形渲染运算或大规模并行计算，为客户端传送逼真的2D图形或3D图像，具体表现在：

a. 并行处理方式为系统强大的信息处理能力奠定了坚实的基础：

采用分布式、并行控制系统，整个系统的信号处理由各个网络子节点分别参与完成。系统的信号处理能力是所有显示子节点处理能力的叠加，在系统规模不断扩大的同时，信号处理能力相应得到显著增加。这种先进的结构设计突破了信号处理速度受系统规模大小的制约。

b. 图像输入方式兼容多种格式，扩充性强：

图像的输入方式：数字可直接接入网络交换机中，模拟图像经过视频工作站进入交换机中；输入图像的格式灵活多样，理论上不受限制，只需在节点控制器中增加相应的图像格式转换软件即可，不须任何硬件上的投资；输入图像的数量，理论上不受限制。

c. 图像输出屏幕大小只受网络带宽约束，更容易实现超高清晰展示：

系统中图像的输出路数即显示屏的数量理论上不受限制，不断增加节点控制器即可增加显示屏的数量；图像的输出显示基本上没有延迟时间；图像的各种显示效果非常容易实现，世界上图像的最高分辨率一直由多屏并行海量信息展示系统保持；图像在整个屏幕上，可以任意分区，容易实现输入图像的任意叠加、放大、缩小、移动等各种功能；由于输入图像和输出图像采用全数字式的矩阵交换，所有的输入图像可以在整个显示屏上任何位置上任意显示。

d. 系统的稳定性、可靠性高：

采用分布式结构后，大量显示屏的工作由多台节点控制器承担，一台节点控制器故障只影响四台显示屏，节点控制器可以实现多机冗余，千兆网络系统也可以多台设备的冗余，很容易保证系统的稳定性。

e. 系统更易维护和升级：

在硬件设备不需要任何更新的情况下，更新软件即可使系统的功能更完善和强大；软件的更新可通过远程操作完成，不需软件工程师人员到现场。

Claims (5)

1.多屏并行海量信息展示系统，其特征在于，所述系统包括：图像信息获取装置、并行的一个或多个子节点控制器、主节点控制器和显示装置；

所述图像信息获取装置，用于获取图像信息，图像信息获取装置的第一信号输出端与主节点控制器的信号输入端连接、第二信号输出端与子节点控制器的第一信号输入端连接，所述主节点控制器的信号输出端与所述子节点控制器的第二信号输入端连接，根据图像信息向一个或多个子节点控制器发送图像处理的控制命令，然后所述一个或多个子节点控制器对图像进行处理，并发送到显示装置进行并行显示。

2.根据权利要求1所述的多屏并行海量信息展示系统，其特征在于，所述显示装置包括：多个显示单元，一个子节点控制器对应于多个显示单元，所述多个显示单元根据主节点控制器的控制，同步并行显示相应的图像信息。

3.根据权利要求1所述的多屏并行海量信息展示系统，其特征在于，还包括：界面装置，用于接收外部输入，对所述主节点控制器实施管理；

所述界面装置包括：

用于接收一个或多个外部输入的接收模块；

用于管理过程中根据一个或多个外部输入创建一个或多个选项的设置模块。

4.根据权利要求1所述的多屏并行海量信息展示系统，其特征在于，所述图像信息获取装置包括：用于获取模拟视频信号的模拟信号单元；用于获取数字信号的数字信号单元；所述模拟信号单元和数字信号单元通过图像信息获取模的第一信号输出端与主节点控制器的信号输入端连接，通过图像信息获取模第二信号输出端与一个或多个子节点控制器的第一信号输入端连接。

5.根据权利要求4所述的多屏并行海量信息展示系统，其特征在于，所述图像信息获取装置还包括：信号转换单元，信号转换单元与所述模拟信号单元输出端相连接，信号转换单元接收模拟信号单元输出的模拟信号，然后转换成数字信号，再通过通过图像信息获取模的第一信号输出端与主节点控制器的信号输入端连接，通过图像信息获取模第二信号输出端与所述一个或多个子节点控制器的第一信号输入端连接。

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