（计算机应用技术专业论文）大屏幕拼接显示系统的研究与应用.pdf

摘要 随着社会信息化的高速增长，信息的可视化需求也急剧扩大，同时高端可 视化的实现难度也越来越高。单台显示设备所能显示的信息量已经远远不能满 足市场需求，特别是一些监控中心、指挥中心、调度中心等重要场所，大屏幕 背投拼接显示系统已经成为信息可视化不可或缺的核心基础系统。 本文基于这种现状，作者先对大屏幕显示系统的功能性能，以及国内外的 发展现在进行了介绍。然后，作者对大屏幕显示系统的硬件系统进行了剖析， 选择了d l p 投影机和d a t a p a t h 的采集、显示硬件作为本系统的载体。最后， 对基于一系列特殊硬件的大屏幕显示系统的软件系统进行了深入的分析和研 究。 这套软件分为图像拼接软件和拼接控制软件，其核心就是通过拼接控制软 件驱动图像拼接处理器以及其它一系列硬件协调工作，共同完成图像拼接显示 任务。 作者深入研究了三个“无缝”要求，即：单屏信号源无缝切换、整屏无缝 切换以及投影区域无缝拼接。本文详细阐述了流程运行的过程，使它成为了本 系统的一大特色。为了增加系统的可用性和稳定性，本系统设计了一整套应急 措施。 关键词：信息可视化；大屏幕拼接显示系统；d l p 投影；无缝切换；无缝拼接 作者：陈槐 a b s t r a c t a l o n gw i t ht h eh i g hs p e e di n c r e a s eo ft h es o c i a li n f o r m a t i o n ，t h er e q u i r e m e n to f i n f o r m a t i o nv i s i b i l i t yi se x p a n d i n gs h a r p l y , s i m u l t a n e o u s l y , t h et o pl e v e lv i s i b i l l t yi s b e c o m i n gm o r ea n dm o r ed i f f i c u l ts i n g l e d i s p l a y s c r e e nd e v i c e sa r ef a rb e y o n dt h e r e q u i r e m e n to f t h em a r k e t ，e s p e c i a l l yf o rs o m em o n i t o r i n gc e n t e r s ，d i r e c t i n gc e n t e r s a n ds c h e d u l i n gc e n t e r s ，t h ep a t c h e dw i d e s c r e e nd i s p l a ys y s t e mt h a tp r o j e c t i n g f r o mb a c kh a sb e c o m et h ei n d i s p e n s a b l ek e r n e lb a s i so f i n f o r m a t i o nv i s i b i l i t ys y s t e m t h i sd i s s e r t a t i o ni sb a s e do nt h e s ep h e n o m e n at h ea u t h o rf i r s t l yi n t r o d u c e st h e f u n c t i o na n dc a p a b i l i t yo ft h ew i d e s c r e e nd i s p l a ys y s t e m ，a n dt h ed e v e l o p m e n to f t h i ss y s t e mi sa l s od e s c r i b e df r o md o m e s t i ct oa b r o a da n dt h e nt h ea u t h o ra n a l y s e s t h eh a r d w a r ec o m p o n e n to ft h i ss y s t e m ，r e s u l t i n gt h es e l e c t i o no fd l pp r o j e c t o ra n d d a t ag a t h e r i n g ，d i s p l a y i n gc a r df o r md a t a p a t ha st h eh a r d w a r eb a s i so ft h et a r g e t s y s t e mf i n a l l yt h ea u t h o rm a k e st h ea n a l y s i sa n dd e s i g ni nd e p t ho nt h es o f t w a r eo f t h ew i d e - s c r e e nd i s p l a ys y s t e mw h i c hb a s e do nas e r i o u so f s p e c i a lh a r d w a r e t h i ss o f t w a r es u i ti sc o m p o s e do fi m a g ep a t c hp r o c e s ss o f t w a r ea n dp a t c h c o n t r o l l e rt h ec o r ei sd r i v i n gt h ep r o c e s s o ra n do t h e rh a r d w a r et oc o o p e r a t et h r o u g h t h ec o n t r o l l e r , ，t oc o m p l e t et h ei m a g ep a t c hd i s p l a yw o r k t h ea u t h o rr e s e a r c h e st h r e e “s e a m l e s s n e s s ”i nd e p t h ，t h a ti s ，t h es e a m l e s ss w i t c h o ft h es i g n a ls 0 1 1 i c eo fas i n g l ew i n d o w , s e a m l e s ss w i t c ho ft h ee n t i r es c r e e na n dt h e s e a m l e s sp a t c h i n go ft h ep r o j e c t i n ga r e a se x p a t i a t eo nt h ep r o c e s so fh o wt h ef l o w r u n n i n g ，w i t c hm a k e sac h a r a c t e r i s t i co f t h i ss y s t e mi te n g i n e e r sas e r i o u so f m e t h o d s t od e a l 诵t he m e r g e n c y , w h i c ha d du pt ot h eu s a b i l i t ya n ds t a b i l i t yo f t h es y s t e m k e y w o r d s ：i n f o r m a t i o nv i s i b i l i t y ； d l p p r o j e c t i n g ；s e a m l e s ss w i t c h ； p a t c h e dw i d e s c r e e nd i s p l a ys y s t e m ； s e a m l e s sp a t c h i n g s i g n a t u r e ：c h e nh u a i 引言 引言 当今社会已经进入信息爆炸时代，各种图文信息涌入生浠的方方厩面。随着 茬会蕊患纯黪褰速璎长，售惑的可裁佬需求瞧急测扩大，霜瓣裹臻可视诧翡实 现难度也越来越高。单台显豕设备所能显示的信息已经远远不能满照市场需求， 特别憝一些黢控孛，& 、撂挥中心、壤度孛心镣重要塌瑟，大羼幕鸳投搿接燕示 系统已经成为信息可视化不可或缺的核心基础系统。具体表飙在： ( 1 ) 援谖设备从撂准溥联发囊离瀵嚷度迈进，援谖内容氆开始跨入数字懿瀵 时代； ( 2 ) 鼹络技术飞跃发展，从百s 嬲到予懿网、万s 霹，健埝速度迅猛壤褰， 传输信息量也随之呈几何级数增长： ( 3 ) 特别是在各秘嶷清晰馈患要求可视纯繁理积大量信。爨要求集中显示孵， 例如几十个视频信号和若干路超高分辨率计算机信息需要在一个系统平台下同 时显示对，传统的显示方法和设备已经完全不能胜任。 以上技术疆求催黛了一个新兴行娥火屏幕背投拼接擞示系统制造行北。 其突出特点怒： ( 1 ) 显示弼积大。积木式拼接，可达几十、几百平方米，旗至更大； ( 2 ) 分辨肇高、清踌 度高。理论上可以随赘拼接艘摸增大碾不断累加； ( 3 ) 技术水平高。由于该产品是必学、电子、屏幕、机械、网络等等现代生 活中几乎所有的高科技技术的集合体，其所舆有的技术含量也是也是一般高摹嘻 技产黼所无法眈拟静。 本文从硬件选择剿软件设计与实现，介绍了一个大屏幕拼接显示系统的开发 过程。 第一章介绍了大屏幕显示系统的功能、性能，使用场合，以及大屏幕显示系 统静发展丽毯。着重奔绍了警今投影技术的籁蜂：d l p 投影援沭，凸魏了d l p 技 术的优势和地位。 第二章着燕奔缮了作者设计豹大掰幕显示系统魏功藐。飘系统角浚将太器幕 拼接摄示系统分为拼接控制服务器和逡程控制端两个部分。分别详细地对他们 懿 壬务进行了绉透，裙步稳慧豳了“三令无缝”靛安琥方法。 在第三章中，作者分析了当今大屏幕拼接鼹示系统的硬件组成，设计出了一 套低威零毒效率豹大搽慕耩接嚣示系统疆磐缀合。参考了当今蔷耱大羼幕显示 系统，作者构造出了一套积木搭建式的硬件缎合，极具扩展燃。 农第霆章孛捧毒缭台审场霈求帮嫒箨设备特点，设计凄了一套珐戆强大嚣攥 作简单的控制软件。详细描述了“无缝切换”的实现过程；并引进了“流程” 毂念，镬本系绞可摆脱入羹戆于羲邀入蠡动按毒l 模式。 成都理工大学硕士学位论文 然后在第五章中介绍了部分软件禳块静实现遗程。采焉了符合灞流豹面向对 象设计思想。 豢厝，在第六章中对本系统的往麓鄹功麓遴行穰捂，凸瑶了本系统豹先邃襁 和实用性。 2 第一章大屏幕显示系统概述 第一章大屏幕显示系统概述 现代媒体技术飞速发展麓，获蕈独的音频、单独的视频剿音视频合成媒体。 而如今的音视频合成媒体又呈多样性发展，如m p e g i 、m p e g i i 、m p e g i i i 、 m p e g - i v 、m p e g v i i 、a v i 、g i f 致r m 、r m v b 等等 7 1 。它们各裔蕻优映点， 广泛殿用于各行各业。同时各种文字信息也魑其重要组成部分。为了集中显示， 一个信息综含平台予楚裁成为了遥留盼需求。 隧着现代多媒体技术的飞速发展，对各种形式的媒体进行综合处理成为可 戆。 大屏幕盥示系统，是一个多路输入、超大单屏综合输出的显示系统【8 ，9 。莎 籍输入，是攒j 邈系统霹浚弱辩接浚若干令r g b 信号，若予个v g a 、s v g a 信 号，游干模拟信号，或者以上各种信号共同输入。这熙，“越大”是一个相对的 壤念，镄懿个久电黪簸示器，在嚣懿燕流是1 7 、1 9 茭寸翡露候，2 l 英寸藏可戳 称为大屏幕盥示器：褥如电视机，在酱遍使用2 l 、2 5 英寸电视的时候，2 9 英寸 辇盂上戆3 4 、4 3 、5 l 荚尊等足寸裁霹狱穗麦大器慕毫筑了。 在本文中所述的商用大屏幕，主耍是指柱政府、机关、学校、众事业单位 等公共场瑟毽怒翡大爨蓁，冀显示尺寸援据繇凌褒镬惩壤凌鹣不霆，一般奁6 0 英寸以上 i o , 1 1 l 。所谓“单屏”，并不怒说只由一个显示设备输出图像，而是指视 燮上黥一剽婺俸蘑嚣，宅霉以是蠡菪予令曼承设各共霹缱或驰显示辫裂拱接露 成。 1 。1 大屏幕显示系统简介 麓着售惑薅霞戆瓣来，黪裂是掰终技拳戆发震，信惠共搴霹铸感综合戆需 要日菔突出，这就造就了对越大屏幕驻示的髓求。 壤藿枣绣经济熬发震，务静亵数沟逶窝教育墙诿越来越必要巍黧要，邋靛 造成丫对先进会议和培训设铸的需求。 孳：是，大羼摹显零系统熬应运秀袋。 大屏幕的主要作用是显永视频、数据和圈像信号，这些信号可以来自p c 机、 工终站、摄像机、影碟8 k 敖像攫、援频展示台等。峦于显示尺寸大，可以实 现计算机数搬、图像、视频图像的切换显示绒混合摄示，可以实现多个窗口信 号熬鼹示，以实玟绩惑综会，因熊，大屡幕熬示系缀鼯是一个信息缘会平台。 1 1 1 大屏幕显示系统的功能及特性 作为一个信息综合平台，通用的大屏幕照示系统具有一下功能 3 1 1 ； ( 1 ) 多路输入统一输毽。瓣辏入豹馐号毒多令，瘗控镑l 嚣逡择其中靛一帮分 成都理工大学硕士学位论文 进行显示。而被显示在大屏幕上的图像，也不止由一路信号源提供信号，即屏 幕上可以显示多幅图像。 ( 2 ) 接收多种信号的输入。它既可以接收视频信号，又可以接收数字信号。 ( 3 ) 集中控制。哪些信号将被显示出来，将在何时显示，显示在何处，这些 都在集中控制系统中被决定。 ( 4 ) 信号预览。在集中控制台旁，应该有一些独立于大屏幕的监视器，用来 监测一些即将被输出显示的信号，以确保其正确无误。 ( 5 ) 即时信号源切换。屏幕上已经显示出了多幅图像，然而，我们可以按照 需求，对其中的一部分图像窗口对应的信号源进行切换，而不影响当前正在显 示的其它图像。如：当前正被显示的信号源有r g b l 、r g b 2 、v i d e o l 、v i d e 0 2 ， 我们可以立即将r g b l 对应的窗口用于显示r g b 3 信号，将v i d e 0 2 对应的窗口用 来显示r g b 4 的信号。而r g b 2 和v i d e o l 对应的图像不受影响。 目前，大屏幕拼接系统已经成为大屏幕显示系统的主流。所谓拼接系统，是 指显示屏幕由多个显示设备组成的矩阵构成。这样的大屏幕显示系统更为复杂， 但其功能更多，视觉效果更好，更适合于现代大型会议及大型指挥调度控制中 心的使用。一个大屏幕拼接系统，还具有以下功能： ( 1 ) 图像拼接功能。这是大屏幕拼接系统与一般的大屏幕显示系统最主要的 区别。一般的大屏幕显示系统，一台显示设备只能显示一个信号源的图像，一 个信号源的图像也只能由一台显示设备显示输出，显示出来的是一个个独立的 画面。而在大屏幕拼接系统中，所显示出来的是一幅整体的画面，它由各信号 源的图像拼接而成。一个信号源的图像也不一定由一台显示设备显示，它可以 由数台设备形成的矩阵显示，每一台设备只显示图像的一部分；一台显示设备 也不一定只显示一个信号源的图像，它可以显示若干个信号源的图像，也可以 显示其图像的一部分。我们常见的“画中画”就是一种拼接效果。 ( 2 ) 图像具有动态效果。每个信号源对应的图像窗口是可以调整的。窗口可 以进行缩放和移动。 1 1 2 大屏幕显示系统的使用范围 大屏幕显示系统广泛应用于各种场合，如电视演播厅、文化娱乐厅、展示厅、 会议室、指挥控制现场、安防监视厅、证券所、银行、仓库、停车场、广告牌 等等场合。在以下领域获得了广泛的应用 1 0 9 3 1 , 3 4 】： ( 1 ) 电信网络管理： ( 2 ) 公用事务( 电力水n 石油天然气煤气自来水铁路地铁高速路 轻轨等) ： ( 3 ) 调度及网管中心； 4 第一章大屏幕显示系统概述 ( 4 ) 陆上及空中交通管理中一t 3 公安交警指挥； ( 5 ) 国防、卫星及航天控制中心； ( 6 ) 军事指挥作战中心； ( 7 ) 模拟培训中心； ( 8 ) 政府行政机构； ( 9 ) 大型商业机构全球资讯、调度及数据控制中心 ( 1 0 ) 公司、消防、保安及社会联动应急中心； ( 1 1 ) 配合g i s 、g p s 系统使用； ( 1 2 ) 广告展示平台。 1 1 3 大屏幕显示系统的技术指标 ( 1 ) 显示尺寸：该尺寸的选择应结合房间的长宽高以及观看人数和座位安排 来考虑，同时还要考虑显示的内容，是计算机图文、数据还是视频图像。 ( 2 ) 显示分辨率：目前投影设备对显示视频图像( d v d 、电视等) 都没有问 题，主要是考虑电脑显示分辨率，一般地应使显示设备的分辨率与电脑显示分 辨率相同，绝大多数投影显示设备都向上兼容一档，如物理分辨率为8 0 0 6 0 0 可以显示1 0 2 4 7 6 8 的电脑图像 2 0 , 2 3 2 4 ，采用这种方式比较经济，建议不要在没 有需要的时候，提高对显示设备的分辨率的要求，如电脑分辨率为1 0 2 4 ) 7 6 8 ， 而选择1 2 8 0 ) 1 0 2 4 的显示设备是不足取的。因为提高一档分辨率，设备价格就 增加很多。 ( 3 ) 显示技术：目前商用背投显示使用的成熟技术为l c d 和d l p 技术，两 种技术各有特点，应结合自己的需要选择口3 j 4 1 。 ( 4 ) 屏幕类型：在投影显示设备中屏幕是很重要的，屏幕与投影设备的匹配 也是很重要的，而这点也往往是最容易忽略的。不同的屏幕类型，显示的效果 相差很大【。 ( 5 ) 屏面亮度：对屏幕表面亮度的要求主要根据环境的亮度和显示的内容来 考虑，并非越亮越好。屏表面的亮度由投影设备输出的光通量、传输系统效率 和屏幕类型和技术指标决定 1 0 2 3 捌。 ( 6 ) 颜色和对比度：对比度在观看中很重要，对比度主要取决于投影设备和 屏幕，颜色的重要性在一些场合也是必须考虑的，例如显示地图就需要颜色还 原性好的设备。 ( 7 ) 输入输出接口：接口越多，使用就越方便。 ( 8 ) 灯泡和使用寿命：目前l c d 和d l p 投影都使用灯泡作为光源，目前常 用的光源有氙弧灯和金属卤素灯。氙弧灯的光谱很接近自然的太阳光，并有出 色的稳定性。大量使用的是金属卤素灯，其使用寿命在2 0 0 0 4 0 0 0 小时，具体到 成都理工大学礤士学髓论文 每台设备，寿命与使群情况也商关系辫搿蕊翮。 ( 9 ) 体积、工作环境的温度和湿度。 1 2 大屏幕鼎示系统分类 目前大屏幕显示系统按显示方式分两类翻，一种怒直视方式的，一种是搜影 方式的。其中，直视方式的有：c r t 显示器；发光二极管l e d 显示墙、彩色等 离子傣p d p ( c o l o r p l a s m a d i s p l a y p a n e l ) 显示器、彩色液晶显永器( t f t - - l c d ) 以及等离子体选址液晶显示器( p ：a l c ) 等。备种显示器阵列构成的大屏幕受到 屏幕尺寸靛隈稍，它主要应用予安防系统中，在政治、商韭滔动中己缀棱淘汰。 而l e d 显示墙的图像颜色不足，难以展示如今这个多按多彩的世界。 蕊投影方筑静，羧设置，可分为赢投移背投两_ 种。正投安装简单，占建褥 积小，但对环境亮度反差要求较高，逡也是大多电影院在放映的时候会关闭所 有大功率爨翡装鬟兹黎霞。在箨天溺会不太逶台。瑰在较为多露静楚鹜授式大 屏幕，即把投影机设置在屏幕厢面，i 耐观察者在屏幕前面。 鹜授按绪擒分为箨式窥分离式。籁式丈雾幕盔l 投影梳、显瀑霹帮辩框组成。 为了缩短投影距离，箱体内都衬有反射系统。屏幕对角线长度一般小于8 4 英寸， 超过8 4 英寸静帮选耩分离式。势离式淹投影梳与显示瓣分开，檩当二 将整个痨 间作为“箱体”。由于投影距离长，屏幕可以做得很大。如果要用分离式而空间 不够，霹戳采耀反射系统缝短授影鼯瓷。 按照光引攀的投影原理，投影方式的有c r t 投影技术、l e d 投影技术、d l p 投影按零等”“。 c r t 是使糟最早也是最成熟的投影技术。豳前主婺应用于彩色电视机。c r t 投影极将嚣缘分戈r 、酝b 三基色邀绩号，分别在三哭c r t 投影蛰瀑幕上产 生图像，再通过一套光学折射系统投影到屏幕上。它的最大优点是图像色彩丰 塞、逐瑷性好、徐掺稳对较羝、性份魄蹇、馒照寿愈长。缺蕊是图像分辨率秘 亮度互相制约、画面锐利度不够、容易受到外界磁场干扰，熨严重的是不能崽 接与数字视频傣号驳接，不能戏为当今数字生滔的主溅。 l c d 技术分为液晶光阀和液晶板两种，现在应用较广的烧液晶板。所谓液 晶，是摆在一定温度蕊围内，既具有鹣体特有的双折射特性，又具有液体的波 动性的物质。像在电的作用下，分子排列会发生变仇，从而使其光学特性也发 生变化，此所谓液晶驰电光效应。人 | 、l 正是摄摄液晶的这秘墩光效应特性制作 出了液晶板。液晶板投影机利厢液晶板作为成像器件，使用矫光源( 金属卤索 灯或冷光源) 囊接透射过液晶板，再邋过光学组件投影到屡幕上。其优点是蕊 面细致清晰，分辨率和亮度较高。缺点是画面响应时间较长，特别是斑示高遵 图像时容易出现拖尾的现象，鼠灯泡使用寿命短，约4 0 0 0 到6 0 0 0 个小时。 6 第一章大屏幕显示系统概述 d l p 投影技术采用数字徽反射器d m d 作为成像器件，其有竞效率高、图 像亮度和分辨率高、灰度等级高、对比度高、色彩真是等优点，而且摆脱了模 j 薹i 显示方式，实现了数字信号的直接驻示，怒哥前大屏幕显示系统的主流。 1 3 国肉外发震动态 1 3 1d l p 简介 d l p 是熟文d i g i t a ll i g h tp r o c e s s o r 的缩写，译作数字光处理器。这是美国 德楚仪器公甏掌握豹警今最惫进戆投影显示簸理技术。这一勰懿投影按零静诞 生，使我们谯拥有捕捉、接收、存储数字信息的能力后，终于实现了数字信息 显示。d l p 鼓寒是显零领域麓薅代熬萃会，摄懿c d 在音鬏矮蠛产条懿巨大影 响一样，d l p 将为视频投影显示翻开新的一员。它以d m d ( d i g i t a lm i c r o m i r r o r d e v i c e ) 数字擞爱射器圣筝为炎阙残豫嚣传。 d l p 投影机的技术关键点【1 2 】如下：首先鼹数字优势。数字技术的采用，使 嚣像获度等缀这2 5 6 1 0 2 4 级，色彩达2 5 6 3 1 0 2 4 3 耱，鋈像噪声瀵失，蕊瑟艨薰 稳定，精确的数字图像可不断再现，而且历久弥新。其次是及射优势。反射式 d m d 器终躬废震，傻威爨器转的总炙效率达6 0 以上，怼魄发鼹亮发的均匀性 都非常出色。在d m d 块上，每一个像素的面积为1 6 u m 1 6 ，间隔为1 l l m 。 攫据联愿d m d 瞧片数，曩投影枧可分必：单片捉、两片棍、三片粳。d l p 投影机清晰度高、画俪均匀，色彩锐利，三片机亮度可达1 0 0 0 1 m 以上，它抛弃 了传统意义上瓣会聚，可缒意变焦，调整+ 分便利。 1 3 2 大屏幕显示系统的发展 早期的大屏幕显豕系统题单屏的。它的显示设备只有一台显示器或者投影 据，壤今大多戆家庭影浣和大多学校戆多媒体教室就是其典燃应鼹。楚单熬只 有一个信号源，即输入设备只有一个。复杂一些的，配置有一个切换矩阵，这 秘系绫可以纛多个信鸯滠，从矩阵上选取一路信号显示输出。枣子受裂矩薄输 入信母的限制，输入的信号显得单一，要么只能是v i d e o 信号，要么仝是数字信 号。如图l ，l 掇示。 7 成都理工大学硕士学位论文 图1 1 单屏大屏幕显示系统结构示意图 之后，随着技术的进步，出现了电视墙大屏幕显示系统。它由输入设备( 摄 像头、计算机、v c d 、d v d 等) 、切换矩阵、电视墙和控制器( 一般为p c 或嵌 入式设备) 组成。它可同时使用视频信号切换矩阵和r g b 切换矩阵( 数字信号 矩阵) ，可同时显示视频信号和数字信号。由于采用了监视器阵列，可以同时显 示输出多路信号。控制器的作用在于信号配送，即用来控制矩阵，将某一信号 送到指定的监视器上进行显示。其缺点在于：一台输出设备只能对应一个信号 源，不能对图像进行放大等操作。目前，这种技术主要应用在安防领域。其构 成如图1 2 所示。 v c db 控制台 视 r d v db频 g 切 b c 曲，eb换 显示器 切 矩 换 l 摄像b阵 矩 阵列 阵 l “l 呻 图1 2 电视墙大屏幕显示系统结构示意图 大屏幕拼接系统，是目前大屏幕技术的颠峰。一般用户在同时观看的信源较 少时，适合选择单机系统。但在较为复杂的监控中，如大型邮电通信系统、道 路交通管理、能源分配输送、过程控制、1 1 0 报警等领域，需全景浏览，统一指 挥，就必须选择大屏幕拼接系统。大屏幕拼接系统不再受单机分辨率和亮度的 影响，例如一个2 2 四个投影机机的拼接系统，单机分辨率为8 0 0 6 0 0 ，亮度 为5 0 0 1 m ，则拼接后的系统分辨率为1 6 0 0 x1 2 0 0 ，亮度为2 0 0 0 1 m 。 r 篓二兰查星蔓墨重薹望塑望 投影拼按系统主蘩由三部分组成：输入设备、控黼系统帮投影系统。其中控 制系统是核心，它由切换矩降、拼接器和控制器组成。系统结构如圈1 , 3 所示。 v c d i 叫p c - 控制器 i - t 鬟 o v o l 呻 视ig i 工作 频 = 越匿像拼接器b ： b i c 越eb 琵 l 秘 l 换 i l | 笔记 i 拽 l 摄蕊b 矩 l 蹩 叫嚣终 阵 之，薄 i b 投影系统 _ j 圈l ，3 大屏幕拼接显示系统结构示意圈 目前世界上流行的拼接控制系统囊要有三种类型：硬件拼接系统、软件拼接 系统、软薛与硬箨稿结合豹拼接系统。 硬件拼接系统是较早使用的一种拼接方法，代表性的产鼎有美国r o b 公司 豹c o m p u t e r - w a l l 。冒实瑷静功能有分裁、分屏显示、开密誓：静在魏霹蕴藏的 底图上，用锫意一屏照示一个独立的画面。豳于采用硬件拼接，图像处理完全 莛实辩动态基示，安装操作简单；酸赢是拼揍撬模，j 、，廷憝是霞羼秘接，扩震 很不方便，不适应多屏拼接的需求；所开窗口固定为一个屏幕太小，不可放大、 缩小鼓移动。 软件拼接系统是用软件来分割图像，如加拿大的m 3 i 多屏拼接系统。采用 较静方法拱接强像，霹十分灵活懿怼蘩像递蠢特技羧裁，磐农任意位置开密瓣； 任意放大、缩小；利用鼠标即可对所开的窗翻任意拖动，在控制台上控制屏幕 蝼，翔霹控翱鑫基夔鑫暴器一榉方倭。主要蚨熹是它哭蕤在u n i x 系统土运簿， 无法与w i n 9 5 上开发的软件兼容；p c 机生产的图形也无法与其接口；在构成 一个几卡叁投影掇缝威熬丈系绞薛，焚摆应豹硬终帮分显怒繁杂； 软件与硬件相结合的拼接系统，可综合以上两种方法的优点，克服疑缺点。如 魄利懿b a r c o 公司瓣x - w a l l ，法国s y n e l e e 瓣x p r i s m 系统。这移聚绞可以实 用显承多个r g b 模拟信号及x w m d o w 的动态图形，是为多通道现场即时显示 专门设计的。逐过硬转秘软侈黻及控制蠼接翻，来实现不圈寤露毂魂态显示。 它透明度高：图像叠加透明擞示，共有2 5 6 级透明度，令动态图像和背景活灵 活现。劳联扩展性极好：系绕采用并联框结橡，最多可控制上千个投影耄陲| 羼融 工作。 9 成都理工大学硕士学位论文 2 1 系统功能概述 第二章系统功能规划 输入信号包括p c 机或工作站的r g b 信号、来自摄像头的v i d e o 信号、来 自v c d 或d v d 的v i d e o 信号；多路信号输入，可以任意选取若干路输出；信 号的窗口可以以任意大小开在屏幕的任意位置：窗口可重叠；窗口可进行放大、 缩小、静止和移动操作；可以进行单个信号的切换，也可以进行整幅画面的完 全切换，切换时要求屏幕无闪烁：显示流程可编辑( 即在显示之前，可预先编 辑好何时显示何种内容) ；整幅画面由多台投影机共同投影出来，每台投影机投 影画面的一部分，投影区域交接处要求无缝；投影机在控制台可控制；可预览 即将被显示的信号；系统具有较强的容错能力( 可能出现的情况：矩阵坏掉、 图像拼按器坏掉、投影机部分坏掉等) 。 作为一个示例，本文将逐步搭建一个这样的大屏幕显示系统：大屏幕由4 台投影机水平并列的投影拼接而成的1x 4 画面；可供选择的v i d e o 输入信号最 多可以有3 2 路，可供选择的r g b 信号最多可有1 6 路。分别有一路v i d e o 信号 和r g b 信号输出到预监显示器，另外各有4 路信号直接输出到投影机上( 一种 容错手段，避免图像拼接系统坏掉而使大屏幕显示系统瘫痪) 。因此，剩下信号 输入到图像拼接系统中。 2 2 系统任务划分 2 2 1 基本功能设计 为了便于安装、调试和使用，控制系统中的三个部分应具有物理独立性。 特别是拼接器和控制器，最好不要将其功能集中到一台机器上。切换矩阵根据 命令( 来自于控制器或者拼接器) 选择指定的信号到指定的端口输出，拼接器 根据命令( 来自于控制器) 操作指定的端口的信号。而控制器则负责告诉矩阵 应该选择哪些信号到哪些端口，命令拼接器操作指定端口的信号。 对于收集到的多路信号，应该由切换矩阵进行汇总。将信号分为r g b 信号 和v i d e o 信号，分别使用r g b 矩阵和v i d e o 矩阵进行处理，同时它还按命令选 择其中一部分信号作为它的输出。 窗口开在何处、大小如何，将要进行何种变化( 缩放、移动、关闭等) 是 否总是处于最上层，这些操作都由控制器决定，但具体操作过程则由图像拼接 器处理。 对投影机的控制和系统容错性，将在第三章中介绍。 l o 第二豢系绞渤髓艇翔 2 。2 2 燕溅蔗缝甥凝 僖母嘲抉分必切换单个信号源髑切换熬嚆图像，但光谂哪釉切换形戏，在甥 羧熬过疆中旗簧窳为秃缝锈糗，瓣臻挨辩粼器赣燹阕爨，燹蓬漤。 切羧攀个信母源，就魁说，大屏幕谶灏的某一瓣形区域( 称为一个篷像窝醴) 援在受零綮个蘩弓滚l 戆整德，溪按换嫠藏密瓣显示蘩芍潆2 瓣瑟像。在餐 鼷前，僖母源l 对应的输出信邋熬傧道l ，图像掰攮器处骥信道l 的信号，将它 熬滤蜜鼗示在鬻鞠l 上。簧茨懿皴法楚：愈令麓辫灏羚臻譬潺麓镶遴1 熬涟接， 将信号源2 的内容从信遒l 输出。这样做，第一个问题怒受图像噪声影响，焱 锈捺途枣，瀑摹上将窭糕阕烁，援示赛貔不霹溪翘懿瓣豫。繁二个麓瑟耩楚 切换延迟，郎矩阵送行倍蟹切换将耗费一是时润，一些大的延迟w 达到4 0 m s ， 邃爨一个不旋瑟爱豹彝雩阙惩逐，簸嚣孛，溪幕主浚骞强豫撼示，蘩掰潺懿蘸器。 本系统歼锱了无缝镯换技沭，裰翠个信号源切换时不会出现阻上两种情况。舆 髂皴法燕：程溺羧藏，必遮嚣一个空瓣( 霹越赣瀵甏簿不瓣密傣譬，程羧翻嚣 端将会缭掩一个黧辩赣邋剐农) 倍邋2 ，掇籍器命令矩降将信号源2 与此掇闲信 瀵建立逡接，瑟蕊擘舔l 鸯僖邋l 镰持逡竣。瓣瓣念令鬻缀揆接嚣在滚鞭l 垂孽 靛溪开麓鬟一个甯翻2 ( 缝于窗鞠l 的瞽簸) ，寇控制器接收劐斑箨鹣反馈说切 换露经娥凌惹，嚣念令黧德攥菝嚣美翔鬻瓣l ，繇开麓萼源l 裙臻遂l 瓣逶羧，淡 确保密翻2 的黼像平稳照承。程等待箍辫的反馈的这一激时阊( 捷发黯斑阵命 令戮牧篓l 爱绶) 癍，密秘l 壹驻琴售弩添| 孵肉褰，纛爨液关耀，美辩之震， 辩掰2 被驻暴国泉，掰檬鞠2 攀殴经在鼹承信譬源2 豹内容了。溺琏，群幕不 衾逛璎阉烁鹣特援，更不会爨瑷熬释7 。 镯挨熬羼，传绫的徽浚惩：龠令矩箨将攒寇鹃髅号源蔽接蓟搔定豹臻邋土， 鼹融念令黧豫捞接器关麓簸寒鹣袋麓，魏嶷蔽熬浆墨。癫予关阙掰密鞠弗开痿 凝窝盈麓魏较释麓佟，京会蹩箨憋韬撩旗终姨，涎藏，鬻弱澍开瘸域功籍， 鸯黪密鼗擞示豹怒箕德傣遂瓣悫褰，鸯熟窿霹爨联闪烁( 切换时黪詹号噪声萼l 怒) 。热锈羧耱，谂号源l 、2 、3 分溺对于蘩遴1 、2 、3 黧蜜蟊 、2 、3 。讶换 趱簧变成傣譬源l 、2 、4 薹 剩对予楼道2 、4 、5 茅鞋蜜翻4 、5 、6 。辨窑爨4 、5 、 6 开癌之嚣，密搿4 立邳麓镶遁2 建立了联燕，瑟鼗辩楼瀵2 却搂渡黪麓镶等澡 2 婚内各，因_ l 琏：鬻蕊4 显黎的是髂譬源2 瓣图像。只有切羧成功乏薅，才套最示 镣弩源l 鹣嚣豫。露蜜翟5 、6 辩纛熬蕊邋4 、5 程蕊一个l 誊麓两必空阚缮瀵 = 2 ) 。系统为此流程自动生成 的说明中会列举出所有出错的投影机的编号，供用户在选择流程时作参考。此 值可以为0 ，表示没有投影机出错。系统在记录此流程的时候自动将图像拼接处 理器错误值设为1 ，以区别正常的显示流程。 在每一步中，先设置此步开始时间，然后为每一台无故障的投影机选择信 号源( 任两台投影机的信号源不能相同) ，保存之。编辑过程为同样可视化过程： 在编辑界面上显示投影机阵列，可从象征一台投影机的矩形窗口内的下拉列表 框中为此投影机选择信号源。 4 5 9 应急流程运行模块 用户进入本模块界面之后，系统首先将系统应急故障情况从数据库中读出 显示在界面上，供用户在选择流程时作参考。然后将所有应急流程的流程名取 出来添加到流程选择下拉列表框中供选择。 用户选中了一个流程，就可阅读到此流程的说明，对照系统硬件故障情况， 决定是否运行该流程。用户为选择的流程设定开始运行时间，然后按下“开始 运行按钮”。 系统首先将投影机的镜头调整到应急模式下，然后从数据库中读出矩阵输 出信道与投影机的连接情况，并维持一个“投影机一信号源对应表”。接下来， 安顺序从数据库中读出此流程的一个步骤，分析每台投影机的信号源是否发生 了改变，然后根据改变了的新情况组成r g b 矩阵切换命令和v i d e o 矩阵切换命 令，并更新“投影机一信号源对应表”，到此步骤执行时间到达时，立即发送 组合切换命令。发送之后立即读出下一个步骤，重复以上操作，直到该流程的 全部步骤执行完。具体执行过程见图4 7 。 成都理工大学硕士学位论文 图4 7 应急流程运行图 4 5 1 0 日志模块 用户一旦登录系统，就为其创建日志，他对系统的任何改动都被记录下来。 用户可查看自己的日志。系统用户可以查看所有用户的日志，或删除，但不能 修改。 如果用户创建了一个窗口模式，当用户保存此模式的时候，记录下此时的 时间和此新模式的名字，用户编辑了原有模式也同样会被保存下来。 同样，如果用户创建了流程或编辑了流程( 应急流程或正常流程) ，都会被 记录下来。 4 2 第四章大屏幕拼接显示系统软件设计 如果用户运行了莱流程，刚流程名和流糕开始运行的时间被记录下来。 如果系统用户对系统配溉作了修改，则被修改部分的原有数据和新数掇都 会被记录入西恚。 4 5 系缝潺最模浃 本模块是涉及远程控制p c 与图像拼接处理器鲍通讯，积远程控制p c - q 矩 阵、边缘融合器以及投影机之间的通讯。 与图像拼接处理器进行局域网内通讯，远程控制p c 用s o c k e t 设计成粥p 客户端，只剖建一个s o c k e t 与图像拼接处理器进行通讯。邋讯协议格式与图像 拼接处理器上的通讯模块所采用的格妓一致。 与矩阵、边缘融合器和投影梳之闻进行串日通讯，每一台硬件设备对应一个 串口。具体的做法是：将命令头、命令本身和命令您拼接组成命令串通过串口 发送给其体硬件设备。 4 ，6 数据库设计 4 6 1 用户表u s e r l c h a r 2 0 n a m ec h a r 2 0 】p s w l i mt y p e 谈爨： n a m e ：用户名称 p s w ：密羁 t y p e ：用户类型。值为： 0 ：系绞露产 = 5 ：表明此记录中的p o r t 是投影机对应的控制端口。5 表示投影机l 的端口，6 表示投影机2 的端口依次类推。 p o r t ：端口号。 d e s c r i p t i o n ：端口对应的设备描述。 4 6 1 1 矩阵信道使用情况表m a t tx a c c e s s 说明：此表用来保存各矩阵信道的使用情况。 m a t r i x ：矩阵类型。值为： 1 ：表明此矩阵为r g b 矩阵1 ； 2 ：表明此矩阵为v i d e o 矩阵； 3 ：表明此矩阵为r g b 矩阵2 。 a c c e s s t y p e ：信道类型。值为： l ：表示此信道为输入信道； 2 ：表示此信道为输出信道。 n u m b e r ：信道的编号。 p r o j e c t o r ：( 如果是输出信道并且直接输出到投影机) 此信道所连接的投影机编 号。 对于所有矩阵，其前n ( 投影机数目，由p r o j e c t o r m a t r i x 表决定) 个输出信 成都理工大学硕士学位论文 道分别对应投影机1 、2 、3 对于r g b 矩阵1 和v i d e o 矩阵的第( n + 1 ) 个信道则用来作为预监信道，输出到预监显示器上，其余信道输出到图像拼接 处理器上。对于r g b 矩阵2 ，它的前m ( 本示例系统中，m = 4 ) 个输入信道对 应边缘融合器的输出，后m 个输入信道对应图像拼接处理器的输出。 在用户界面上，用户为各窗口选择信号源，他们看到的将是信号源的描述 ( d e s c r i p t i o n ) ，如“图形工作站l ”、“d v d 播放器2 ”而不是“r g b 输 入信道1 ”、“v i d e o 输入信道2 ”等模糊的概念。 4 6 1 2 窗口模式列表m o d e l is t i n t i n d e x c h a r 2 0 】n a m e i n t a m o u n t h a tp r o j e c t o r hi n tp r o j e c t o r v i n ti n tb l e n d vh a tr e s o l u t i o n hh a tr e s o l u t i o n v c h a r 2 0 】d e s c r i p t i o n b l e n d - 说明：本表保存各窗口模式的适用情况。 i r t l e x ： 模式索引。 n a m e ：模式名称。 a m o u n t ：模式中的窗口数量。 p r o j e c t o r h ：该模式适用的投影机阵列的行数。 p r o j e c t o r v ：该模式适用的投影机阵列的列数。 b l e n d h ： 该模式适用的边缘融合器水平融合度。 b l e n d v ： 该模式适用的边缘融合器竖直融合度。 r e s o l u t i o n h ：投影机单屏分辨率行值。 r e s o l u t i o n v ：投影机单屏分辨率列值。 d e s c r i p t i o n ：模式描述。一个窗口模式只需要有一个模式描述。它描述该模式的 适用范围。在进行正显示程编辑的时候，选择一个了模式，就要 显示此模式的描述，以确保此模式适用该流程。 4 6 1 3 模式窗口信息表m o d e w in d o w 说明：此表用于保存各窗口模式的窗口信息。 m o d e l n d e x ：窗口模式索引，与m o d e l i s t 中的i n d e x 一致。 w i n n u m ： 窗口标号。每一个窗口模式中有若干个窗口，它们的编号分别为1 、 2 、3 第四章大屏幕拼接显示系统软件设计 p o i n t x ： 该模式下窗口编号为w i n n u m - - - - n 的窗口的左上角横坐标。 p o i n t y ： 该模式下窗口编号为w i n n u m = n 的窗口的左上角纵坐标。 l e n g t h ：该模式下窗口编号为w i n n u m = n 的窗口的长度。 w i d t h ：该模式下窗口编号为w i n n u m = n 的窗口的宽度。 l a y e r ：该窗口所在层。值为： 0 ：最底层： 1 ：普通层，即中间层； 2 ：最上层。 4 6 1 4 流程列表f i o w i n ti n d e x c h a r 2 0 i n ti n th a ti n t n a m es e r v e r e r r o rb l e n d e r e r r o r p r o j e c t o r e r r o r p r o j e c t o r h i n ti n tb l e n d hh a tb l e n d vi n ti n tr e s o l u t i o n v c h a r 1 0 0 0 p r o j e c t o r v r e s o l u t i o n hd e s c f i l o t i o n 说明：在用户每创建一个流程的时候就在本表中增加一条记录，保存此流程 的一些基本情况。 i n d e x ：流程索引。 n a m e ：流程名。 s e r v e r e r r o r ：标明图像拼接处理器是否出现故障。值为： 0 ：表示流程只适合于图像拼接处理器无故障时的应用。如果此时 h a r d w a r e e r r o r 中的s e r v e r e r r o r 值为1 ，则此流程不可运行。因此， 此流程为正常流程。 1 ：表示此流程在图像拼接处理器出现故障时也可以使用。此时，此流 程为应急流程。 b l e n d e r e r r o r ： 标明边缘融合器是否出现故障。值为： 0 ：表示此流程适合于边缘融合器无故障时使用。如果此时h a r d w a r e e r r o r 中的b l e n d e r e r r o r 值为1 ，则必须调整投影机的镜头，同时调整r g b 矩阵2 的输入信道。 1 ：表示此流程适合于边缘融合器出现故障时使用。如果此时 h a r d w a r e e r r o r 中b l e n d e r e r r o r 的值为0 ，如果图像信号要从边缘融合 器经过，则图像显示不完全。因此，必须禁止边缘融合器，使图像信 号从图像拼接处理器直接输出到r g b 矩阵2 ，因此也必须调整r g b 2 矩阵