一種多窗口顯示設備及顯示方法
【專利摘要】一種多窗口顯示設備及顯示方法，其包括用于產生圖像窗口的多個輸入圖像處理模塊，以及將多個輸入圖像處理模塊處理后的多個圖像窗口合成為一個輸出圖像的輸出合成模塊，所述輸入圖像處理模塊包括：輸入信號采集單元，用于接收輸入圖像信號，并將接收的圖像信號轉換為數字并行信號，圖像縮放處理單元，用于將所述輸入信號采集單元輸出的視頻信號的大小縮放到圖像窗口要求的分辨率，幀同步處理單元，用于確定縮放后的圖像窗口的位置，并將該圖像窗口輸出到所述輸出合成模塊。本發明的多窗口顯示的顯示設備和顯示方法，減少了單個模塊圖像直接疊加所需要的總線數量，極大方便了硬件實現。
【專利說明】—種多窗口顯不設備及顯不方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及在一個顯示器上顯示多個圖像窗口的顯示設備及顯示方法，進一步的也涉及在多個顯示器上顯示多個圖像窗口的顯示設備及顯示方法。
【背景技術】
[0002]隨著顯示技術的發展，顯示設備的尺寸越來越大，分辨率越來愈高。這使得在一個顯示器上可以顯示多個圖像窗口，從而使得少量顯示器監看大量的圖像信號成為可能。這樣的一個顯示器中多窗口顯示設備在電視信號、監控信號的監看中被大量應用。隨著顯示設備性能的提高、需要監看圖像數量的增加和輸入圖像分辨率的提高，一個顯示設備上需要顯示的圖像窗口數目也越來越多，由此帶來的對設備的處理能力的要求也飛速提高，使設備的復雜度、實現成本和功耗也急劇增加。
[0003]現有的多窗口顯示方法一般采用如下兩種技術方案來實現。
[0004]第一種是基于計算機平臺和圖形加速技術來實現。該方案采集輸入圖像信號，利用計算機PC1-E等總線傳輸給CPU，CPU對采集的圖像信號進行尺寸大小處理，再通過PC1-E等總線傳輸給計算機圖形顯示單元，圖形顯示單元將所有的圖像窗口組合到一起輸出。這種方案由于采用計算機總線進行圖像數據的交換，隨著輸入圖像數量的增加和分辨率的提高，計算機總線帶寬的瓶頸就限制了設備的性能。為了實現更多圖像窗口的顯示，只能采用丟棄視頻幀的方法，這就導致了圖像信號的顯示幀頻降低，圖像無法流暢顯示。
[0005]第二種是基于硬件處理技術來實現。該方案采集輸入圖像后，利用硬件實現圖像信號的尺寸大小處理，處理后的圖像信號是與輸出圖像具有相同分辨率和幀頻的一個背景上的一個圖像窗口，通過專有總線傳送給輸出合成單元，然后將所有處理后的圖像信號合成到一起。這個方法雖然解決了計算機總線帶寬限制的問題，但是專有總線的帶寬隨著輸入圖像數量的增加，成比例的增加，例如:
[0006]專有總線帶寬=圖像窗口數量X輸出顯示帶寬
[0007]以一個典型的應用來計算。輸出圖像的分辨率為1920X1200，如果采用并行總線，其帶寬為486MB/Sec，采用串行總線，其帶寬為4.86Gb/Sec。如果需要顯示32個窗口，專有總線的帶寬將達到并行15.552GB/Sec，采用串行總線，其帶寬為155.52Gb/Sec。對于并行總線，需要約960線來實現，對于串行總線，需要32路6.25Gb/Sec的收發器。這在技術上很難實現，實現成本也不可接受。
[0008]同時上述第二種實現方式的設備圖像合成部分的可接受顯示窗口的數量是固定的，無法根據應用的需要進行相應改變。
[0009]為了解決上述技術問題，實有必要發明一種新的在一個顯示器上顯示多個圖像窗口的顯示設備和顯示方法，以克服現有技術的缺陷。
【發明內容】
[0010]本發明提供了一種多窗口顯示設備和顯示方法，可以保證當顯示窗口增加時，信號傳輸總線不會出現技術瓶頸，系統顯示窗口的數量可以根據應用的需求，方便的增加或減少，實現數量不受限制的顯示窗口。
[0011]為了實現上述目的，本發明的多窗口顯示設備是這樣的:
[0012]一種多窗口顯示設備，其包括用于產生圖像窗口的多個輸入圖像處理模塊，以及將多個輸入圖像處理模塊處理后的多個圖像窗口合成為一個輸出圖像的輸出合成模塊，其特征在于，所述輸入圖像處理模塊包括:輸入信號采集單元，用于接收輸入圖像信號，并將接收的圖像信號轉換為數字并行信號，圖像縮放處理單元，用于將所述輸入信號采集單元輸出的視頻信號的大小縮放到圖像窗口要求的分辨率，幀同步處理單元，用于確定縮放后的圖像窗口的位置，并將該圖像窗口輸出到所述輸出合成模塊。
[0013]作為優選實施方式，所述輸入圖像處理模塊還包括:圖像去隔行處理單元，連接在所述輸入信號采集單元和圖像縮放處理單元之間，用于將所述輸入信號采集單元接收到的隔行視頻信號轉換為逐行視頻信號，并將逐行視頻信號提供給所述圖像縮放處理單元。
[0014]作為優選實施方式，所述多窗口顯示設備還包括:同步定時單元，為所述幀同步處理單元提供同步時序信號，以便多個輸入圖像處理模塊的多個幀同步處理單元分別輸出時序同步的圖像。
[0015]作為優選實施方式，多個所述輸入圖像處理模塊和一個輸出合成模塊形成一級級聯模塊，所述多窗口顯示設備包括至少兩級級聯模塊，以及連接在級聯模塊之間的級聯輸入采集單元，該級聯輸入采集單元用于接收上級級聯模塊中輸出合成模塊的輸出圖像信號，并將該圖像信號作為輸入信號傳送給下級級聯模塊的輸出合成模塊。
[0016]作為優選實施方式，多個所述輸入圖像處理模塊和至少兩個輸出合成模塊形成一級級聯模塊，在每一所述輸入圖像處理模塊之后設置一多通道信號分配單元，該多通道信號分配單元將接收到的圖像窗口信號分別傳輸給至少兩個輸出合成模塊。
[0017]作為優選實施方式，所述每一級級聯模塊還包括:連接在所述輸出合成模塊之后的合成圖像級聯輸出單元，用于將所述輸出合成模塊處理完的合成圖像窗口轉換傳輸格式。
[0018]本發明的多窗口顯示的顯示方法是這樣的:
[0019]一種多窗口顯示方法，其包括以下步驟:步驟I，多個輸入信號采集單元接收輸入圖像信號，并將接收的圖像信號轉換為數字并行信號，步驟2，多個圖像縮放處理單元將所述輸入信號采集單元輸出的視頻信號的大小縮放到圖像窗口要求的分辨率，步驟3，多個幀同步處理單元確定縮放后的圖像窗口的位置，并將該圖像窗口輸出到所述輸出合成模塊，步驟4，一個輸出合成模塊將多個幀同步處理單元處理后的多個圖像窗口合成為一個輸出圖像并輸出。
[0020]作為優選實施方式，所述步驟2之前包括步驟la，圖像去隔行處理單元將輸入的隔行視頻信號轉換為逐行視頻信號，并將逐行視頻信號提供給所述圖像縮放處理單元。
[0021]作為優選實施方式，所述步驟3中，多個同步定時單元為所述多個幀同步處理單元提供同步時序信號，以便多個輸入圖像處理模塊的多個幀同步處理單元分別輸出時序同步的圖像到所述輸出合成模塊。
[0022]作為優選實施方式，將多個所述輸入圖像處理模塊和一個輸出合成模塊結合形成一級級聯模塊，至少兩個級聯模塊通過級聯輸入采集單元連接，該級聯輸入采集單元用于接收上級級聯模塊中輸出合成模塊的輸出圖像信號，并將該圖像信號作為輸入信號傳送給下級級聯模塊的輸出合成模塊。
[0023]作為優選實施方式，將多個所述輸入圖像處理模塊和至少兩個輸出合成模塊結合形成一級級聯模塊，在每一所述輸入圖像處理模塊之后設置一多通道信號分配單元，該多通道信號分配單元將接收到的圖像窗口信號分別傳輸給至少兩個輸出合成模塊。
[0024]作為優選實施方式，所述每一級級聯模塊的所述輸出合成模塊之后還連接有合成圖像級聯輸出單元，用于將所述輸出合成模塊處理完的合成圖像窗口轉換傳輸格式。
[0025]本發明的多窗口顯示的顯示設備和顯示方法，采用每個輸入模塊疊加一定數量的圖像窗口，然后進一步通過模塊級聯來實現圖像窗口數量的進一步增加。這種方式減少了單個模塊圖像直接疊加所需要的總線數量，減小了總線帶寬。模塊級聯對每路輸出只需一路視頻的帶寬，極大方便了硬件實現。模塊級聯的方式可以不受限制地增加視頻窗口的數量。而增加總線帶寬更可以增加支持輸出顯示屏幕的數量，并在這些輸出中靈活調度圖像窗口。與傳統方案相比，具有極大的靈活性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0026]圖1是本發明的多窗口顯示設備的第一實施例的示意圖；
[0027]圖2是本發明的多窗口顯示設備的第二實施例的示意圖；
[0028]圖3是根據本發明的多窗口顯示設備第一實施例(即僅有一級級聯模塊)產生的圖像窗口的不意圖；
[0029]圖4是根據本發明的多窗口顯示設備第二實施例(即有兩級級聯模塊)產生的圖像窗口的不意圖；
[0030]圖5是本發明的多窗口顯示設備的第三實施例(能夠多路輸出)的示意圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結合附圖和實施例對本發明的多窗口顯示設備及顯示方法進一步說明。
[0032]請參閱圖1，本發明的多窗口顯示設備包括:用于產生圖像窗口的多個輸入圖像處理模塊400,以及將多個輸入圖像處理模塊400處理后的多個圖像窗口合成為一個輸出圖像的輸出合成模塊330。
[0033]以下結合圖1，以4個輸入圖像處理模塊400配合一個輸出合成模塊330為例，說明本發明的多窗口顯示設備。
[0034]所述輸入圖像處理模塊400包括:
[0035]輸入信號采集單元302，用于接收輸入圖像信號，并將接收的圖像信號轉換為數字并行信號，以便為后續處理單元(圖像去隔行處理單元303)接收和處理。所述輸入信號采集單元302可以根據不同的輸入信號格式，采用不同的實現方案。如VGA、模擬分量視頻采用高速A/D轉換器；DV1、HDMI采用HDMI/DVI接收芯片；模擬復合視頻采用模擬視頻解碼器
坐寸ο
[0036]所述輸入圖像處理模塊400優選還設有圖像去隔行處理單元303，連接在所述輸入信號采集單元302和圖像縮放處理單元304之間，用于將輸入的隔行視頻信號(如:10801、576i等格式的信號)轉換為逐行視頻信號。對于逐行視頻輸入的信號在這個單元不進行任何處理。
[0037]圖像縮放處理單元304，用于將經逐行的視頻信號的大小縮放到圖像窗口要求的分辨率，這種處理可能是縮小，也可能是放大。
[0038]幀同步處理單元305，用于確定縮放后的圖像窗口的位置，并將該圖像窗口輸出到所述輸出合成模塊330，以保證輸出合成模塊330可以將各個窗口的圖像同時序的合成到一起。幀同步處理單元305所需的圖像窗口的時序信號由同步定時單元340提供。
[0039]同步定時單元340，為所述幀同步處理單元305提供同步時序信號。
[0040]所述圖像去隔行處理單元303、圖像縮放處理單元304和幀同步處理單元305可以采用專用集成電路如SIGMA DESIGN的VXP圖像處理器等來實現，也可以用FPGA來實現。[0041 ] 所述輸出合成模塊330，將所述4個輸入圖像處理模塊400處理后的圖像按照窗口的位置和疊放次序，合成為一個輸出圖像并輸出。當采用專用集成電路時，所述4個輸入圖像處理模塊400之間的信號連接通道可以采用專用集成電路具備的并行TTL接口、LVDS接口、HDMI/DVI接口等；當采用FPGA實現時，所述4個輸入圖像處理模塊400之間的信號連接通道可以采用并行TTL接口、LVDS接口、高速數字串行接口。
[0042]相應地，本發明的多窗口顯示方法為:
[0043]所述輸入信號采集單元302接收多個視頻信號源的視頻信號，并通過所述圖像去隔行處理單元303將該視頻信號轉換為逐行視頻信號，所述圖像縮放處理單元304將視頻信號的大小縮放到圖像窗口要求的分辨率，之后所述幀同步處理單元305先確定縮放后的圖像窗口的位置，再通過采集所述同步定時單元340提供的同步時序信號，將各個信號源的視頻信號的時序同步，最后將該圖像窗口輸出到所述輸出合成模塊330。
[0044]請參見圖2，本領域技術人員可以理解，如果不斷的增加所述輸入圖像處理模塊400，確實可以增加窗口的數目，但是這樣的代價就是總線帶寬也需要相應的不斷增加。為了在不增加總線帶寬的前提下增加可以顯示的窗口數目，優選地，可以將多個所述輸入圖像處理模塊400和一個輸出合成模塊330形成一級級聯模塊，而本發明的多窗口顯示設備可以包括至少兩級級聯模塊，以及連接在兩級級聯模塊之間的級聯輸入采集單元321和每一輸出合成模塊330之后的合成圖像級聯輸出單兀331。
[0045]所述級聯輸入采集單元321，用于接收上一級級聯輸入信號，并將級聯輸入信號轉換成所述輸出合成模塊330可以接收的前級合成圖像Y，傳送給本級級聯模塊的所述輸出合成模塊330。所述輸出合成模塊330將本級的所述4個輸入圖像處理模塊400處理后的圖像按照窗口的位置合成為一個輸出圖像X，之后再將該輸出圖像X與前級合成圖像Y進行疊加，并向所述合成圖像級聯輸出單元331輸出。
[0046]所述合成圖像級聯輸出單元331，連接在所述輸出合成模塊330之后，用于將所述輸出合成模塊330處理完的合成圖像做出進一步的優選處理，例如轉換傳輸格式等，使圖像窗口信號更方便的傳輸給下一個級聯模塊或輸出，對于下一級級聯模塊，這個信號就是級聯輸入信號。目前一般采用高速數字串行接口傳送這個信號，也可以采用并行TTL接口
坐寸ο
[0047]整個輸入模塊也可以采用一個大規模的FPGA如Altera的Stratix或Xilinx的Virtex來實現。這樣的實現方式可以簡化硬件結構。
[0048]請參見圖3和圖4，窗口 201-204為第一級的級聯輸入模塊I產生的圖像窗口。而窗口 205-208為第二級的級聯輸入模塊2產生的圖像窗口。通過兩個模塊的依次順序級聯，可以產生8個圖像窗口。本領域技術人員可以理解，更多的級聯輸入模塊，可以產生更多的圖像窗口。同時，由于本發明實施例所示的多窗口顯示設備采用級聯模塊相互連接之后，無論產生多少個窗口，系統的總線帶寬最多只需要單一圖像窗口帶寬的5倍(B卩，本級級聯模塊的4路原始輸入帶寬加前級級聯模塊的I路輸入帶寬)，總線帶寬不會隨圖像窗口的數目成倍增長。
[0049]相應地,作為本發明的多窗口顯不方法的一種優選方法，可以將本發明第一實施例中的設備依次順序連接，組成多個依次順序連接的級聯模塊。
[0050]為了完成多個級聯模塊的連接，優選地，可以在多個級聯模塊之間設置級聯輸入采集單元321，用于接收上一級的合成圖像級聯輸出單元331的級聯輸出圖像，并將該圖像信號轉換成所述輸出合成模塊330可以接收的前級合成圖像傳送給所述輸出合成模塊330。
[0051]另外，作為進一步的優選實施方式，可以在所述輸出合成模塊330之后設置合成圖像級聯輸出單元331，用于將所述輸出合成模塊330處理完的合成圖像窗口轉換傳輸格式，并且將當前處理完的合成圖像輸出給下一級的級聯模塊，作為下一級的級聯模塊的輸入，如果本級的級聯模塊已經是最后一級，那么則輸出該圖像。
[0052]從圖1和圖2可知，在本發明的這種構架下，每一級聯輸入模塊的結構完全相同，隨著級聯模塊增加，可以產生的圖像窗口數線性增加。通過簡單的總線結構就可以實現不受數量限制的圖像窗口的疊加。以上實現了不增加總線帶寬的前提下，增加顯示窗口的數量。
[0053]請參見圖5，本發明的多窗口顯示設備還可以非常方便的擴展支持輸出顯示屏幕的數量(需要相應的增加總線帶寬)。本發明的多窗口顯示設備還可以實現在多個顯示屏幕(多通道輸出)上的多窗口顯示。為了實現上述功能，本發明的多窗口顯示設備還設置有:多通道信號分配單元510。
[0054]所述多通道信號分配單元510設置在多個所述輸入圖像處理模塊400與至少兩個所述輸出合成模塊330之間，可以接收多個輸入圖像處理模塊400的圖像窗口輸出信號，并將該信號傳輸給至少兩個輸出合成模塊330。可以對每個輸出合成模塊330上的每個圖像窗口的顯示與否分別控制，這樣就可實現圖像窗口在至少兩個輸出通道上的顯示和動態調度。
[0055]相應地，作為本發明的多窗口顯示方法的又一種優選方法，可以在本發明的第二實施例的基礎上，在多個所述輸入圖像處理模塊400的同步定時單元340與至少兩個所述輸出合成模塊330之間，設置多個多通道信號分配單元510，每一個多通道信號分配單元510接收圖像窗口信號，并將該圖像信號同時傳輸給兩個或多個輸出合成模塊330。這樣，通過所述多通道信號分配單元510實現圖像窗口在多個輸出通道上的顯示和動態調度。
[0056]上述實施例僅供說明本發明之用，而并非是對本發明的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也應屬于本發明的范疇。
【權利要求】
1.一種多窗口顯示設備，其包括用于產生圖像窗口的多個輸入圖像處理模塊，以及將多個輸入圖像處理模塊處理后的多個圖像窗口合成為一個輸出圖像的輸出合成模塊，其特征在于，所述輸入圖像處理模塊包括: 輸入信號采集單元，用于接收輸入圖像信號，并將接收的圖像信號轉換為數字并行信號， 圖像縮放處理單元，用于將所述輸入信號采集單元輸出的視頻信號的大小縮放到圖像窗口要求的分辨率， 幀同步處理單元，用于確定縮放后的圖像窗口的位置，并將該圖像窗口輸出到所述輸出合成模塊。
2.如權利要求1所述的多窗口顯示設備，其特征在于，所述輸入圖像處理模塊還包括:圖像去隔行處理單元，連接在所述輸入信號采集單元和圖像縮放處理單元之間，用于將所述輸入信號采集單元接收到的隔行視頻信號轉換為逐行視頻信號，并將逐行視頻信號提供給所述圖像縮放處理單元。
3.如權利要求1或2所述的多窗口顯示設備，其特征在于，所述多窗口顯示設備還包括:同步定時單元，為所述幀同步處理單元提供同步時序信號，以便多個輸入圖像處理模塊的多個幀同步處理單元分別輸出時序同步的圖像。
4.如權利要求3所述的 多窗口顯示設備，其特征在于，多個所述輸入圖像處理模塊和一個輸出合成模塊形成一級級聯模塊，所述多窗口顯示設備包括至少兩級級聯模塊，以及連接在級聯模塊之間的級 聯輸入采集單元，該級聯輸入采集單元用于接收上級級聯模塊中輸出合成模塊的輸出圖像信號， 并將該圖像信號作為輸入信號傳送給下級級聯模塊的輸出合成模塊。
5.如權利要求4所述的多窗口顯示設備，其特征在于，多個所述輸入圖像處理模塊和至少兩個輸出合成模塊形成一級級聯模塊，在每一所述輸入圖像處理模塊之后設置一多通道信號分配單元，該多通道信號分配單元將接收到的圖像窗口信號分別傳輸給至少兩個輸出合成模塊。
6.如權利要求4或5所述的多窗口顯示設備，其特征在于，所述每一級級聯模塊還包括:連接在所述輸出合成模塊之后的合成圖像級聯輸出單元，用于將所述輸出合成模塊處理完的合成圖像窗口轉換傳輸格式。
7.一種多窗口顯示方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟1，多個輸入信號采集單元接收輸入圖像信號，并將接收的圖像信號轉換為數字并行信號， 步驟2，多個圖像縮放處理單元將所述輸入信號采集單元輸出的視頻信號的大小縮放到圖像窗口要求的分辨率， 步驟3，多個幀同步處理單元確定縮放后的圖像窗口的位置，并將該圖像窗口輸出到所述輸出合成模塊， 步驟4，一個輸出合成模塊將多個幀同步處理單元處理后的多個圖像窗口合成為一個輸出圖像并輸出。
8.如權利要求7所述的多窗口顯示方法，其特征在于，所述步驟2之前包括步驟la，圖像去隔行處理單元將輸入的隔行視頻信號轉換為逐行視頻信號，并將逐行視頻信號提供給所述圖像縮放處理單元。
9.如權利要求7或8所述的多窗口顯示方法，其特征在于，所述步驟3中，多個同步定時單元為所述多個幀同步處理單元提供同步時序信號，以便多個輸入圖像處理模塊的多個幀同步處理單元分別輸出時序同步的圖像到所述輸出合成模塊。
10.如權利要求9所述的多窗口顯示方法，其特征在于，將多個所述輸入圖像處理模塊和一個輸出合成模塊結合形成一級級聯模塊，至少兩個級聯模塊通過級聯輸入采集單元連接，該級聯輸入采集單元用于接收上級級聯模塊中輸出合成模塊的輸出圖像信號，并將該圖像信號作為輸入信號傳送給下級級聯模塊的輸出合成模塊。
11.如權利要求10所述的多窗口顯示方法，其特征在于，將多個所述輸入圖像處理模塊和至少兩個輸出合成模塊結合形成一級級聯模塊，在每一所述輸入圖像處理模塊之后設置一多通道信號分配單元，該多通道信號分配單元將接收到的圖像窗口信號分別傳輸給至少兩個輸出合成模塊。
12.如權利要求11或12所述的多窗口顯示方法，其特征在于，所述每一級級聯模塊的所述輸出合成模塊之后還連接有合成圖像級聯輸出單元，用于將所述輸出合成模塊處理完的合成圖像窗口轉換傳輸格式。
【文檔編號】H04N5/262GK103544130SQ201310507768
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年10月24日 優先權日:2013年10月24日
【發明者】朱利人, 徐道武, 陳潤海 申請人:北京時代奧視數碼技術有限公司