CN103544130B - 一种多窗口显示设备及显示方法 - Google Patents

Abstract

一种多窗口显示设备和显示方法，其包括用于产生图像窗口的多个输入图像处理模块，以及将多个输入图像处理模块处理后的多个图像窗口合成为一个输出图像的输出合成模块，所述输入图像处理模块包括：输入信号采集单元，用于接收输入图像信号，并将接收的图像信号转换为数字并行信号，图像缩放处理单元，用于将所述输入信号采集单元输出的视频信号的大小缩放到图像窗口要求的分辨率，帧同步处理单元，用于确定缩放后的图像窗口的位置，并将该图像窗口输出到所述输出合成模块。本发明的多窗口显示的显示设备和显示方法，减少了单个模块图像直接叠加所需要的总线数量，极大方便了硬件实现。

Description

一种多窗口显示设备及显示方法

技术领域

本发明涉及在一个显示器上显示多个图像窗口的显示设备及显示方法，进一步的也涉及在多个显示器上显示多个图像窗口的显示设备及显示方法。

背景技术

随着显示技术的发展，显示设备的尺寸越来越大，分辨率越来愈高。这使得在一个显示器上可以显示多个图像窗口，从而使得少量显示器监看大量的图像信号成为可能。这样的一个显示器中多窗口显示设备在电视信号、监控信号的监看中被大量应用。随着显示设备性能的提高、需要监看图像数量的增加和输入图像分辨率的提高，一个显示设备上需要显示的图像窗口数目也越来越多，由此带来的对设备的处理能力的要求也飞速提高，使设备的复杂度、实现成本和功耗也急剧增加。

现有的多窗口显示方法一般采用如下两种技术方案来实现。

第一种是基于计算机平台和图形加速技术来实现。该方案采集输入图像信号，利用计算机PCI-E等总线传输给CPU，CPU对采集的图像信号进行尺寸大小处理，再通过PCI-E等总线传输给计算机图形显示单元，图形显示单元将所有的图像窗口组合到一起输出。这种方案由于采用计算机总线进行图像数据的交换，随着输入图像数量的增加和分辨率的提高，计算机总线带宽的瓶颈就限制了设备的性能。为了实现更多图像窗口的显示，只能采用丢弃视频帧的方法，这就导致了图像信号的显示帧频降低，图像无法流畅显示。

第二种是基于硬件处理技术来实现。该方案采集输入图像后，利用硬件实现图像信号的尺寸大小处理，处理后的图像信号是与输出图像具有相同分辨率和帧频的一个背景上的一个图像窗口，通过专有总线传送给输出合成单元，然后将所有处理后的图像信号合成到一起。这个方法虽然解决了计算机总线带宽限制的问题，但是专有总线的带宽随着输入图像数量的增加，成比例的增加，例如：

专有总线带宽=图像窗口数量×输出显示带宽

以一个典型的应用来计算。输出图像的分辨率为1920X1200，如果采用并行总线，其带宽为486MB/Sec，采用串行总线，其带宽为4.86Gb/Sec。如果需要显示32个窗口，专有总线的带宽将达到并行15.552GB/Sec，采用串行总线，其带宽为155.52Gb/Sec。对于并行总线，需要约960线来实现，对于串行总线，需要32路6.25Gb/Sec的收发器。这在技术上很难实现，实现成本也不可接受。

同时上述第二种实现方式的设备图像合成部分的可接受显示窗口的数量是固定的，无法根据应用的需要进行相应改变。

为了解决上述技术问题，实有必要发明一种新的在一个显示器上显示多个图像窗口的显示设备和显示方法，以克服现有技术的缺陷。

发明内容

本发明提供了一种多窗口显示设备和显示方法，可以保证当显示窗口增加时，信号传输总线不会出现技术瓶颈，系统显示窗口的数量可以根据应用的需求，方便的增加或减少，实现数量不受限制的显示窗口。

为了实现上述目的，本发明的多窗口显示设备是这样的：

一种多窗口显示设备，其包括用于产生图像窗口的多个输入图像处理模块，以及将多个输入图像处理模块处理后的多个图像窗口合成为一个输出图像的输出合成模块，其特征在于,所述输入图像处理模块包括：输入信号采集单元，用于接收输入图像信号，并将接收的图像信号转换为数字并行信号，图像缩放处理单元，用于将所述输入信号采集单元输出的视频信号的大小缩放到图像窗口要求的分辨率，帧同步处理单元，用于确定缩放后的图像窗口的位置，并将该图像窗口输出到所述输出合成模块。

作为优选实施方式，所述输入图像处理模块还包括：图像去隔行处理单元，连接在所述输入信号采集单元和图像缩放处理单元之间，用于将所述输入信号采集单元接收到的隔行视频信号转换为逐行视频信号，并将逐行视频信号提供给所述图像缩放处理单元。

作为优选实施方式，所述多窗口显示设备还包括：同步定时单元,为所述帧同步处理单元提供同步时序信号，以便多个输入图像处理模块的多个帧同步处理单元分别输出时序同步的图像。

作为优选实施方式，多个所述输入图像处理模块和一个输出合成模块形成一级级联模块，所述多窗口显示设备包括至少两级级联模块，以及连接在级联模块之间的级联输入采集单元，该级联输入采集单元用于接收上级级联模块中输出合成模块的输出图像信号，并将该图像信号作为输入信号传送给下级级联模块的输出合成模块。

作为优选实施方式，多个所述输入图像处理模块和至少两个输出合成模块形成一级级联模块，在每一所述输入图像处理模块之后设置一多通道信号分配单元，该多通道信号分配单元将接收到的图像窗口信号分别传输给至少两个输出合成模块。

作为优选实施方式，所述每一级级联模块还包括：连接在所述输出合成模块之后的合成图像级联输出单元，用于将所述输出合成模块处理完的合成图像窗口转换传输格式。

本发明的多窗口显示的显示方法是这样的：

一种多窗口显示方法，其包括以下步骤:步骤1，多个输入信号采集单元接收输入图像信号，并将接收的图像信号转换为数字并行信号，步骤2，多个图像缩放处理单元将所述输入信号采集单元输出的视频信号的大小缩放到图像窗口要求的分辨率，步骤3，多个帧同步处理单元确定缩放后的图像窗口的位置，并将该图像窗口输出到所述输出合成模块，步骤4，一个输出合成模块将多个帧同步处理单元处理后的多个图像窗口合成为一个输出图像并输出。

作为优选实施方式，所述步骤2之前包括步骤1a，图像去隔行处理单元将输入的隔行视频信号转换为逐行视频信号，并将逐行视频信号提供给所述图像缩放处理单元。

作为优选实施方式，所述步骤3中，多个同步定时单元为所述多个帧同步处理单元提供同步时序信号，以便多个输入图像处理模块的多个帧同步处理单元分别输出时序同步的图像到所述输出合成模块。

作为优选实施方式，将多个所述输入图像处理模块和一个输出合成模块结合形成一级级联模块，至少两个级联模块通过级联输入采集单元连接，该级联输入采集单元用于接收上级级联模块中输出合成模块的输出图像信号，并将该图像信号作为输入信号传送给下级级联模块的输出合成模块。

作为优选实施方式，将多个所述输入图像处理模块和至少两个输出合成模块结合形成一级级联模块，在每一所述输入图像处理模块之后设置一多通道信号分配单元，该多通道信号分配单元将接收到的图像窗口信号分别传输给至少两个输出合成模块。

作为优选实施方式，所述每一级级联模块的所述输出合成模块之后还连接有合成图像级联输出单元，用于将所述输出合成模块处理完的合成图像窗口转换传输格式。

本发明的多窗口显示的显示设备和显示方法，采用每个输入模块叠加一定数量的图像窗口，然后进一步通过模块级联来实现图像窗口数量的进一步增加。这种方式减少了单个模块图像直接叠加所需要的总线数量，减小了总线带宽。模块级联对每路输出只需一路视频的带宽，极大方便了硬件实现。模块级联的方式可以不受限制地增加视频窗口的数量。而增加总线带宽更可以增加支持输出显示屏幕的数量，并在这些输出中灵活调度图像窗口。与传统方案相比，具有极大的灵活性。

附图说明

图1是本发明的多窗口显示设备的第一实施例的示意图；

图2是本发明的多窗口显示设备的第二实施例的示意图；

图3是根据本发明的多窗口显示设备第一实施例（即仅有一级级联模块）产生的图像窗口的示意图；

图4是根据本发明的多窗口显示设备第二实施例（即有两级级联模块）产生的图像窗口的示意图；

图5是本发明的多窗口显示设备的第三实施例（能够多路输出）的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的多窗口显示设备及显示方法进一步说明。

请参阅图1，本发明的多窗口显示设备包括：用于产生图像窗口的多个输入图像处理模块400，以及将多个输入图像处理模块400处理后的多个图像窗口合成为一个输出图像的输出合成模块330。

以下结合图1，以4个输入图像处理模块400配合一个输出合成模块330为例，说明本发明的多窗口显示设备。

所述输入图像处理模块400包括：

输入信号采集单元302，用于接收输入图像信号，并将接收的图像信号转换为数字并行信号，以便为后续处理单元（图像去隔行处理单元303）接收和处理。所述输入信号采集单元302可以根据不同的输入信号格式，采用不同的实现方案。如VGA、模拟分量视频采用高速A/D转换器；DVI、HDMI采用HDMI/DVI接收芯片；模拟复合视频采用模拟视频解码器等。

所述输入图像处理模块400优选还设有图像去隔行处理单元303，连接在所述输入信号采集单元302和图像缩放处理单元304之间，用于将输入的隔行视频信号（如：1080i、576i等格式的信号）转换为逐行视频信号。对于逐行视频输入的信号在这个单元不进行任何处理。

图像缩放处理单元304，用于将经逐行的视频信号的大小缩放到图像窗口要求的分辨率，这种处理可能是缩小，也可能是放大。

帧同步处理单元305，用于确定缩放后的图像窗口的位置，并将该图像窗口输出到所述输出合成模块330，以保证输出合成模块330可以将各个窗口的图像同时序的合成到一起。帧同步处理单元305所需的图像窗口的时序信号由同步定时单元340提供。

同步定时单元340,为所述帧同步处理单元305提供同步时序信号。

所述图像去隔行处理单元303、图像缩放处理单元304和帧同步处理单元305可以采用专用集成电路如SIGMADESIGN的VXP图像处理器等来实现，也可以用FPGA来实现。

所述输出合成模块330，将所述4个输入图像处理模块400处理后的图像按照窗口的位置和叠放次序，合成为一个输出图像并输出。当采用专用集成电路时，所述4个输入图像处理模块400之间的信号连接通道可以采用专用集成电路具备的并行TTL接口、LVDS接口、HDMI/DVI接口等；当采用FPGA实现时，所述4个输入图像处理模块400之间的信号连接通道可以采用并行TTL接口、LVDS接口、高速数字串行接口。

相应地，本发明的多窗口显示方法为：

所述输入信号采集单元302接收多个视频信号源的视频信号，并通过所述图像去隔行处理单元303将该视频信号转换为逐行视频信号，所述图像缩放处理单元304将视频信号的大小缩放到图像窗口要求的分辨率，之后所述帧同步处理单元305先确定缩放后的图像窗口的位置，再通过采集所述同步定时单元340提供的同步时序信号，将各个信号源的视频信号的时序同步，最后将该图像窗口输出到所述输出合成模块330。

请参见图2，本领域技术人员可以理解，如果不断的增加所述输入图像处理模块400，确实可以增加窗口的数目，但是这样的代价就是总线带宽也需要相应的不断增加。为了在不增加总线带宽的前提下增加可以显示的窗口数目，优选地，可以将多个所述输入图像处理模块400和一个输出合成模块330形成一级级联模块，而本发明的多窗口显示设备可以包括至少两级级联模块，以及连接在两级级联模块之间的级联输入采集单元321和每一输出合成模块330之后的合成图像级联输出单元331。

所述级联输入采集单元321，用于接收上一级级联输入信号，并将级联输入信号转换成所述输出合成模块330可以接收的前级合成图像Y，传送给本级级联模块的所述输出合成模块330。所述输出合成模块330将本级的所述4个输入图像处理模块400处理后的图像按照窗口的位置合成为一个输出图像X，之后再将该输出图像X与前级合成图像Y进行叠加，并向所述合成图像级联输出单元331输出。

所述合成图像级联输出单元331，连接在所述输出合成模块330之后，用于将所述输出合成模块330处理完的合成图像做出进一步的优选处理，例如转换传输格式等，使图像窗口信号更方便的传输给下一个级联模块或输出，对于下一级级联模块，这个信号就是级联输入信号。目前一般采用高速数字串行接口传送这个信号，也可以采用并行TTL接口等。

整个输入模块也可以采用一个大规模的FPGA如Altera的Stratix或Xilinx的Virtex来实现。这样的实现方式可以简化硬件结构。

请参见图3和图4，窗口201-204为第一级的级联输入模块1产生的图像窗口。而窗口205-208为第二级的级联输入模块2产生的图像窗口。通过两个模块的依次顺序级联，可以产生8个图像窗口。本领域技术人员可以理解，更多的级联输入模块，可以产生更多的图像窗口。同时，由于本发明实施例所示的多窗口显示设备采用级联模块相互连接之后，无论产生多少个窗口，系统的总线带宽最多只需要单一图像窗口带宽的5倍（即，本级级联模块的4路原始输入带宽加前级级联模块的1路输入带宽），总线带宽不会随图像窗口的数目成倍增长。

相应地，作为本发明的多窗口显示方法的一种优选方法，可以将本发明第一实施例中的设备依次顺序连接，组成多个依次顺序连接的级联模块。

为了完成多个级联模块的连接，优选地，可以在多个级联模块之间设置级联输入采集单元321，用于接收上一级的合成图像级联输出单元331的级联输出图像，并将该图像信号转换成所述输出合成模块330可以接收的前级合成图像传送给所述输出合成模块330。

另外，作为进一步的优选实施方式，可以在所述输出合成模块330之后设置合成图像级联输出单元331，用于将所述输出合成模块330处理完的合成图像窗口转换传输格式，并且将当前处理完的合成图像输出给下一级的级联模块，作为下一级的级联模块的输入，如果本级的级联模块已经是最后一级，那么则输出该图像。

从图1和图2可知，在本发明的这种构架下，每一级联输入模块的结构完全相同，随着级联模块增加，可以产生的图像窗口数线性增加。通过简单的总线结构就可以实现不受数量限制的图像窗口的叠加。以上实现了不增加总线带宽的前提下，增加显示窗口的数量。

请参见图5，本发明的多窗口显示设备还可以非常方便的扩展支持输出显示屏幕的数量（需要相应的增加总线带宽）。本发明的多窗口显示设备还可以实现在多个显示屏幕（多通道输出）上的多窗口显示。为了实现上述功能，本发明的多窗口显示设备还设置有：多通道信号分配单元510。

所述多通道信号分配单元510设置在多个所述输入图像处理模块400与至少两个所述输出合成模块330之间，可以接收多个输入图像处理模块400的图像窗口输出信号，并将该信号传输给至少两个输出合成模块330。可以对每个输出合成模块330上的每个图像窗口的显示与否分别控制，这样就可实现图像窗口在至少两个输出通道上的显示和动态调度。

相应地，作为本发明的多窗口显示方法的又一种优选方法，可以在本发明的第二实施例的基础上,在多个所述输入图像处理模块400的同步定时单元340与至少两个所述输出合成模块330之间,设置多个多通道信号分配单元510，每一个多通道信号分配单元510接收图像窗口信号,并将该图像信号同时传输给两个或多个输出合成模块330。这样，通过所述多通道信号分配单元510实现图像窗口在多个输出通道上的显示和动态调度。

上述实施例仅供说明本发明之用，而并非是对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也应属于本发明的范畴。

Claims (8)

1.一种多窗口显示设备，其包括用于产生图像窗口的多个输入图像处理模块，以及将多个输入图像处理模块处理后的多个图像窗口合成为一个输出图像的输出合成模块，其特征在于,所述输入图像处理模块包括：

输入信号采集单元，用于接收输入图像信号，并将接收的图像信号转换为数字并行信号，

图像缩放处理单元，用于将所述输入信号采集单元输出的视频信号的大小缩放到图像窗口要求的分辨率，

帧同步处理单元，用于确定缩放后的图像窗口的位置，并将该图像窗口输出到所述输出合成模块；

所述多窗口显示设备还包括：同步定时单元,为所述帧同步处理单元提供同步时序信号，以便多个输入图像处理模块的多个帧同步处理单元分别输出时序同步的图像；

多个所述输入图像处理模块和一个输出合成模块形成一级级联模块，所述多窗口显示设备包括至少两级级联模块，以及连接在级联模块之间的级联输入采集单元，该级联输入采集单元用于接收上级级联模块中输出合成模块的输出图像信号，并将该图像信号作为输入信号传送给下级级联模块的输出合成模块。

2.如权利要求1所述的多窗口显示设备，其特征在于，所述输入图像处理模块还包括：图像去隔行处理单元，连接在所述输入信号采集单元和图像缩放处理单元之间，用于将所述输入信号采集单元接收到的隔行视频信号转换为逐行视频信号，并将逐行视频信号提供给所述图像缩放处理单元。

3.如权利要求1或2所述的多窗口显示设备，其特征在于，多个所述输入图像处理模块和至少两个输出合成模块形成一级级联模块，在每一所述输入图像处理模块之后设置一多通道信号分配单元，该多通道信号分配单元将接收到的图像窗口信号分别传输给至少两个输出合成模块。

4.如权利要求3所述的多窗口显示设备，其特征在于，所述每一级级联模块还包括：连接在所述输出合成模块之后的合成图像级联输出单元，用于将所述输出合成模块处理完的合成图像窗口转换传输格式。

5.一种多窗口显示方法，其特征在于，该方法包括以下步骤:

步骤1，多个输入信号采集单元接收输入图像信号，并将接收的图像信号转换为数字并行信号，

步骤2，多个图像缩放处理单元将所述输入信号采集单元输出的视频信号的大小缩放到图像窗口要求的分辨率，

步骤3，多个帧同步处理单元确定缩放后的图像窗口的位置，并将该图像窗口输出到输出合成模块，

步骤4，一个输出合成模块将多个帧同步处理单元处理后的多个图像窗口合成为一个输出图像并输出；

所述步骤3中，多个同步定时单元为所述多个帧同步处理单元提供同步时序信号，以便多个输入图像处理模块的多个帧同步处理单元分别输出时序同步的图像到所述输出合成模块；

将多个所述输入图像处理模块和一个输出合成模块结合形成一级级联模块，至少两个级联模块通过级联输入采集单元连接，该级联输入采集单元用于接收上级级联模块中输出合成模块的输出图像信号，并将该图像信号作为输入信号传送给下级级联模块的输出合成模块。

6.如权利要求5所述的多窗口显示方法，其特征在于，所述步骤2之前包括步骤1a，图像去隔行处理单元将输入的隔行视频信号转换为逐行视频信号，并将逐行视频信号提供给所述图像缩放处理单元。

7.如权利要求5或6所述的多窗口显示方法，其特征在于，将多个所述输入图像处理模块和至少两个输出合成模块结合形成一级级联模块，在每一所述输入图像处理模块之后设置一多通道信号分配单元，该多通道信号分配单元将接收到的图像窗口信号分别传输给至少两个输出合成模块。

8.如权利要求7所述的多窗口显示方法，其特征在于，所述每一级级联模块的所述输出合成模块之后还连接有合成图像级联输出单元，用于将所述输出合成模块处理完的合成图像窗口转换传输格式。