多画面分割系统

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技术领域\n本发明属于视频数字图像处理技术领域，特别涉及一种多画面电视墙的大屏幕分 割显示系统。\n技术背景\n随着科技的发展，广播演播室设计中呈现出的最大趋势—自动化，是由电视台降 低成本所激发的，同时也是电视台为提高工作效率，减少差错的发展要求。传统的电 视墙是由电视监视器或电视接收机构成，在模拟电视时期显示技术所对应的监视原 理，是以视觉感官的主观评价来确认图像质量与基本工作状态。后来出现了电视拼接 墙显示技术，这是在解决“大”而不是“多”的问题，就其图像细部的表现力，受到 扫描范围内固定量点阵的局限，不能表达广播级视频质量。数字电视技术的发展，使 原来就可以收看到几十套模拟有线电视节目，变得可以收到上百套、几百套数字电视 节目，被开发的频道资源迅速增量，推动节目播出控制系统前端监视、监测的技术进 步，进而造就了多画面分割显示技术的市场。\n发明内容\n本发明的目的是设计一套多画面分割系统，实现对多路电视节目进行监看，同时 能在画面中以VU值的方式显示节目的声音信号，免除了额外的音频监视设备。\n本发明的技术方案是这样实现的，一种多画面分割系统，其特征在于，它是由多 画面分割器主机和大屏幕显示设备两部分组成；多画面分割器主机由装有视音频捕捉 处理板卡、操作系统和控制软件的计算机、控制监视器、音箱构成；大屏幕显示设备 是带有VGA/DVI接口的大屏幕液晶屏、等离子屏或者大屏幕背投电视；多画面分割器 主机的计算机通过VQA/DVI数据线连接到大屏幕等离子、液晶显示设备上，同时通过 VGA数据线连接到控制监视器，通过音频输出线接到音箱；多路模拟或者数字视频， 包括声音和计算机图像及其它数据信息通过一个大的控制监视器同时监视；\n多路节目的视音频信号接入到多画面分割器主机，经过视音频捕捉处理板卡的多 路视音频采集电路，采集到系统计算机中，视频信号首先在计算机中进行信号检测、 信号压缩处理，然后进行画面分割缩放拼接形成一个完整的画面后，统一显示到大屏 幕显示设备上去，每路画面均可以设定显示窗口的大小，节目的音频信号在计算机中 经过运算处理，得到VU值并以实时柱状图的形式显示到节目画面的两侧；\n多画面分割器主机实现对多达16路视频信号节目进行监看，同时能在画面中以 VU值的方式显示节目的多达32路音频信号，可以在画面的旁边显示信号内容的提示： 通道信息、频道信息、台标信息、背景信息，音频电平信号质量差或信号丢失、黑场、 静帧等报警信息以及与监看信号相关的信息。多种组合模板可自创组合并实现画面的 任意缩放。\n本发明的特征在于：多画面分割器主机采用双显卡配置，一个用来显示控制台界 面，另一个用来输出大屏幕监视信号，所有的控制操作均由本机的键盘和鼠标完成。\n本发明的特征在于：当要监视的画面不超过16路时，可以单机系统工作，当要 监视的画面超过16路时，可以将数套多画面分割显示系统组成一个更大的监视墙系 统-多机系统工作。这数套多画面分割显示系统可以每套单独工作，也可以集中地由 一台控制主机来管理。多画面分割器主机和控制主机互相之间通过以太网联接，使用 安全方便。采用集中管理的方式时，多画面分割器主机的键盘鼠标以及辅助显卡均可 不安装。\n本发明的特征在于：视音频捕捉处理板卡配有的数字，模拟视频接口，兼容NTSC、 PAL制式和16∶9、4∶3图像幅宽比例的复合模拟视频信号、SDI数字视频信号。\n本发明的特征在于：专业的平衡的音频接口，支持外部模拟平衡或数字AES/EBU， SDI嵌入式数字音频通道。\n本发明的特征在于：多画面分割系统配有刻度电压脉冲Tally信号输入口，通过 GPI连接触发并能在画面中显示；支持网络GPS授时、守时，可显示时钟、台标；视 频信号检测，分析和报警机制；任何一路节目的亮度、对比度、色度、饱和度均可单 独调整；窗口排列方式可以定制，也可以使用预置模板；定制的窗口模式和参数设置 可以存储和调用；音频VU显示可以隐藏或打开。\n本发明采用双机热备份工作方式：两台主机同时工作，工作状态始终保持一致， 在某主机或应用故障的情况下，系统能迅速向另一主机切换，以保证系统24小时不 间断运转。\n本发明采用1+2冗余电源方式工作，如电源发生故障时，多重冗余的电源能够在 不中断供电的情况下快速安全的切换过来补给供电，以保证系统24小时不间断运转。\n本发明的特征在于：采用硬件采集(将信号数据通过硬件直接采集到内存)，硬 件缩放(在内存中直接进行缩放)，软件拷贝(通过软件将数据拷贝到显示卡上)，渲 染显示(等待同步信号的触发、显示卡渲染显示)的工作流水线方式。\n多画面分割系统中所述的控制软件执行包括如下的步骤：\na.进行初始化设置；\nb.判断是否显示下一帧；\nc.如是：实时接受来自控制端的交互更改信息，返回步骤b；\nd.不是：保存所有的设置到数据文件中；\ne.退出系统。\n其中，所述的实时接受来自控制端的交互更改信息包括：通过总控界面、用户控 制界面、视频通道属性设置界面、窗口属性设置界面、网络主机设置界面，设置各自 视频通道、音频通道以及背景标志/动画图片/时钟/时钟标志/名称、加载模式化布局 /自定义调整布局。\n本发明控制软件的组成主要包括：Magic Wall、Magic Wall TestHWCapture、Magic Wall Client和Magic Wall Client Setting四个软件，控制软件的核心是采集和处理 视音频信号，判断评测视频音频信号是否合格，是否处于和标准相关的误差范围，将 报警信息以文字、音乐、声音提示的方式表达出来，并通过网络提交给控制端计算机。 控制软件接受来自控制端的交互信息，响应更改视频窗口的位置、大小、颜色、标题 等属性；接受GPS系统的时间信息，进行网络内部的系统授时、守时；采用微软 DirectShow视频流技术和显卡硬件缩放技术，渲染显示视频画面，压缩显示的分割画 面，采用流媒体技术，通过IP多播技术RTP/RTCP实时传输视频监控流。\n1.Magic Wall\n管理控制软件，对应的应用程序为MagicWallServer.exe。它的作用就是多系统 同时工作时，通过以太网管理网络中所有的多画面分割器主机。创建每一台主机并对 主机进行分组管理，设置每一台主机的相关属性。可以安装运行于任何一台标准PC 机上，当然它也可以直接安装在多画面分割器主机上，当“单机系统使用”方式时将 管理控制软件和其他所有组件都安装在一个主机上。\n2.MagicWall_TestHWCapture\n检测软件，该软件用来检测视音频捕捉处理板卡是否工作正常，它可以监测16 个通道的视频和音频工作情况。它必须安装在有视音频捕捉处理板卡的多画面分割器 主机上，否则不能打开使用。\n3.MagicWallClient\n显示控制软件，这是多画面分割器主机上主要运行的软件，必须安装在多画面分 割器主机上。MagicWallClient提供监视墙的显示功能。运行时对它不作任何设置和 操作，窗口的显示情况是根据MagicWall的设置而定。\n4.MagicWallClientSetting\n网络设置软件，该软件主要在多画面分割器主机上设置控制服务器的IP地址(也 就是运行MagicWall的计算机即控制主机的IP地址)，以及端口号。在正常使用软件 之前，必须运行该软件设置相关IP地址和端口号。它也必须同MagicWallClient安 装在多画面分割器主机上。\n本发明的主要技术指标是：\na.每套系统最多可接入16路视音频节目\nb.标准显示分辨率\nc.任何一个通道支持不同制式输入选择(NTSC和PAL可选)\nd.任何一路节目的监视窗口大小可调节\ne.任何一路节目的亮度、对比度、色度、饱和度均可单独调整\nf.输入节目画面的宽高比4∶3和16∶9可选\ng.信号无输入时蓝场提示\nh.窗口排列方式可以定制，也可以使用预置模板\ni.定制窗口模式和参数设置可以存储和调用\nj.音频VU显示可以隐藏或打开\nk.有Tally信号输入口，并能在画面中显示\nl.支持显示时钟、台标\nm.支持双机热备份工作方式\nn.支持7×24小时工作规则\n本发明的有益效果是：可用于播控系统中的多频道画面集中技术监督和监视；转 播车多画面监视和导演多机位图像；机场、军事指挥、商场、社区等场所安全监控， 还可以应用在会议电视系统会场、外拍活动、临时演播室的多画面集中监控和节目剪 辑时的多信号源对编画面监视。节省投资，使用一台高分辨率的显示设备(如：等离 子、背投电视等)即可代替多台传统视频监视器的监视工作，节省了搭建电视墙的空 间，适合转播车、导播室这类的狭小场地。产品显示画面清晰，低辐射，不闪烁，各 种数据高度浓缩显示，直观、感性，可以实时信息调整，显示方式可根据个人喜好和 工作内容任意设定，多种组合模板可自创组合并实现画面的任意缩放，产品配置和扩 展灵活。多画面分割系统可单独控制，也可通过网络由主控制机集中控制，实时监看 各多画面分割系统的工作状态，同时提供智能报警功能。\n与传统电视墙相比，本发明的多画面分割系统主要有以下优点：\n1，占地面积小：一个大屏幕显示器最多可显示16个画面，占据的空间比较小； 而使用电视墙，16台监视器就要占据很大的空间。\n2，可有效地显示监看信号的相关信息：如可以在画面的旁边显示信号内容的提 示，通道信息，信号质量差或信号丢失，黑场，静帧等报警信息，音频电平等等与监 看信号相关的信息。\n3，耗电量小及发热量少：多画面分割显示系统使用一台多画面分割机及一台等 离子电视监看众多的节目信号；传统的电视墙一路信号配置一台监视器或电视接收 机，较多的监视器就造成发热量和耗电量的大大增加，使机房中配置的空调和配电的 容量也大大增加。\n4，辐射小：多画面分割显示系统一般使用大屏幕等离子显示器，电磁辐射量很 小。传统的电视墙使用监视器，辐射量大，对长期从事监控工作的相关技术人员身体 有害。\n5，监看效果好：多画面分割显示系统在同一个大屏幕显示设备上显示很多画面， 监看效果真实，在两个画面之间没有传统电视墙的电视机边缘框，视觉感很好，并且 等离子电视不会发生色度和亮度的变化。而电视监视器在长期使用后，会引起色度和 亮度的差异，要看不同的画面，也必须由一个监视器转向另一个监视器，电视从业人 员会感到很累，而且两个画面中间的监视器边框也会感到很不舒服。\n6，灵活的组合和调整监看信号：多画面分割显示系统可以将输入的信号显示在 大屏幕显示设备上的任意位置，可以灵活地进行相互组合调整信号显示画面大小。\n以下结合附图和实施例对本发明作一详细描述。\n附图说明\n图1为本发明单机工作系统框图；\n图2为本发明多机工作系统框图；\n图3为本发明程序流程框图；\n图4为本发明总控界面示意图；\n图5为本发明用户控制界面示意图；\n图6为本发明视频通道属性设置界面示意图；\n图7为本发明窗口属性设置界面A示意图；\n图8为本发明窗口属性设置界面B示意图；\n图9为本发明网络主机设置界面示意图；\n图10为本发明采集卡各通道状态界面示意图。\n具体实施方式\n多画面分割系统由多画面分割器主机和大屏幕显示设备两部分组成。多画面分割 器主机由装有视音频捕捉处理板卡、操作系统、控制软件的计算机、控制监视器、音 箱构成，大屏幕显示设备是带有VGA/DVI接口的大屏幕液晶屏、等离子屏或者大屏幕 背投电视，多画面分割器主机计算机的基本参数为：\n1)硬件：\na.热备份双电源\nb.服务器级PC主板，Pentium4处理器，256M内存及以上\nc.标准100M BaseT以太网口\nd.16路视频(CVBS)，BNC接口\ne.32路音频(模拟平衡立体声)\nf.1路模拟音频监听，DB15接口\ng.1路标准模拟VGA信号，接控制监视器\nh.1路标准模拟VGA信号，接大屏幕监视器\ni.显卡支持1024×768及以上，显存64M及以上\n2)软件：\na.操作系统Windows2000(Professional，Advanced Server或Server)\nb.Service Pack2\nc.DirectX8.1\nd.MagicWall软件包\nMagicWall软件包的组成主要包括：Magic Wall、MagicWall TestHWCapture、Magic Wall Client和Magic Wall Client Setting四个软件，其中：\n1.Magic Wall管理控制软件，对应的应用程序为MagicWallServer.exe。当“单 机系统使用”方式时将Magic Wall(控制软件)和其他所有组件都安装在一个主机上。\n2.MagicWall_TestHWCapture检测软件，安装在安装有视音频捕捉处理板卡的多 画面分割器主机上。\n3.MagicWallClient显示控制软件，安装在多画面分割器主机上。\n4.MagicWallClientSetting网络设置软件，安装在多画面分割器主机上。\n图1为单机系统工作方式：多路视频数据电缆1.5和多路音频数据电缆1.6连接 到插有视音频捕捉处理板卡的多画面分割器主机1.4上，操作员通过主机1.4上的键 盘和鼠标输入控制数据和参数，1.4多画面分割器主机的计算机通过VQA/DVI数据线 连接到1.1大屏幕等离子、液晶显示设备上，同时通过VGA数据线连接到1.3控制监 视器，通过音频输出线接到1.2音箱，GPS时钟信号电缆将1.7GPS信号传到1.4主机 上。\n图2为多机工作方式：多路视频数据电缆2.8和多路音频数据电缆2.9分别接至 插有视音频捕捉处理板卡的多画面分割器主机2.3上，操作员通过多画面分割器控制 主机2.6上的键盘和鼠标输入控制数据和参数，经以太网交换机2.4，控制与以太网 交换机2.4相连的多画面分割器主机2.3，显示数据通过VGA/DVI数据线输出到大屏 幕等离子、液晶显示设备2.1上，多画面分割器控制主机2.6通过VGA数据线连接到 2.5控制监视器，多画面分割器主机2.3上的音频输出线接音箱2.2，2.7为GPS时 钟信号，它通过GPS时钟信号电缆接到多画面分割器控制主机2.6上。\n图3程序流程框图：在全部系统根据图1或图2安装完毕后，3.1启动程序， 3.2进入初始化状态，加载上一次运行时存入*.Data文件中的数据，3.3如果是多系 统运行通过网络启动客户应用并进行初始化设置，通过图4总控界面、图5用户控制 界面、图6视频通道属性设置界面、图7窗口属性设置界面A、图9网络主机设置界 面、3.4设置各自视频通道，3.5设置各自音频通道，3.6设置各自的背景标志/动画 图片/时钟/时钟标志/名称，3.7加载模式化布局/自定义调整布局，3.8开始下一帧 画面，3.9是否显示下一帧，如是：3.13实时接受来自控制端的交互更改信息，3.14 进行视音频信号处理/报警预处理，3.15接受GPS时钟信息，3.16实施渲染、显示， 3.17压缩和发布数据，然后返回到3.8开始下一帧画面处理，如不是：3.10保存所 有的设置到*.Data文件中，通过网络3.11通知控制应用端，3.12退出系统。\n在运行管理控制软件MagicWall后出现图4总控界面：4.1是网络的主机标号显示 区，它由号码、表示灯和箭头来表示，亮绿色表示在线主机，灯下面的箭头表示当前 所选择的主机，暗蓝色表示离线，也就是对应的主机没有打开MagicWallClient软件， 要对一个主机作操作设置，可以直接用鼠标点击对应的图标，也可以通过按4.2当前 屏幕两边的箭头按钮来一个一个移动，4.2显示当前屏幕主机的名称，4.3为解锁/锁 定按钮，通过这个按钮可以解除或者锁定一个主机，只有解除了对主机的锁定，才能 对主机的相关参数进行设置或者修改；4.4为取消按钮；4.5为恢复按钮；当开机时默 认所有主机都是锁定的，当主机处于锁定状态时，只有一个操作是可以进行的，就是 双击一个窗口使其变为最大，4.6为当前窗口属性按钮，当在4.10屏幕显示区选择一 个4.11窗口时，那么被选择的窗口边框会呈淡蓝色，明显区别于其他未被选择的窗口， 然后点击该按钮就可以弹出如图7所示的当前窗口状态信息。\n通过图7这个窗口可以查看当前窗口的相关状态和各个参数，也可以通过这个窗 口对当前窗口的相关信息进行修改、设置等操作，其中7.1通道：指当前窗口所显示 (或对应)的是通道编号，点击下拉箭头，弹出通道窗口，从中选择通道，这里的通 道和主机后面板输入的视频通道是一一对应的，选择的通道，表示在此当前窗口位置， 7.2状态：通过下拉箭头可以对弹出的参数进行选择，同样7.3视频、7.4边框、7.5 文本、7.6UV表、7.7刻度、7.8名称颜色、7.9边框颜色，都可以通过下拉箭头对弹 出的参数进行选择，7.10名称：指给窗口取一个用户自定义的名称，比如CCTV-1等， 7.11Logo：当状态选择了Logo之后，该处的选择就可以打开选择一个图标显示于窗 口，目前软件支持的图标有TGA、BMP、JPG等通用几种格式，图标的尺寸不宜过小， 以免显示效果不佳，图标不宜过大，影响打开速度。而且可以打开一组连续的图标组 成一个动画，7.12亮度、7.13对比度、7.14饱和度和7.15色度，都可以分别通过在 右边的上下拉箭头选择值进行设置，7.16比例：支持4∶3和16∶9的画面比例， 可通过右边的下拉箭头进行选择，7.17制式：支持NTSC和PAL可通过右边的下拉箭 头进行选择。\n图4中的4.7布局属性：查看当前窗口设置的所有16个通道窗口的相关属性信息， 该窗口分为两个页面：一个是图8窗口属性设置界面B，另一个是图6视频通道属 性设置界面，图8窗口属性设置界面B与图7窗口属性设置界面A的区别在于，图 7是显示一个通道下的参数设置，而图8是所有8.1通道编号16个通道的8.2状态、 8.3视频、8.4边框、8.5文字、8.6UV表、8.7刻度、8.8文字颜色和8.9边框颜色 8.10背景颜色，通过8.11确定、8.12取消、8.13应用，直接在此页进行设置修改， 图6视频通道属性设置界面包括了6.1通道编号、6.2通道名称、6.3亮度、6.4对 比度、6.5饱和度、6.6色度、6.7比例、6.8制式以及6.9确定、6.10取消、6.12 应用和LOGO等，当然也可以在此对通道的各相关属性进行设置。\n图4中4.8用户属性：点击此按钮，会弹出图5用户控制界面，这个窗口实际上 是专门用来创建和管理客户主机的，在上面可以设置主机的名称、IP地址、群组和显 示其对应工作状态，其中：5.8名称：就是用来给客户主机一个名称，显示于图4上 的4.2当前屏幕名称，5.9IP地址：输入客户主机的IP地址，所有IP地址不能有冲 突，否则软件会报错，只有创建主机时，输入了正确的IP的地址，管理控制台即控 制主机(MagicWallServer)才能管理客户主机，5.10群组：就是可以将多台主机按 情况分成若干组，这样在对一个组内的任何一个成员进行设置时，其属性会自动付给 组内其他成员；5.11工作状态：就是显示对应主机的连接状态，当对应的主机启动 “MagicWallClient”后，在此处就会显示“已连接”，否则显示“未连接”，5.1添加 用户：点击该按钮就可以在网表中输入相应的值添加一个用户，5.2删除用户：指选 中一个用户，点击此按钮，可以将其删除，5.3当前用户重新启动：指选择一个用户 (主机)，可以通过此按钮重新启动该主机(需要对应的主机处于已连接状态)；5.4 用户关机：选择对应的主机，点击此按钮可以使其关机，5.5Ping：测试当前用户， 对选择的主机执行Ping命令，对于执行的结果会依据客户主机的状态提示用户连接 正常或用户未连接窗口，5.6PING ALL：就是对所有创建的用户执行Ping命令，软件 会根据各机器的状态分别返回相应的提示信息，5.11确定、5.12取消和5.13应用对 应图5中的各种操作的确定、取消和应用，5.14端口：此处的端口号同 “MagicWallClientSetting”中的设置是一致的，默认也为6000，只有保持管理控制 软件的端口号同客户主机设置一致，客户主机才能正常被控制管理。\n图4的4.9为模板选择区：模板是指对4.10屏幕显示区的编排模型，本发明软 件提供了8个固定的模板供用户选择，也可以添加和减少，用户可以根据自己的需要 直接调用，也可以在此基础上直接修改，然后保存自己设置的模板，并且用户保存的 模板可以被重新通过4.14LOAD(加载)。用户自己设置的模板当点击4.13SAVE时，可 以保存为以tpl为扩展名的文件，4.12通道音频监听选择区：声音监听只能是X(通 道数)选1，也就是当选择了某个通道，其输入的音频可以通过声卡接音响进行监听。\n多系统工作时在运行MagicWallClientSetting软件后出现图9示意的网络主机设 置界面，执行该软件，窗口焦点自动在9.2主控IP处，在这里需要输入控制主机的 IP地址，这是最为关键的设置，只有正确设置了主控IP地址，MagicWallClient才 能正常受MagicWall的管理和控制，9.1本地IP地址在这里是不允许设置的，9.3 主控端口号，软件默认为6000，可以设置的端口号范围为1024-8000，如果输入范 围之外的号，软件会报错，所有网络主机的端口号必须相同，9.4窗口边框颜色的设 置指对MagicWallClient窗口边框颜色的设置，可以修改颜色，点击9.4窗口边框颜 色设置按钮，会弹出颜色的窗口进行设置，9.5左侧刻度颜色设置，9.6右侧刻度颜 色设置，当通道接入了相应的刻度(Tally)电压脉冲信号，对应的通道窗口就可以 看到对应的颜色显示出来，9.7是确定按钮，9.8是取消按钮。\nMagicWallClient是客户主机上运行的软件，打开运行即可，对于它不作任何操 作，因为它显示内容的变化是根据管理控制软件的设置变化来变化的。\nMagicWall_TestHWCapture专门用于测试采集卡各通道状态，当打开软件时，会 弹出如图10采集卡各通道状态界面，其中，10.1、10.2、10.3、10.4、10.5、10.6、 10.7、10.8、10.9、10.10、10.11、10.12、10.13、10.14、10.15、10.16为16个通 道的视频画面，从该界面可以查看各通道的视频和音频输入情况。当要监听某一个通 道的声音，在10.17中点击该通道按钮即可，点击10.18退出，可以退出该界面。