CN201340721Y - 重叠边带生成卡 - Google Patents

Abstract

本实用新型为重叠边带生成卡，解决图像源必须具有重叠区才能无缝拼接的问题。由至少两个同样的卡连接构成，每个卡为自带若干总线的与计算机连接的板卡，板卡有图像处理模块与图像输入模块、图像输出模块、图像缓存模块、边带数据交换模块和PCI接口模块分别通过总线连接，相邻的重叠边带生成卡的边带数据交换模块相连接。

Description

重叠边带生成卡

技术领域：

本实用新型与自带高速数据交换总线的图像处理板卡有关。

背景技术：

大屏幕投影显示***中的无缝拼接技术最初主要应用在虚拟仿真及虚拟现实等大屏幕投影可视化***中。近几年来，随着软硬件技术的发展，无缝拼接技术已广泛应用于指挥控制、虚拟仿真培训、工业制造设计、科学研究以及复杂决策过程中，并且在展览展示、广告、娱乐领域的应用也越来越流行。经过业内厂商多年的技术开发和努力，目前无缝拼接技术已经发展到了很成熟的阶段，适合于大规模、普遍性的应用。另外，许多高端投影机也都内置有无缝边缘融合技术。

图像的无缝拼接必须要相邻图像单元具有重叠区。但是，一般计算机的显卡或是多屏图像处理机所产生的图像源都不具有重叠区，这样的图像是无法应用于无缝边缘融合的。

目前的解决方案基本上是通过图像源自行产生具有重叠边带部分的图像。但是，这种方法对图像源具有较高的要求，极大地限制了无缝边缘融合技术的应用领域和发展前景。

实用新型内容：

本实用新型的目的是提供一种可将输入的无重叠边带的图像在相邻的卡之间交换图像数据，从而产生带有重叠边带的图像的重叠边带生成卡。

本实用新型是这样实现的：

本实用新型重叠边带生成卡，由至少两个同样的卡连接构成，每个卡为自带若干总线的与计算机连接的板卡，板卡有图像处理模块与图像输入模块、图像输出模块、图像缓存模块、边带数据交换模块和PCI接口模块分别通过总线连接，相邻的两个卡边带数据交换模块相连接。

所述的图像处理模块为芯片U400，所述的图像输入模块由图像采集控制芯片U100与插座J200通过DVI信道和VGA信道相连构成，图像采集控制芯片把DVI和VGA信号变成RGB三分色的数据通过图像采集输入总线传输给图像处理模块，所述的图像输出模块由图像输出显示控制芯片U200、U203彼此连接组成并分别与图像信号输出接口J201连接，通过图像转换输出总线与图像处理模块U400连接，所述的图像缓存模块由三片动态存储器U901，U900，U902组成，分别通过结果数据缓存总线A、B和参考SDRAM总线与图像处理模块U400连接，所述的边带数据交换模块由两个数据交换插座IDC800、IDC801与数据交换设置开关K800及其开关设置辅路电路组成，每个数据交换插座有两个数据交换接口通过板卡上的数据交换总线与图像处理模块U400连接，通过扁平电缆线分别跟其左侧或/和右侧的卡的边带数据交换模块的数据交换插座的数据交换接口连接，分别通过图像交换设置总线输出和输入图像数据，图像交换设置总线上有数据交换设置开关K800，数据交换设置开关K800通过图像交换设置总线与图像处理模块连接，所述的PCI接口模块由PCI接口芯片U303和PCI连接头J300组成，PCI连接头J300与计算机主机的PCI总线插座相连，PCI接口芯片U303通过PCI本地总线与图像处理模块U400连接。

本重叠边带生成卡是一种自带专用高速数据交换总线的图像处理板卡。采用了先进的现场可编程逻辑阵列和多种高速数字集成电路进行设计。

重叠边带生成卡的主要功能就是将输入的无重叠边带的图像，通过和相邻的重叠边带生成卡交换图像数据，从而产生带有重叠边带的图像。

通过在计算机主板上安装两张以上这种重叠边带生成卡，便可完成多个通道图像重叠边带的产生，从而输出给无缝融接控制器，进行融合拼接处理，使多个独立的图像拼接为一副完整的无缝的大视景图像。这样，在无缝拼接应用中，就无需由图像源来产生重叠边带了，从而摆脱了对图像源的依赖。

附图说明：

图1为本实用新型的框图。

图2为图像输入模块结构图。

图3为图像输出模块结构图。

图4为图像处理模块结构图。

图5为图像缓存模块结构图。

图6为边带数据交换模块结构图。

图7为PCI接口模块结构图。

具体实施方式：

本重叠边带生成卡是一种图像处理设备，以PCI总线的计算机板卡形式构成。一块重叠边带生成卡处理一路图像信号，多块重叠边带生成卡插在同一台计算机主板上便可实现多个通道的重叠区域的产生。每块卡的电路结构完全相同，但通过软、硬件设置后就能对应不同的图像通道进行不同的处理，从而实现多个通道的重叠边带生成。

整个***由图像输入模块(VIDEO_INPUT)、图像输出模块(VIDEO_OUTPUT)、图像处理模块(VIDEO_RROCESS)、图像缓存模块(MEMORY_SDRAM)、边带数据交换模块(DATA_EXCHANGE)、PCI接口模块(PCI_INTERFACE)组成。

***的总体工作流程

在进入正常工作状态之前，需要计算机主机通过PCI连接头PCICON[J300]和桥接芯片PCI9030[U303]，对重叠边带生成卡进行配置。配置内容包括：可编程器件的配置和图像处理算法的配置。配置成功以后，重叠边带生成卡开始正常工作。

首先，由图像采集控制芯片AD9887A[U100]将DVI-IN插座[J200]输入的外部图像源的一帧VGA或DVI图像信号采集进来，并且将图像信号变换成RGB(红、绿、蓝)三分色的数据形式，通过图像采集输入总线VIDEO_IN_BUS输送给现场可编程逻辑阵列芯片EP1S20F780(以下简称FPGA)[U400]。

然后，FPGA[U400]根据重叠边带的参数配置，将重叠边带生成卡自身的重叠区域图像数据，跟相邻卡上的重叠区域图像数据进行交换，从而产生一帧具有重叠边带的新图像。新图像的生成需要从随机存储器HY57V283220[U902]获取参考表。重叠区域图像数据的交换操作是由FPGA[U400]和数据交换设置开关MODE-SW[K800]以及数据交换接口CON34[IDC800/IDC801]共同来完成的。

最后，FPGA[U400]从两片随机存储器HY57V283220[U900]和[U901]将一帧的输出图像数据，通过图像转换输出总线VIDEO_OUT_BUS，传送给图像输出显示控制芯片ADV7123[U203]和SiI164[U200]，两个图像输出显示控制芯片对图像数据进行相应的D/A变化和DVI信号处理后，将RGB三分色数据变换成VGA或DVI图像信号送到DVI_OUT插座[J201]输出到显示设备(如投影机、显示屏等)上进行显示。

一帧图像是这样完成处理变换的，多帧图像的处理依此类推，从而可实现连续图像的重叠区域生成。

图像输入模块(VIDEO_INPUT)

图像信号输入接口DVI_IN插座[J200]，用以获取外部图像信号源(如图像发生器、媒体播放机等)的图像信号，可连接数字的DVI信号也可连接模拟的VGA信号。图像采集控制芯片AD9887A[U100]和DVI_IN插座[J200]通过13根信号线相连，获取DVI和VGA信号。AD9887A[U100]把DVI和VGA信号变成成通用的RGB三分色的数据，通过VIDEO_IN_BUS图像采集输入总线把数字化的图像信息传输给FPGA[U400]进行处理。VIDEO_IN_BUS图像采集输入总线包含了ADA和ADB两组24位的RGB数据信号和4个控制信号AD_DE、AD_HSYNC、AD_VSYNC、AD_CLK。

图像输出模块(VIDEO_OUTPUT)

来自FPGA[U400]的图像转换输出总线VIDEO_OUT_BUS上面的一组24位的RGB数据信号和4个控制信号(DA_CLK、DA_DE、DA_VSYNC、DA_HSYNC)，分别连接到图像输出显示控制芯片ADV7123[U203]和SiI164[U200]的数据输入口。SiI164[U200]通过数字信号处理变换成4对差分信号组成的DVI信号输出，ADV7123[U203]通过D/A数模转换，产生出以RGBHV组成的VGA信号输出。数字的DVI信号和模拟的VGA信号，由图像信号输出接口DVI_OUT插座[J201]，跟外部的显示设备(如投影机、显示屏等)连接，得以输出处理后的图像。

图像处理模块(VIDEO_PROCESS)

此模块主要由一块大规模FPGA(现场可编程逻辑阵列)芯片EP1S20F780[U400]构成。其主要功能是对采集进来的每一帧图像进行数字处理，然后形成新的一帧图像输出。图像处理流程描述如下：

首先，FPGA[U400D]从图像采集输入总线VIDEO_IN_BUS获取每一帧的原始图像数据，然后由FPGA[U400C]的数据交换总线DATA_EXCH_BUS获得相邻重叠边带生成卡上输送过来的重叠区域图像数据，再由参考SDRAM总线REF_DRAM_BUS读取相应的算法参考表对原始图像数据和重叠区域图像数据进行数字拼接、压缩合成等数字图像处理，变换生成一帧新的图像(具有重叠边带的。最后，将拼接合成的新图像数据，通过FPGA[U400H]的结果数据缓存总线A(RES_DRAM_A_BUS)和FPGA[U400G]的结果数据缓存总线B(RES_DRAM_B_BUS)输出给图像缓存模块[MEMORY_SDRAM]。

拼接合成处理的方式和算法参考表由FPGA[U400F]的PCI本地总线PCI_LOCAL_BUS，从PCI接口模块(PCI_INTERFACE)获得。

图像缓存模块(MEMORY_SDRAM)

此模块主要由三片数据宽度32位、容量128Mbit、速度166MHz的动态存储器组成，每块动态存储器通过24位的数据总线和时钟、控制信号线跟FPGA[U400]相连。连接关系是：动态存储器[U901]通过结果数据缓存总线A(RES_DRAM_A_BUS)连接到FPGA[U400H]；动态存储器[U900]通过结果数据缓存总线B(RES_DRAM_B_BUS)连接到FPGA[U400G]；动态存储器[U902]通过参考SDRAM总线REF_DRAM_BUS连接到FPGA[U400E]。两块结果数据缓存存储器[U900]和[U901]采用乒乓工作模式。在当前周期一个存储器用作写入图像数据；另一个存储器用于读出图像数据，而下一周期，两个存储器的读写功能切换。这样，就保证了图像数据的实时连续传送。动态存储器[U902]用作存储算法参考表。

边带数据交换模块(DATA_EXCHANGE)

边带数据交换模块由两个数据交换插座[IDC800]和[IDC801]跟数据交换设置开关MODE-SW[K800]以及相关电路构成。其主要功能是完成重叠区域的数据交换。

两个数据交换接口[IDC800]和[IDC801]一边通过板卡上的数据交换总线DATA_EXCH_BUS跟FPGA[U400C]连接，一边通过两根扁平电缆跟相邻卡的两个数据交换接口相连接。两个数据交换接口共有4组信号，每一组由8个信号线和1个时钟信号线组成。数据交换接口插座采用的是34针双排插座，焊装于重叠边带生成卡的右侧边缘，便于扁平电缆线的接插。在两两相邻的板卡间用扁平电缆数据线建立物理的信号连接，工作时重叠区域图像数据就是通过这一连接方式，在卡与卡之间进行图像数据交换的。两个数据交换接口[IDC800]和[IDC801]，一个用于跟左侧相邻卡进行连接；一个用于跟右侧相邻卡进行连接，一个作为图像数据输出和一个作为图像数据输入。

因为，实际应用中至少是两张以上同样的重叠边带生成卡插在一起使用，为了使扁平电缆数据线的连接方式不用交叉互联，那么在相邻两个重叠边带生成卡的同一个数据交换插座位置上就存在着一个是用于输入，另一个是用于输出。为了解决这个问题，本实用新型中采用了一个数据交换设置开关MODE-SW[K800]，来对每个卡的重叠边带数据的交换模式和传输方向进行设置。交换设置开关采用一个拨动开关，通过电平方式进行设置，并通过指示灯显示，设置信息通过数据交换设置总线EXCH_SETUP_BUS传给FPGA[U400F]。

PCI接口模块(PCI_INTERFACE)

PCI接口模块主要由PCI接口芯片PCI9030[U303]和PCI连接头PCICON[J300]组成。该模块是重叠边带生成卡用于跟计算机主板的PCI总线进行通讯和数据传输的。PCI接口芯片PCI9030[U303]提供了PCI标准总线和本地总线PCI_LOCAL_BUS两个总线接口。PCI标准总线通过“金手指”接口[J300]直接与计算机主机的PCI总线插座相连，按照标准的PCI规范进行数据通讯。本地总线PCI_LOCAL_BUS则连接到FPGA[U400F]，同FPGA[U400]进行数据通讯。两条总线均为32位数据位宽，保证了数据的高速传输。

本实用新型具有以下几个显著的特点。

1.图像重叠边带的产生

一块重叠边带生成卡等效一个通道，泛化为一幅图像。一个通道的图像经过一块重叠边带生成卡的输入采集后，根据各通道间图像重叠边带部分的宽度需求，由配置参数来指定出用于交换的重叠边带宽度，精确到象素级。产生的重叠边带区域可以是水平方向上的重叠边带，也可以是垂直方向的重叠边带；在同一台计算机中，各通道图像重叠宽度是相同的。

2.重叠边带数据的交换

其特征在于为了使产生的重叠边带数据能在卡与卡之间交换，采用了扁平电缆和IDC插座作为硬连接的方式进行数据传输。一张重叠边带生成卡将自身的部分图像传送给相邻的卡，同时，又从相邻的卡接收部分图像。这两部分图像组合起来就有了一个重叠边带了。重叠边带图像的宽度在同一计算机中是统一的，用像素来表示。水平重叠边带图像的重叠边带宽度是指左右两侧矩形重叠区的像素宽度，垂直重叠边带图像的重叠边带宽度是指上下两侧矩形重叠区的像素高度。

3.重叠边带图像的拼合

包含了重叠边带的图像尺寸会比采集而来的原始图像尺寸略微大些，为了要保证输出的图像尺寸大小和输入的一致，所以引入了图像压缩处理。压缩方式分为水平方向压缩和垂直方向压缩，水平重叠边带情况下，压缩方式为行压缩，即目标图像的计算是自左向右，从上到下进行的；垂直重叠边带情况下，压缩方式为列压缩，即目标图像的计算是自上向下，从左到右进行的。为尽可能保证图像的质量，压缩比例不得大于1∶0.8。

Claims (2)

1、重叠边带生成卡，其特征在于由至少两个同样的卡连接构成，每个卡为自带若干总线的与计算机连接的板卡，板卡有图像处理模块与图像输入模块、图像输出模块、图像缓存模块、边带数据交换模块和PCI接口模块分别通过总线连接，相邻的两个卡边带数据交换模块相连接。

2、根据权利要求1所述的重叠边带生成卡，其特征在于所述的图像处理模块为芯片(U400)，所述的图像输入模块由图像采集控制芯片(U100)与插座(J200)通过DVI信道和VGA信道相连构成，图像采集控制芯片把DVI和VGA信号变成RGB三分色的数据通过图像采集输入总线传输给图像处理模块，所述的图像输出模块由图像输出显示控制芯片(U200、U203)彼此连接组成并分别与图像信号输出接口(J201)连接，通过图像转换输出总线与图像处理模块(U400)连接，所述的图像缓存模块由三片动态存储器(U901，U900，U902)组成，分别通过结果数据缓存总线A、B和参考SDRAM总线与图像处理模块(U400)连接，所述的边带数据交换模块由两个数据交换插座(IDC800、IDC801)与数据交换设置开关(K800)及其开关设置辅路电路组成，每个数据交换插座有两个数据交换接口通过板卡上的数据交换总线与图像处理模块(U400)连接，通过扁平电缆线分别跟其左侧或/和右侧的卡的边带数据交换模块的数据交换插座的数据交换接口连接，分别通过图像交换设置总线输出和输入图像数据，图像交换设置总线上有数据交换设置开关(K800)，数据交换设置开关(K800)通过图像交换设置总线与图像处理模块连接，PCI接口模块由PCI接口芯片(U303)和PCI连接头(J300)组成，PCI连接头(J300)与计算机主机的PCI总线插座相连，PCI接口芯片(U303)通过PCI本地总线与图像处理模块(U400)连接。

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