任意比例及位置多窗口视频合成显示设计

摘要

传统的显示器一次只能同时显示一个视频输入源，这在很大程度上限制了显示器的灵活性和可定制性。在CRT显示器时代，画中画（PiP）曾经是一些高端电视接收机和类似设备的特色功能。其中，一个通道的画面显示在整个电视屏幕上，另一个通道的画面显示在屏幕角落。画中画功能需要两个独立的调谐器或信号源来提供大图和小图，而且受到CRT技术的限制，即使是画中画功能也不能满足更多通道画面同时显示的需求。如今，平板显示时代已经到来，大多数显示器都充满了数字视频接口，与此同时显示多个视频画面的需求仍然存在，而随着大尺寸和高分辨率显示器的日益普及，多画面显示的需求日益增长。为此本文介绍了一种新型实用的多窗口显示器的概念和原型设计，可以在显示器屏幕上同时显示多个视频输入，并且它们的位置和尺寸可以由用户自己任意调整以实现视频的定制显示，大大增加显示器的使用灵活性。网络摄像头视频流以及视频文件也可以用作显示系统的输入，通过扩展相应接口的视频捕捉卡可以使得包括VGA，DVI，HDMI，DP在内的多种显示器接口也接入通用的显示框架。 本原型样机设计中通过多种数据接口将视频图像数据载入内存后，通过CUDA计算平台编程利用GPU内含的丰富算术逻辑运算单元对图像数据同时进行处理，实现并行计算来加速原型设计中的解码和颜色编码格式转换等操作，将不同的图像编码格式数据转换为统一的可显示的图像数据格式。为了满足同时对大量画面的处理和显示需求，通过在显存中开辟多个像素数据缓冲对象对多个显示画面的数据进行缓存。在显示时从多个像素数据缓冲对象载入图像数据，通过GPU对显示画面的位置和大小进行映射处理，最终将多路高清画面同时输出进行显示。结果表明，本设计可以有效利用GPU硬件资源提供的并行计算能力来实现全高清分辨率的多窗口显示性能，在GTX1050显示芯片和Intel Xeon E5-1650v3处理器搭配32G内存的测试系统条件下，实现对多路（不超过16路）全高清视频信号平均显示帧率高于30FPS的实时显示并且可以对每一路视频信号的显示位置和大小进行用户自定义调整，极大增强了显示的灵活性，完成本课题预期功能要求。

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