關于多通道顯示融合技術的研究

【摘 要】闡述多通道顯示融合技術的運算處理方式，即硬件融合與軟件融合，探討多通道顯示融合技術在實際中的應用與發展。

【關鍵詞】多通道顯示融合技術 應用 發展

【中圖分類號】G【文獻標識碼】 A

【文章編號】0450-9889（2013）12C-0182-02

近年來，計算機顯示技術及多通道投影顯示邊緣融合技術的發展，給一些需要超大屏幕、超高分辨率展示及曲面投影顯示的專業應用領域提供了方便，如北京奧運會“鳥巢”頂部環形大屏幕，上海世界博覽會各場館的特色展示、交通實時監控管制、氣象云圖觀測，以及廣泛應用于飛行模擬、鐵路機車、特種車輛、航行船舶、汽車駕駛員培訓等的模擬訓練系統。多通道顯示融合技術就是將相鄰畫面的重疊部分進行拼接融合處理，使其亮度、對比度、色彩保持協調一致，并保證相鄰畫面邊緣對齊無重疊，將整個屏幕完全融為一體，滿足超大畫面，超高分辨率無縫顯示的需求。

一、多通道顯示融合技術的運算處理方式

多通道顯示融合技術與早期的三維圖形加速技術分軟件加速、硬件加速一樣，根據所采用的運算處理方式分為硬件融合與軟件融合兩種。硬件融合即采用專業的邊緣融合處理器，全硬件實時運算處理架構，可對任意視頻源進行多通道顯示邊緣融合拼接、像素點對點顯示輸出，不占用任何其他設備處理資源，無需額外添置計算機，且硬件具備可編程機制，可自適應不同投影設備和投影環境的要求，具有非常強的使用靈活性，安裝調試無需專業人員，具備融合畫面快速調節功能。硬件融合處理整體架構可靠性非常高，開關機過程迅速，通電即能工作，可達到“即插即用”的標準，但硬件融合架構成本非常高，限制了它的使用范圍，通常都應用于專業領域。

軟件融合技術則是利用計算機的處理資源應用投影融合軟件結合多頭顯示輸出顯卡的功能實現視頻源的多通道融合顯示輸出，即完全由軟件進行融合處理，特點是成本低廉，只需配置一臺具備視頻采集和多頭顯示輸出功能的計算機即可。受限于融合軟件的研發水平，軟件融合對不同投影設備、投影使用環境的自適應能力相對較差，且需要專業的調試人員進行設備調試，邊緣融合輸出效果較硬件融合架構略差。軟件融合雖然效果上略遜于專業的硬件融合，但由于成本低廉，因而應用范圍非常廣。

軟件融合的系統主要由通用計算機平臺及相應的投影融合控制軟件組成。其中通用計算機平臺為一臺高性能的計算機，配置有高像素、高帶寬視頻采集卡及支持多通道顯示輸出的圖形加速顯示卡，為實現邊緣融合軟件的實時運算處理，CPU至少采用四核處理器，內存容量不低于4GB。考慮到系統工作過程的穩定性，計算機電源、主板、硬盤等的配置都以高可靠性為前提。投影設備至少配置3臺，且盡量采用同一品牌、同一型號以減少不同品牌型號之間產生的匹配問題。軟件融合的工作原理是通過視頻采集卡將視頻信號輸入融合計算機，再由投影融合軟件將視頻圖像經過曲面幾何校正、畫面比例調整、融合帶生成以及圖像拼接消融等運算處理后將圖像劃分為多個通道從不同的投影機投影至幕布以構建融合統一、色彩均勻、無變形失真的畫面，完美實現高分辨率、無縫拼接的大視景。

二、多通道顯示融合技術的應用

目前融合投影技術的應用除最常見的高清影院、廣告展示外，已開始向其他領域發展，如高鐵機車乘務員培訓、多媒體娛樂甚至軍事訓練等。經過近年來的發展，雖然鐵路機車模擬駕駛教學已由最初的事先錄制好機車駕駛室運行視頻并通過對視頻播放速度的控制達到模擬機車駕駛的簡單教學向基于計算機虛擬仿真和傳感技術的新型機車模擬駕駛系統過渡，但此類系統僅有一個投影通道，畫面的尺寸相對較小，雖然可顯示基本的機車運行信息，但顯示的畫面內容還是比較單一。隨著鐵路多次大提速和動車組的迅速普及，特別是京滬、京廣、哈大等高速鐵路的開通運營，此類單通道顯示模擬教學設備無法滿足新時代高速鐵路發展的要求，因此基于多通道顯示投影技術的新型高速動車組機車模擬駕駛系統應運而生。

多通道顯示高速動車組機車模擬駕駛系統組成包括1∶1模擬駕駛操縱臺，視景生成計算機，三通道投影融合機，其中融合機即為軟件融合系統。視景計算機將駕駛視景實時運算生成后輸送給融合機，融合機通過采集卡獲得視景畫面后經過投影融合軟件轉換為三通道投影畫面，最后由三臺同型號的投影機投射至120度的環形幕布實現無縫超寬、高分辨率畫面顯示，具備身臨其境的效果。得益于寬大的畫面，可顯示的機車運行信息更加豐富，模擬機車運行狀態更接近于真實環境，對培訓人員從模擬設備平穩過渡到真實車輛的操縱更加有利。

除一些專業應用需要顯示融合技術之外，多媒體娛樂領域也通過顯示融合技術將更真實刺激的娛樂體驗帶給人們，如最常見也是最流行的第一人稱射擊類電腦游戲（FPS）。FPS簡單來說就是以游戲玩家的主觀視角來進行射擊游戲。玩家們不需要像其他游戲那樣操縱屏幕中的虛擬人物來進行游戲，而是身臨其境地感受游戲帶來的強烈視覺沖擊，大大增強了游戲的真實感。隨著計算機硬件的逐步發展，特別是顯示融合技術的出現以及多通道環繞音響的應用，第一人稱射擊類游戲提供了更加豐富的視覺體驗和更生動的音效。在普通的游戲環境下，只有單一的一臺顯示器，玩家能夠觀察到游戲畫面只有視線前方左右20度范圍內的情況，如敵人或者怪物，假如在此范圍之外出現情況，玩家必須上下左右晃動鼠標才能觀察到，這不符合人眼的觀察特性。假如使用多通道顯示融合技術則不僅可將視線范圍拓寬到左右45度甚至更寬，更可將視線向空間上下延伸，這樣玩家不需要晃動鼠標即可將前方情況一覽無余，視野更加開闊，如再配合7.1聲道的環繞音響，帶來的游戲體驗將更加真實刺激。應用多通道顯示融合技術的FPS電腦游戲軟件經過定制改進同樣可用于軍事訓練中，根據美國《國家防務》雜志的報道，美國陸軍和海軍已計劃將類似的培訓設備投入到士兵的訓練中，合同預算達幾億人民幣。在利比亞戰爭和阿富汗戰爭中大放異彩，目前美國陸軍空軍裝備數量最多的無人駕駛飛機“全球鷹”、“掠食者”的遠程地面控制系統中也有應用顯示融合技術的大屏幕用于飛行員遙控操作時對前方戰場的有效觀察與高效攻擊，足可見該技術的應用前景非常之廣闊。

三、多通道顯示融合技術的發展

不管是硬件融合還是軟件融合在視頻源之后都少不了一套融合設備，有沒有更簡單成本更低廉的融合系統解決方案呢？美國Nvidia公司的nvidia surround技術和AMD公司的Eyefinity多頭顯示技術就是解決方案中的代表。nvidia surround技術是應用兩塊相同的圖形卡通過SLI（允許多個圖形卡同時工作而獲得更高性能）的方式連接起來，利用三臺分辨率相同的顯示器將畫面分布開來，實現顯示融合的效果。Nvidia公司的解決方案目前來看還不夠成熟，存在須配置兩塊圖形卡且支持SLI技術的主機、僅支持三臺顯示終端、配置安裝較為煩瑣、成本較高等缺點。相對于Nvidia公司的方案，AMD公司的Eyefinity技術則簡單實用多了，除投影機、顯示器等顯示終端外，僅需配置支持Eyefinity技術的圖形加速卡即可，因為支持Eyefinity技術的圖形卡最少支持三通道顯示輸出，可通過圖形卡驅動程序里的多畫面邊緣融合功能簡單拼接，實現大屏幕輸出，因此無須單獨配置融合設備。如果將兩塊相同的圖形卡配置于支持Cross Fire技術（類似于SLI技術）的主機中可實現六個屏幕的顯示融合輸出。目前支持Eyefinity技術的圖形卡最便宜的只需200多元，組建簡易的三通道融合系統成本非常低廉，但效果還是不能與單獨配置融合系統相提并論，僅僅是簡單應用而已。相信在不久的將來，隨著計算機顯示技術的發展，融合技術將越來越先進，經過融合輸出后的畫面形狀將更多樣化，畫面邊緣將差異更小，讓人無法分辨，系統成本也愈發低廉，大屏幕融合技術將得到普及，應用領域將更加廣泛。

【作者簡介】謝 ?。?980- ），男，廣西南寧人，柳州鐵道職業技術學院機電工程系CAD綜合實訓室實驗員。

（責編 王 一）