CN110618802B - 显示适配方法及无帧缓存的显示适配装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种显示适配方法及无帧缓存的显示适配装置，所涉及的硬件包括：主机设备、显示适配装置和显示器；该方案可以在显示适配装置不进行帧缓存处理的情况下，完成显示适配操作；本发明的有益技术效果是：提出了一种显示适配方法及无帧缓存的显示适配装置，该方案得到的显示适配装置，具有成本低、功耗低、尺寸小的优点。

Description

显示适配方法及无帧缓存的显示适配装置

技术领域

本发明涉及一种显示适配技术，尤其涉及一种显示适配方法及无帧缓存的显示适配装置。

背景技术

现有的显示适配器通常由主机接口、显示引擎、帧缓存模块、光栅化处理模块和显示接口组成，主机接口用于连接主机，显示接口用于连接显示器；现有技术在实现显示适配时，通常先由主机内的显示驱动程序对图像信号进行压缩（例如使用H.263/H.264编码格式压缩数据），然后通过主机接口将压缩后的图像信号传输至显示引擎，显示引擎对图像信号进行解压处理后存储到帧缓存模块进行帧缓存处理，帧缓存处理后的图像信号经光栅化处理模块后，被转换为显示器可用的图像信号，最后由显示接口传输至显示器；然而：

显示适配器中，实现帧缓存模块的成本与帧缓存的容量正相关，同时，缓存容量的大小，决定了图像质量（分辨率、色深、帧速等），为了获得较高的图像质量，要求帧缓存模块具有较大的容量，缓存容量增加不仅会导致制造成本上升，相应硬件对空间的占用也会增大，而且，较大容量的帧缓存模块还会导致功耗增加，显示引擎也更耗电。另外，从完整的显示适配过程来看，现有技术进行了两次帧缓存处理，第一次帧缓存处理由显示驱动程序进行，其目的是为了实现图像数据对齐和图像数据压缩（将连续视频图像数据压缩为低数据码率的数据流），显示适配器进行的是第二次帧缓存处理，其目的是为了在现有显示适配器中还原出压缩前的视频数据（与显示驱动程序的压缩处理相适配）并配合光栅化信号对齐，两次帧缓存处理不仅增加了处理过程的复杂度，而且占用资源较大。

发明内容

针对背景技术中的问题，本发明提出了一种显示适配方法，所涉及的硬件包括：主机设备、显示适配装置和显示器；其创新在于：所述主机设备内置显示适配装置驱动程序；所述显示适配装置驱动程序将主机设备的部分内存作为显示存储器；所述主机设备向显示适配装置输出图像信号时，所述显示适配装置驱动程序先控制显示存储器对图像信号进行帧缓存处理，然后，将帧缓存处理后的图像信号通过主机设备的数据接口传输至显示适配装置；

所述显示适配装置包含主机接口、缓冲器、光栅化处理模块和显示接口；所述显示适配装置的主机接口与所述主机设备的数据接口连接，所述显示适配装置的显示接口与显示器的信号接口连接；所述显示适配装置的主机接口将主机设备输出的图像信号传输至缓冲器作缓冲处理；缓冲器将缓冲处理后的图像信号传输至光栅化处理模块，光栅化处理模块将图像信号转换为显示器支持的信号格式后，通过所述显示适配装置的显示接口将图像信号传输至显示器的信号接口；所述缓冲器的容量小于一帧图像所需的图像信号数据量；

所述显示器能根据显示适配装置输出的图像信号显示相应的图像。

本发明的原理是：现有的显示适配方法出现时，受限于当时的技术条件，设备间的通讯带宽较低，为了适应低带宽的传输，只能把高数据码率的图像信号压缩为低数据码率的图像信号后再传输，低数据码率的图像信号传输到显示适配器后，再由显示适配器通过解压缩处理，将低数据码率的图像信号还原为高数据码率的图像信号，这就是现有显示适配方法需要在显示适配器中进行大量帧缓存处理的根本原因；而随着通信技术的进步，设备间的数据传输速率已达Gbps量级，高数据码率的图像信号即使不作压缩，传输链路通常也能保证信号传输的带宽需求，于是本发明提出，取消基于视频帧的视频数据压缩处理过程，如此，就不需要在显示适配装置中设置帧缓存模块和对应的解压缩电路，显著降低显示适配装置的制造成本和功耗，而且，整个显示适配过程处理复杂度也得到了简化；由于帧缓存模块和显示引擎被省去，显示适配装置的尺寸可以被显著缩减，从而得到一种低制造成本、低功耗的无本地帧缓存的显示适配装置。

本发明的核心创新点在于，省去显示适配装置内的帧缓存，以极小（小于一帧）的缓冲器替代, 省去用于帧解压缩的显示引擎，使显示适配装置的物理尺寸得到显著缩减，功耗和制造成本得到明显降低；此外，需要说明的是，显示适配装置中的缓冲器与原有的帧缓存模块存在本质区别，设置缓冲器的目的是为了补偿数据接口和主机接口之间的传输速率波动，并保证光栅化处理模块的处理时序需求；另外，与现有技术相似地，显示适配装置驱动程序能够对显示器的状态进行检测，并按主机设备的性能和/或状态和/或显示器的状态和/或性能和/或用户的需求控制显示适配装置输出与显示器适配的图像信号。

所述显示适配装置的主机接口和所述主机设备的数据接口通过USB连接。

基于现有技术可知，显示适配装置中的光栅化处理模块需要根据显示需求输出相应等时信号，但是主机设备输出图像信号和光栅化处理模块的工作时序是异步的，这时就需要缓冲器对主机设备输出信号和光栅化处理模块的工作时序进行时序转换。为保证显示适配过程的稳定性，采用如下优选方案：所述显示适配装置驱动程序能根据所述显示适配装置缓冲器的容量利用率，动态调整主机设备传输到显示适配装置的数据吞吐量。当缓冲器容量利用率过高时，显示适配装置驱动程序控制主机设备暂时减缓甚至停止传输图像信号到显示适配装置，等待缓冲器容量利用率下降到一定程度，再控制主机设备继续传输图像信号到显示适配装置；当缓冲器容量利用率下降过快或下降到一定程度时，显示适配装置驱动程序控制主机设备恢复向显示适配装置输出图像信号或提高传输速率，通过这种方式将缓冲器容量的利用率保持在合适的水平，光栅处理模块始终可以在保证时序要求下从缓冲器中读取到图像信号数据，实现主机设备信号传输和光栅化处理模块的不同时序的转换，保证显示适配过程平稳进行。

考虑某些情况：主机设备数据接口和显示适配装置数据接口之间的传输带宽难以满足显示信号传输的需求，本发明还提出了如下的优选实施方式：所述显示适配方法能采用与显示适配装置本地帧缓存处理无关的图像信号处理技术对图像信号进行处理，以调整所述显示适配装置主机接口和所述主机设备数据接口之间的带宽和性能需求。具体实施时，可采用如下两种实现方式：方式一，显示适配装置主机接口的输出端通过处理电路与缓冲器连接，方式二，缓冲器的输出端通过处理电路与光栅化处理模块连接；

主机设备向显示适配装置输出图像信号时，先由显示适配装置驱动程序对图像信号作处理，然后再将处理后的图像信号传输至显示适配装置；

处理电路的设置方式采用方式一时，显示适配装置的主机接口将主机设备输出的图像信号传输至处理电路，然后由处理电路将处理后的图像信号传输至缓冲器；处理电路的设置方式采用方式二时，将缓冲器输出的数据传输至处理电路，然后由处理电路将处理后的图像信号传输至光栅化处理模块。显示适配装置驱动程序对图像信号作处理时，可采用如下的优选方式：

在某些场景中，可通过降低显示图像分辨率的方式降低对通信带宽的需求和/或对主机设备的性能需求，例如：当图像分辨率1920x1080、色深24bit、帧速60帧/秒时，显示信号通信路径的带宽需求大约为1920x1080x24x60≈3Gbps,但有时候可能显示器不支持这么高的分辨率，也可能主机设备性能不足以支持这种分辨率，又或者显示适配装置主机接口和主机设备数据接口之间的通信带宽速率没有这么快，这时，采用降低显示图像分辨率的处理方式，就可以在不较大降低用户体验的情况下减少带宽和性能需求，例如将分辨率降至1366x768，此时带宽需求可降低到约1.5Gbps。

在某些场景中，可通过降低显示视频帧速的方法降低对主机设备性能需求和/或对通信带宽的需求，例如当图像分辨率1366x768、色深24bit、60帧/秒时，显示信号通信路径的带宽需求约为1.5Gbps，但如将帧速降低到50帧/秒，那么带宽需求就只需要1.3Gbps，如帧速降低到30帧/秒 就仅需要0.8Gbps。

在某些场景中，可通过降低色彩深度的方法降低对主机设备性能和/或通信带宽的需求，例如将24bit真彩色降低为16位色，那么带宽需求会降低一半。

在某些场景中，可通过压缩颜色数量降低对通信性能的需求，例如使用色彩聚类的方式压缩为更短的颜色位数，把相似的颜色视为同一颜色，那么也能降低对图像信号传输的带宽要求。

在某些场景中，可通过对图像做部分遮蔽的方式降低带宽需求，例如可以选择不输出部分图像信号，当然显示器中这部分图像也不会被显示，但这也降低了带宽需求。

在某些场景中，可采用重编码的方式进一步降低需求，例如使用变长编码。经常出现的颜色使用更短的编码，而出现概率较低的颜色使用较长的编码，能降低平均编码长度。

在某些场景中，可采用长度编码压缩图像信号，以进一步降低需求，例如后续出现的颜色类似或等同，那么只传输他们的统计量(例如:均值/中值/众数和长度)即可，这样在显示适配装置中使用很简单的电路就能恢复原始显示信号。

在某些场景中，可采用线性编码压缩图像，以进一步降低需求，如后续连续出现的颜色之间的关系满足或近似线性关系，那么可以用只传输线性方程参数或类似的其它方法实现压缩，显示适配器中很容易使用接收到的参数通过逆运算计算出原始的像素值序列。

以上显示信号处理方法的描述只是为举例说明可在本发明提出的显示适配方法中应用的一种或多种显示信号处理技术或其组合应用，任何无需显示适配装置本地帧缓存配合的显示信号处理方法均在本发明的预期中。

综上所述，采用本发明方案后，显示适配装置只需对很少的数据量作缓冲处理（通常情况下64kbit或更低就能满足使用需求），不用像传统的显示适配装置那样需要至少一帧或更多的帧缓存容量（例如1920x1080x24bit=50Mbit单帧就要50M的容量）。

前述的缓冲器有多种实现方式，比如：

在某些实施例中，可以使用FIFO存储器实现缓冲器，显示适配装置将收到的图像信号写入FIFO存储器中，然后以另一时序被光栅化处理模块读取。

在某些实施例中，可以使用两个或更多的小存储器实现缓冲器，如：设置缓存电路A和缓存电路B，让这两个缓存电路交替进行读、写操作。

在某些实施例中，可以采用一个缓存电路来实现缓冲器，缓存电路的写入指针和读取指针时钟异步，写入指针被显示适配装置中的数据端口控制，而读取指针由光栅化处理模块控制。

以上是举例说明小缓冲器的实现方式，任意可实现读写缓冲容量不大于一帧显示信号数据量的缓冲器的实现和操作方式均在本发明预期中。

光栅化处理模块从缓冲器中取出显示信号后，通常通过三元组的DAC（数模转换器器）转换为VGA信号，输出到显示器（VGA显示器接口），或转换为10bit编码的数字信号输出到显示器（DVI/HDMI显示器接口）。本发明与光栅化处理转换的显示器接口适配信号格式无关，上文描述目的为举例说明光栅化处理模块作为转换显示器接受信号格式的过程，输出任何显示器显示信号格式的光栅化处理方法均在本发明预期中。

本发明还提出了一种无帧缓存的显示适配装置，其创新在于：所述显示适配装置包含主机接口、缓冲器、光栅化处理模块和显示接口；所述缓冲器的输入端通过主机接口与主机设备的数据接口连接，缓冲器的输出端与光栅化处理模块的输入端连接，光栅化处理模块的输出端通过显示接口与显示器的信号接口连接；所述主机接口将主机设备输出的图像信号传输至缓冲器作缓冲处理；缓冲器将缓冲处理后的图像信号传输至光栅化处理模块，光栅化处理模块将图像信号转换为显示器支持的信号格式后，通过显示接口将图像信号传输至显示器的信号接口；所述缓冲器的容量小于一帧图像所需的图像信号数据量；所述显示适配装置的主机接口和所述主机设备的数据接口通过USB连接。

本发明的有益技术效果是：提出了一种显示适配方法及无帧缓存的显示适配装置，该方案得到的显示适配装置，具有成本低、功耗低、尺寸小的优点。

附图说明

图1、本发明的原理示意图。

具体实施方式

一种显示适配方法，所涉及的硬件包括：主机设备、显示适配装置和显示器；其创新在于：所述主机设备内置显示适配装置驱动程序；所述显示适配装置驱动程序将主机设备的部分内存作为显示存储器；所述主机设备向显示适配装置输出图像信号时，所述显示适配装置驱动程序先控制显示存储器对图像信号进行帧缓存处理，然后，将帧缓存处理后的图像信号通过主机设备的数据接口传输至显示适配装置；

所述显示适配装置包含主机接口、缓冲器、光栅化处理模块和显示接口；所述显示适配装置的主机接口与所述主机设备的数据接口连接，所述显示适配装置的显示接口与显示器的信号接口连接；所述显示适配装置的主机接口将主机设备输出的图像信号传输至缓冲器作缓冲处理；缓冲器将缓冲处理后的图像信号传输至光栅化处理模块，光栅化处理模块将图像信号转换为显示器支持的信号格式后，通过所述显示适配装置的显示接口将图像信号传输至显示器的信号接口；所述缓冲器的容量小于一帧图像所需的图像信号数据量；

所述显示器能根据显示适配装置输出的图像信号显示相应的图像。

优选地，所述显示适配装置的主机接口和所述主机设备的数据接口通过USB连接。

优选地，所述显示适配装置驱动程序能根据所述显示适配装置的缓冲器的使用率，动态调整所述主机设备的数据接口和所述显示适配装置的主机接口之间的传输速率。

优选地，所述显示适配方法能采用无需显示适配装置帧缓存处理的图像信号处理技术对图像信号进行处理，以调整所述显示适配装置的主机接口和所述主机设备的数据接口之间的带宽需求及性能需求。

一种无帧缓存的显示适配装置，其创新在于：所述显示适配装置包含主机接口、缓冲器、光栅化处理模块和显示接口；所述缓冲器的输入端通过主机接口与主机设备的数据接口连接，缓冲器的输出端与光栅化处理模块的输入端连接，光栅化处理模块的输出端通过显示接口与显示器的信号接口连接；所述主机接口将主机设备输出的图像信号传输至缓冲器作缓冲处理；缓冲器将缓冲处理后的图像信号传输至光栅化处理模块，光栅化处理模块将图像信号转换为显示器支持的信号格式后，通过显示接口将图像信号传输至显示器的信号接口；所述缓冲器的容量小于一帧图像所需的图像信号数据量；所述显示适配装置的主机接口和所述主机设备的数据接口通过USB连接。

Claims (4)

1.一种显示适配方法，所涉及的硬件包括：主机设备、显示适配装置和显示器；

其中，所述主机设备内置显示适配装置驱动程序，所述显示适配装置驱动程序能够将主机设备的部分内存作为显示存储器；所述显示适配装置包含主机接口、缓冲器、光栅化处理模块和显示接口，所述显示适配装置的主机接口与所述主机设备的数据接口连接，所述显示适配装置的显示接口与显示器的信号接口连接，其中，所述缓冲器的容量小于一帧图像所需的图像信号数据量；

所述方法包括：

所述主机设备向显示适配装置输出图像信号时，所述显示适配装置驱动程序先控制显示存储器对图像信号进行帧缓存处理，然后，将帧缓存处理后的图像信号通过主机设备的数据接口传输至显示适配装置；

所述显示适配装置的主机接口将主机设备输出的图像信号传输至缓冲器作缓冲处理；

缓冲器将缓冲处理后的图像信号传输至光栅化处理模块，光栅化处理模块将图像信号转换为显示器支持的信号格式后，通过所述显示适配装置的显示接口将图像信号传输至显示器的信号接口；以及所述显示器根据显示适配装置输出的图像信号显示相应的图像；其中，所述显示适配装置驱动程序根据所述显示适配装置的缓冲器的使用率，动态调整所述主机设备的数据接口和所述显示适配装置的主机接口之间的传输速率。

2.根据权利要求1所述的显示适配方法，其特征在于：所述显示适配装置的主机接口和所述主机设备的数据接口通过USB连接。

3.根据权利要求1所述的显示适配方法，其特征在于：所述显示适配方法采用无需显示适配装置帧缓存处理的图像信号处理技术对图像信号进行处理，以调整所述显示适配装置的主机接口和所述主机设备的数据接口之间的带宽需求及性能需求。

4.一种无帧缓存的显示适配装置，所述显示适配装置包含主机接口、缓冲器、光栅化处理模块和显示接口；

其中，所述缓冲器的输入端与主机接口连接，缓冲器的输出端与光栅化处理模块的输入端连接，光栅化处理模块的输出端与显示接口连接；

其中，所述显示适配装置能够通过所述主机接口与主机设备的数据接口连接，将主机设备输出的图像信号传输至缓冲器作缓冲处理；缓冲器将缓冲处理后的图像信号传输至光栅化处理模块，光栅化处理模块将图像信号转换为显示器支持的信号格式后，通过显示接口将处理后的图像信号传输至显示器；其中，所述缓冲器的容量小于一帧图像所需的图像信号数据量；

其中，所述显示适配装置的主机接口和所述主机设备的数据接口通过USB连接；以及

其中，所述主机设备内置显示适配装置驱动程序，所述显示适配装置驱动程序能够将主机设备的部分内存作为显示存储器，当所述主机设备向显示适配装置输出图像信号时，所述显示适配装置驱动程序先控制显示存储器对图像信号进行帧缓存处理，帧缓存处理后的图像信号通过主机设备的数据接口传输至所述显示适配装置。