一種應(yīng)用于列車信息畫面實(shí)時重建的快速繪圖方法

鄒 東

（廣州市地下鐵道總公司建設(shè)事業(yè)總部，廣東 廣州 510038）

一種應(yīng)用于列車信息畫面實(shí)時重建的快速繪圖方法

鄒 東

（廣州市地下鐵道總公司建設(shè)事業(yè)總部，廣東 廣州 510038）

在許多視頻應(yīng)用中，畫面重建是一個重要的課題。提出一種應(yīng)用于列車信息實(shí)時分析重建系統(tǒng)的快速繪圖方法使用雙緩存技術(shù)在內(nèi)存空間申請指定大小的位圖，通過圖形設(shè)備接口在該位圖上進(jìn)行圖形繪制。繪圖模塊對基本繪圖單元進(jìn)行封裝，各繪圖元素單元具有相似的設(shè)置接口。采用了雙緩沖技術(shù)避免閃爍，同時采用部分繪制方法，提高繪制速度。該繪圖模塊具有很好的可擴(kuò)展性、實(shí)時性和靈活性。所提出的快速繪圖方法在列車信息實(shí)時分析重建系統(tǒng)中得到很好的應(yīng)用。

實(shí)時列車信息；圖像重建；雙緩沖；圖形設(shè)備接口；矢量繪圖

1 列車信息實(shí)時分析重建系統(tǒng)

在許多視頻應(yīng)用中，圖像信息檢測和重建是重要的研究課題[1-3]。在軌道交通領(lǐng)域，早些年的列車管理系統(tǒng)不具有現(xiàn)代系統(tǒng)所具有的網(wǎng)絡(luò)特性，部分列車信息元素?zé)o法傳輸?shù)娇蛻舳?。因此需要對這些老系統(tǒng)進(jìn)行改造，在充分利用這些老系統(tǒng)同時，增加新的特性，擴(kuò)充新的功能。這里采用列車信息實(shí)時分析重建系統(tǒng)，對輸入的視頻信息進(jìn)行實(shí)時分析提取，并對其中的元素進(jìn)行矢量化，從而重建矢量化圖像，便于用戶根據(jù)需要顯示或者修改相應(yīng)部件元素，并分析識別其中的列車信息和運(yùn)行狀態(tài)等信息，信息通過有線網(wǎng)絡(luò)、無線網(wǎng)絡(luò)或者移動網(wǎng)絡(luò)等傳送給終端；終端根據(jù)這些矢量化信息重建運(yùn)行圖[4-5]，如圖1所示。

由于列車信息實(shí)時分析重建系統(tǒng)需要實(shí)時對運(yùn)行圖進(jìn)行分析識別，并在終端根據(jù)這些矢量化信息重建運(yùn)行圖，這需要繪圖重建的快速方法。圖2給出了原始的列車運(yùn)行圖。

圖1 列車信息實(shí)時分析重建系統(tǒng)

圖2 列車運(yùn)行圖的例子

傳統(tǒng)的繪圖采用單緩沖的方法，因?yàn)檫^頻的刷新而引起閃爍現(xiàn)象，為了克服該現(xiàn)象，采用雙緩沖技術(shù)，即先在內(nèi)存中作圖，然后將做好的圖復(fù)制到顯存，同時禁止背景刷新，這樣就消除了閃爍?；陔p緩沖技術(shù)，并結(jié)合列車信息實(shí)時分析重建系統(tǒng)[6]，設(shè)計了一個快速繪圖類庫，該類庫根據(jù)軌道交通特點(diǎn)，預(yù)先定義其中元素矢量，加速繪圖過程，并統(tǒng)一不同元素子類的接口，增加管理類，從而方便使用和擴(kuò)展。

2 繪圖重建方法

繪圖庫 LibDraw是矢量圖繪制模塊，動態(tài)繪制和保存列車進(jìn)、出站信息和狀態(tài)機(jī)信息等的矢量圖，便于操作人員實(shí)時觀察。LibDraw使用雙緩存技術(shù)在內(nèi)存空間申請指定大小的位圖，然后通過GDI+在該位圖上進(jìn)行圖形繪制。圖3給出了繪圖庫LibDraw使用。

圖3 繪圖庫LibDraw調(diào)用

快速繪圖重建子系統(tǒng)框圖如圖4所示。畫面圖像元素輸入模塊用來輸入矢量元素，矢量元素具有：類型、尺寸、顏色、文字、背景色等屬性。輸入的矢量元素放入矢量元素隊列。矢量元素圖庫為基本的矢量元素繪圖，調(diào)用其中的一個元素繪圖將會繪制該元素的基本圖像，繪圖基于圖形用戶界面(graphical user interface plus, GUI+)繪圖方法。數(shù)據(jù)繪圖合成采用雙緩沖的方法實(shí)現(xiàn)對輸入的矢量元素進(jìn)行繪制合成?？刂七壿嬆K實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)的控制，并與外部調(diào)用模塊進(jìn)行通信。保存/顯示圖像模塊實(shí)現(xiàn)對繪制圖像的保存和顯示，為了提高顯示速度，直接在顯示內(nèi)存DC中繪制。

圖 5給出了快速繪圖重建子系統(tǒng)的矢量元素圖庫的基本繪圖示例。列車和設(shè)備狀態(tài)等信息的分析采用文獻(xiàn)[6]所描述的方法，其方法同時對圖像中運(yùn)行圖的基本部件進(jìn)行了分析，因此可以實(shí)現(xiàn)對運(yùn)行圖的矢量化。基本的矢量部件通過離線的方式獲得[7]，而通過在線的實(shí)時分析得到這些部件的屬性，這些屬性包括：位置、尺寸、顏色、隱藏/顯示、文本等。

圖4 快速繪圖重建子系統(tǒng)框圖

圖5 基本矢量部件示例

繪圖合成模塊將會調(diào)用矢量元素圖庫的繪圖方法，并根據(jù)元素的屬性，在圖像緩沖中繪制。繪圖重建方法采用了雙緩沖并行化顯示和合成處理，并且避免了閃爍現(xiàn)象，其雙緩沖機(jī)制即“乒乓”互斥，當(dāng)在其中一個緩沖A繪圖時，另外一個緩沖B作為顯示使用，當(dāng)A繪圖完成時，則二者互換，B作為繪圖使用，而A作為顯示使用，如圖6所示。

矢量元素圖庫使用了GUI+繪圖接口。圖形設(shè)備接口(graphics device interface plus, GDI+)提供了各種豐富的圖形圖像處理功能；GDI+可處理二維(2D)的圖形和圖像，提供了對基本圖形功能的訪問，GDI+主要有Graphics類、Bitmap類、從Brush類繼承的類、Font類、Icon類、Image類、Pen類、Color類等，這些類可以實(shí)現(xiàn)對元素各種屬性的控制。GDI+的好處是它可直接訪問硬件設(shè)備的能力，通過GDI+可以非常容易在不同類型的設(shè)備上繪制圖形[8]。

由于列車運(yùn)行圖變化不劇烈，大部分區(qū)域不發(fā)生變化，為了快速繪圖，系統(tǒng)僅對發(fā)生變化的元素區(qū)域進(jìn)行繪制。這樣可以顯著提高繪制的速度，提高重建實(shí)時性[9]。圖 7給出了部分繪制的示例。

圖6 雙緩沖機(jī)制

圖7 部分繪制示例

圖8給出了快速繪圖重建子系統(tǒng)的流程圖。其中資源初始化模塊初始化繪圖的各種資源，初始化完成后，繪制背景。元素繪制根據(jù)輸入的矢量元素在背景上進(jìn)行重建合成。

圖8 快速繪圖重建子系統(tǒng)的流程圖

圖 8中的元素繪制模塊將根據(jù)元素隊列中的矢量元素在雙緩沖的一個緩沖進(jìn)行繪制。圖 9給出了元素繪制模塊的流程圖。

3 應(yīng)用分析

該繪圖庫 LibDraw已經(jīng)用于列車信息實(shí)時分析重建系統(tǒng)，如圖10所示。該系統(tǒng)調(diào)用LibDraw進(jìn)行矢量圖重繪，并顯示，同時根據(jù)需要可以對重建圖像進(jìn)行保存。采用軌道交通運(yùn)行視頻進(jìn)行測試，其分辨率為1280×960，每秒30幀。測試結(jié)果說明了該繪圖類庫的有效性和實(shí)時性。其平均繪制時間小于1 ms，滿足重建系統(tǒng)的實(shí)時性需要。從繪圖結(jié)果看，與原圖保持一致，但圖像已經(jīng)矢量化，可對圖像進(jìn)行縮放，而不影響重建圖像的質(zhì)量。從圖10可以看出重建圖像更為清晰。

圖9 元素繪制模塊的流程圖

圖10 重建圖像示例

4 結(jié) 論

本文提出了應(yīng)用于列車信息實(shí)時分析重建系統(tǒng)的快速繪圖庫。該庫采用雙緩沖的方法避免閃爍現(xiàn)象，且部分繪制的方式提高了繪制速度。其接口簡單靈活，用戶可以方便地使用或者擴(kuò)展元素。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該類庫的有效性和實(shí)時性。

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A Fast Image Reconstruction Method for the Layout of Real-Time Train Information

Zou Dong

(Guangzhou Metro Construction Division, Guangzhou Guangdong 510038, China)

Image reconstruction is an important topic in many video applications. This paper proposes a novel fast image reconstruction method for the layout of real-time train information. It adopts double buffers to avoid flashing of pictures. Its drawing module encapsulates many basic graphic units and these units have similar interfaces. Furthermore, the proposed reconstruction method adopts partly drawing method to further improve reconstruction speed. Thus, the proposed real-time reconstruction has better extensibility and flexibility. This reconstruction module has been applied in real-time train information system very well.

real-time train information; image construction; double buffers; graphics device interface plus; vector drawing

TP 391

A

2095-302X(2015)03-0489-05

2014-09-24；定稿日期：2014-12-13

鄒 東(1969-)，男，湖南長沙人，高級工程師，碩士。主要研究方向?yàn)檐壍澜煌C(jī)電系統(tǒng)技術(shù)及相關(guān)管理。E-mail：zoudong@gzmtr.com