一种应用于列车信息画面实时重建的快速绘图方法

邹 东

（广州市地下铁道总公司建设事业总部，广东 广州 510038）

一种应用于列车信息画面实时重建的快速绘图方法

邹 东

（广州市地下铁道总公司建设事业总部，广东 广州 510038）

在许多视频应用中，画面重建是一个重要的课题。提出一种应用于列车信息实时分析重建系统的快速绘图方法使用双缓存技术在内存空间申请指定大小的位图，通过图形设备接口在该位图上进行图形绘制。绘图模块对基本绘图单元进行封装，各绘图元素单元具有相似的设置接口。采用了双缓冲技术避免闪烁，同时采用部分绘制方法，提高绘制速度。该绘图模块具有很好的可扩展性、实时性和灵活性。所提出的快速绘图方法在列车信息实时分析重建系统中得到很好的应用。

实时列车信息；图像重建；双缓冲；图形设备接口；矢量绘图

1 列车信息实时分析重建系统

在许多视频应用中，图像信息检测和重建是重要的研究课题[1-3]。在轨道交通领域，早些年的列车管理系统不具有现代系统所具有的网络特性，部分列车信息元素无法传输到客户端。因此需要对这些老系统进行改造，在充分利用这些老系统同时，增加新的特性，扩充新的功能。这里采用列车信息实时分析重建系统，对输入的视频信息进行实时分析提取，并对其中的元素进行矢量化，从而重建矢量化图像，便于用户根据需要显示或者修改相应部件元素，并分析识别其中的列车信息和运行状态等信息，信息通过有线网络、无线网络或者移动网络等传送给终端；终端根据这些矢量化信息重建运行图[4-5]，如图1所示。

由于列车信息实时分析重建系统需要实时对运行图进行分析识别，并在终端根据这些矢量化信息重建运行图，这需要绘图重建的快速方法。图2给出了原始的列车运行图。

图1 列车信息实时分析重建系统

图2 列车运行图的例子

传统的绘图采用单缓冲的方法，因为过频的刷新而引起闪烁现象，为了克服该现象，采用双缓冲技术，即先在内存中作图，然后将做好的图复制到显存，同时禁止背景刷新，这样就消除了闪烁。基于双缓冲技术，并结合列车信息实时分析重建系统[6]，设计了一个快速绘图类库，该类库根据轨道交通特点，预先定义其中元素矢量，加速绘图过程，并统一不同元素子类的接口，增加管理类，从而方便使用和扩展。

2 绘图重建方法

绘图库 LibDraw是矢量图绘制模块，动态绘制和保存列车进、出站信息和状态机信息等的矢量图，便于操作人员实时观察。LibDraw使用双缓存技术在内存空间申请指定大小的位图，然后通过GDI+在该位图上进行图形绘制。图3给出了绘图库LibDraw使用。

图3 绘图库LibDraw调用

快速绘图重建子系统框图如图4所示。画面图像元素输入模块用来输入矢量元素，矢量元素具有：类型、尺寸、颜色、文字、背景色等属性。输入的矢量元素放入矢量元素队列。矢量元素图库为基本的矢量元素绘图，调用其中的一个元素绘图将会绘制该元素的基本图像，绘图基于图形用户界面(graphical user interface plus, GUI+)绘图方法。数据绘图合成采用双缓冲的方法实现对输入的矢量元素进行绘制合成。控制逻辑模块实现对系统的控制，并与外部调用模块进行通信。保存/显示图像模块实现对绘制图像的保存和显示，为了提高显示速度，直接在显示内存DC中绘制。

图 5给出了快速绘图重建子系统的矢量元素图库的基本绘图示例。列车和设备状态等信息的分析采用文献[6]所描述的方法，其方法同时对图像中运行图的基本部件进行了分析，因此可以实现对运行图的矢量化。基本的矢量部件通过离线的方式获得[7]，而通过在线的实时分析得到这些部件的属性，这些属性包括：位置、尺寸、颜色、隐藏/显示、文本等。

图4 快速绘图重建子系统框图

图5 基本矢量部件示例

绘图合成模块将会调用矢量元素图库的绘图方法，并根据元素的属性，在图像缓冲中绘制。绘图重建方法采用了双缓冲并行化显示和合成处理，并且避免了闪烁现象，其双缓冲机制即“乒乓”互斥，当在其中一个缓冲A绘图时，另外一个缓冲B作为显示使用，当A绘图完成时，则二者互换，B作为绘图使用，而A作为显示使用，如图6所示。

矢量元素图库使用了GUI+绘图接口。图形设备接口(graphics device interface plus, GDI+)提供了各种丰富的图形图像处理功能；GDI+可处理二维(2D)的图形和图像，提供了对基本图形功能的访问，GDI+主要有Graphics类、Bitmap类、从Brush类继承的类、Font类、Icon类、Image类、Pen类、Color类等，这些类可以实现对元素各种属性的控制。GDI+的好处是它可直接访问硬件设备的能力，通过GDI+可以非常容易在不同类型的设备上绘制图形[8]。

由于列车运行图变化不剧烈，大部分区域不发生变化，为了快速绘图，系统仅对发生变化的元素区域进行绘制。这样可以显著提高绘制的速度，提高重建实时性[9]。图 7给出了部分绘制的示例。

图6 双缓冲机制

图7 部分绘制示例

图8给出了快速绘图重建子系统的流程图。其中资源初始化模块初始化绘图的各种资源，初始化完成后，绘制背景。元素绘制根据输入的矢量元素在背景上进行重建合成。

图8 快速绘图重建子系统的流程图

图 8中的元素绘制模块将根据元素队列中的矢量元素在双缓冲的一个缓冲进行绘制。图 9给出了元素绘制模块的流程图。

3 应用分析

该绘图库 LibDraw已经用于列车信息实时分析重建系统，如图10所示。该系统调用LibDraw进行矢量图重绘，并显示，同时根据需要可以对重建图像进行保存。采用轨道交通运行视频进行测试，其分辨率为1280×960，每秒30帧。测试结果说明了该绘图类库的有效性和实时性。其平均绘制时间小于1 ms，满足重建系统的实时性需要。从绘图结果看，与原图保持一致，但图像已经矢量化，可对图像进行缩放，而不影响重建图像的质量。从图10可以看出重建图像更为清晰。

图9 元素绘制模块的流程图

图10 重建图像示例

4 结 论

本文提出了应用于列车信息实时分析重建系统的快速绘图库。该库采用双缓冲的方法避免闪烁现象，且部分绘制的方式提高了绘制速度。其接口简单灵活，用户可以方便地使用或者扩展元素。实验结果证明该类库的有效性和实时性。

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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

邹 东(1969-)，男，湖南长沙人，高级工程师，硕士。主要研究方向为轨道交通机电系统技术及相关管理。E-mail：zoudong@gzmtr.com