一種對(duì)三路高分辨率視頻流進(jìn)行疊加的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及數(shù)字多媒體信息處理領(lǐng)域，包括飛行器合成視覺系統(tǒng)、影視后期制作、 視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程醫(yī)療等領(lǐng)域，特別是一種在數(shù)字多媒體信息處理中需要把高分辨率視頻進(jìn) 行實(shí)時(shí)疊加處理的系統(tǒng)和方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著信息技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于多媒體處理領(lǐng)域，這些數(shù)字多媒 體設(shè)備在功能日益強(qiáng)大的同時(shí)也在不斷提高其易用性，把從至少兩個(gè)分立系統(tǒng)產(chǎn)生的視頻 信號(hào)疊加起來，并清晰地顯示出來的應(yīng)用已經(jīng)成為了一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。比如在飛行器合成視 覺系統(tǒng)中，需要把機(jī)載攝像頭傳回的地形實(shí)景視頻、控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的飛行路線視頻、狀態(tài) 信息合成計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的視頻實(shí)時(shí)疊加成一路視頻信號(hào)顯示在主飛行顯示器上。在此疊加過 程中需要用到基于系數(shù)的疊加技術(shù)和顏色嵌位技術(shù)。
[0003] 機(jī)載攝像頭傳回的地形實(shí)景視頻和控制計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的飛行路線視頻的疊加就用 到了系數(shù)疊加技術(shù)，該技術(shù)也被稱為Alpha-Blending技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)在于背景視頻和 前景視頻按照"Alpha"系數(shù)的值來疊加的。即先將背景視頻和前景視頻的RGB三個(gè)顏色分 量分離，然后把前景視頻的三個(gè)顏色分量分別乘以"Alpha"的值，并把背景視頻的三個(gè)顏色 分量分別乘以"1 _Alpha"的值，然后把結(jié)果按照對(duì)應(yīng)顏色分量相加，最后把三個(gè)顏色分量 重新組合為一個(gè)視頻輸出。
[0004] 機(jī)載攝像頭傳回的地形實(shí)景視頻和狀態(tài)信息合成計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的視頻的疊加用到 了顏色嵌位疊加技術(shù)，該技術(shù)也被稱為Color-Keying技術(shù)。該技術(shù)的特點(diǎn)在于透明化前景 視頻中落在嵌位顏色范圍內(nèi)的像素點(diǎn)，而其他的像素點(diǎn)則覆蓋在背景視頻上。即先將背景 視頻的RGB三個(gè)顏色分量分離，然后分別與嵌位顏色比較，比較的結(jié)果做邏輯與操作之后 作為二選一多路選擇器的控制輸入，如果相等則選擇前景像素，否則選擇背景像素。
[0005] 中國(guó)專利CN85101302 "視頻信號(hào)疊加裝置"是將至少由兩個(gè)分立系統(tǒng)產(chǎn)生的視頻 信號(hào)疊加在一起的方法。但其針對(duì)的是模擬視頻信號(hào)的疊加，是一種基于模擬元器件的方 法，不能用在當(dāng)今基于大規(guī)模集成電路的數(shù)字多媒體處理領(lǐng)域。
[0006] 中國(guó)專利CN200510132415"一種用于在視頻信號(hào)上疊加多個(gè)圖形信號(hào)的控制裝置 及方法"，則是通過逐個(gè)像素判斷是否需要在視頻上疊加圖形信號(hào)。雖然該方法也給出了上 訴的兩種疊加方式，但是其應(yīng)用范圍是在視頻上疊加靜態(tài)圖像或者是用戶操作界面，而該 專利并未對(duì)多路視頻信號(hào)的實(shí)時(shí)疊加給出解決方案。
[0007] 另外在中國(guó)專利CN200610029649. 1、中國(guó)專利CN200610029650. 4、中國(guó)專利 CN200810217524. 0,都對(duì)在視頻中疊加字幕做了說明，但是這些方法都是針對(duì)在視頻中疊 加靜態(tài)圖片的方法。因此現(xiàn)有的方法都沒有提及到幾路視頻信號(hào)實(shí)時(shí)疊加的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明旨在解決現(xiàn)有技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)多路視頻信號(hào)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)疊加的技術(shù)難題，提供 了一種能對(duì)三路視頻信號(hào)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)疊加、并具有處理速度快、體積小巧、使用方便、價(jià) 格低廉等特點(diǎn)的一種對(duì)三路高分辨率視頻流進(jìn)行疊加的系統(tǒng)和方法。
[0009] 本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0010] 本發(fā)明的一種對(duì)三路高分辨率視頻流進(jìn)行疊加的系統(tǒng)，包括輸入模塊、專用視頻 疊加芯片100、輸出模塊和運(yùn)算輔助模塊，其中專用視頻疊加芯片100由主控制器模塊1、視 頻預(yù)處理單元2、前同步單元3、內(nèi)存控制器模塊4、數(shù)據(jù)處理模塊5、發(fā)送接口引擎6和高性 能DDR控制器7構(gòu)成；視頻預(yù)處理單元2分別與前同步單元3和內(nèi)存控制器模塊4相連接， 前同步單元3和內(nèi)存控制器模塊4通過標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)存訪問接口連接數(shù)據(jù)處理模塊5，數(shù)據(jù)處理模 塊5的發(fā)送端與發(fā)送接口引擎6相連；內(nèi)存控制器模塊4通過片上設(shè)備總線0PB與高性能 DDR控制器7相連；主控制器模塊1通過配置總線分別與視頻預(yù)處理模塊2、前同步單元3、 內(nèi)存控制器模塊4、數(shù)據(jù)處理模塊5、發(fā)送接口引擎6相連。
[0011] 本發(fā)明的一種對(duì)三路高分辨率視頻流進(jìn)行疊加的系統(tǒng)，其中所述的主控制器模塊 1由I2C主控制器、控制狀態(tài)機(jī)和寄存器組構(gòu)成；視頻預(yù)處理單元2由分辨率檢測(cè)單元21、 預(yù)處理單元22和有效數(shù)據(jù)提取單元23構(gòu)成；前同步單元3由異步FIFO和同步FIFO構(gòu)成； 內(nèi)存控制器模塊4由接收數(shù)據(jù)通道41、訪問仲裁單元43和發(fā)送數(shù)據(jù)通道42構(gòu)成；數(shù)據(jù)處理 模塊5由系數(shù)混疊處理單元51和顏色嵌位處理單元52構(gòu)成；發(fā)送接口引擎6由異步FIFO 和幀重構(gòu)模塊構(gòu)成；高性能DDR控制器7由初始化模塊71、控制邏輯模塊73、數(shù)據(jù)通道74 和相位校準(zhǔn)模塊72構(gòu)成。
[0012] 本發(fā)明的一種對(duì)三路高分辨率視頻流進(jìn)行疊加的系統(tǒng)，其中所述的輸入模塊為三 個(gè)高帶寬AD芯片104~106,輸出模塊為DA芯片103,運(yùn)算輔助模塊包括外接DDR儲(chǔ)存器 101和嵌入式CPU102,其中三個(gè)高帶寬AD芯片104~106的輸出端分別連接專用視頻疊加 芯片100的第二輸入端、第三輸入端和第四輸入端D2~D4,高帶寬AD芯片的輸入端連接外 部VGA信號(hào)；外接DDR儲(chǔ)存器101連接專用視頻疊加芯片100的第一輸入輸出端D5,嵌入 式CPU102連接專用視頻疊加芯片100的第二輸入輸出端D6,專用視頻疊加芯片100的輸出 端D7連接DA芯片103的輸入端，DA芯片103的輸出端連接輸出VGA接口。
[0013] 本發(fā)明的一種對(duì)三路高分辨率視頻流進(jìn)行疊加的方法，其中包括如下步驟： A. 視頻預(yù)處理模塊2通過分辨率檢測(cè)單元21自動(dòng)檢測(cè)輸入視頻的分辨率，主控制器 模塊1根據(jù)該檢測(cè)結(jié)果通過I2C主控制器配置輸入模塊的高帶寬AD芯片； B. 主控制器模塊1向高性能DDR控制器模塊7發(fā)出系統(tǒng)配置完成指令，初始化模塊71 啟動(dòng)外接DDR儲(chǔ)存器101的初始化操作，初始化完成之后相位校準(zhǔn)模塊72執(zhí)行相位校準(zhǔn)操 作。若所有過程正確完成則通知主控制器模塊1初始化完成，如果上述操作出現(xiàn)異常，主控 制器模塊1會(huì)復(fù)位該高性能DDR控制器模塊7 ; C. 主控制器模塊1啟動(dòng)系統(tǒng)，預(yù)處理單元22對(duì)視頻進(jìn)行數(shù)字降噪和圖像穩(wěn)定處理，然 后送入有效數(shù)據(jù)提取單元23進(jìn)行有效數(shù)據(jù)提取，得到有效的前景數(shù)據(jù)和背景數(shù)據(jù)； D.接收數(shù)據(jù)通道41將由步驟C輸入的有效前景數(shù)據(jù)進(jìn)行分拆和打包，通過高性能DDR 控制器模塊7把有效前景數(shù)據(jù)緩存入外接DDR儲(chǔ)存器101中；緩存完一幀之后通知數(shù)據(jù)處 理模塊5前景數(shù)據(jù)緩存完成； E. 前同步單元3開始采集、同步和緩存由步驟C輸入的有效背景數(shù)據(jù)；當(dāng)前同步單元 3中緩存達(dá)到設(shè)定的飽和值后，通知數(shù)據(jù)處理模塊5背景數(shù)據(jù)緩存完成； F. 數(shù)據(jù)處理模塊5按一個(gè)顯示行為單位取出步驟E緩存的背景數(shù)據(jù)，根據(jù)設(shè)置的混疊 位置在設(shè)定的時(shí)間由發(fā)送數(shù)據(jù)通道42取出步驟D緩存的前景數(shù)據(jù)；處理時(shí)首先把背景數(shù)據(jù) 和需要系數(shù)混疊的前景數(shù)據(jù)輸入系數(shù)混疊處理單元51進(jìn)行系數(shù)混疊操作，混疊之后的結(jié) 果與另一路前景數(shù)據(jù)一起輸入顏色嵌位處理單元52進(jìn)行顏色嵌位操作； G. 將由步驟F輸入的混疊之后的數(shù)據(jù)經(jīng)發(fā)送到接口引擎6,生成與發(fā)送格式相對(duì)應(yīng)的 像素點(diǎn)時(shí)鐘、行同步和場(chǎng)同步信號(hào)，與數(shù)據(jù)一起送入送入DA芯片103進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換，形成標(biāo) 準(zhǔn)的VGA接口信號(hào)進(jìn)行顯示。
[0014] 本發(fā)明的一種對(duì)三路高分辨率視頻流進(jìn)行疊加的方法，其中步驟c之前首先檢測(cè) 輸入端口是否有視頻輸入，主控制器模塊1根據(jù)檢測(cè)的結(jié)果決定預(yù)處理單元22的開啟或關(guān) 閉以及數(shù)據(jù)處理模塊5混疊操作的方式。
[0015] 本發(fā)明的一種對(duì)三路高分辨率視頻流進(jìn)行疊加的方法，其中步驟F讀取前景數(shù)據(jù) 和背景數(shù)據(jù)的同時(shí)，分離數(shù)據(jù)上附加的地址信息，然后和數(shù)據(jù)處理模塊5跟蹤的處理位置 進(jìn)行比對(duì)，如果一致則進(jìn)行混疊操作，否則重新發(fā)起讀取請(qǐng)求。
[0016] 本發(fā)明的一種對(duì)三路高分辨率視頻流進(jìn)行疊加的系統(tǒng)和方法的有益