基于fpga的實時立體視頻融合轉(zhuǎn)換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明屬于高清立體視頻領(lǐng)域，尤其涉及到高清分辨率的多視點的2D/3D處理技術(shù)。特別是一種基于FPGA的實時立體視頻融合轉(zhuǎn)換算法.
【背景技術(shù)】
3維立體技術(shù)并不是新興事物，它有著將近170多年的歷史。傳統(tǒng)的裸眼立體成像系統(tǒng)受到產(chǎn)品重量，系統(tǒng)尺寸，總體功耗的影響，本系統(tǒng)要求在小尺寸、高速度、低功耗的硬件電路上實現(xiàn)。常見的立體顯示系統(tǒng)為采用SOC (偏上系統(tǒng))芯片加上DDR3類似的外部存儲器，然后軟件控制SOC內(nèi)部集成的圖像處理模塊實現(xiàn)圖像處理，普遍存在效率低，功耗大，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本高的問題。
針對上述存在的問題，本發(fā)明基于FPGA的實時立體視頻融合轉(zhuǎn)換算法，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，體積小，功耗低，增加了 FPGA在高清分辨率視頻圖像處理方面的應(yīng)用。

【發(fā)明內(nèi)容】

本發(fā)明目的是，提出一種基于FPGA的實時立體視頻融合轉(zhuǎn)換算法。具有效率高，功耗低，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡明及可以控制成本。
本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種基于FPGA的實時立體視頻融合轉(zhuǎn)換算法，其特征在于:包括串口通訊模塊，F(xiàn)PGA主板；FPGA主板包括串口通訊模塊，HDMI輸入寄存器配置模塊，HDMI輸出寄存器配置模塊，IIC接口控制模塊，HDMI子卡即HDMI輸入控制模塊，HDMI輸出控制模塊，DDR3內(nèi)存控制模塊，時鐘生成模塊，HDMI1080Pi60Hz時序生成模塊；由PC輸出未經(jīng)融合的左右格式的視頻源，左右格式分辨率為1920*1080，通過HDMI接口輸入左右格式圖像、HDMI接口輸出立體視頻，視頻源通過HDMI1.4接口輸入到FPGA，利用FPGA的并行高速融合算法實現(xiàn)左右格式到立體格式視頻的轉(zhuǎn)換；最后通過HDMI1.4的輸出接口接到顯示屏上顯示立體視頻，完成高清立體視頻的轉(zhuǎn)換與顯示，同時通過串口通訊模塊可以控制左右格式的融合順序；串口通訊模塊采用UART協(xié)議，接受PC發(fā)出的指令來調(diào)整左右格式圖像的融合順序。
同時通過串口模塊可以控制左右格式的融合順序。相對于傳統(tǒng)的軟件算法實現(xiàn)視頻格式轉(zhuǎn)換。
本發(fā)明提出的實時立體視頻融合轉(zhuǎn)換接口電路板使用Kintex-7FPGA為主處理芯片，同時配合1080P@60Hz HDMI輸入輸出子卡完成一系列圖像處理功能，利用FPGA的高速并行性，在速度、成本、穩(wěn)定性方面有了較大的突破，增加了 FPGA在視頻圖像處理方面的實用性。
具體包括以下步驟:首先由PC(I)輸出左右格式的視頻源，左右格式的視頻源由分辨率為960*1080的單視圖從左到右依次排列組成，分辨率為1920*1080。PC(I)輸出的全視圖格式的視頻源流向HDMI輸入控制模塊的HDMI1.4輸入子卡(2)，HDMI1.4輸入子卡(2)的視頻處理能力為1080Ρ@60Ηζ.經(jīng)過HDMI1.4輸入子卡(2)的視頻源進(jìn)入FPGA主板(3)，在FPGA主板(3)內(nèi)完成左右視圖格式到立體格式視頻的轉(zhuǎn)換算法。
轉(zhuǎn)換后的立體格式的視頻源進(jìn)入HDMI1.4輸出子卡(4)，最后通過HDMI1.4輸出子卡
(4)的立體格式視頻源在3D IXD(5)上顯示，得到分辨率為1080P的立體圖像。
HDMI輸入寄存器配置模塊的作用是配置HDMI視頻解碼芯片，采用IIC協(xié)議來配置。 HDMI輸出寄存器配置模塊的作用是配置HDMI視頻編碼芯片，采用IIC協(xié)議來配置。 IIC接口控制模塊用來產(chǎn)生符合IIC協(xié)議的時序。
FPGA主板內(nèi)部HDMI輸入控制模塊完成3項功能:1)采取乒乓切換的算法讀取輸入視頻流從而提高了視頻流吞吐量，避免了讀寫沖突；2)將左右格式圖像的對應(yīng)像素點融合成立體格式的像素點；3)生成符合AXI4總線的時序把有效像素寫入DDR3_SDRAM;
FPGA主板內(nèi)部HDMI輸出控制模塊DDR3_2_HDMI主要完成3項功能I)以1080P@60Hz時序輸出像素到HDMI輸出接口 ；2)生成符合AXI4總線的時序從DDR3_SDRAM讀出融合后的有效像素；3)基于乒乓切換的算法從DDR3中讀取視頻流，從而避免了讀寫沖突。
FPGA主板內(nèi)部DDR3內(nèi)存控制模塊MIG主要完成輸入視頻流向DDRS_SDRAM的寫入控制，DDR3_SDARAM向輸出視頻流的輸出控制。
FPGA主板負(fù)責(zé)完成左右格式圖像到立體格式圖像的轉(zhuǎn)換算法，其中時鐘生成模塊CLK_GEN產(chǎn)生FPGA內(nèi)部的時鐘信號以及復(fù)位信號。
FPGA主板內(nèi)部HDMI 1080Pi60Hz時序生成模塊主要完成HDMI輸出接口的時序。
FPGA主處理芯片為XILINX公司的Kintex_7FPGA芯片，處理能力強(qiáng)，運算速度快。
本發(fā)明有益效果:實現(xiàn)了通過HDMI接口輸入左右格式圖像、HDMI接口輸出融合立體視頻，由PC輸出未經(jīng)融合的左右格式的視頻源，利用FPGA的并行高速融合算法實現(xiàn)左右格式到立體格式視頻的轉(zhuǎn)換。最后通過HDMI1.4的輸出接口輸入到顯示屏上，完成高清立體視頻的轉(zhuǎn)換與顯示，同時通過串口模塊可以控制左右格式的融合順序。相對于傳統(tǒng)的軟件算法實現(xiàn)視頻格式轉(zhuǎn)換，本發(fā)明提出的實時立體視頻融合轉(zhuǎn)換接口電路板，使用Kintex-7FPGA為主處理芯片，同時配合1080P@60Hz HDMI輸入輸出子卡完成一系列圖像處理功能，HDMI1.4輸入子卡⑵的視頻處理能力為1080P060HZ.HDMI1.4輸出子卡(4)的視頻處理能力為1080P@60Hz ;利用FPGA的高速并行性，在速度、成本、穩(wěn)定性方面有了較大的突破，增加了 FPGA在視頻圖像處理方面的實用性。
【附圖說明】
圖1左右視圖格式。
圖2 FPGA內(nèi)部左右格式到立體格式視頻的轉(zhuǎn)換算法。
圖3 HDMI輸入控制模塊HDMI_2_DDR3內(nèi)部生成示意圖。
圖4 HDMI輸出控制模塊DDR3_2_HDMI內(nèi)部生成示意圖。
【具體實施方式】
下面將結(jié)合附圖具體說明本發(fā)明的實施方式。
基于FPGA的超高清立體視頻接口轉(zhuǎn)換算法系統(tǒng)框圖如圖2所示。
首先先由PC輸出左右視圖格式的視頻源，左右視圖格式如圖1由2幅分辨率為960*1080的單視圖從左到右依次排列組成。 PC輸出的左右格式的視頻源流向HDMI1.4輸入子卡。HDMI1.4輸入子卡的視頻處理能力為 1080Ρ@60Ηζ.基于FPGA的超高清立體視頻接口轉(zhuǎn)換算法系統(tǒng)，由PC，HDMI1.4輸入子卡，燈扯61-7??64主板，邢111.4輸出子卡，30 LCD構(gòu)成，其中:
PC輸出的視頻源為左右格式的視頻源，如圖1所示。左右視圖格式由2幅分辨率為960*1080的單視圖從左到右依次排列組成。
Kintex-7FPGA主板內(nèi)部串口通訊模塊采用UART協(xié)議，接受PC發(fā)出的指令來調(diào)整左右視點圖像的融合順序。
通過HDMI輸出寄存器配置模塊來配置HDMI視頻編碼芯片，采用IIC協(xié)議來配置。通過HDMI輸入寄存器配置模塊來配置HDMI視頻解碼芯片，采用IIC協(xié)議來配置。Kintex-7FPGA主板負(fù)責(zé)完成左右格式到