CN101778199A - 一种合成多路高清视频图像画面的实现方法 - Google Patents

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Abstract

一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，采用插卡方式设计，包括N张视频输入同步卡，图像控制器。N张视频输入同步卡选择接收N路实时视频信号，分别以三态逻辑输出图像数据至图像控制器。视频输入同步卡均由一组共同的行、场同步信号和图像像素时钟信号输出图像数据，而且每张视频输入同步卡可分别设定输出图像的位置和大小且产生对应其输出画面的有效图像数据控制信号：Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn。图像控制器每隔p个插槽便增加一级三态锁存或同相、反相缓冲驱动电路，同时产生对应每级的高阻态使能控制信号和对应每块视频输入同步卡的控制信号，来切换选通各视频输入同步卡输出的图像数据，由此实现画面合成的功能。

Description

一种合成多路高清视频图像画面的实现方法
技术领域：
本发明涉及电子工程视频图像处理技术，特别是把多路视频图像画面合成为一幅视频图像输出的技术。
技术背景：
目前，视频图像合成器或画面分割器可以把多路不同类型或格式的视频图像经实时图像处理后合成1路视频图像输出，把该输出接1台显示设备，即可显示出多幅实时视频图像。
通常的视频图像合成器只能输入标清复合视频(PAL/NTSC)，多路复合视频经画面合成后仍以1路复合视频输出，图像清晰度很低。目前大多数的现场实时监控均采用该方式；
也有可输入VGA或DVI等高分辨率的视频图像合成器，输出也可为DVI等数字接口。通常有两种设计方式：
一种是采用单电路板设计，视频画面合成采用带画中画的专用视频集成电路来实现。该方式设计复杂，合成的分割画面或子画面数量有限，且专用视频集成电路的画中画通道视频带宽窄、算法简单，影响合成画面清晰度；
另一种是采用插卡方式设计，每块输入卡均以画中画方式显示本卡输入，其输出接下一级输入卡且作为其背景画面，由此多卡级联合成多画面于一路输出画面中。该方式视频处理芯片画中画通道视频带宽窄、算法简单，因此合成画面不清晰。同时，第一级输入视频须经多级处理才输出，延时时间太长，图象实时性很差；
发明内容：
本发明的目的是，根据目前数字高清视频(HDMI、HDSDI)的应用越来越普及，同时也大量存在通常的标清复合视频(PAL/NTSC)、标清/高清分量视频、VGA或DVI等计算机视频图像等；要求新的视频图像合成装置要能接入更多类型的视频图像，还要全高清(1920×1080分辨率)实时视频处理的需要，提供一种新的视频图像合成方法满足上述需要。
本发明的另一目的是视频图像合成装置还要有平铺、开窗、叠加等灵活的画面合成功能。
本发明目的可通过以下技术方案实现：一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，包括：
(1)、用于切换选通各视频输入图像数据，由此合成一幅输出图像，实现画面合成，包括平铺、开窗或叠加效果功能，根据Hor-DE-SPn、Ver-DE-SPn、Sys-Clk和用户设定参数User-Defi-Paras来给视频输入同步卡产生图像输出使能控制信号：IMG-OE-SPn(n＝1、2、3…N)和产生对应图像数据传输通道之驱动电路的高阻态使能控制信号IMG-OE-BT m(m＝1、2、3…M)的图像控制器；
(2)、与图像控制器信号输入端相连接的，可选择接收N路实时视频信号并输出图像信号的N张视频输入同步卡。
所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法中视频输入同步卡与图像控制器信号输入端相连接的方式为插卡式连接；
所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其图像控制器以行、场同步信号和图像像素时钟信号设定图像分辨率格式。
所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其视频输入同步卡以图像控制器设定的图像分辨率格式输出图像至图像控制器，即不管视频输入同步卡选择何种类型或何种分辨率格式的视频信号输入，均由其转换成一种***设定的图像分辨率格式输出图像；不仅如此，所有的视频输入同步卡输出图像的分辨率格式均相同，即均由一组共同的行、场同步信号和图像像素时钟信号输出图像。
所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其视频输入同步卡在设定的图像分辨率格式下可分别设定输出图像的位置和大小，且既可由视频输入同步卡产生对应其输出画面的有效图像数据控制信号：Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn，或Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn的逻辑与信号HorVer-DE-SPn。
所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，也可由图像控制器根据行场同步信号Hor-Sync-BT、Ver-Sync-BT、***时钟Sys-Clk和用户设定参数User-Defi-Paras，直接产生对应每块视频输入同步卡输出有效图像数据的控制信号：Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn。
所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，所有的视频输入同步卡均以三态的形式锁存或同相、反相缓冲驱动输出图像数据到图像控制器，其高阻态由图像输出使能控制信号IMG-OE-SPn控制，该信号根据Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn等由图像控制器经逻辑综合统一产生。
所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，为了扩展更多视频输入同步卡，图像控制器每隔p个插槽便增加一级三态锁存或同相、反向缓冲驱动电路，同时产生对应每级驱动电路的高阻态使能控制信号IMG-OE-BTm(m＝1、2、3…M)。
本发明的优点在于，可将目前存在通常的标清复合视频(PAL/NTSC)、标清/高清分量视频、VGA、DVI、HDMI和HDSDI等视频图像信号进行实时视频处理；实现平铺、开窗、叠加等灵活的画面合成。
附图说明
图1为本发明的***框图；
图2为本发明的视频输入同步卡输出子画面叠加示意图；
图3为本发明的视频输入同步卡以三态的形式输出图像数据到图像控制器和图像控制器图像数据传输通道以三态的形式逐级驱动图像数据示意图；
图4为本发明的由图像控制器产生IMG-OE-SPn和IMG-OE-BTm示意图；
图5为本发明的视频输入同步卡的电路框图示意图；
图6为本发明的视频输入同步卡输出图像数据的三态锁存电路实例图；
图7为本发明的图像控制器的逻辑控制电路实例图。
具体实施
本画面合成器采用插卡方式设计，如图1***框图所示，它主要包括N块视频输入同步卡和图像控制器(底板或背板)。每块视频输入同步卡可接收多路不同类型和格式的视频信号，用户可任选其中1路作为合成子画面显示。N块视频输入同步卡则可产生N幅合成子画面，N幅合成子画面通过图像控制器的传输和选择切换，进而合成1幅输出图像，以VGA、DVI或HDMI的形式输出。
视频输入同步卡支持多路不同类型和格式视频信号输入，比如：PAL/NTSC×2+HDSDI×1+HDMI×1+VGA×1+DVI×1。同时，该卡以图像控制器设定的图像分辨率格式输出图像数据，比如全逐行高清格式，分辨率：1920×1080，场频60Hz。图像控制器以行、场同步信号和图像像素时钟信号设定图像分辨率格式，比如上述分辨率为1920×1080，场频为60Hz的全逐行高清格式的行频为67.5KHz，行频为60Hz，像素时钟为148MHz。***图像控制器的N块视频输入同步卡均以相同的图像分辨率格式输出图像数据。不仅如此，我们还可任意设定每块视频输入同步卡输出图像的大小和位置即压缩输入视频图像于一子画面窗口，其分别由下面四组参数定义：
  输出图像水平起始位置   Hor-Str-SPn
  输出图像水平宽度   Hor-Wid-SPn
  输出图像垂直起始位置   Ver-tr-SPn
  输出图像垂直高度   Hor-Str-SPn
如图2所示，在1920×1080分辨率格式下，1号视频输入同步卡输出子画面SP1，2号视频输入同步卡输出子画面SP2，SP2局部叠加在SP1上面。
同时，如图2所示，视频输入同步卡可产生对应其输出子画面的图像输出有效控制信号，如对子画面SP1，其水平有效控制信号Hor-DE-SP1，垂直有效控制信号Ver-DE-SP1。
所有的视频输入同步卡均以三态的形式锁存或缓冲驱动输出图像数据到图像控制器，如图3所示。其高阻态由图像输出使能控制信号IMG-OE-SPn控制，IMG-OE-SPn由图像控制器产生。
为了合成N块视频输入同步卡的N幅输出图像至1幅合成画面中，图像控制器须给每块视频输入同步卡产生图像输出使能控制信号：IMG-OE-SPn(n＝1、2、3…N)。同时，为了扩展更多视频输入同步卡，图像控制器每隔p个插槽便增加一级三态锁存或同相、反向缓冲驱动电路，同时产生对应每级驱动电路的高阻态使能控制信号IMG-OE-BT m(m＝1、2、3…M)。
图像控制器根据Hor-DE-SPn、Ver-DE-SPn、Sys-Clk和用户设定参数User-Defi-Paras来产生IMG-OE-SPn和IMG-OE-BTm。如图4所示，Hor-DE-SPn、Ver-DE-SPn不仅可由输入同步卡产生，也可由图像控制器根据行场同步信号Hor-Sync-BT、Ver-Sync-BT、***时钟Sys-Clk和用户设定参数User-Defi-Paras直接产生。
IMG-OE-SPn和IMG-OE-BTm是实现画面合成的切换控制信号，如图2所示，SP2为顶层子画面，则：
IMG-OE-SP2＝Hor DE-SP2逻辑与Ver-DE-SP2
然而，SP1为第二层子画面，则：
IMG-OE-SP1＝(Hor-DE-SP1逻辑与Ver-OverLap-DE-SP1)逻辑或(Hor-OverLap-DE-SP1逻辑与Ver-DE-SP1逻辑与Ver-DE-SP2)。
图像控制器根据IMG-OE-SPn和IMG-OE-BTm输出图像数据使能控制信号来选择切换各视频输入同步卡输出的图像数据，如在显示SP1子画面期间，IMG-OE-SP1＝0，而其它IMG-OE-SPn(n≠1)＝1。
整个***采用统一时钟设计，图像控制底板和所有输入同步卡的时钟频率完全相同。
本发明的具体实施电路图可如下：
图5为视频输入同步卡的电路框图，其中采用ST公司生产的专用视频图像处理集成电路FLI32626H-BG作为视频输入处理芯片。FLI32626H-BG可直接接收HDMI、DVI、VGA、CVBS(PAL/NTSC)等高清或标清视频信号，而HDSDI/SDI数字高清视频信号则先经过GENNUM公司GS2974解调和GS2974解码输至FLI32626H-BG的DIGITAL INPUT口。FLI32626H-BG以自同步方式工作，FLI32626H-BG以19.6608MHz晶体合成不同格式所需的图像像素时钟，以及对应该格式的行、场同步信号。FLI32626H-BG输出图像数据至视频图像专用集成电路N10。N10主要完成图像压缩和帧速转换的作用，其以外同步方式工作，其输出图像数据的像素时钟(Pixel Clk)、行场同步信号(Hor-Sync、Ver-Sync)来自图像控制器。
图6是视频输入同步卡输出图像数据的三态锁存电路，锁存器选用TI公司的SN74LVC16374ADGGR，N10输出的图像数据共30位，红、绿和蓝各10位，图6中的N12锁存其中15位，剩下15位由另一片SN74LVC16374ADGGR锁存。N10输出的图像数据CH1D0～CH1D14经锁存后输出为CH1Q0～CH1Q14。而“IMG-OE-CH1”为高时，CH1Q0～CH1Q14为高阻输出。
图7为图像控制器的逻辑控制电路，N25选用ALTERA公司的可编程逻辑芯片(EPLD)EPM7064AETC44设计。其中输入信号Sys-Clk、Hor-Sync-BT、Ver-Sync-BT为图像控制器设定图像分辨率格式的像素时钟和行、场同步信号；MCU-CNT0、MCU-CNT1、MCU-CNT2和MCU-CNT3为微处理器与EPM7064AETC44的通讯控制信号，用来加载用户设定参数：User-Defi-Paras。图7实例中各输入输出信号的逻辑关系主要由EPM7064AETC44编程确定，主要为：EPM7064AETC44首先根据Sys-Clk、Hor-Sync-BT、Ver-Sync-BT和User-Defi-Paras来产生中间信号：Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn，然后再由Hor-DE-SPn、Ver-DE-SPn和各子画面的层叠关系生成IMG-OE-SPn(n＝1...9)和IMG-OE-BTm(m＝1...3)。
具体如图2所示子画面情形，SP2为顶层子画面，则：
IMG-OE-SP2＝Hor-DE-SP2逻辑与Ver-DE-SP2
然而，SP1为第二层子画面，则：
IMG-OE-SP1＝(Hor-DE-SP1逻辑与Ver-OverLap-DE-SP1)逻辑或
(Hor-OverLap-DE-SP1逻辑与Ver-DE-SP-1逻辑与Ver-DE-SP2)不同的画面层叠关系，信号之间的逻辑关系不同。

Claims (8)

1.一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其特征在于，所述方法包括：
(1)、用于切换选通各视频输入图像数据，由此合成一幅输出图像，实现画面合成，包括平铺、开窗或叠加效果功能，根据Hor-DE-SPn、Ver-DE-SPn、Sys-Clk和用户设定参数User-Defi-Paras来给视频输入同步卡产生图像输出使能控制信号：IMG-OE-SPn(n＝1、2、3…N)和产生对应图像数据传输通道之驱动电路的高阻态使能控制信号IMG-OE-BT m(m＝1、2、3…M)的图像控制器；
(2)、与图像控制器信号输入端相连接的，可选择接收N路实时视频信号并输出图像信号的N张视频输入同步卡。
2.根据权利要求1所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其特征在于，所述视频输入同步卡与图像控制器信号输入端相连接的方式为插卡式连接。
3.根据权利要求1或2所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其特征在于，所述图像控制器以行、场同步信号和图像像素时钟信号设定图像分辨率格式。
4.根据权利要求1或2所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其特征在于，视频输入同步卡以图像控制器设定的图像分辨率格式输出图像至图像控制器，即不管视频输入同步卡选择何种类型或何种分辨率格式的视频信号输入，均由其转换成一种***设定的图像分辨率格式输出图像；不仅如此，所有的视频输入同步卡输出图像的分辨率格式均相同，即均由一组共同的行、场同步信号和图像像素时钟信号输出图像。
5.根据权利要求1或2所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其特征在于，视频输入同步卡在设定的图像分辨率格式下可分别设定输出图像的位置和大小，且既可由视频输入同步卡产生对应其输出画面的有效图像数据控制信号：Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn，或Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn的逻辑与信号HorVer-DE-SPn。
6.根据权利要求1或2所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其特征在于，也可由图像控制器根据行场同步信号Hor-Sync-BT、Ver-Sync-BT、***时钟Sys-Clk和用户设定参数User-Defi-Paras，直接产生对应每块视频输入同步卡输出有效图像数据的控制信号：Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn。
7.根据权利要求1或2所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其特征在于，所有的视频输入同步卡均以三态的形式锁存或同相、反相缓冲驱动输出图像数据到图像控制器，其高阻态由图像输出使能控制信号IMG-OE-SPn控制，该信号根据Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn等由图像控制器经逻辑综合统一产生。
8.根据权利要求1或2所述的一种合成多路高清视频图像画面的实现方法，其特征在于，为了扩展更多视频输入同步卡，图像控制器每隔p个插槽便增加一级三态锁存或同相、反向缓冲驱动电路，同时产生对应每级驱动电路的高阻态使能控制信号IMG-OE-BT m(m＝1、2、3…M)。
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