CN105430296A - 一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法 - Google Patents

一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法，包括SDI接口电路、HDMI接口电路、矩阵芯片、SDI信号解码电路、HDMI信号解码电路、FPGA及其配置电路、DDR2？SDRAM数据存储电路及HDMI信号编码电路，矩阵芯片从SDI接口电路和HDMI接口电路收到SDI/HDMI信号后通过SDI信号解码电路和HDMI信号解码电路进行解码，转换成并行的数字信号，然后进入FPGA及其配置电路对九路视频信号进行提取、存储、合成等功能，处理后的数据通过HDMI信号编码电路再转换为HDMI视频信号。本发明能够有效解决高清视频多画面分割裂屏显示的问题，而且其延时可以控制在一帧之内。

Description

一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法
技术领域
本发明涉及视频处理领域，特别是涉及一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法。
背景技术
随着计算机、DSP、超大规模集成电路等技术的发展，画面分割器开始采用硬件设计。首先，将各路视频信号转换成数字视频信号;然后，在数字领域对各路视频信号进行处理。使电路的设计、调试得到了很大的改善。但是，设计中所使用的独立的逻辑电路较多，有的甚至使用专用的DSP芯片去处理视频画面的分割。虽然可以满足对视频图像数据处理速度的要求，但是还需要外加CPU去协调***工作，使得整个***仍显得体积较大，而且***成本较高。随着半导体加工工艺的不断发展，FPGA在结构、速度、工艺、集成度和性能方面都取得了很大的进步和提高。
目前市场上的多画面分割器参差不齐，有DSP处理方案的，有ARM控制方案的，有FPGA逻辑处理方案等等，其稳定性和传输延时各不相同。
发明内容
本发明的目的是提供一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法，已解决上述背景中提到的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法，包括SDI接口电路、HDMI接口电路、矩阵芯片、SDI信号解码电路、HDMI信号解码电路、FPGA及其配置电路、DDR2SDRAM数据存储电路及HDMI信号编码电路，矩阵芯片从SDI接口电路和HDMI接口电路收到SDI/HDMI信号后通过SDI信号解码电路和HDMI信号解码电路进行解码，转换成并行的数字信号，然后进入FPGA及其配置电路对九路视频信号进行提取、存储、合成等功能，处理后的数据通过HDMI信号编码电路再转换为HDMI视频信号。
作为本发明的优选方案：所述SDI信号解码电路的型号为GS2970。
作为本发明的优选方案：所述HDMI信号解码电路的型号为ADV7611。
作为本发明的优选方案：所述HDMI信号编码电路的型号为SiL9136。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过采用冻结的方式，能够有效解决高清视频多画面分割裂屏显示的问题，而且其延时可以控制在一帧之内。
附图说明
图1为高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法的结构框图；
图2为***实现功能框图；
图3为YCBCR数字信号及H、V、DE信号的关系图；
图4为9路视频合成图像的排列方式图；
图5为本发明的时序图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1~5，一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法，包括SDI接口电路、HDMI接口电路、矩阵芯片、SDI信号解码电路、HDMI信号解码电路、FPGA及其配置电路、DDR2SDRAM数据存储电路及HDMI信号编码电路，矩阵芯片从SDI接口电路和HDMI接口电路收到SDI/HDMI信号后通过SDI信号解码电路和HDMI信号解码电路进行解码，转换成并行的数字信号，然后进入FPGA及其配置电路对九路视频信号进行提取、存储、合成等功能，处理后的数据通过HDMI信号编码电路再转换为HDMI视频信号。
SDI信号解码电路的型号为GS2970。HDMI信号解码电路的型号为ADV7611。HDMI信号编码电路的型号为SiL9136。
***的软件部分还包括多个有效视频提取模块、多个有效视频缩小模块、DDR2图像存储模块、读写控制信号模块、读写地址产生模块和视频图像合成模块，
本发明的工作原理是：视频画面尽管看起来好像是连续运动的，其实那是一系列静止的图像，这些图像切换得足够快，使得画面看起来像是连续运动的，一种称为场同步(verticalsync)的特定时序信息被用于指定新图像从什么时候开始显示;每张静止图像是由扫描线(scanline)组成的，即沿着显示器从上到下、一行接着一行进行显示的数据线，另一种称为行同步(horizontalsync)的时序信息用于指定新扫描线什么时候开始显示。
行同步和场同步信息通常通过以下3种方式之一进行传输：
①单独的行同步和场同步信号;
②单独的复合同步信号;
③嵌入视频信号的复合同步信号。
本***采用的是数字视频，采用的是技术①。
本设计采用的输入分辨率为19200×1080/60Hz，像素时钟为148.5MHz。SDI/HDMI信号经解码后得到带像素时钟的16位并行4:2:2的YCBCR数字信号及H、V、DE信号，它们之间的相互关系如图3所示。
其中，当DE为1时，处理有效视频，当DE为0时，处理HSYNC和VSYNC信号。SDI/HDMI输出的数字视频信号一帧由1125行视频数据组成，每一场有效视频行为1080行，每一行又有2200个像素，其中有效像素有1920个，这些是在视频图像合成过程中要用到的数据，每一个像素都包含Y和CB/CR两种信号。
在像素域的多画面合成中，首先，对原图像按像素进行抽取，分别将多路图像按照一定的比例缩小。然后，按照一定的规则将多路图像进行排列，排列后的图像即为多路合成的图像。最后，将合成的图像编码输出，即可在同一个屏幕显示多个画面，完成对多路图像的合成。
合成后的视频图像是逐行显示的，而对于将图像以逐行方式“绘制”到屏幕上的设备，每张图像都是从显示器的左上角开始，一直向右移动，直到到达显示器的右边缘为止，然后向下扫描一行，重复地从左到右进行扫描，这个过程一直持续到整个屏幕全部被刷新一次为止，如图4所示。
以9路为例，首先，要分别对原图像进行1/9比例缩小。则在垂直方向上隔行抽取有效视频行，使垂直方向缩小为原来的1/3。
在水平方向上，使水平方向缩小为原来的1/3。这样经过垂直和水平方向的抽取所得到的图像缩小为原图像的1/9。
然后，按照一帧图像数据的排列格式对抽取的各路图像的像素进行排列。抽取的第1路图像的行与第2、3路图像的行组成一整行，第4路图像的行与第5、6路图像的行组成一整行，第7路图像的行与第8、9路图像的行组成一整行。9路图像的行组成新的一帧图像的图像数据。
最后，将9路合成图像数据经过SiI9136编码输出，通过逐行扫描在一个显示器上显示9路图像，即完成了9路视频图像合成。
视频图像画面合成的实现方法主要分为两大类：像素域合成和压缩域合成。基于***的图像数据为16位Y、Cb/Cr数字视频格式，所以在视频图像画面合成中采用像素域内多画面合成的方法。9路视频图像合成的实现过程如下：
首先，分别在垂直方向和水平方向上抽取有效的视频数据，将9路图像各缩小为原图像的1/9。这部分功能由有效视频数据提取模块实现，该模块在前面已经做过详细介绍。然后将提取的各路图像数据按找一定顺序排列，即按照一定的规律存储到DDR2SDRAM中。各路图像数据的地址按照上面介绍的地址产生方法实现，都有各自固定的存储空间。
在完成各路视频图像的抽取，存储后，就要对抽取的各路视频图像的进行9画面合成。根据1080P***数字信号的数据格式，把有效视频数据从存储器中采用顺序读取出来，在相应的H、V、DE信号的位置，送视频编码输出，完成9路视频图像的合成。在合成的过程中，H、V、DE信号及时钟信号都由输出时钟计数产生，9路视频合成图像的排列方式如图4所示。
在进行多画面分割调试时，经常会发现单个子画面的显示出现裂屏现象，分析图5所示的时序图能够发现，由于各输入输出视频不同源，对应的帧同步信号VS的同步宽度会各不相同，以输出帧同步VS上升沿为参考，会发现输入同步相对输出同步的边沿有在其前和其后的情况，原因是各个不同源时钟产生各自的同步信号，上电启动配置完各个芯片的时间也不一致，所以想把各个输入不同时钟内的数据同步到输出时钟域内必须靠帧缓存来解决。
产生裂屏现象是因为帧缓存的读写地址产生了交错碰撞，其中之一就是帧显示时已经跨在两个帧地址缓存区，导致一部分显示当前帧，另外一部分显示的是上一帧。
本发明采用冻结的方式避免上述裂屏问题，通过检测读写方向帧同步的快慢来实时冻结读或者写方向的地址一帧时间。
冻结方式的实现原理：由于每个通道产生的帧同步信号不同源，所以同是1080P60的视频信号，其时钟相互之间存在频差和或者频偏，这样就会导致各个通道VS同步上升沿之间的时间间隔各不相同，这个可以通过FPGA产生的输出时钟通过计数统计出来。当计数统计值越大的通道其跑完一帧的时间越长，反之越慢。
举例说明：10个人围绕操场赛跑，以其中一个人的速度作为参考，其他9个人都跟该参考人进行比较，跑得快的随着时间的推进会比该参考人多跑一圈，跑得慢的会比该参考人慢跑一圈，为了保证所有人跟该参考人同步，跑得快的过一段时间就得停下来休息一圈的时间再跑，跑得慢的就得让参考人停下来休息一圈的时间再跑。
同理该***的输出VS就是参考人，其它输入VS都和参考VS比较。每个人的奔跑速度是各自帧同步上升沿之间时间差（由输出时钟计数而来），跑多少帧需要冻结由输入帧和输出帧计数的差值进行累加，当累加值接近等于一帧的时间差值，就需要冻结输入或者输出快的一侧一帧的时间，也就是读写地址需要停留一帧时间。
通过该方法进行逻辑编码、仿真和板上FPGA调试后彻底解决了上面出现的裂屏现象，而且延时控制在一帧以内。

Claims (4)

1.一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法，其特征在于，包括SDI接口电路、HDMI接口电路、矩阵芯片、SDI信号解码电路、HDMI信号解码电路、FPGA及其配置电路、DDR2SDRAM数据存储电路及HDMI信号编码电路，矩阵芯片从SDI接口电路和HDMI接口电路收到SDI/HDMI信号后通过SDI信号解码电路和HDMI信号解码电路进行解码，转换成并行的数字信号，然后进入FPGA及其配置电路对九路视频信号进行提取、存储、合成等功能，处理后的数据通过HDMI信号编码电路再转换为HDMI视频信号。
2.根据权利要求1所述的一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法，其特征在于，所述SDI信号解码电路的型号为GS2970。
3.根据权利要求1所述的一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法，其特征在于，所述HDMI信号解码电路的型号为ADV7611。
4.根据权利要求1所述的一种高清视频多画面分割裂屏显示的解决方法，其特征在于，所述HDMI信号编码电路的型号为SiL9136。
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