CN101727875B - 一种图形处理设备及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图形处理设备及方法，包含图形显示芯片、视频A/D转换芯片、视频驱动芯片、FPGA芯片以及SRAM。先将外视频信号送入视频A/D转换芯片进行模数转换和标准码流生成；再进行视频格式转换及视频叠加：最后信号输出。使得综合显示画面不仅有复杂的图形化态势信息，还有丰富的外视频信息。

Description

一种图形处理设备及方法

技术领域

本发明涉及一种图形处理设备及方法。

背景技术

现在和未来的飞机将面对越来越复杂的战场态势，来自海、陆、空、天、地的各种战场信息必须及时准确地显示给飞行员。而传统的基于字符和线条的单一显示系统无法把复杂战场态势的信息及时准确形象地显示给飞行员。复杂战场态势的信息需要高性能图形处理技术，以便为飞行员提供流畅、清晰、形象和准确的综合显示画面。综合显示画面不仅有复杂的图形化态势信息，还有丰富的外视频信息。因此急需一种高性能图形处理技术。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种图形处理设备及方法，以克服现有技术中存在的缺陷。

本发明的技术方案为：

一种图形处理设备，其特殊之处是：包含图形显示芯片、视频A/D转换芯片、视频驱动芯片、FPGA芯片以及SRAM，

所述视频A/D转换芯片输出端、图形显示芯片输出端以及SRAM输出端分别与FPGA芯片输入端相连接，所述FPGA芯片输出端分别与图形显示芯片输入端、SRAM输入端以及视频驱动芯片输入端相连接，

所述图形显示芯片用于图形信号处理；

所述视频A/D转换芯片用于将输入的视频信号进行模数转换和标准码流生成；

所述视频驱动芯片用于将FPGA芯片输出的低速并行视频信号转换为高速串行视频信号；

所述FPGA芯片用于视频格式转换与视频叠加；

所述SRAM用于存放视频信号。

上述视频A/D转换芯片集成有梳状滤波器，用于提高视频信号的抗干扰能力。

上述图形显示芯片核心频率为250MHz，集成显存为64MByte，且集成二维和三维图形的硬件加速。

上述图形显示芯片为1片，视频A/D转换芯片为2片，视频驱动芯片为2片，FPGA芯片为1片，SRAM为2片。

一种图形处理方法，其特殊之处是，包含如下步骤：

1)将外视频信号送入视频A/D转换芯片进行模数转换和标准码流生成；

2)视频格式转换及视频叠加：

21)视频格式转换，即转换扫描方式：

201)针对每路外视频信号均在FPGA中形成四个先进先出存储器FIFO，即FIFO1、FIFO2、FIFO3和FIFO4；

202)将外视频信号经过视频A/D转换芯片后的数字视频信号送入FPGA；

203)将第1行数字视频信号送入FIFO1进行缓存；

204)待第1行视频数据缓存完后，将第3行数字视频信号送入FIFO2进行缓存，同时将FIFO1中的第1行数字视频信号写入到SRAM1的1地址处；

205)待第1行视频数据写入完毕后，将第5行数字视频信号送入FIFO1进行缓存，同时将FIFO2中的第3行数字视频信号写入到SRAM1的3地址处；

206)待第3行视频数据写入完毕后，将第7行数字视频信号送入FIFO2进行缓存，同时将FIFO1中的第5行数字视频信号写入到SRAM1的5地址处；

206)依次类推直至填充SRAM1的其它奇数行；

207)将第2行数字视频信号送入FIFO3进行缓存；

208)待第2行视频数据缓存完后，将第4行数字视频信号送入FIFO4进行缓存，同时将FIFO3中的第2行数字视频信号写入到SRAM1的2地址处；

209)待第2行视频数据写入完毕后，将第6行数字视频信号送入FIFO3进行缓存，同时将FIFO4中的第4行数字视频信号写入到SRAM1的4地址处；

210)待第4行视频数据写入完毕后，将第8行数字视频信号送入FIFO4进行缓存，同时将FIFO3中的第6行数字视频信号写入到SRAM1的6地址处；

211)依次类推直至填充SRAM1的其它偶数行；

212)待SRAM1接收完毕一帧视频数据后，再以上述步骤接收下一帧数字视频信号，直至接收完毕；

22)视频叠加：

采用alpha叠加，以图形显示芯片输出的图形时序为基准，同时读取外视频数据和图形数据；

3)信号输出：

每个像素采用alpha系数运算后通过视频驱动芯片以图形显示芯片的输出图形相同的刷新频率进行信号输出。

上述步骤1)中包括有将模数转后的视频信号采用梳状滤波器进行滤波的步骤。

上述外视频信号为两路。

上述外视频信号PAL-D视频信号，其分辨率为720x576，刷新频率为50Hz，扫描方式为隔行；所述图形显示芯片的输出图形的分辨率为1600x1200，刷新频率为60Hz，扫描方式为逐行。

上述外视频信号PAL-D视频信号，其分辨率为720x576，刷新频率为50Hz，扫描方式为隔行；所述图形显示芯片的输出图形的分辨率为1600x1200，刷新频率为60Hz，扫描方式为逐行。

本发明的技术效果为：

1、采用高性能图形显示芯片，设置其工作到最高频250MHz，即可满足航空领域对字符、图符、图形的加速要求。

2、支持外视频与内部产生的图形的叠加，叠加时，采用按行叠加，支持alpha叠加，减少叠加延迟，使得叠加满足实时性要求。

3、由于本发明所接受的信息不仅有图形信息，还有外视频信息，使得综合显示画面不仅有复杂的图形化态势信息，还有丰富的外视频信息

附图说明

图1为本发明结构示意图。

具体实施方式

参见图1，本发明是基于PMC结构的显卡实现的。显卡由1片图形显示芯片、2片视频A/D转换芯片、2片视频驱动芯片、1片FPGA芯片和2片SRAM(静态随机存储器)组成。如图1所示，显卡接收两路外部PAL-D视频，通过A/D转换后接入到FPGA。图形显示芯片输出的图形接入到FPGA。外视频和图形在FPGA内部进行格式转换和叠加后，视频驱动芯片进行DVI(数字视频接口)视频输出。

视频A/D转换芯片

显卡接收两路模拟PAL-D视频信号后，通过视频A/D芯片完成模数转换、滤波和标准码流生成等功能，把模拟视频信号转化为数字视频信号，同时按照ITU-R BT656标准格式输出。视频A/D芯片可集成梳状滤波器进行滤波，提高了视频信号的抗干扰能力，可以有效的滤掉水波纹。

图形显示芯片

图形显示芯片选用高性能低功耗的嵌入式图形芯片，如AMD公司的M9CSP64，图形处理的核心频率为250MHz，集成显存为64MByte，集成了二维/三维的硬件加速，可以支持渲染着色，支持融合、反走样、雾化、抗锯齿、块复制、块移动等图形加速。图形显示芯片输出图形显示到FPGA。

视频格式转换

两路外视频的分辨率为720x576，刷新频率为50Hz，扫描方式为隔行。图形显示芯片输出的图形的分辨率为1600x1200，刷新频率为60Hz，扫描方式为逐行。外视频与内部图形的格式不一样，在叠加时需要把外视频的刷新频率转换为60Hz，扫描方式转换为逐行扫描。

外视频1的数字视频的奇场输入到FPGA后，采用FIFO1缓存第1行视频数据，第一行视频数据缓存完后，采用FIFO2缓存第3行数据，在缓存第3行数据的同时把FIFO1中的数据快速写入到SRAM1的1地址处。当第5行数据来临时缓存到FIFO1，同时把FIFO2中的数据写入到SRAM1的3地址处。当第7行数据来临时缓存到FIFO2，同时把FIFO1中的数据写入到SRAM1的5地址处，依次类推填充SRAM1的其它奇数行。

外视频1的数字视频的偶场输入到FPGA后，采用FIFO3缓存第2行视频数据，第2行视频数据缓存完后，采用FIFO4缓存第4行数据，在缓存第4行数据的同时把FIFO3中的数据快速写入到SRAM1的2地址处。当第6行数据来临时缓存到FIFO3，同时把FIFO4中的数据写入到SRAM1的4地址处。当第8行数据来临时缓存到FIFO4，同时把FIFO3中的数据写入到SRAM1的6地址处，依次类推填充SRAM1的其它偶数行。

当SRAM1把奇数场和偶数场的数据接收完组成完整一帧视频数据后，从720x576+1地址处接收第二帧视频数据。再从1地址处接收下一帧视频数据。

外视频1输出时，按照60Hz的频率每秒钟从SRAM1输出60帧的视频数据。

外视频2的处理方式与外视频1的处理方式一样，从SRAM2存取视频数据。

视频叠加

视频叠加采用alpha叠加，可以支持半透明叠加。以图形显示芯片输出的图形时序为基准，同时读取外视频数据和图形数据，每个像素采用alpha系数运算后进行输出。

图形驱动

显卡采用实时操作系统，支持快速实时响应、异常/看门狗处理、多任务调度、动态存储器管理，系统资源管理，时间和空间分区管理、存储管理、进程管理、通信管理、时间管理等。图形驱动为基于实时操作系统的OpenGL驱动程序。OpenGL驱动程序是图形硬件的软件接口，是一个2D\3D图形和模型库，支持纹理、反射、叠加、旋转和坐标转换等功能。

Claims (10)

1.一种图形处理设备，其特征在于：包含图形显示芯片、视频A/D转换芯片、视频驱动芯片、FPGA芯片以及SRAM，

所述视频A/D转换芯片输出端、图形显示芯片输出端以及SRAM输出端分别与FPGA芯片输入端相连接，所述FPGA芯片输出端分别与图形显示芯片输入端、SRAM输入端以及视频驱动芯片输入端相连接，

所述图形显示芯片用于将输出的图形显示到FPGA芯片上；

所述视频A/D转换芯片用于将输入的视频信号进行模数转换和标准码流生成；

所述视频驱动芯片用于将FPGA芯片输出的低速并行视频信号转换为高速串行视频信号；

所述FPGA芯片用于视频格式转换与视频叠加；

所述SRAM用于存放视频信号。

2.根据权利要求1所述的图形处理设备，其特征在于：

所述视频A/D转换芯片集成有梳状滤波器，用于提高视频信号的抗干扰能力。

3.根据权利要求1或2所述的图形处理设备，其特征在于：

所述图形显示芯片核心频率为250MHz，集成显存为64MByte，且集成二维和三维图形的硬件加速。

4.根据权利要求1或2所述的图形处理设备，其特征在于：

所述图形显示芯片为1片，视频A/D转换芯片为2片，视频驱动芯片为2片，FPGA芯片为1片，SRAM为2片。

5.根据权利要求3所述的图形处理设备，其特征在于：

所述图形显示芯片为1片，视频A/D转换芯片为2片，视频驱动芯片为2片，FPGA芯片为1片，SRAM为2片。

6.一种利用权利要求1所述设备进行的图形处理方法，其特征在于，包含如下步骤：

1)将外视频信号送入视频A/D转换芯片进行模数转换和标准码流生成；

2)视频格式转换及视频叠加：

21)视频格式转换，即转换扫描方式：

201)针对每路外视频信号均在FPGA中形成四个先进先出存储器FIFO，即FIFO1、FIFO2、FIFO3和FIFO4；

202)将外视频信号经过视频A/D转换芯片后的数字视频信号送入FPGA；

203)将第1行数字视频信号送入FIFO1进行缓存；

204)待第1行视频数据缓存完后，将第3行数字视频信号送入FIFO2进行缓存，同时将FIFO1中的第1行数字视频信号写入到SRAM1的1地址处；

205)待第1行视频数据写入完毕后，将第5行数字视频信号送入FIFO1进行缓存，同时将FIFO2中的第3行数字视频信号写入到SRAM1的3地址处；

206)待第3行视频数据写入完毕后，将第7行数字视频信号送入FIFO2进行缓存，同时将FIFO1中的第5行数字视频信号写入到SRAM1的5地址处；

206)依次类推直至填充SRAM1的其它奇数行；

207)将第2行数字视频信号送入FIFO3进行缓存；

208)待第2行视频数据缓存完后，将第4行数字视频信号送入FIFO4进行缓存，同时将FIFO3中的第2行数字视频信号写入到SRAM1的2地址处；

209)待第2行视频数据写入完毕后，将第6行数字视频信号送入FIFO3进行缓存，同时将FIFO4中的第4行数字视频信号写入到SRAM1的4地址处；

210)待第4行视频数据写入完毕后，将第8行数字视频信号送入FIFO4进行缓存，同时将FIFO3中的第6行数字视频信号写入到SRAM1的6地址处；

211)依次类推直至填充SRAM1的其它偶数行；

212)待SRAM1接收完毕一帧视频数据后，再以上述步骤接收下一帧数字视频信号，直至接收完毕；

22)视频叠加：

采用alpha叠加，以图形显示芯片输出的图形时序为基准，同时读取外视频数据和图形数据；

3)信号输出：

每个像素采用alpha系数运算后通过视频驱动芯片以图形显示芯片的输出图形相同的刷新频率进行信号输出。

7.根据权利要求6所述的图形处理方法，其特征在于：

所述步骤1)中包括有将模数转后的视频信号采用梳状滤波器进行滤波的步骤。

8.根据权利要求6或7所述的图形处理方法，其特征在于：

所述外视频信号为两路。

9.根据权利要求6或7所述的图形处理方法，其特征在于：

所述外视频信号PAL-D视频信号，其分辨率为720x576，刷新频率为50Hz，扫描方式为隔行；所述图形显示芯片的输出图形的分辨率为1600x1200，刷新频率为60Hz，扫描方式为逐行。

10.根据权利要求8所述的图形处理方法，其特征在于：

所述外视频信号PAL-D视频信号，其分辨率为720x576，刷新频率为50Hz，扫描方式为隔行；所述图形显示芯片的输出图形的分辨率为1600x1200，刷新频率为60Hz，扫描方式为逐行。

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