CN102665048A - 一种实现多画面合成的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实现多画面合成的系统，包括微控制器和画面处理器，所述微控制器接收外部用户指令并对画面处理器进行控制，其中，所述画面处理器包括：多个画面合成装置，多个画面合成装置进行级联，将前一个画面合成装置输出的数字信号作为后一个画面合成装置的输入；每一画面合成装置包括：视频信号接口，用于接收外部视频信号；数字信号接口，用于接收前一个画面合成装置输出的数字信号；画面合成模块，用于将高清视频信号和所述前一个画面合成装置输出的数字信号进行画中画合成或者画外画合成，生成高清合成画面并显示在外部显示终端上。本发明可以快速实现N画面合成，整个系统不需要复杂的FPGA处理，造价低廉，相比现有技术，具有高性价比。
Description
技术领域
本发明涉及视频图像处理领域，尤其涉及视频合成领域，具体的讲是一种实现多画面合成的方法及系统。
背景技术
随着科技的进步，越来越多的视频画面需要集中显示，例如将多路电视信号合成输出到一个屏幕上的多画面处理器得到广泛地应用。在一般的会议室及法院中都有多个摄像头，VGA信号和视频会议终端的HDMI/DVI等信号源，用户要求所有视频信号源都进行录制并存贮。如果要对所有现场视频源进行编码，录制及存贮，在现有的网络资源是不可能实现的，另外整个信息工程的造价也是不允许的。这样就必须将所有的视频信号源合成一路高清的视频信号，并将合成后的高清信号进行编码，录制，存贮，这样一来，不仅保证所有现场视频信号进行了编码，录制及存贮，而且高清的合成画面还保证了视频质量。一路合成的视频源对网络传输也有很好控制。高清视频画面合成控制器是针对各种格式的高清视频输入信号进行合成，形成一路高清合成画面输出，一般都是采用不同的视频接收芯片来实现对高清视频输入的识别与数字化，然后进入到复杂的FPGA系统，进行相关的缩放与合成处理。
但是，现有的高清视频画面处理器，由于FPGA的资源是有限的，对于输入视频路数很多的高清视频画面合成，FPGA的处理系统将变得十分庞大而且非常复杂，设计难度大，系统成本高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是不需要复杂的FPGA处理，简单易行的实现快速定制多画面合成。
为了达到上述目的，本发明实施例公开了一种实现多画面合成的系统，所述系统包括微控制器和画面处理器，所述微控制器接收外部用户指令并对所述画面处理器进行控制，其中，所述画面处理器包括：多个画面合成装置，所述多个画面合成装置进行级联，将前一个画面合成装置输出的数字信号作为后一个画面合成装置的输入；每一所述画面合成装置包括：视频信号接口，用于接收外部视频信号；数字信号接口，用于接收所述前一个画面合成装置输出的数字信号；画面合成模块，用于将所述高清视频信号和所述前一个画面合成装置输出的数字信号进行画中画合成或者画外画合成，生成高清合成画面并显示在外部显示终端上。
在所述级联的多个画面合成装置中，第二个画面合成装置中的画面合成模块采用画外画合成处理，剩余画面合成装置中的画面合成模块采用画中画合成处理。当某一个所述图形处理装置没有接收外部高清视频信号时，则其输出为输入的前一个画面合成装置的数字信号，生成的高清合成画面与所述前一个画面合成装置生成的相同。所述微控制器通过异步切换开关的方式依次控制所述多个画面合成装置。
为了达到上述目的，本发明还提供了一种实现多画面合成的方法，包括以下步骤：所述多个画面合成装置中的每一画面合成装置接收外部高清视频信号或/及所述前一个画面合成装置输出的数字信号；所述每一画面合成装置将接收到的高清视频信号和所述前一个画面合成装置输出的数字信号进行画中画合成或者画外画合成，生成高清合成画面。
本发明的多画面合成方法及系统可以快速实现N(2、4、6、8、16等)画面合成，能够兼容多种视频输入信号源。并且，整个系统不需要复杂的FPGA处理，造价低廉，相比现有技术，具有高性价比。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例的实现多画面合成的系统的结构示意图；
图2为图1所示实施例中的画面处理器的信号连接示意图；
图3为图1所示实施例中的画面合成装置的结构示意图；
图4为本发明实施例的通过改变坐标位置来改变画面显示模式的示意图；
图5为本发明实施例的实现多画面合成的方法流程图；
图6为本发明实施例中的微控制器进行N次异步控制的结构示意图；
图7为图6所示实施例的微控制器进行N次异步控制的方法流程图；
图8为本发明利用8个画面处理装置进行多画面显示的具体实施例的结构示意图；
图9为利用图8所示的多画面合成系统进行4画面合成的结构示意图。
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。
图1为本发明实施例的实现多画面合成的系统的结构示意图。如图所示，本实施例中的多画面合成的系统包括：
微控制器101和画面处理器201，所述微控制器101接收外部用户指令并对所述画面处理器201进行控制，其中，所述画面处理器201包括多个画面合成装置，所述多个画面合成装置进行级联，经过画面处理器后的合成画面信号显示在外部显示器上。在本实施例中，所述微控制器101通过异步切换开关的方式依次控制所述多个画面合成装置。
图2为图1所示实施例中的画面处理器201的信号连接示意图，如图所示，画面处理器201中的多个画面处理装置进行级联，将前一个画面合成装置输出的数字信号作为后一个画面合成装置的输入。每一个画面合成装置可接收外部的VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号等。在本实施例中，当某一个所述图形处理装置没有接收外部信号时，则其输出为输入的前一个画面合成装置的数字信号，生成的高清合成画面与所述前一个画面合成装置生成的相同。
如图3所示，为图1所示实施例中的画面合成装置的结构示意图。每一所述画面合成装置包括：
视频信号接口301，用于接收外部视频信号。所述外部视频信号包括VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号。
数字信号接口302，用于接收所述前一个画面合成装置输出的数字信号。
画面合成模块303，用于将所述高清视频信号和所述前一个画面合成装置输出的数字信号进行画中画PIP合成或者画外画POP合成，生成高清合成画面并显示在外部显示终端上。在本发明的实施例中，在所述级联的多个画面合成装置中，第二个画面合成装置中的画面合成模块采用画外画POP合成处理，剩余画面合成装置中的画面合成模块采用画中画PIP合成处理。这是因为，第二个画面合成装置用于合成第一画面与第二画面，如果设置为画中画模式，则第二画面会覆盖原有第一画面的部分，剩下每级画面合成都会覆盖第一画面的部分，造成画面显示的错误。
在本实施例中，画面合成装置201还包括选择开关304，连接于视频信号接口301，用于对外部输入的VGA信号和YPbPr信号进行模拟选择，被选择的信号经过模数转换器ADC35进行转换后，生成30bit的TTL信号；
画面合成装置202还包括串转并模块306，连接于视频信号接口301，用于对外部输入的HDMI信号进行串转并操作，生成30bit的TTL信号；
数字选择开关307用于对经过ADC35生成的TTL信号与经过串转并模块306生成的TTL信号进行选择，择一送入到第一缩放模块308进行画面的缩放。缩放比例是根据用户需求设定的。例如，如果在显示终端上显示两个画面，如图4中的2A和2B所示，可通过改变每一画面的坐标位置来实现。如果进行两个画面的画中画显示(2A)，将画面1的坐标(left top right bottom)设置为(0，0，H，V)，将画面2的坐标(left top right bottom)设置为(0，0，H/4，V/4)，如果进行两个画面的画外画显示(2B)，将画面1的坐标(left top right bottom)设置为(0，V/4，H/2，3V/4)，将画面2的坐标(left top right bottom)设置为(H/2，V/4，H，3V/4)。
再例如图4中的4A和4B所示，分别为四个画面进行画外画显示的两个显示模式。如果进行四个画面的第一模式的画外画显示(4A)，将画面1的坐标(left top right bottom)设置为(0，0，H/2，V/2)，将画面2的坐标(lefttop right bottom)设置为(H/2，0，H，V/2)，将画面3的坐标(left top rightbottom)设置为(0，V/2，H/2，V)，将画面4的坐标(left top right bottom)设置为(H/2，V/2，H，V)；如果进行四个画面的第二模式的画外画显示(4B)，将画面1的坐标(left top right bottom)设置为(0，V/8，3H/4，7V/8)，将画面2的坐标(left top right bottom)设置为(3H/4，V/8，H，3V/8)，将画面3的坐标(left top right bottom)设置为(3H/4，3V/8，H，5V/8)，将画面4的坐标(left top right bottom)设置为(3H/4，5V/8，H，7V/8)。
再例如图4中的6A所示，为六个画面进行画外画显示。因此，可将画面1的坐标(left top right bottom)设置为(0，0，2H/3，2V/3)，将画面2的坐标(left top right bottom)设置为(2H/3，0，H，V/3)，将画面3的坐标(left top right bottom)设置为(2H/3，V/3，H，2V/3)，将画面4的坐标(left top right bottom)设置为(0，2V/3，H/3，V)，将画面5的坐标(left top right bottom)设置为(H/3，2V/3，2H/3，V)，将画面6的坐标(left top right bottom)设置为(2H/3，2V/3，H，V)。
再例如图4中的8A所示，为八个画面进行画外画显示。因此，可将画面1的坐标(left top right bottom)设置为(0，0，3H/4，3V/4)，将画面2的坐标(left top right bottom)设置为(3H/4，0，H，V/4)，将画面3的坐标(left top right bottom)设置为(3H/4，V/4，H，2V/4)，将画面4的坐标(left top right bottom)设置为(3H/4，2V/4，H，3V/4)，将画面5的坐标(left top right bottom)设置为(0，3V/4，H/4，V)，将画面6的坐标(left top right bottom)设置为(H/4，3V/4，2H/4，V)，将画面7的坐标(left top right bottom)设置为(2H/4，3V/4，3H/4，V)，将画面8的坐标(left top right bottom)设置为(3H/4，3V/4，H，V)。
但本发明不限于此，在其他实施例中，可以设置更多的画面显示，以及不同模式的画面显示，只要根据用户需要设置每个画面的坐标位置即可。
在本实施例中，微控制器通过异步切换开关的方式依次控制所述多个画面合成装置。一般的微控制器通常只有两个控制串口，无法实现对多个画面合成装置的一对一控制，因此本发明采取切换开关的方式来依次控制模块。
图5为本发明实施例的实现多画面合成的方法流程图。如图所示，所述方法是利用如图1-图3所示的系统来实现，其包括以下步骤：
步骤S101，所述多个画面合成装置中的每一画面合成装置接收外部高清视频信号或/及所述前一个画面合成装置输出的数字信号；
步骤S102，所述每一画面合成装置将接收到的高清视频信号和所述前一个画面合成装置输出的数字信号进行画中画合成或者画外画合成，生成高清合成画面。
在步骤S102中，第二个画面合成装置中的画面合成模块采用画外画POP合成处理，剩余画面合成装置中的画面合成模块采用画中画PIP合成处理。并且，当某一个所述图形处理装置没有接收外部高清视频信号时，则其输出为输入的前一个画面合成装置的数字信号，生成的高清合成画面与所述前一个画面合成装置生成的相同。
在本实施例中，微控制器通过异步切换开关的方式依次控制所述多个画面合成装置。一般的微控制器通常只有两个控制串口，无法实现对多个画面合成装置的一对一控制，因此本发明采取切换开关的方式来依次控制模块。如图6所示，为本发明实施例中的微控制器进行N次异步控制的结构示意图。在本实施例中，以8个画面处理装置为例，微控制器通过切换开关的方式异步控制8个画面处理装置。本实施例中，画面处理装置为芯片PW338C。
图7为图6所示实施例的微控制器进行N次异步控制的方法流程图。如图7所示，当用户串口发送一条修改输出分辨率的命令，MCU与用户端的控制串口产生中断，解析命令为修改输出分辨率的；然后判断是否需要切换MCU与某一PW338C的串口，如果不需要，则询问是否还有数据要发送(即修改分辨率的其他数据)，如果有其他数据要发送，则发送下一个数据，如果没有数据要发送，则结束与该PW338C芯片的通讯操作；如果需要切换MCU与某一PW338C的串口，则首先进行切换前延时，以避免干扰，再根据命令切换串口，然后再进行切换后延时，同样是为了避免干扰，最后对切换后的PW338C执行修改输出分辨率的操作。依此步骤依次执行8次，实现异步8次控制。
在其他实施例中，对4次、6次、16次等等的操作同样如此进行。
图8为本发明实施例的利用8个画面处理装置进行多画面显示的具体实施例。在本实施例中，具有8个画面处理装置，分别为ID1、ID2、ID3、ID4、ID5、ID6、ID7、ID8。本实施例要实现如图8左上角所示的8画面合成。ID1接收到外部的VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号，生成画面1，为一个独立画面，然后ID1将级联数字信号发送至ID2，同时ID2接收外部VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号，生成画面2，根据用户设定的坐标位置参数(参看如4所示)，可将画面1和画面2利用画外画合成方法设置为如图画面所示，同时ID3接收外部VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号，生成画面3，根据用户设定的坐标位置参数，可将画面1、画面2和画面3利用画中画合成方法设置为如图所示。ID4、ID5、ID6、ID7、ID8执行与ID2一样的画中画合成方法，生成最终的8画面合成显示在显示终端上。
在此实施例中，每一画面合成装置都接收有外部的VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号，与上一个画面合成装置输入的数字信号做画中画或画外画，本实施例有8个画面合成装置，因此可进行8画面合成。也就是说，对具有N个画面合成装置的合成系统来讲，最多可进行N画面合成，但是，也可以在不改变硬件设备的情形下，进行小于N的多画面显示。
如图9所示，为利用图8所示的多画面合成系统进行4画面合成的结构示意图。本实施例要实现如图9左上角所示的4画面合成。ID1接收到外部的VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号，生成画面1，为一个独立画面，然后ID1将级联数字信号发送至ID2，同时ID2接收外部VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号，生成画面2，根据用户设定的坐标位置参数(参看如4所示)，可将画面1和画面2利用画外画合成方法设置为如图画面所示(画面1和画面2各占1/4)，ID3接收外部VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号，生成画面3，根据用户设定的坐标位置参数，可将画面1、画面2和画面3利用画中画合成方法设置为如图所示(画面1、画面2和画面3各占1/4)；ID4接收外部VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号，生成画面4，根据用户设定的坐标位置参数，可将画面1、画面2、画面3和画面4利用画中画合成方法设置为如图所示(画面1、画面2、画面3和画面4各占1/4)。本实施例中，ID5、ID6、ID7和ID8没有外部信号输入，即只是作为通道使ID4输入的信号通过，以显示在显示终端上。因此，最终显示在显示终端上的信号即为具有画面1、画面2、画面3和画面4的4合成画面。
综上所述的实施例，本发明可以快速实现N(2、4、6、8、16等)画面合成，并且能够兼容多种视频输入信号源。且整个系统不需要复杂的FPGA处理，造价低廉，相比现有技术，具有高性价比。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种实现多画面合成的系统，其特征在于，所述系统包括微控制器和画面处理器，所述微控制器接收外部用户指令并对所述画面处理器进行控制，其中，所述画面处理器包括：
多个画面合成装置，所述多个画面合成装置进行级联，将前一个画面合成装置输出的数字信号作为后一个画面合成装置的输入；
每一所述画面合成装置包括：
视频信号接口，用于接收外部视频信号；
数字信号接口，用于接收所述前一个画面合成装置输出的数字信号；
画面合成模块，用于将所述高清视频信号和所述前一个画面合成装置输出的数字信号进行画中画合成或者画外画合成，生成高清合成画面并显示在外部显示终端上。
2.如权利要求1所述的实现多画面合成的系统，其特征在于，所述多个画面合成装置的数量为大于等于3。
3.如权利要求1所述的实现多画面合成的系统，其特征在于，在所述级联的多个画面合成装置中，第二个画面合成装置中的画面合成模块采用画外画合成处理，剩余画面合成装置中的画面合成模块采用画中画合成处理。
4.如权利要求1所述的实现多画面合成的系统，其特征在于，所述外部视频信号包括VGA信号、YPbPr信号以及HDMI信号。
5.如权利要求1所述的实现多画面合成的系统，其特征在于，当某一个所述图形处理装置没有接收外部高清视频信号时，则其输出为输入的前一个画面合成装置的数字信号，生成的高清合成画面与所述前一个画面合成装置生成的相同。
6.如权利要求1所述的实现多画面合成的系统，其特征在于，所述微控制器通过异步切换开关的方式依次控制所述多个画面合成装置。
7.如权利要求1-6中任一项所述的实现多画面合成的系统，其特征在于，所述数字信号为30bit的TTL信号。
8.如权利要求1-6中任一项所述的实现多画面合成的系统，其特征在于，所述画面合成装置为芯片PW338C。
9.一种实现多画面合成的方法，其特征在于，所述方法是利用如权利要求1所述的系统来实现，其包括以下步骤：
所述多个画面合成装置中的每一画面合成装置接收外部高清视频信号或/及所述前一个画面合成装置输出的数字信号；
所述每一画面合成装置将接收到的高清视频信号和所述前一个画面合成装置输出的数字信号进行画中画合成或者画外画合成，生成高清合成画面。
10.如权利要求9所述的实现多画面合成的方法，其特征在于，在所述级联的多个画面合成装置中，第二个画面合成装置中的画面合成模块采用画外画合成处理，剩余画面合成装置中的画面合成模块采用画中画合成处理。
11.如权利要求9所述的实现多画面合成的方法，其特征在于，当某一个所述图形处理装置没有接收外部高清视频信号时，则其输出为输入的前一个画面合成装置的数字信号，生成的高清合成画面与所述前一个画面合成装置生成的相同。
12.如权利要求9所述的实现多画面合成的系统，其特征在于，所述微控制器通过异步切换开关的方式依次控制所述多个画面合成装置。
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