CN102724433A - 一种实现多种视频信号画面合成的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于图像处理领域,提供了一种实现多种视频信号画面合成的方法及装置,所述方法包括下述步骤:接收用户的图像合成需求信息;根据所述图像合成需求信息,通过多块级联的图像合成板卡对多路图像进行合成;接收最后一级图像合成板卡的合成图像信号,将所述合成图像信号编码输出;所述图像合成需求信息包括每一路合成图像的视频输入接口、画面合成模式,以及在画面合成模式中每一路独立视频图像显示的位置。本发明可以任意扩展图像合成数路,支持不同种类的视频输入信号,实现对超高分辨率图像的合成,降低了对硬件的依赖,实现多种组合模式的灵活配置。
Description
技术领域
本发明属于图像处理领域,尤其涉及一种实现多种视频信号画面合成的方法与装置。
背景技术
随着视频技术的飞速发展,视频图形阵列(Video Graphics Array,VGA)、数字视频接口(Digital Visual Interface,DVI)、数字串行接口(Serial Digital Interface,SDI)、高清晰度多媒体接口(HighDefinition Multimedia Interface,HDMI)、标准清晰度(StandardDefinition,SD)等不同类型视频信号以及高分辨率的应用组合不断增多,各种不同类型的视频画面需要集中显示。
对于不同接口输入的视频信号,目前在图像合成上采用的方法有:
(1)对来自各个视频终端的信号进行单独采集,在服务器端将各路信号缩放成合适的尺寸并进行组合,即得到所需的多画面图像。该方法的缺点是,随着合成图像路数的增多,对采集信号到服务器端传输的网络带宽造成很大影响,严重占用网络资源,而且网络环境会造成视频图像延时和丢失的问题,服务器端处理视频的性能也会随着合成图像路数的增多而降低。
(2)对不同接口输入的视频信号进行单独采集,通过现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array,FPGA)对采集的信号进行合成处理。该方法的缺点是,FPGA需要对每路采集的信号进行处理,FPGA的性能直接影响合成图像的路数与分辨率的支持。
发明内容
本发明实施例提供一种实现多种视频信号画面合成的方法,旨在解决现有实现多画面图像合成时合成图像路数和分辨率受到限制的问题。
本发明实施例是这样实现的,一种实现多种视频信号画面合成的方法,所述方法包括下述步骤:
接收用户的图像合成需求信息;
根据所述图像合成需求信息,通过多块级联的图像合成板卡对多路图像进行合成;
接收最后一级图像合成板卡的合成图像信号,将所述合成图像信号编码输出;
所述图像合成需求信息包括每一路合成图像的视频输入接口、画面合成模式,以及在画面合成模式中每一路独立视频图像显示的位置。
本发明实施例还提供了一种实现多种视频信号画面合成的装置,包括:
图像合成配置端,用于接收用户的图像合成需求信息;
图像合成端,用于根据所述图像合成需求信息对多路图像进行合成,包括微控制单元,以及多块级联的图像合成板卡;以及
图像合成采集端,用于接收最后一级图像合成板卡的合成图像信号,将所述合成图像信号编码输出;
所述图像合成需求信息包括每一路合成图像的视频输入接口、画面合成模式,以及在画面合成模式中每一路独立视频图像显示的位置。
本发明实施例采用图像合成板卡级联的方式对每一路图像进行合成后传入下一级,可以灵活实现合成图像数路的任意扩展,能够支持SD、SDI、DVI、VGA等多种不同种类的视频输入信号,每一种视频接口都支持其视频标准下的不同分辨率采集,实现对超高分辨率输入图像的合成,后级采集端只需采集一路合成信号,降低了对硬件图像处理性能的依赖,并可以实现多种组合模式的灵活配置。
附图说明
图1是本发明实施例提供的实现多种视频信号画面合成的方法的实现流程图;
图2是本发明实施例提供的实现多种视频信号画面合成的装置的结构图;
图3是本发明实施例中两画面合成模式示意图;
图4是本发明实施例中三画面合成模式示意图;
图5是本发明实施例中四画面合成模式示意图;
图6是本发明实施例提供的图像合成板卡级联示意图;
图7是本发明实施例中四画面合成过程示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
图1示出了本发明实施例提供的多画面图像合成方法的实现流程,详述如下:
在步骤S101中,接收用户的图像合成需求信息;
在步骤S102中,根据图像合成需求信息,通过多块级联的图像合成板卡对多路图像进行合成;
在步骤S103中,接收最后一级图像合成板卡的合成图像信号,将合成图像信号编码输出。
图像合成需求信息包括每一路合成图像的视频输入接口、画面合成模式,以及在画面合成模式中每一路独立视频图像显示的位置。
在本发明实施例中,图像合成需求信息通过Web配置。
作为本发明的一个实施例,图像合成需求信息传输时,通过RS485串口发送给图像合成板卡。
在本发明实施例中,每块图像合成板卡由两路独立的图像处理硬件组成,每路图像处理硬件支持SDI、SD、DVI和/或VGA格式视频信号的采集合成。
图2示出了本发明实施例提供的实现多种视频信号画面合成的装置的结构,为了便于说明,仅示出了与本发明实施例相关的部分。
图像合成配置端1接收用户的图像合成需求信息,传输给图像合成端2。
图像合成端2包括微控制单元(Micro Control Unit,MCU)21和多路级联的图像合成板卡22。
在本发明实施例中,可以根据需要增加图像合成板卡22,扩展灵活,可以极大数量的扩展对合成图像数路的支持。
作为本发明一个实施例,图像合成配置端1为一个Web服务器,采用BOA方式,通过单独的BOA服务器进程和微控制单元21进行传输控制协议(Transmission Control Protocol,TCP)通信,将用户的图像合成需求发送给微控制单元21。
在本发明实施例中,用户可以在图像合成配置端1提供的配置页面中设定图像合成需求,包括设定每一路合成图像的视频输入接口,画面合成模式,在画面合成模式中每一路独立视频图像显示的位置等信息。画面合成模式可以一画面单独显示模式,可以是两画面合成模式、三画面合成模式、四画面合成模式等,如图3、图4、图5所示。
在本发明实施例中,图像合成配置端1和微控制单元21通过协议进行通信和交互,该协议定义图像合成配置端1如何获取和设置每个单独的图像合成板卡以及整个组合模式,该协议可以采用TCP方式传输数据,也可以为串口通信等。
图像合成配置端1和微控制单元21的交互信令的主要格式示例如下:
其中:
CGI通信头:附带消息的长度信息,以及判断字;
SUB CMD:具体的信令控制字,用来区分用户层面的各种命令,例如设置命令度;
命令结构体:根据具体的命令,携带具体的命令结构体。
在本发明实施例中,通过上述交互信令,可以实现如下几种具体的通信消息:
(1)设置/获取每路图像合成板卡的图像参数
设置和获取对应不同的SUB_CMD,命令结构体一致,用来表述每路图像合成板卡的各种图像参数,例如明亮度,灰度,对比度等。
(2)设置/获取每路图像合成板卡的通用参数
设置和获取对应不同的SUB_CMD,命令结构体一致,用来表述每块图像合成板卡的各种通用参数,例如缩放模式以及输入信号选择。
(3)设置/获取每路图像合成板卡的合成模式
设置和获取对应不同的SUB_CMD,命令结构体一致,用来表述每个窗口对应的实际的图像合成板卡的卡号。
微控制单元21通过串口,例如RS485接口与图像合成单元22中的图像合成板卡22进行通信,根据用户的图像合成需求信息,生成输入接口选定标志信息与合成模式标志信息,发送给图像合成板卡22。
RS485接口是一种串行数据传输总线协议标准,采用平衡传输方式,完成微控制单元21和图像合成板卡22之间的数据通信,可以采用二线与四线方式进行多点双向通信。
在本发明实施例中,采用四线方式进行数据交互,微控制单元21将串口数据通过RS485协议转换芯片转换为RS485通信协议数据,图像合成板卡22的各路串口数据同样通过RS485协议转换芯片转换为RS485通信协议数据。因此,图像合成板卡22上的串行总线通过线缆相连进行数据交互。
微控制单元21和图像合成板卡22之间的交互信令中定义了调整单路图像合成板卡的图像格式,例如明亮度、对比度,调整单路图像合成板卡的输入选择和缩放模式,控制图像合成板卡的图像合成命令和一些通用设置命令等。该信令的主要格式示例如下:
其中:
PACKET_ID:默认值,用来判断命令字段开始;
eType:0x22/0x23/resver,用于后续协议版本扩展;
wPayloadSize:命令字长;
wCRCPacket:CRC校验字段;
eParamID:具体的命令区分,比如命令度输入源等;
eCommand:具体的读写区分,比如设置还是获取等;
cTarget:具体的协议目标板卡,如果该命令对所有板卡生效,就设置为0xff。
微控制单元21会通过串口将信令同时发送给所有的图像合成板卡22,每个合成板卡22收到信令之后,先判断信令CRC校验是否正确,然后判断信令中的etarget中的板卡号和自身是否一致,一致的情况下,才继续解析,然后按照信令要求,设置芯片返回信令的格式示例如下:
Pakage Error:0x15错误0x1E成功
如果设置成功的话,图像合成板卡22仿照微控制单元21发送的信令,前面加一个0x1E的字符,然后返回微控制单元21。
如图6所示,每一块图像合成板卡都支持SD、SDI、DVI、VGA接口的视频信号输入,每一种接口都支持该视频接口视频标准下的不同分辨率采集。其中,SD接口支持N制与P制的图像采集,SDI接口最高支持到1080P60Hz的图像采集,DVI接口最高支持到1920*1200*60Hz的图像采集,VGA接口最高支持到1600*1200*60Hz的图像采集。这样在画面合成时就会实现不同接口输入的不同分辨率的图像信号进行组合。
单个图像合成板卡可以对超高分辨率的图像进行采集,而且由于采用级联方式,每一路图像信号均由单独硬件独立支持,最大程度上满足了对超高分辨率图像采集的支持。
参见图6,每块图像合成板卡由两路独立的图像处理硬件组成,每路图像处理硬件可以分别采集SDI、DVI、VGA、SD等视频信号,图像合成处理器对采集的视频信号进行合成处理。
其中,HD-SDI接口采集SDI信号,并将采集信号送入解码芯片,解码芯片将SDI信号处理为16位4:2:2的外同步视频数据,并通过视频1口送入图像合成处理器。
DVI接口采集DVI视频信号,并将采集信号通过数字通道送入图像合成处理器。
VGA接口采集VGA信号,并将采集信号通过模拟通道送入图像合成处理器。
SD接口采集SD信号,并将采集信号通过CVBS通道送入图像合成处理器。
各路视频数据通过合成数据输出通道(TTL OUT)与下一路图像合成处理器的合成数据输入通道(TTL IN0)相连,这样各路视频信号可以根据应用需要决定是否与下一路视频信号进行图像合成处理。
图像合成板卡22上每一路合成图像处理数据通道根据微控制单元21发送的输入接口选定标志信息与合成模式标志信息确认该路是否包括在合成图像中,如在合成图像中则根据该路显示的坐标信息将图像填充在显示区域。单路图像可灵活配置成填充模式或全屏模式。
最后一级图像合成板卡将合成的图像信号通过低压差分信号(Low-Voltage Differential Signaling,LVDS)线传输到合成图像采集端3,输入的图像信号已经是合成好的一路视频流,所以合成图像采集端3只需要采集“一路”合成完毕的视频数据,降低了对硬件图像处理性能的依赖。
合成图像采集端3对合成的图像进行采集编码,将合成图像的原始数字信号通过DVI-D等接口直接输出。
本发明实施例支持多种组合模式的灵活配置,合成图像采集端3与图像合成单元2之间通过协议数据交互获得外部实际支持的画面图像硬件板卡数量信息,然后图像合成配置单元1动态生成合成图像支持的数量信息,并为每一路图像合成板卡分配一个设备号,设备号由“1”开始,依次递增。用户通过图像合成配置单元1可以设置每一个设备号对应的图像合成板卡需要采集的视频信号输入接口,可以分别为设置SD接口或DVI接口或SDI接口,这样图像合成板卡就可以根据预先设定的视视频采集接口对外部视频信号进行采集。
以下图以DVI信源为例对本发明实施例中的图像合成过程进行说明:
图像合成配置端1通过选定一画面合成模式,并选定显示接口为“1”,协议控制数据通过RS485接口传给每一路图像合成处理器,图像合成处理器根据协议信息,将第二路、第三路、第四路的DVI视频信号进行BYPASS处理,最后一路输出接口只输出第一路图像信号。
图像合成配置端1通过选定二画面模式,并在合成模式下选定需要合成的数据通道,例如选定“1”和“3”进行合成,协议控制数据通过RS485接口传给每一路图像合成处理器,图像合成处理器根据协议信息,当第一路的视频数据输入到第二路后,第二路采集的视频数据做BYPASS处理,并不与第一路进行合成。第二路图像合成处理器只是将第一路的视频数据进行输出到第三路图像合成处理器,第三路视频数据与输入的视频信号进行合成处理后通过TTL OUT口输出到第四路图像合成处理器,第四路采集的视频数据同样做BYPASS处理,并不与输入视频进行合成直接通过TTL OUT输出LVDS格式的视频信号供图像采集端3进行采集与编码处理。
三画面合成模式与二画面类似。
四画面合成模式描述如下,如图7所示:
第一路DVI视频信号(DVI1)通过图像合成处理器采集后由图像合成处理器自带的SCALER功能根据微控制单元2传送的合成模式协议控制数据(包括合成模式、图像放置的坐标等控制信息),将图像信号缩放在1980*1080大小的图像框中,如图示中的黑色斜线区域。处理过后的图像数据经过TTL OUT口输出,并由第二路图像合成处理器的TTL IN0数据口输入准备与第二路DVI图像信号进行合成。
第二路DVI视频信号(DVI2)通过图像合成处理器采集后通过SCALER功能根据微控制单元2传送的合成模式协议数据,将图像信号缩放在1980*1080大小的图像框中,如果图示中的黑色菱形格区域,之后第一路图像信号与第二路图像信号进行合成。图示中的黑色斜线、黑色菱形格块是第二路图像合成效果。三、四路图像合成与前面两路的合成方式相同,采用逐步合成的模式最后达到四画面合成效果。
合成后的图像信号经过最后一路图像合成处理器的TTL OUT输出LVDS信号供合成图像采集端3进行采集与编码处理。
其它级联模式下采用上述方法进行视频合成处理。
本发明实施例采用图像合成板卡级联的方式对每一路图像进行合成后传入下一级,可以灵活实现合成图像数路的任意扩展,能够支持SD、SDI、DVI、VGA等多种不同种类的视频输入信号,每一种视频接口都支持其视频标准下的不同分辨率采集,实现对超高分辨率输入图像的合成,后级采集端只需采集一路合成信号,降低了对硬件图像处理性能的依赖,并可以实现多种组合模式的灵活配置。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种实现多种视频信号画面合成的方法,其特征在于,所述方法包括下述步骤:
接收用户的图像合成需求信息;
根据所述图像合成需求信息,通过多块级联的图像合成板卡对多路图像进行合成;
接收最后一级图像合成板卡的合成图像信号,将所述合成图像信号编码输出;
所述图像合成需求信息包括每一路合成图像的视频输入接口、画面合成模式,以及在画面合成模式中每一路独立视频图像显示的位置。
2.如权利要求1所述的实现多种视频信号画面合成的方法,其特征在于,所述图像合成需求信息通过Web配置。
3.如权利要求1所述的实现多种视频信号画面合成的方法,其特征在于,通过RS485串口将所述图像合成需求信息发送给图像合成板卡。
4.如权利要求1所述的实现多种视频信号画面合成的方法,其特征在于,每块图像合成板卡由两路独立的图像处理硬件组成,每路图像处理硬件支持SDI、SD、DVI和/或VGA格式视频信号的采集合成。
5.一种实现多种视频信号画面合成的装置,其特征在于,所述装置包括:
图像合成配置端,用于接收用户的图像合成需求信息;
图像合成端,用于根据所述图像合成需求信息对多路图像进行合成,包括微控制单元,以及多块级联的图像合成板卡;以及
图像合成采集端,用于接收最后一级图像合成板卡的合成图像信号,将所述合成图像信号编码输出;
所述图像合成需求信息包括每一路合成图像的视频输入接口、画面合成模式,以及在画面合成模式中每一路独立视频图像显示的位置。
6.如权利要求5所述的实现多种视频信号画面合成的装置,其特征在于,所述图像合成配置端为Web服务器,与所述微控制单元通过TCP通信,将所述图像合成需求信息发送给所述微控制单元。
7.如权利要求5所述的实现多种视频信号画面合成的装置,其特征在于,所述微控制单元与所述图像合成单元的图像合成板卡之间通过RS485串口通信,根据用户的图像合成需求信息,生成输入接口选定标志信息与合成模式标志信息,发送给所述图像合成板卡。
8.如权利要求5所述的实现多种视频信号画面合成的装置,其特征在于,每块图像合成板卡由两路独立的图像处理硬件组成,每路图像处理硬件支持SDI、SD、DVI和/或VGA格式视频信号的采集合成。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C12 | Rejection of a patent application after its publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20121010 |