CN106534717A - 一种基于fpga交换的视频处理方法及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于电通信技术领域，尤其涉及一种基于FPGA交换的视频处理方法及设备，旨在解决图像传输通道被独占的问题。所述方法包括：接收各路单帧图像序列，并提取所述单帧图像序列中所有的单帧图像，其中每一个单帧图像均携带有图像描述信息；将各单帧图像按照自身的图像描述信息分配至相应的图像发送队列；将各图像发送队列传输出去。所述设备包括：视频采集模块、FPGA交换模块、视频输出模块以及同步控制模块。

Description

一种基于FPGA交换的视频处理方法及设备

技术领域

本发明属于电通信技术领域，尤其涉及一种基于FPGA交换的视频处理方法及设备。

背景技术

在视频监控和广播系统中，要用到大量的视频矩阵和视频拼接融合设备。而视频矩阵和视频拼接融合设备最核心的部分就是多入多出的视频交换模块，视频矩阵或者视频拼接融合设备能接入的视频路数，主要由这个视频交换模块决定。视频交换模块的作用，是将一路或者多路的视频输入模块采集到的视频数据切换到指定的输出模块进行显示。目前，视频交换模块能够实现视频信号的一对一和一对多切换，或者视频信号的多对多切换两种方案。

但是，对于上述的两种方案都存在一个很严重的不足。这两种方案的交换模块，都是依赖于ASIC芯片实现，该芯片有很多路的输入通道和输出通道，将通道作为切换单元，如图4所示，将输入1同时切换到输出2和输出M的情况下，输出2和输出M两条通道就被输入1独占了，假如按照设计能力，每个通道可以传输1920x1080像素的图像，但是通道被占用后，即使输入1的图像只有640x480像素的大小，该通道仍然只能传输一个图像，剩余的传输能力都被浪费了。

因此，在这种视频处理方法下，存在两个制约：

1、整个系统的视频输入和视频输出的接入能力，受该交换模块能够提供的通道数制约。例如：目前行业内最大的交换ASIC芯片能做到144个输入和144个输出，也就是说可以同时接入144个视频信号。需要接入更多的视频信号时，就需要用多个交换芯片级联。

2、整个系统能接入的屏幕数量受到了制约。在多对多切换的方案中，一个输出模块要接收几个视频信号，就需要几个交换通道，由于交换芯片通道数制约，同时接收的通道个数多了，整个系统能接入的屏幕数量就少了，因此目前行业内普遍是一个输出模块最多同时接收四个视频信号，也就是说，一个屏幕上只能显示四个画面。

发明内容

本发明提供一种基于FPGA交换的视频处理方法及设备，旨在解决图像传输通道被独占的问题，提高单条通道的利用率。

为解决上述技术问题，本发明是这样实现的。本发明提供了一种基于FPGA(Field－Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)交换的视频处理方法，所述方法包括下述步骤：

接收各路单帧图像序列，并提取所述单帧图像序列中所有的单帧图像，其中每一个单帧图像均携带有图像描述信息；

将各单帧图像按照自身的图像描述信息分配至相应的图像发送队列；

将各图像发送队列传输出去。

进一步地，在所述接收各路单帧图像序列之前，所述方法还包括下述步骤：

将输入的每一路视频信号均采集为单帧图像序列，并对每一路单帧图像序列中的每一个单帧图像均根据显示要求缩放至指定大小并赋予图像描述信息。

进一步地，在所述将各图像发送队列传输出去之后，所述方法还包括下述步骤：

对于各图像发送队列，按照各单帧图像所携带的图像描述信息对各自包含的单帧图像进行混合，混合之后发送至对应屏幕显示。

进一步地，所述图像描述信息包括图像大小、图像的宽度、高度、图像颜色格式、目的地址、显示位置以及层叠顺序。

本发明还提供了一种基于FPGA交换的视频处理设备，所述设备包括FPGA交换模块，其特征在于，所述FPGA交换模块包括提取子模块、分发子模块以及发送子模块；

所述提取子模块，用于接收各路单帧图像序列，并提取所述单帧图像序列中所有的单帧图像，其中每一个单帧图像均携带有图像描述信息；

所述分发子模块，用于将各单帧图像按照自身的图像描述信息分配至相应的图像发送队列；

所述发送子模块，用于将各图像发送队列传输出去。

进一步地，所述设备还包括视频采集模块，所述视频采集模块用于将输入的每一路视频信号均采集为单帧图像序列，并对每一路单帧图像序列中的每一个单帧图像均根据显示要求缩放至指定大小并赋予图像描述信息。

进一步地，所述设备还包括视频输出模块，所述视频输出模块用于接收所述图像发送队列，并对于各图像发送队列，按照各单帧图像所携带的图像描述信息对各自包含的所有单帧图像进行混合，混合之后送至对应屏幕显示。

进一步地，所述设备还包括同步控制模块，所述同步控制模块用于控制所述基于FPGA交换的视频处理设备中的各模块按照预设的帧率同步工作。

进一步地，所述图像描述信息包括图像大小、图像的宽度、高度、图像颜色格式、目的地址、显示位置以及层叠顺序。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

本发明采用基于图像的交换方式，按照单帧图像的交换方式进行交换，按照图像队列的方式进行传输，当传输大图像时，一个通道传输一个单帧图像；当传输小图像时，一个通道可以传输多个单帧图像组成的图像队列。相应的，图像越小，同时传输的单帧图像个数就越多，解决了现有技术基于通道的交换方式造成的图像传输通道被独占的问题，提高了单条通道的利用率。

附图说明

图1是本发明实施例提供的基于FPGA交换的视频处理方法流程图；

图2是本发明实施例提供的基于FPGA交换的视频处理设备示意图；

图3是本发明实施例提供的基于FPGA交换的视频处理示意图；

图4是本发明实施例提供的基于ASIC芯片通道交换的视频处理示意图。

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。

作为本发明的方法实施例，如图1所示，为本发明实施例提供的基于FPGA交换的视频处理方法流程图，结合图1对其步骤进行详细描述：

步骤S101：将输入的每一路视频信号均采集为单帧图像序列，并对每一路单帧图像序列中的每一个单帧图像均根据显示要求缩放至指定大小并赋予图像描述信息。

其中，每一路视频信号被采集成单帧图像序列后，会根据输出显示的要求将每一个单帧图像缩放至指定大小。

另外，所述图像描述信息包括单帧图像大小、单帧图像的宽度、单帧图像的高度、单帧图像颜色格式、单帧图像目的地址、单帧图像显示位置以及单帧图像层叠顺序。其中，单帧图像大小是指该图像宽度和高度的像素数，例如：1920像素*1080像素；单帧图像的宽度是指单帧图像大小中的宽度；单帧图像的高度是指单帧图像大小中的高度；单帧图像的目的地址是指该图像要送到哪个输出口显示，该输出口的地址信息；单帧图像显示位置是指，该图像在最终屏幕显示上的位置，一般用水平方向和垂直方向的两个坐标表示；单帧图像层叠顺序是指，一个屏幕上可以同时显示多个图像，多个图像之间有一个层叠顺序，上层的图像会覆盖住下层的图像，而该单帧图像层叠顺序所表示的就是该层叠顺序关系的信息。

步骤S102：接收各路单帧图像序列，并提取所述单帧图像序列中所有的单帧图像，其中每一个单帧图像均携带有图像描述信息。

本发明是基于FPGA的交换方法进行的视频处理，是一种基于图像的交换方法。在步骤S102中将单帧图像序列进行提取，提取成独立的单帧图像，可以通过基于图像的交换方法，对每一个单帧图像进行分配交换，使得交换方式变的更加灵活、易实现。

步骤S103：将各单帧图像按照自身的图像描述信息分配至相应的图像发送队列。

其中，主要根据图像描述信息中所描述的单帧图像目的地址将每一个单帧图像分配至相应的图像发送队列。

步骤S104：将各图像发送队列传输出去。

步骤S105：对于各图像发送队列，按照各单帧图像所携带的图像描述信息对各自包含的单帧图像进行混合，混合之后发送至对应屏幕显示。

其中，主要根据图像描述信息中所描述的单帧图像大小、单帧图像显示位置以及单帧图像层叠顺序等信息，把多个单帧图像进行混合。

综上所述，本发明所提供的方法，采用基于图像的交换方式，按照单帧图像的交换方式进行交换，按照图像队列的方式进行传输，当传输大图像时，一个通道传输一个单帧图像；当传输小图像时，一个通道可以传输多个单帧图像组成的图像队列。相应的，图像越小，同时传输的单帧图像个数就越多，解决了现有技术基于通道的交换方式造成的图像传输通道被独占的问题，提高了单条通道的利用率，大大提高了传输能力。

作为本发明的设备实施例，如图2所示，本发明还提供了一种基于FPGA交换的视频处理设备。

所述设备包括视频采集模块1、FPGA交换模块2、视频输出模块3以及同步控制模块4。其中，FPGA交换模块2包括提取子模块2-1、分发子模块2-2以及发送子模块2-3。

视频采集模块1，用于将输入的每一路视频信号均采集为单帧图像序列，并对每一路单帧图像序列中的每一个单帧图像均根据显示要求缩放至指定大小并赋予图像描述信息。

其中，视频采集模块1会根据输出显示的要求将每一个单帧图像缩放至指定大小。

另外，图像描述信息包括单帧图像图像大小、单帧图像宽度、单帧图像高度、单帧图像颜色格式、单帧图像目的地址、单帧图像显示位置以及单帧图像层叠顺序。

提取子模块2-1，用于接收各路单帧图像序列，并提取所述单帧图像序列中所有的单帧图像，其中每一个单帧图像均携带有图像描述信息；

本发明是基于FPGA的交换方法进行的视频处理，是一种基于图像的交换方法。提取子模块2-1将单帧图像序列进行提取，提取成独立的单帧图像，可以通过基于图像的交换方法，对每一个单帧图像进行分配交换，使得交换方式变的更加灵活、易实现。

分发子模块2-2，用于将各单帧图像按照自身的图像描述信息分配至相应的图像发送队列；

其中，分发子模块2-2主要根据图像描述信息中所描述的单帧图像目的地址将每一个单帧图像分配至相应的图像发送队列。

发送子模块2-3，用于将各图像发送队列传输出去。

视频输出模块3，用于接收所述图像发送队列，并对于各图像发送队列，按照各单帧图像所携带的图像描述信息对各自包含的所有单帧图像进行混合，混合之后送至对应屏幕显示。

其中，视频输出模块3主要根据图像描述信息中所描述的单帧图像大小、单帧图像显示位置以及单帧图像层叠顺序等信息，把多个单帧图像进行混合。

同步控制模块4，用于控制所述基于FPGA交换的视频处理设备中的各模块按照预设的帧率同步工作，避免图像出现错位现象。

需要说明的是，本发明实施例在图像的输入和输出过程中均对通道进行了复用，所述通道复用技术为现有技术，并不用来限制本发明，下面简单解释说明：

当图像大小超出单条通道传输能力时，将图像切分成若干块，由多条通道一起传输；当图像大小小于单条通道的传输能力时，将多个图像复合在一个通道中传输。

如图3所示，为本发明实施例提供的基于FPGA交换的视频处理示意图，下面结合图1和图2对图3进行说明：

步骤S101：视频采集模块1将输入视频信号采集为单帧图像序列V1\V2\V3和单帧图像序列V4\V5\V6，并对每一路单帧图像序列中的每一个单帧图像均赋予图像描述信息。然后根据图像大小对通道进行复用，将单帧图像序列V1\V2\V3和单帧图像序列V4\V5\V6分别发送给FPGA交换模块2。

步骤S102：FPGA交换模块2中的提取子模块2-1接收各路单帧图像序列V1\V2\V3和单帧图像序列V4\V5\V6，并提取所述单帧图像序列中所有的单帧图像V1-V6，其中每一个单帧图像均携带有图像描述信息。

步骤S103：FPGA交换模块2中的分发子模块2-2将各单帧图像V1-V6按照自身的图像描述信息中的目的地址，分配至相应的图像发送队列，分别为发送队列V6\V3和发送队列V1\V2\V4\V5。

步骤S104：FPGA交换模块2中的发送子模块2-3根据图像大小对通道进行复用，将发送队列V6\V3和发送队列V1\V2\V4\V5传输出去至视频输出模块3。

步骤S105：视频输出模块3接收发送队列V6\V3和发送队列V1\V2\V4\V5，并对于各图像发送队列，按照各单帧图像所携带的图像描述信息对各自包含的所有单帧图像进行混合，混合之后送至对应屏幕显示。

综上所述，本发明应用FPGA交换方法代替传统的应用ASIC交换芯片进行交换的方法，FPGA交换方法是一种基于图像的交换方法，具有可编程、算法实现灵活等优点。本发明采用基于图像的交换方式，按照单帧图像的交换方式进行交换，按照图像队列的方式进行传输，当传输大图像时，一个通道传输一个单帧图像；当传输小图像时，一个通道可以传输多个单帧图像组成的图像队列。相应的，图像越小，同时传输的单帧图像个数就越多，解决了现有技术基于通道的交换方式造成的图像传输通道被独占的问题，提高了单条通道的利用率。同时减少了通道数与视频信号屏幕显示个数受制约的问题，例如：如图3所示，输出2只用了一个通道就可以同时传输四个小图像，实现四画面显示。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制发明，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 (9)

1.一种基于FPGA交换的视频处理方法，其特征在于，所述方法包括下述步骤：

接收各路单帧图像序列，并提取所述单帧图像序列中所有的单帧图像，其中每一个单帧图像均携带有图像描述信息；

将各单帧图像按照自身的图像描述信息分配至相应的图像发送队列；

将各图像发送队列传输出去。

2.如权利要求1所述的基于FPGA交换的视频处理方法，其特征在于，在所述接收各路单帧图像序列之前，所述方法还包括下述步骤：

将输入的每一路视频信号均采集为单帧图像序列，并对每一路单帧图像序列中的每一个单帧图像均根据显示要求缩放至指定大小并赋予图像描述信息。

3.如权利要求1所述的基于FPGA交换的视频处理方法，其特征在于，在所述将各图像发送队列传输出去之后，所述方法还包括下述步骤：

对于各图像发送队列，按照各单帧图像所携带的图像描述信息对各自包含的单帧图像进行混合，混合之后发送至对应屏幕显示。

4.如权利要求1-3任一项所述的基于FPGA交换的视频处理方法，其特征在于，所述图像描述信息包括：

图像大小、图像的宽度、高度、图像颜色格式、目的地址、显示位置以及层叠顺序。

5.一种基于FPGA交换的视频处理设备，包括FPGA交换模块，其特征在于，所述FPGA交换模块包括提取子模块、分发子模块以及发送子模块；

所述提取子模块，用于接收各路单帧图像序列，并提取所述单帧图像序列中所有的单帧图像，其中每一个单帧图像均携带有图像描述信息；

所述分发子模块，用于将各单帧图像按照自身的图像描述信息分配至相应的图像发送队列；

所述发送子模块，用于将各图像发送队列传输出去。

6.如权利要求5所述的基于FPGA交换的视频处理设备，其特征在于，所述设备还包括视频采集模块；

所述视频采集模块，用于将输入的每一路视频信号均采集为单帧图像序列，并对每一路单帧图像序列中的每一个单帧图像均根据显示要求缩放至指定大小并赋予图像描述信息。

7.如权利要求5所述的基于FPGA交换的视频处理设备，其特征在于，所述设备还包括视频输出模块；

所述视频输出模块，用于接收所述图像发送队列，并对于各图像发送队列，按照各单帧图像所携带的图像描述信息对各自包含的所有单帧图像进行混合，混合之后送至对应屏幕显示。

8.如权利要求5-7任一项所述的基于FPGA交换的视频处理设备，其特征在于，所述设备还包括同步控制模块；

所述同步控制模块，用于控制所述基于FPGA交换的视频处理设备中的各模块按照预设的帧率同步工作。

9.如权利要求5-7任一项所述的基于FPGA交换的视频处理设备，其特征在于，所述图像描述信息包括：

图像大小、图像的宽度、高度、图像颜色格式、目的地址、显示位置以及层叠顺序。