CN106993150B - 一种兼容超高清视频输入的视频图像处理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，包括：视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块。一种兼容超高清视频输入的视频图像处理方法。通过将超高清信号对半分割为两路半超高清信号输出至视频分割模块；将高清、标清信号转换为统一格式的高清信号输出，视频分割模块对其进行和超高清图像像素尺寸比例和画面对应位置一致的像素尺寸画面的放大，然后视频输出模块将接收到的超高清信号剪切分割并放大或缩小成多路高清信号输出。该系统同时兼容高清标清信号的输入，且数据传输过程中采用串行图像数据传输，传输大小一致，且节省线路数，布局简单，广泛应用于图像处理技术领域。

Description

一种兼容超高清视频输入的视频图像处理系统及方法

技术领域

本发明涉及图像处理技术领域，特别是兼容超高清视频输入的视频图像处理系统及方法。

背景技术

SERDES：Serializer/Deserializer的简写，Serializer把并行数据转成串行数据，称作串化器，Deserializer把串行数据转成并行数据，称作解串器。

目前，高清（HD）分辨率格式的视频图像越来越普及，比如电脑显卡输出的1920×1200p@60Hz的DVI信号或DP信号，电视机顶盒输出的1920×1080p@60Hz的HDMI信号。而随着技术的进步，视频图像的分辨率又提升到了超高清（UHD）的清晰度水平，比如3840×2160p@30Hz/50Hz/60Hz 。然而，市场上仍有大量的最高只能接收到高清（HD）分辨率格式的显示设备或视频处理设备，为了让这些设备能够接收并显示超高清（UHD）信号，必须要由单独的超高清（UHD）视频处理设备来把超高清（UHD）信号转换成高清（HD）信号输出，或把超高清（UHD）信号剪切分割成多路高清（HD）信号并输出。然而，目前已见的某些超高清（UHD）视频处理设备的视频输入端口仅支持接收超高清（HD）信号，不能兼容多种类型和分辨率格式的高清（HD）和标清（SD）视频信号的输入和处理。而且，目前已见的某些超高清（UHD）视频处理设备，只能把UHD（4K×2K）的视频图像做画面剪切，并对剪切出的视频画面做点对点的直通输出，而不能对剪切出的视频画面做任意的缩小和放大处理。特别地，这种只能对UHD视频图像做简单剪切并直通输出的视频处理设备，不能很好地接驳目前普遍存在的非标准分辨率大小的LED 拼接显示屏。

综上，该技术需要进行改进。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种为了满足高清显示设备和视频处理设备对超高清信号接入的需求，把超高清信号转换成高清信号的图像处理系统及方法。

本发明所采用的技术方案是：

本发明提供一种兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，包括：

视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块，所述视频信号输入模块的输出端与视频分割模块的输入端连接，所述视频分割模块的输出端与所述视频输出模块的输入端连接；

其中，所述视频信号输入模块包括用于将超高清视频信号进行视频画面的对半分割，并分别生成第一半超高清图像和第二半超高清图像的超高清视频处理单元；所述视频信号输入模块还包括用于将高清/标清视频信号转换为统一高清分辨率格式视频信号的高清视频处理单元；

所述视频分割模块用于按照第一半超高清图像和第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，分别截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成分别与第一半超高清图像和第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；同时所述视频分割模块还用于将整幅超高清分辨率的图像数据裁分为M组，其中，1≤M≤12，并分别对其进行并/串转换生成M组串行图像数据并输出；

所述视频输出模块用于接收所述视频分割模块输出的M组串行图像数据，进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成P块，其中，1≤P≤8，并分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而生成P幅高清分辨率格式的视频图像并输出。

作为该技术方案的改进，所述超高清视频处理单元包括超高清视频输入接口，所述超高清视频输入接口支持超高清视频分辨率格式的视频信号，其还兼容接收高清和标清分辨率格式的视频信号；

当输入视频为高清/标清分辨率格式时，则所述输入信号通过超高清视频接口芯片分配输出至所述高清视频处理单元进行信号处理；

当输入视频为超高清分辨率格式时，则由超高清视频接口芯片直接对所述超高清图像进行画面的分割处理并输出至所述视频分割模块。

作为该技术方案的改进，所述视频分割模块包括第一视频分割单元和第二视频分割单元；

其中，所述第一视频分割单元用于按照第一半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与第一半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；其后，所述第一视频分割单元还用于把得到的半超高清分辨率的图像进行串行图像数据转换；；

所述第二视频分割单元用于按照第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与所述第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；其后，所述第二视频分割单元还用于把得到的半超高清分辨率的图像进行串行图像数据转换。

作为该技术方案的改进，所述视频输出模块包括一张视频输出卡，所述视频输出卡用于接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据。

作为该技术方案的改进，所述视频输出模块包括至少两张依次连接的视频输出卡，其中与所述视频分割模块的输出端直接相连的视频输出卡，用于接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据；所述视频输出卡还对其生成的M组并行图像数据分别重新进行并/串转换生成M组串行图像数据，并输出至下一张视频输出卡。

作为该技术方案的改进，所述系统还包括将视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块集成在一起的底板/背板，所述底板/背板还用于生成各模块的时钟控制信号、同步控制信号和通讯控制信号。

另一方面，本发明还提供一种兼容超高清视频输入的视频图像处理方法，用于所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，其包括以下步骤，

视频信号输入模块当检测到输入信号为超高清视频信号时，超高清视频处理单元将所述超高清视频信号对半分割为两路半超高清分辨率格式的视频信号，并分别输出至视频分割模块；

所述视频分割模块的第一视频分割单元对超高清视频画面的第一半超高清部分进行串行图像数据转换生成串行图像数据并输出，所述第二视频分割单元对超高清视频画面的第二半超高清部分进行串行图像数据转换生成串行图像数据并输出；

所述视频输出模块接收到视频分割模块输出的串行图像数据进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成多块，并分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而将全画幅的超高清视频图像生成多幅高清分辨率格式的视频图像并输出。

进一步地，当所述视频信号输入模块检测到所述输入信号为高清/标清视频信号时，所述输入信号通过超高清视频接口芯片分配输出至高清视频处理单元，所述高清视频处理单元将所述高清/标清视频信号转换为统一高清分辨率格式并传输至视频分割模块；

所述视频分割模块的第一视频分割单元对接收到的高清视频图像，按照第一半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与第一半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；所述第二视频分割单元按照第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与所述第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；

同时所述视频分割模块还将图像数据裁分为M组，并分别对其进行并/串转换生成M组串行图像数据并输出；

所述视频输出模块接收到所述视频分割模块输出的M组串行图像数据，进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成P块，并分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而将全画幅的超高清视频图像生成P幅高清分辨率格式的视频图像并输出。

进一步地，所述视频输出模块包括至少两张视频输出卡，其中一张视频输出卡接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据；该视频输出卡对其生成的M组并行图像数据分别重新进行并/串转换生成M组串行图像数据，并输出至下一张视频输出卡；各视频输出卡间以此形式进行数据传输。

进一步地，所述视频输出模块包括至少两张视频输出卡，其中与所述视频分割模块直接相连的一张视频输出卡接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并将所述数据直接环出输出至下一张视频输出卡，各视频输出卡间以此形式进行数据传输，一直级联至最后一张视频输卡。

本发明的有益效果是：本发明提供的兼容超高清视频输入的视频图像处理系统及方法，通过采用包括超高清视频处理单元和高清视频处理单元的视频信号输入模块，其将超高清信号对半分割为两路半超高清信号输出至视频分割模块；其将高清、标清信号转换为系统设定的统一格式的高清信号输出至视频分割模块，视频分割模块对其进行和超高清图像像素尺寸比例和画面对应位置一致的像素尺寸画面的放大，然后视频输出模块将接收到的超高清信号剪切分割并放大或缩小成多路高清信号输出。

该系统不仅能够支持超高清信号的输入，同时还兼容高清和标清信号的输入，解决了现有技术的不足。

另一方面，所述视频分割模块将视频信号输入模块输出的同一高清格式的图像进行对半分割（左右分割或上下分割等），并进行放大，使其与超高清的两路半超高清信号一致，方便视频输出模块统一进行数据处理，十分便利。

再一方面，数据传输过程中采用串行图像数据传输，其传输大小一致，均衡效果好，抗干扰能力强，且节省线路数，布局简单，便于数据传输；同时采用多张输出卡，多管脚输出，且十分方便。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

图1是本发明第一实施例的模块连接示意图；

图2是本发明第二实施例的连接示意图；

图3是本发明第三实施例的模块连接示意图；

图4是本发明第四实施例的模块连接示意图；

图5是本发明第五实施例的采用2张视频分割卡的示意图；

图6是本发明第六实施例的采用1张视频分割卡的示意图；

图7是本发明第七实施例的采用N张视频输出卡的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本发明提供一种兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，包括：

视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块，所述视频信号输入模块的输出端与视频分割模块的输入端连接，所述视频分割模块的输出端与所述视频输出模块的输入端连接；

其中，所述视频信号输入模块包括用于将超高清视频信号进行视频画面的对半分割，并分别生成第一半超高清图像和第二半超高清图像的超高清视频处理单元；所述视频信号输入模块还包括用于将高清/标清视频信号转换为统一高清分辨率格式视频信号的高清视频处理单元；

其中所述分割其可为上下分割，也可以是左右对半分割等；

所述第一半超高清图像可为图像的左半边部分或者右半边部分，其也可为图像的上半边部分或者下半边部分；

所述第二半超高清图像为图像的右半边部分或者左半边部分；其也可为图像的下半边部分或者上半边部分。

所述视频分割模块用于按照第一半超高清图像和第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，分别截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成分别与第一半超高清图像和第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；

如所述视频分割模块按照左右分割的方式处理超高清图像，则其对高清视频图像也按照左右分割的方式进行分割，然后分别对左右两部分图像进行放大，使其达到半超高清图像的像素及尺寸比例。

同时所述视频分割模块还用于将图像数据裁分为M组，其中，1≤M≤12，并分别对其进行并/串转换生成M组串行图像数据并输出；

所述视频输出模块用于接收所述视频分割模块输出的M组串行图像数据，进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成P块，并分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而将全画幅的超高清视频图像生成P幅高清分辨率格式的视频图像并输出。

作为该技术方案的改进，所述超高清视频处理单元包括超高清视频输入接口，所述超高清视频输入接口支持超高清视频分辨率格式的视频信号，其还兼容接收高清和标清分辨率格式的视频信号；

当输入视频为高清/标清分辨率格式时，则所述输入信号通过超高清视频接口分配输出至所述高清视频处理单元进行信号处理；

当输入视频为超高清分辨率格式时，则由超高清视频接口直接对所述超高清图像进行画面的分割处理并输出至所述视频分割模块。

作为该技术方案的改进，所述视频分割模块包括第一视频分割单元和第二视频分割单元；

其中，所述第一视频分割单元用于对超高清视频画面的第一半超高清图像部分进行串行图像数据转换；所述第一视频分割单元还用于按照第一半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与第一半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；

所述第二视频分割单元用于对超高清视频画面的第二半超高清图像部分进行串行图像数据转换；所述第二视频分割单元还用于按照第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与所述第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像。

作为一优选实施例，所述视频输出模块包括一视频输出卡，所述视频输出卡用于接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据。

作为另一优选实施例，所述视频输出模块包括至少两张视频输出卡，其中第一张视频输出卡用于接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据，所述视频输出卡还对其生成的M组并行图像数据分别重新进行并/串转换生成M组串行图像数据，并输出至下一视频输出卡。

或者，所述视频输出卡对从视频分割模块接收到的M组串行数据直接环出输出至下一张视频输出卡。

进一步地，所述视频分割模块还包括缓存单元，所述缓存单元分别与所述第一视频分割单元和第二视频分割单元连接。

进一步地，所述系统还包括将视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块集成在一起的底板/背板，所述底板/背板用于生成各模块的时钟控制信号、同步控制信号和通讯控制信号。

另一方面，本发明还提供一种兼容超高清视频输入的视频图像处理方法，用于所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，其包括以下步骤，

视频信号输入模块当检测到输入信号为超高清视频信号时，超高清视频处理单元将所述超高清视频信号对半分割为两路半超高清分辨率格式的视频信号，并分别输出至视频分割模块；

所述视频分割模块的第一视频分割单元对超高清视频画面的第一半超高清部分进行串行图像数据转换生成串行图像数据并输出，所述第二视频分割单元对超高清视频画面的第二半超高清部分进行串行图像数据转换生成串行图像数据并输出；

所述视频输出模块接收到视频分割模块输出的串行图像数据进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成多块，并分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而将全画幅的超高清视频图像生成多幅高清分辨率格式的视频图像并输出。

进一步地，当所述视频信号输入模块检测到所述输入信号为高清/标清视频信号时，所述输入信号通过超高清视频接口分配输出至高清视频处理单元，所述高清视频处理单元将所述高清/标清视频信号转换为统一高清分辨率格式并传输至视频分割模块；

所述视频分割模块的第一视频分割单元对接收到的高清视频图像，按照第一半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与第一半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；所述第二视频分割单元按照第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与所述第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；

同时所述视频分割模块还将图像数据裁分为M组，并分别对其进行并/串转换生成M组串行图像数据并输出；

所述视频输出模块接收到所述视频分割模块输出的M组串行图像数据，进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成P块，并分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而将全画幅的超高清视频图像生成P幅高清分辨率格式的视频图像并输出。

进一步地，所述视频输出模块包括至少两张视频输出卡，其中一张视频输出卡接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据；该视频输出卡对其生成的M组并行图像数据分别重新进行并/串转换生成M组串行图像数据，并输出至下一视频输出卡，各视频输出卡间以此形式进行数据传输。

或者，第1张视频输出卡对从视频分割模块接收到的M组串行数据直接环出输出至下一张视频输出卡。其后，第2张视频输出卡接收第1张视频输出卡输出的M组串行图像数据，并按第1张视频输出卡的处理方式对接收到的图像数据进行相应的处理；以此类推，一直往后则级联到第N张视频输卡。

第一实施例：

本发明提供一种兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，包括：视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块，所述视频信号输入模块的输出端与视频分割模块的输入端连接，所述视频分割模块的输出端与所述视频输出模块的输入端连接；

其中，所述视频信号输入模块包括用于将超高清视频信号进行视频画面的对半分割，并分别生成第一半超高清图像和第二半超高清图像的超高清视频处理单元；所述视频信号输入模块还包括用于将高清/标清视频信号转换为统一高清分辨率格式视频信号的高清视频处理单元；

所述视频输入模块，能够接收多种类型和不同分辨率格式的视频信号，把所有标清SD和高清HD分辨率格式的输入视频信号都统一转换成系统设定的一种高清HD分辨率格式的视频信号；其还能把超高清UHD分辨率格式的视频信号进行视频画面的左右分割，分别生成2路半超高清视频信号（Half-UHD-L、Half-UHD-R）；

所述视频分割模块用于按照第一半超高清图像和第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，分别截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成分别与第一半超高清图像和第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；同时所述视频分割模块还用于将图像数据裁分为M组，其中，1≤M≤12，并分别对其进行并/串转换生成M组串行图像数据并输出；

其中所述分割其可为上下分割，也可以是左右对半分割等；

所述第一半超高清图像可为图像的左半边部分或者右半边部分，其也可为图像的上半边部分或者下半边部分；

所述第二半超高清图像为图像的右半边部分或者左半边部分；其也可为图像的下半边部分或者上半边部分。

所述视频分割模块用于按照第一半超高清图像和第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，分别截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成分别与第一半超高清图像和第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；

如所述视频分割模块按照左右分割的方式处理超高清图像，则其对高清视频图像也按照左右分割的方式进行分割，然后分别对左右两部分图像进行放大，使其达到半超高清图像的像素及尺寸比例。

所述视频分割模块，把系统设定的高清分辨率格式的视频图像放大成与超高清分辨率大小相同的Quad-HD，而后选择Quad-HD或UHD视频图像，把图像数据裁分成M组，并分别进行并/串转换生成M组串行图像数据，其中1≤M≤12；

所述视频输出模块用于接收所述视频分割模块输出的M组串行图像数据，进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成P块，并分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而将全画幅的超高清视频图像生成P幅高清分辨率格式的视频图像并输出。

所述视频分割模块将视频信号输入模块输出的同一高清格式的图像进行对半分割（左右分割或上下分割等），并进行放大，使其与超高清的两路半超高清信号一致，方便视频输出模块统一进行数据处理，十分便利。

第二实施例：

所述第一视频分割单元和第二视频分割单元可集成于一块电路板上。作为替代方案，所述第一视频分割单元和第二视频分割单元也可以分别位于两块电路板上，增加管脚数，扩大资源利用。

第三实施例：

所述视频分割模块还包括缓存单元，所述缓存单元分别与所述第一视频分割单元和第二视频分割单元连接。

所述视频分割模块接收到的HD视频图像和UHD视频图像均经过DDR缓存，当选择HD或 UHD输出时，可做到完全无缝切换或淡入淡出切换。

第四实施例：

所述视频输出模块包括一张视频输出卡，所述视频输出卡用于接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据。例如，当只有一个高清显示屏时，为了显示其中指定一部分画面时，其截取所对应的一部分图像，并根据高清显示屏的尺寸要求，放大或者缩小所截取获得的图像；当有两个高清显示屏时，可分别截取不同区域画面，并根据高清显示屏的尺寸要求，放大或者缩小所截取获得的图像，进行显示。其中放大或缩小所生成的各幅视频图像的像素尺寸均不超过高清分辨率的格式。

第五实施例：

所述视频输出模块，包括N个视频输出单元，且每个单元能接收M组SERDES串行图像数据，并同时进行SREDES串/并转换后重构回一全画幅的UHD（4K×2K）视频图像，并对该全画幅UHD（4K×2K）视频图像剪切出任意P（1≤P≤8）块指定区域，并分别对其进行放大或缩小处理，从而分别生成P幅高清（HD）分辨率格式的视频图像OUT-n-1 … OUT-n-P（1≤n≤N）。所述视频输出模块包括至少两张视频输出卡，其中一张视频输出卡用于接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据，所述视频输出卡还对其生成的M组并行图像数据分别重新进行并/串转换生成M组串行图像数据，并输出至下一视频输出卡，以此类推。如采用多块显示屏进行拼接，其中每块屏分别显示对应图像的相对区域，可拼接显示出完整画面，各块显示屏分别截取不同制定区域画面，并根据高清显示屏的尺寸要求，放大或者缩小所截取获得的图像，进行显示。

作为第六实施例：

一种兼容超高清视频输入的视频图像处理装置，包括机箱、控制底板或背板，还包括所述的视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块，以及为其供电的电源，其中所述底板/背板能插装上述视频信号输入模块、视频分割模块和N个视频输出单元的视频输出模块，并实现这些板卡输入、输出视频信号的传输连接，并生成各板卡工作的各种时钟、同步和通讯控制信号。

所述视频信号输入模块和视频分割模块的功能电路可合成设计在一块电路板卡上；所述视频分割模块和所有视频输出卡的视频图像的像素时钟均由底板或背板的时钟电路统一生成。

参照图1-2，一种兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，包括：视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块，所述视频信号输入模块的输出端与视频分割模块的输入端连接，所述视频分割模块的输出端与所述视频输出模块的输入端连接。所述视频信号输入模块包括超高清视频处理单元和高清视频处理单元。

所述视频信号输入模块包括超高清视频处理单元和高清视频处理单元。

其中超高清（UHD）视频输入接口（比如HDMI2.0或DP1.2），不仅支持超高清（UHD）的视频分辨率格式，还能向下兼容接收高清（HD）和标清（SD）分辨率格式的视频信号。当输入视频为高清（HD）或标清（SD）时，则该信号通过超高清（UHD）视频接口芯片IC2分配输出至高清（HD）视频处理芯片IC1进行处理。而当输入视频为超高清（UHD）时，则由超高清（UHD）视频接口芯片IC2直接对UHD（4K×2K）的视频图像进行画面的左右分割生成两路减半带宽的半超高清视频信号（Half-UHD-L、Half-UHD-R）。

视频分割模块的视频处理可分为由两块视频分割单元/卡（视频分割卡A和视频分割卡B）来实现，视频分割卡A处理UHD（4K×2K）视频画面的左半部分或右半部分，而视频分割卡B处理UHD（4K×2K）视频画面的右半部分或左半部分。

视频输出模块可包括多个视频输出单元（视频输出卡），第1张视频输出卡OUT-1接收视频分割模块输出的M（1≤M≤12）组串行图像数据SERDES-1-C0至SERDES-M-C0，然后再进行SERDES解串处理生成M组并行图像数据，再对M组并行图像数据分别重新进行SERDES并/串转换生成SERDES-1-C1至SERDES-M-C1，并输出至第2张视频输出卡OUT-2。其后面连接的所有视频输出卡均按上述相同的方式接收前一张视频输出卡输出的M组SERDES串行图像数据，并重复再生，而后输出给下一张视频输出卡。

参照图3，所述超高清视频处理单元包括将超高清视频信号转换为2K×2K的半超高清图像的视频图像左右分割芯片IC2。

所述高清视频处理单元包括将高清/标清视频信号转换为特定高清分辨率格式的高清转换芯片IC1。

所述视频输入模块能够接收多种类型视频信号和不同分辨率格式的视频信号。首先，该视频输入模块通过专用高清视频处理芯片IC1对所有高清（HD）和标清（SD）分辨率格式的输入视频信号做格式变换处理，然后统一以系统设定的一种高清（HD）分辨率格式输出。而对超高清（UHD）的输入视频，该卡首先通过专用视频接口芯片IC2，把UHD（4K×2K）分辨率格式的视频图像左右分割成两半，分别生成分辨率为 2K×2K的两路半超高清的Half-UHD-L和Half-UHD-R视频图像，然后输出至视频分割模块。

所有接收到的高清（HD）和标清（SD）视频信号均进入到IC1（芯片型号为FLI32626BGH）进行格式转换处理，转换输出的分辨率格式为1920×1080p@60Hz。IC1以TTL电平输出30 比特位的RGB图像数据至IC3（ITE6613）,经IC3转换HDMI视频信号，再经IC4（PI3HDMI412）复制成两路相同的HDMI信号传输至底板。

而对于从HDMI端口接入的视频图像，IC2接收芯片首先判断HDMI视频信号的分辨率格式，如果为高清（HD）或标清（SD），则送至IC1进行处理；如果为超高清（UHD）分辨率格式的视频信号，则由IC2做视频图像的左右分割，生成两路减半带宽的半超高清分辨率的HDMI视频信号Half-UHD-L和Half-UHD-R，并输出至底板或背板。

所述视频信号既可以HDMI信号形式传输至视频分割模块，也可以LVDS差分线路输出至视频分割模块。

参照图4-5，是本发明一实施例的模块连接示意图。所述视频分割模块可为两个视频分割单元。视频分割单元A 接收视频输入模块输出的HD信号和/或Half-UHD-L。而对接收到的HD视频图像，视频分割单元A则首先按Half-UHD-L对UHD的像素尺寸比例和画面对应位置，截取HD视频图像的对应区域进行放大处理，放大生成为与Half-UHD-L像素尺寸相同的视频图像Half-HD-L。

视频分割单元A选择Half-UHD-L视频图像，或选择Half-HD-L视频图像，接着把选中的视频图像的图像数据裁分为3组并分别进行SERDES 并/串转换，生成SERDES-1-C0、SERDES-2-C0 和SERDES-3-C0共3组串行图像数据并以LVDS差分线路传输给后级的视频输出卡。

视频分割单元B 接收视频输入模块输出的HD信号和/或Half-UHD-R。而对接收到的HD视频图像，视频分割单元B则首先按Half-UHD-R对UHD的像素尺寸比例和画面对应位置，截取HD视频图像的对应区域进行放大处理，放大生成为与Half-UHD-R像素尺寸相同的视频图像Half-HD-R。

然后，视频分割单元B选择Half-UHD-R视频图像，或选择Half-HD-R视频图像，接着把选中的视频图像的图像数据裁分为3组并分别进行SERDES并/串转换，生成SERDES-4-C0、SERDES-5-C0 和SERDES-6-C0共3组串行图像数据并以LVDS差分线路传输给后级的视频输出模块。

视频分割单元A从底板接收由视频输入模块的芯片IC4生成的高清（HD）HDMI信号，经由视频分割单元A的IC5（ITE6605）解码生成30 比特位的RGB数据格式的TTL信号，并输出至IC7，IC7为ALTERA公司的一现场可编程逻辑器件（FPGA），型号为5CGXFC4C6F27。同时，视频分割单元A还从底板接收由视频输入模块的IC2生成的一路减半带宽的半超高清分辨率的HDMI （Half-UHD-L）信号，经由视频分割单元A的IC6（ADV7619）解码生成48 比特位的RGB数据格式的TTL信号，并输出至IC7。IC7外挂2片DDR3（MT41J64M16JT）储存器缓存图像数据。IC7对接收到的视频图像经相应处理后，最后以SERDES串行数据输出2K×2K分辨率大小的视频图像。IC7的高速接口为3G带宽，为传输2K×2K@60Hz分辨率格式和RGB（4：4：4）数据格式的视频图像，本实施例采用了3组SERDES信号。

参照图6，是本发明采用1个视频分割单元（卡）的示意图。所述的该兼容超高清（UHD）视频图像处理系统，其视频分割单元A和视频分割单元B的功能电路可以合并在一块电路板卡上设计，这要求选用更多逻辑单元和管脚的FPGA芯片和更多数量的DDR存储芯片。

参照图7，是本发明采用N张视频输出卡的示意图。首先，第1张视频输出卡OUT-1同时接收到SERDES-1-C0、SERDES-2-C0、SERDES-3-C0、SERDES-4-C0、SERDES-5-C0和SERDES-6-C0串行图像数据，经过IC19（FPGA）的SERDES的串/并转换，转成TTL（或LVTTL）图像数据TTL-1、TTL-2、TTL-3、TTL-4、TTL-5和TTL-6。然后，IC19（FPGA）对TTL-1、TTL-2、TTL-3、TTL-4、TTL-5和TTL-6分别进行SERDES并/串转换，生成SERDES-1-C1、SERDES-2-C1、SERDES-3-C1、SERDES-4-C1、SERDES-5-C1和SERDES-6-C1,并输出给下一张视频输出卡。采用串行信号进行传输，其传输速率均匀，传输大小一致，抗干扰能力强，均衡效果好。

按上述所述的视频图像的裁分方式，TTL-1、TTL-2、TTL-3、TTL-4、TTL-5和TTL-6可重构为一幅完整的UHD（4K×2K）视频图像。同时，对此重构而成的全画幅UHD（4K×2K）视频图像，IC19（FPGA）可分别剪切出任意P（1≤P≤8）块指定区域的图像，并分别对其进行放大或缩小处理，从而分别生成任意P幅像素尺寸不超过HD分辨率格式的视频图像OUT-1-1 …OUT-1-P然后以HD分辨率格式输出。

同理，第2张视频输出卡OUT-2接收输出卡OUT-1输出的SERDES-1-C1、SERDES-2-C1、SERDES-3-C1、SERDES-4-C1、SERDES-5-C1和SERDES-6-C1，然后按与OUT-1相同的图像处理方式，最后生成OUT-2-1 …OUT-2-P。

同理，到第N张视频输出卡OUT-N，接收第(N-1)张输出卡输出的SERDES-1-C(N-2)、SERDES-2-C(N-2)、SERDES-3-C(N-2)、SERDES-4-C(N-2)、SERDES-5-C(N-2)和SERDES-6-C(N-2) ，最后生成OUT-N-1 …OUT-N-P。

视频输出卡OUT-1，从底板接收由视频分割卡A和B生成的共6组SERDES串行图像数据SERDES-1-C0、SERDES-2-C0、SERDES-3-C0、SERDES-4-C0、SERDES-5-C0和SERDES-6-C0，经过IC19（Altera 公司FPGA，型号为：5CGXFC4C6F27）的SERDES的串/并转换，转成TTL图像数据TTL-1、TTL-2、TTL-3、TTL-4、TTL-5和TTL-6。而后，FPGA对TTL-1、TTL-2、TTL-3、TTL-4、TTL-5和TTL-6分别进行SERDES并/串转换，生成SERDES-1-C1、SERDES-2-C1、SERDES-3-C1、SERDES-4-C1、SERDES-5-C1和SERDES-6-C1,并输出给下一张视频输出卡OUT-2。

而同时，IC19把TTL-1、TTL-2、TTL-3、TTL-4、TTL-5和TTL-6重构为一幅完整的UHD（4K×2K）画面尺寸的视频图像。对此全画幅的UHD（4K×2K）视频图像，IC19分别剪切出任意2处指定区域的图像，并分别对其进行放大或缩小处理，从而分别生成任意2幅像素尺寸不超过HD分辨率格式的视频图像，并分别输出视频图像数据至IC17（型号为：ITE6613）和IC18（型号为：ITE6613），经IC17、IC18转换成高清（HD）分辨率格式的DVI或HDMI 视频信号OUT-1-1和OUT-1-2。为了缓存4K×2K像素尺寸的视频图像，IC19外挂了IC13、IC14、IC15和IC16共4片DDR3 存储芯片，均为MT41J64M16JT型号。

一张系统背板或底板，通过插卡结构设计，连接上述视频信号输入模块、视频分割单元A、视频分割单元B和N张视频输出卡。其中，视频信号输入模块以HDMI或LVDS差分线路传输HD信号，以HDMI信号形式传输Half-UHD-A和Half-UHD-B 到系统背板或底板，然后经系统背板或底板再分别传输至视频分割单元A和视频分割单元B。

而2张视频分割单元最后生成的SERDES-1-C0、SERDES-2-C0、SERDES-3-C0、SERDES-4-C0、SERDES-5-C0和SERDES-6-C0串行图像数据也是以LVDS差分线路先传输到系统背板或底板，然后经系统背板或底板再分别传输至第一张视频输出卡。

而每张视频输出卡再生而成的SERDES-1-C(n)、SERDES-2-C(n)、SERDES-3-C(n)、SERDES-4-C(n)、SERDES-5-C(n)和SERDES-6-C(n)，也是先输出到系统背板或底板，然后经系统背板或底板再传输至下一张视频输出卡。

其中系统底板和背板设计有实现系统通讯和控制的电路和软件，以完成对该装置各板卡的通讯连接和逻辑控制。

一块含LCD显示的按键板，可以通过LCD显示该装置的设置参数和设备信息，并可通过面板按键设置参数和操作设备。

所述的兼容超高清视频图像处理系统，其视频输入模块、视频分割单元A和视频分割单元B的功能电路可以合并在一块电路板卡上设计，这需要更大面积的PCB布线和更大尺寸的板卡结构。

所述系统的视频分割单元A、视频分割单元B和所有视频输出单元之间，以SERDES串行数据方式进行视频图像的传输。根据所选器件LVDS高速差分线路的带宽，传输一幅完整的UHD（4K×2K@60Hz）分辨率格式的视频图像，共需要分成M组SERDES串行数据。M（1≤M≤10）。作为一实施例，该高速接口带宽为3G，共需要6组，为SERDES-1-C0、SERDES-2-C0、SERDES-3-C0、SERDES-4-C0、SERDES-5-C0和SERDES-6-C0。

作为一优选实施例，所述兼容超高清的视频图像处理系统由视频输入卡、视频分割卡A、视频分割卡B、4张视频输出卡、底板、按键板、机箱和电源构成。

视频输入卡接收如下所列视频信号：2路CVBS（标清分辨率格式），1路VGA（VESA 标准，标清/高清格式），1路DVI（VESA标准，标清/高清格式），1路SDI（兼容 HD-SDI /3G-SDI），1路 HDMI（HDMI2.0标准，兼容4K×2K、HD和SD分辨率格式）。

本实施例提供的装置，设计装配了共4块视频输出卡，分别编号为：OUT-1、OUT-2、OUT-3和OUT-4。每块视频输出卡的硬件电路和软件均完全相同，只通过底板配置为不同的地址编号。通过该地址编号，主控软件可分别对每块视频输出卡单独进行参数设置和命令操作。

本发明提供的兼容超高清视频输入的视频图像处理系统及方法，通过采用包括超高清视频处理单元和高清视频处理单元的视频信号输入模块，其将超高清信号对半分割为两路半超高清信号输出至视频分割模块；其将高清、标清信号转换为系统设定的统一格式的高清信号输出至视频分割模块，视频分割模块对其进行和超高清图像像素尺寸比例和画面对应位置一致的像素尺寸画面的放大，然后视频输出模块将接收到的超高清信号剪切分割并放大或缩小成多路高清信号输出。该系统不仅能够支持超高清信号的输入，同时还兼容高清和标清信号的输入，解决了现有技术的不足；且数据传输过程中采用串行图像数据传输，其传输大小一致，均衡效果好，且节省线路数，布局简单，便于数据传输；同时采用多张输出卡，多管脚输出，十分方便。

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (9)

1.一种兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，其特征在于，包括：

视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块，所述视频信号输入模块的输出端与视频分割模块的输入端连接，所述视频分割模块的输出端与所述视频输出模块的输入端连接；

其中，所述视频信号输入模块包括用于将超高清视频信号进行视频画面的对半分割，其中，对半分割包括上下对半分割和左右对半分割；并分别生成第一半超高清图像和第二半超高清图像的超高清视频处理单元；所述视频信号输入模块还包括用于将高清/标清视频信号转换为统一高清分辨率格式视频信号的高清视频处理单元；

所述视频分割模块包括第一视频分割单元和第二视频分割单元；其中，所述第一视频分割单元用于按照所述第一半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取高清视频图像的对应区域并放大生成与第一半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；其中，所述第一视频分割单元用于对超高清视频画面的第一半超高清图像部分进行串行图像数据转换；所述第二视频分割单元用于按照所述第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取高清视频图像的对应区域并放大生成与第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；其中，所述第二视频分割单元用于对超高清视频画面的第二半超高清图像部分进行串行图像数据转换；同时所述视频分割模块还用于将图像数据裁分为M组，其中，1≤M≤12，并分别对其进行并/串转换生成M组串行图像数据并输出；

所述视频输出模块用于接收所述视频分割模块输出的M组串行图像数据，进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成P块，其中，1≤P≤8，并根据高清显示屏的尺寸要求分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而生成P幅高清分辨率格式的视频图像并输出，以使P块高清显示屏能够分别显示对应图像的相对区域并拼接显示出完整画面。

2.根据权利要求1所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，其特征在于：所述超高清视频处理单元包括超高清视频输入接口，所述超高清视频输入接口支持超高清视频分辨率格式的视频信号，其还兼容接收高清和标清分辨率格式的视频信号；

当输入视频为高清/标清分辨率格式时，则输入信号通过超高清视频接口芯片分配输出至所述高清视频处理单元进行信号处理；

当输入视频为超高清分辨率格式时，则由超高清视频接口芯片直接对所述超高清图像进行画面的分割处理并输出至所述视频分割模块。

3.根据权利要求1所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，其特征在于：所述视频输出模块包括一张视频输出卡，所述视频输出卡用于接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据。

4.根据权利要求1所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，其特征在于：所述视频输出模块包括至少两张依次连接的视频输出卡，其中与所述视频分割模块的输出端直接相连的视频输出卡，用于接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据；所述视频输出卡还对其生成的M组并行图像数据分别重新进行并/串转换生成M组串行图像数据，并输出至下一张视频输出卡。

5.根据权利要求1至4任一项所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，其特征在于：所述系统还包括将视频信号输入模块、视频分割模块、视频输出模块集成在一起的底板/背板，所述底板/背板还用于生成各模块的时钟控制信号、同步控制信号和通讯控制信号。

6.一种兼容超高清视频输入的视频图像处理方法，用于权利要求1至5任一项所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理系统，其特征在于，其包括以下步骤，

视频信号输入模块当检测到输入信号为超高清视频信号时，超高清视频处理单元将所述超高清视频信号对半分割为两路半超高清分辨率格式的视频信号，并分别输出至视频分割模块；其中，对半分割包括上下对半分割和左右对半分割；

所述视频分割模块的第一视频分割单元对超高清视频画面的第一半超高清部分进行串行图像数据转换生成串行图像数据并输出，所述第二视频分割单元对超高清视频画面的第二半超高清部分进行串行图像数据转换生成串行图像数据并输出；

视频输出模块接收到视频分割模块输出的串行图像数据进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成多块，并根据高清显示屏的尺寸要求分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而将全画幅的超高清视频图像生成多幅高清分辨率格式的视频图像并输出，以使多块高清显示屏能够分别显示对应图像的相对区域并拼接显示出完整画面。

7.根据权利要求6所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理方法，其特征在于：

当所述视频信号输入模块检测到所述输入信号为高清/标清视频信号时，所述输入信号通过超高清视频接口芯片分配输出至高清视频处理单元，所述高清视频处理单元将所述高清/标清视频信号转换为统一高清分辨率格式并传输至视频分割模块；

所述视频分割模块的第一视频分割单元对接收到的高清视频图像，按照第一半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与第一半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；所述第二视频分割单元按照第二半超高清图像对超高清图像的像素尺寸比例和画面对应位置，截取所述高清视频图像的对应区域并放大生成与第二半超高清图像像素尺寸相同的视频图像；

同时所述视频分割模块还将图像数据裁分为M组，并分别对其进行并/串转换生成M组串行图像数据并输出；

所述视频输出模块接收到所述视频分割模块输出的M组串行图像数据，进行串/并转换后重构成一全画幅的超高清视频图像；同时将重构的超高清视频图像剪切成P块，并分别对各块图像进行放大或缩小处理，从而将全画幅的超高清视频图像生成P幅高清分辨率格式的视频图像并输出。

8.根据权利要求6或7所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理方法，其特征在于：所述视频输出模块包括至少两张视频输出卡，其中一张视频输出卡接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并进行解串处理生成M组并行图像数据；该视频输出卡对其生成的M组并行图像数据分别重新进行并/串转换生成M组串行图像数据，并输出至下一张视频输出卡；各视频输出卡间以此形式进行数据传输。

9.根据权利要求6或7所述的兼容超高清视频输入的视频图像处理方法，其特征在于：所述视频输出模块包括至少两张视频输出卡，其中与所述视频分割模块直接相连的一张视频输出卡接收视频分割模块输出的M组串行图像数据，并将所述M组串行图像数据直接环出输出至下一张视频输出卡，各视频输出卡间以此形式进行数据传输，一直级联至最后一张视频输出卡。