CN108184090B - 一种cmos相机多分辨率vesa视频向bt1120协议视频的自动转换方法 - Google Patents

一种cmos相机多分辨率vesa视频向bt1120协议视频的自动转换方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于嵌入式计算机视频处理技术领域，特别是涉及一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转换方法。通过同步信号滤波，分辨率侦测及缩放参数计算，视频缩放处理、BT1120时序生成、色彩空间转换、视频输出控制等操作将CMOS相机多分辨率VESA视频自动转换成BT1120协议HD‑CIF视频。BT1120协议视频在高清数字视频监控系统中广泛应用。所以，此发明解决了CMOS相机多分辨VESA视频无法在高清数字视频监控系统中广泛应用的问题。

Description

一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转 换方法
技术领域
本发明属于嵌入式计算机视频处理技术领域，特别是涉及一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议HD-CIF视频的自动转换方法。
背景技术：
CMOS与CCD图像传感器的研究几乎同时起步，但是由于受过去工艺水平的限制，CMOS因噪声大、分辨率低等不足而发展缓慢。近10年，由于集成电路设计技术和工艺水平的不断提高，CMOS过去的缺点都已基本克服，而其体积小、功耗低、集成度高等优点，更是CCD无法比拟的。CMOS图像传感器件到今天有了质的飞跃，在各个级别的图像质量需求中都有广泛应用。集成CMOS图像传感器的相机已广泛应用于车载、机载、星载、舰载等嵌入式领域。而主导现代安全防范任务的高清数字视频监控系统，普遍采用BT1120协议HD-CIF视频，这就需要将CMOS相机多分辨率VESA视频转换为BT1120协议HD-CIF视频，才能促进CMOS相机在高清数字视频监控系统中的广泛应用。
VESA(Video Electronics Standards Association)时序标准是一种数字化视频接口协议，它支持多种分辨率及帧率，在嵌入式综合显示系统中广泛应用。目前市场上尚无VESA视频向BT1120协议视频转换的成熟方案，仅用的论证方案也只支持单一分辨率的VESA视频转换，满足不了高清数字视频监控系统需要匹配不同分辨率CMOS相机的应用需求。
本发明提供了一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议HD-CIF视频的自动转换方法。
发明内容：
本发明的目的是解决CMOS相机多分辨率VESA视频无法兼容高清数字视频监控系统的问题，促进COMS相机在高清数字视频监控系统中的广泛应用。
本发明的技术方案是采用FPGA实现CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议HD-CIF视频的自动转换，转换后的视频可兼容高清数字视频监控系统。其中的数据变换操作基于两种格式视频的不同特征，如表1所示。
表1 VESA视频和BT1120视频特征比较
Figure BDA0001498111620000021
技术方案：
一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转换方法，实现步骤具体如下。
第一步，对同步信号HS、VS、DE进行多级缓存，检测毛刺信号并滤除，之后重新输出滤波后的同步信号。能够滤除的毛刺信号带宽可自主设置。
第二步，通过同步信号HS、VS、DE侦测出VESA视频的分辨率，1920除以VESA视频列数可得列缩放倍数，1080除以VESA视频行数可得行缩放倍数。
第三步，根据第二步的视频缩放参数对RGB空间的视频进行缩放，为了避免读写冲突，设计双缓冲区，缓冲区A和B缓存相邻两帧图像的有效像素，对缓冲区A和B进行乒乓操作，当前帧图像写入缓冲区A时，则读取B缓冲区缓存的上一帧图像采用视频缩放算法缩放为1920×1080分辨率大小，同理当前帧图像写入缓冲区B时则对缓冲区A进行读操作。
第四步，视频数据由RGB色彩空间转换到YCBCR色彩空间，RGB空间到YCBCR空间的转换关系如公式(1)-(3)所示，其中，Y表示图像的亮度，CB和CR是色度的蓝色和红色分量，代表图像的色差，转换后的视频数据存储在缓冲区C和D中。
Y＝0.257R+0.504G+0.098B+16 (1)
CR＝0.439R-0.368G-0.071B+128 (2)
CB＝-0.148R-0.291G+0.439B+128 (3)
第五步，按照BT1120协议产生HD-CIF视频的时序控制流，行和列的消隐以及有效数据的关系服从BT1120协议。
第六步，根据第五步生成的BT1120协议控制时序流读取缓冲区C和D中的视频数据并输出，同理采用双缓冲区乒乓操作，写缓冲区C的时候读缓冲区D，写缓冲区D的时候读缓冲区C。视频输出控制逻辑对YCBCR分量的采样比为4:2:2，数据流关系为Y1CB1Y2CR1Y3CB3Y4CR3……最终完成BT1120协议HD-CIF视频的输出。
附图说明
图1为本发明的原理框图
图2为本发明的实施例的原理框图
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。
以某保密场所的高清数字视频监控系统为例，该系统需要完成一路CMOS相机任意分辨率VESA视频到BT1120协议HD-CIF视频的自动转化，采用本方法的具体步骤如下。
第一步，CMOS相机的RGB视频信号直接接入FPGA，在FPGA中对同步信号HS、VS、DE进行多级缓存，本例要求能够滤除四个时钟周期内毛刺，按照要求设置滤波参数，检测毛刺信号并滤除，之后重新输出同步信号。
第二步，通过同步信号HS、VS、DE侦测出VESA视频的分辨率，1920除以VESA视频列数可得列缩放倍数，1080除以VESA视频行数可得行缩放倍数。
第三步，根据第二步的视频缩放参数对RGB空间的视频进行缩放，为了避免读写冲突，在存储器中设计双缓冲区，缓冲区A和B缓存相邻两帧图像的有效像素，对缓冲区A和B进行乒乓操作，当前帧图像写入缓冲区A时，则读取B缓冲区缓存的上一帧图像采用视频缩放算法缩放为1920×1080分辨率大小，同理当前帧图像写入缓冲区B时则对A缓冲区进行读操作。
第四步，视频数据由RGB色彩空间转换到YCBCR色彩空间，RGB空间到YCBCR空间的转换关系如公式(1)-(3)所示，其中，Y表示图像的亮度，CB和CR是色度的蓝色和红色分量，代表图像的色差，转换后的视频数据存储在缓冲区C和D中，随着写操作的持续进行，缓冲区C和D的视频数据不断刷新。
Y＝0.257R+0.504G+0.098B+16 (1)
CR＝0.439R-0.368G-0.071B+128 (2)
CB＝-0.148R-0.291G+0.439B+128 (3)
第五步，按照BT1120协议产生HD-CIF视频的时序控制流，行和列的消隐以及有效数据的关系服从BT1120协议。
第六步，根据第五步生成的BT1120协议时序控制流读取缓冲区C和D中的视频数据并输出，同理采用双缓冲区乒乓操作，写缓冲区C的时候读缓冲区D，写缓冲区D的时候读缓冲区C。视频输出控制逻辑对YCBCR分量的采样比为4:2:2，数据流关系为Y1CB1Y2CR1Y3CB3Y4CR3……最终完成BT1120协议HD-CIF视频的输出。

Claims (7)

1.一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转换方法，其特征在于：包括以下步骤；
第一步，滤除同步信号HS、VS、DE信号中的毛刺；滤除的毛刺信号带宽可自主设置,按照要求设置滤波参数，检测毛刺信号并滤除，之后重新输出同步信号,
第二步，通过同步信号HS、VS、DE侦测出VESA视频的分辨率，据此计算出视频缩放参数；
第三步，根据第二步的视频缩放参数对VESA视频进行缩放，为了避免读写冲突，采取双缓冲区乒乓操作，读缓冲区A的时候则写缓冲区B，读缓冲区B的时候则写缓冲区A；
第四步，视频数据由RGB色彩空间转换到YCBCR色彩空间，存储在缓冲区C和D中；
第五步，生成BT1120协议HD-CIF视频时序；
第六步，根据第五步生成的BT1120时序读取缓冲区C和D中的视频数据并输出，最终完成BT1120协议HD-CIF视频的输出。
2.根据权利要求1中所述一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转换方法，其特征在于：任意分辨率VESA视频都能向BT1120协议HD-CIF视频自动转换。
3.根据权利要求1中所述一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转换方法，步骤一中能够滤除的毛刺信号宽度可以自主配置。
4.根据权利要求1中所述一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转换方法，步骤二中分辨率的侦测依赖于VESA视频输入时钟，1920除以VESA视频列数得到列缩放倍数，1080除以VESA视频行数得到行缩放倍数。
5.根据权利要求1中所述一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转换方法，步骤三中缓冲区A和B是存储器M1的两个缓冲区间，可以缓存连续两帧未缩放的视频数据，双缓冲区乒乓操作，写缓冲区A的时候读缓冲区B，写缓冲区B的时候读缓冲区A，避免读写的冲突，且随着写操作的持续进行，缓冲区A和B的视频数据不断刷新。
6.根据权利要求1中所述一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转换方法，步骤四中缓冲区C和D是存储器M2的两个缓冲区间，可以缓存连续两帧缩放后的视频数据。
7.根据权利要求1中所述一种CMOS相机多分辨率VESA视频向BT1120协议视频的自动转换方法，步骤六中采用双缓冲区乒乓操作，读写原理和步骤三同；视频输出控制逻辑对YCBCR分量的采样比为4:2:2。
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