CN110490837B - 一种非标准格式3g-sdi图像的检测方法 - Google Patents

一种非标准格式3g-sdi图像的检测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非标准格式3G‑SDI图像的检测方法，实现了对非标准格式3G‑SDI图像的全分辨率以及帧频的检测，从而实现了对发送端的数据源的正确性以及数据在传输过程是否存在丢帧等问题提供了有效的评价方法。该方法包括以下三种检测模式：模式一：图像的全分辨率检测；模式二：图像帧频检测；模式三：图像显示效果检测。

Description

一种非标准格式3G-SDI图像的检测方法
技术领域
本发明属于信息数据传输技术领域，具体涉及一种非标准格式3G-SDI图像的检测方法。
背景技术
串行数字接口(Serial Digital Interface,SDI)用于传送串行数字视频信号(Serial Digital Interface video signal，SDI信号)，实现电影和广播电视的数字化。近年来，为了满足高清晰度、高分辨率的视频传输需求，SDI信号传输速率不断增加，由270Mbit/s，1.485Gbit/s，2.970Gbit/s等，对于标准SDI视频传输可以用采集卡输到显示器观看视频和视频相关参数(分辨率，帧频等)，但是对于非标准格式SDI信号传输显示，市场上采集卡就无法正确观看到视频和相关参数。
中国专利，公告号为CN109495707A，公开了一种“一种高速视频采集传输系统及方法”，该系统包括发送端和接收端两部分，发送端将非标准格式高速图像通过映射规则从双3G-SDI接口输出，接收端通过双3G-SDI接口接收后通过解映射规则将非标准格式高速图像恢复出来，上述发明不足在于该方法无法实现对非标准格式3G-SDI图像的图像分辨率以及图像帧频进行检测，从而无法得知发送端的数据源的正确性，同时也无法得知数据在传输过程是否存在丢帧等问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供了一种非标准格式3G-SDI图像的检测方法，实现了对非标准格式3G-SDI图像的全分辨率以及帧频的检测，从而实现了对发送端的数据源的正确性以及数据在传输过程是否存在丢帧等问题提供了有效的评价方法。
为了实现本发明的目的，本发明的具体技术方案是：
本发明提供了一种非标准格式3G-SDI图像的检测方法，包括以下检测模式：
模式一：图像的全分辨率检测
(1)建立非标准格式3G-SDI图像数据2048*2025*8bit*1fps与标准格式图像数据1920*A*16bit*Bfps的关系；
具体关系式为：
2048*2025*8bit*1fps＝1920*A*16bit*Bfps；
其中，A和B均为正整数，且A*B＝1080，B≤50；
(2)将两个接收端的初始图像数据发送至FPGA；所述初始图像数据为标准协议下封装的非标准格式3G-SDI图像数据；所述标准协议为BT.1120协议；所述非标准格式3G-SDI图像数据为2048*2025的黑白图像；
(3)FPGA利用步骤(1)建立的非标准格式3G-SDI图像数据和标准格式图像数据之间的关系对初始图像数据进行处理并发送至上位机；
(3.1)FPGA检测初始图像数据中的帧使能为上升沿时，FPGA中的帧计数器开始计数，每计数B-1帧后清零，再次从0计数；
(3.2)FPGA检测初始图像数据中的行使能为上升沿时，FPGA中的行计数器开始计数，每计数1079行后清零，再次从0计数；
(3.3)FPGA将初始图像数据第1帧的1～A行图像数据发送至千兆以太网发送模块，第2帧A+1～2A行图像数据输出至千兆以太网发送模块，第3帧的2A+1～3A行图像数据发送至千兆以太网发送模块，以此类推，将第B帧(B-1)*A+1～B*A行图像数据发送至千兆以太网发送模块；
(3.4)千兆以太网发送模块将每一帧图像数据通过以太网UDP协议将每一帧的每一行图像数据以1920*16bit的图片格式包发送到上位机；
(4)当上位机将B帧图像数据的图片格式包全部接收后，形成一幅完整的显示图片，通过上位机的图片属性功能观察显示图片是否为2048*2025分辨率，从而实现标准协议下的非标准格式图像数据的全分辨率检测；
模式二：图像帧频检测
(1)将两个接收端的初始图像数据发送至FPGA；所述初始图像数据为标准协议下封装的非标准格式3G-SDI图像数据；所述标准协议为BT.1120协议；所述非标准格式3G-SDI图像数据为2048*2025的黑白图像；
(2)FPGA开辟一个新的寄存器mema，地址0～1023，位宽[15:0]；
(3)FPGA检测到初始图像数据中的数据帧为高电平时，且行使能也为高电平时，FPGA中的行计数器从0开始计数；
(4)FPGA中的行计数器计到该行的第1024像素后，行计数器清零，FPGA产生标志行使能信号flag_new_line置1，每计数1024个像素，flag_new_line翻转一次；
(5)当flag_new_line为低时候将初始图像数据写入mema，flag_new_line为高时候，读出mema中的图像数据，同时每1024个像素恢复出图像行使能信号line_new；
(6)FPGA在行使能信号line_new为高电平期间内计数，并提取行使能信号line_new中间的256个像素，同时FPGA对行使能信号line_new上升沿计数，对计数结果取中间506行；
(7)读取步骤6中行使能信号line_new中间的256个像素对应的步骤5中mema的图像数据，从而得到一幅裁剪后的图像数据；
(8)将裁剪后图像数据发送至千兆以太网发送模块；
(9)千兆以太网发送模块对裁剪后图像数据每一帧的帧频计数，并将统计的帧频数以及裁剪后图像数据发送到上位机；
(10)上位机接收裁剪后图像数据，并实时显示裁剪后图像，同时上位机将1秒内读取的帧频数进行显示，从而达到标准协议下的非标准格式图像数据帧频的检测。
进一步地，上述方法还包括模式三：图像显示效果检测
(1)将两个接收端的初始图像数据发送至FPGA；所述初始图像数据为标准协议下封装的非标准格式3G-SDI图像数据；所述标准协议为BT.1120协议；所述非标准格式3G-SDI图像数据为2048*2025的黑白图像；
(2)FPGA开辟一个新的寄存器mema，地址0～1023，位宽[15:0]；
(3)FPGA检测初始图像数据帧使能上升沿，FPGA中的帧计数器每计数49帧清零后，再次从0开始计数，随机选取5帧产生帧使能信号sdi_VS_flag，且帧使能信号sdi_VS_flag在高电平期间有效；
(4)FPGA检测到初始图像数据中的数据帧为高电平时，且行使能也为高电平时，FPGA中的行计数器从0开始计数；
(5)FPGA中的行计数器计到该行的第1024个像素后，行计数器清零，FPGA产生标志行使能信号flag_new_line置1，每计数1024个像素，flag_new_line翻转一次；
(6)当flag_new_line为低时候将初始图像数据写入mema，flag_new_line为高时候，读出mema中的图像数据，同时每1024个像素恢复出图像行使能信号line_new；
(7)FPGA在行使能信号line_new为高电平期间内计数，并提取行使能信号line_new中间的512个像素，同时FPGA对行使能信号line_new上升沿计数，对计数结果取中间1012行；
(8)读取步骤7中行使能信号line_new中间的512个像素对应的步骤6中mema的图像数据，从而得到一幅裁剪后的图像数据；
(9)将裁剪后图像数据发送至千兆以太网发送模块；
(10)千兆以太网发送模块对裁剪后每一帧图像数据计数，并发送到上位机；
(11)上位机接收裁剪后图像数据，并实时显示裁剪后图像数据。
进一步地，上述A取30，B取36。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过建立非标准格式3G-SDI图像数据和标准格式图像数据之间的关系，并且通过以1920*16bit的图片格式包上传至上位机，实现对非标准格式3G-SDI图像数据全分辨率的检测，并且该方式将2048*2025*8bit*1fps的数据量转化为1920*A*16bit*Bfps的数据量接收，无需DDR缓存，逻辑简单，实现起来更加容易，系统运行更稳定。
2、本发明通过裁剪图像的方式将标准协议下的非标准格式3G-SDI图像数据发送至上位机，通过上位机观察非标准格式3G-SDI图像数据显示的帧频数，从而达到标准协议下的非标准格式图像数据帧频的检测，并且该方式降低视频图像的分辨率，保留视频图像帧频不变，数据量大大减小后使得系统运行更稳定，出错率低。
3、本发明针对一些极端场景(例如高冲击、高振动以及高低温环境下)采用的降低分辨率和降低帧频的方式对图像进行裁剪后显示，其目的使数据量大大减小后使得系统运行更稳定和流畅，尤其在极端场景出错率低，保证了检测图像数据源在极端场景下工作的正确性。
附图说明
图1为非标准格式3G-SDI图像的检测系统的结构简图；
图2为全分辨率检测方法的流程图；
图3为全分辨率检测的原理图；
图4为图像帧频检测的原理图；
图5为图像帧频检测方法的流程图；
图6为标准协议下的非标准格式图像数据行使能恢复过程的时序图；
图7为图像显示的原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明的方法作进一步的说明：
实施例
图1提供了一种图像数据检测系统，包括3G-SDI发送端、3G-SDI接收端、FPGA以及上位机；
3G-SDI发送端发送一帧2048*2025的黑白图像共4,147,200字节，通过3G-SDI发送端的SDI输出接口传输时采用1080P格式时，一帧图像共1920*1080*2＝4,147,200字节。(这里2表示亮度通道和色度通道各一个字节)。因此一帧2048*2025黑白图像正好可以装到一帧SDI彩色图像来传输。考虑到2048*2025的黑白图像帧率为100fps，需要同时采用两路SDI接口来输出。
同时，3G-SDI接收端采用两路3G-SDI输入接口接收非标准的2048*2025@100fps黑白视频数据，3G-SDI标准选择1080p@50fps。所述标准格式高清视频图像数据为1920*1080@50fps，图像格式为YCbCr，数据格式为BT.1120格式；
FPGA对3G-SDI接收端接收的图像进行视频图像数据后处理，通过FPGA中的千兆以太网口发送模块将发送到上位机。
为了对发送端数据以及整个数据传输过程进行检测(即就是对图像的全分辨率、图像帧频进行检测)，确保数据的正确性和有效性，本发明通过FPGA和上位机实现了检测：
如图2所示，模式一：全分辨率检测，测试视频图像分辨率是否为2048*2025；
步骤1、建立非标准格式图像数据2048*2025*8bit*1fps与标准格式图像数据1920*A*16bit*Bfps的关系；
具体关系式为：
2048*2025*8bit*1fps＝1920*A*16bit*Bfps；
其中，A和B均为正整数，且A*B＝1080，B≤50；
如图3所示，本实施例中A取值为30，B取值为36，从而每一帧分辨率显示1920*30*16bit*36fps，36帧为一个循环，这样把2048*2025*8bit*1fps数据量通过1920*30*16bit*36fps接收，这样做的原因是不用缓存，达到检测2048*2025分辨率的目的，无需DDR缓存，逻辑简单，实现起来更加容易，且系统运行更稳定。
步骤2、将两个SDI接收端的初始图像数据发送至FPGA；所述初始图像数据为标准协议下封装的非标准格式图像数据；所述标准协议为BT.1120协议；所述非标准格式3G-SDI图像数据为2048*2025的黑白图像；
步骤3、FPGA利用步骤(1)建立的非标准格式3G-SDI图像数据和标准格式图像数据之间的关系对初始图像数据进行处理并发送至上位机；
步骤3.1、FPGA检测初始图像数据中的帧使能为上升沿时，FPGA中的帧计数器开始计数，每计数35帧后清零，再次从0计数；
步骤3.2、FPGA检测初始图像数据中的行使能为上升沿时，FPGA中的行计数器开始计数，每计数1079行后清零，再次从0计数；
步骤3.3、FPGA将初始图像数据第1帧的1～30行图像数据发送至千兆以太网发送模块，第2帧31～60行图像数据发送至千兆以太网发送模块，第3帧61～90行图像数据发送至千兆以太网发送模块，以此类推，将第36帧1051～1080行图像数据发送至千兆以太网发送模块；
步骤3.4、千兆以太网发送模块将每一帧图像数据通过以太网UDP协议将每一帧的每一行图像数据以1920*16bit的图片格式包发送到上位机；
步骤4、当上位机将36帧图像数据的图片格式包全部接收后，形成一幅完整的显示图片，通过上位机的图片属性功能观察显示图片是否为2048*2025分辨率，从而实现标准协议下的非标准格式图像数据的全分辨率检测。
模式二：图像帧频检测，单路50fps，双路SDI输出100fps。
如图4所示，图像帧频检测的基本原理是：将单路输入2048*2025*8bit@50fps裁剪为分辨率256*506*16bit@50fps的裁剪后图像数据；
如图5和图6所示，该模式的具体实现步骤是：
步骤1、将两个接收端的初始图像数据发送至FPGA；初始图像数据为标准协议下封装的非标准格式图像数据；所述标准协议为BT.1120协议；所述非标准格式3G-SDI图像数据为2048*2025的黑白图像；
步骤2、FPGA开辟一个新的寄存器mema，地址0～1023，位宽[15:0]；
步骤3、FPGA检测到初始图像数据中的数据帧为高电平时，且行使能也为高电平时，FPGA中的行计数器从0开始计数；
步骤4、FPGA中的行计数器计到该行的第1024像素后，行计数器清零，FPGA产生标志行使能信号flag_new_line置1，每计数1024个像素，flag_new_line翻转一次；
步骤5、当flag_new_line为低时候将初始图像数据写入mema，flag_new_line为高时候，读出mema中的图像数据，同时每1024个像素恢复出图像行使能信号line_new；
步骤6、FPGA在行使能信号line_new为高电平期间内计数，并提取行使能信号line_new中间的256个像素，同时FPGA对行使能信号line_new上升沿计数，对计数结果取中间506行；
步骤7、读取步骤6中行使能信号line_new中间的256个像素对应的步骤5中mema的图像数据，从而得到一幅裁剪后的图像数据；
步骤8、将裁剪后图像数据发送至千兆以太网发送模块；
步骤9、千兆以太网发送模块对裁剪后图像数据每一帧的帧频计数，并将统计的帧频数以及裁剪后图像数据发送到上位机；
步骤10、上位机接收裁剪后图像数据，并实时显示裁剪后图像，同时上位机将1秒内读取的帧频数进行显示，从而达到标准协议下的非标准格式图像数据帧频的检测。
由于需要显示全帧频视频图像数据，如果同时还需全分辨率显示，那么单路有效数据量为2048*2025*8bit*50fps＝1.65888Gb(还不包含SDI格式消隐数据)，双通数据量3.318Gb数据量更大，所以采用上述步骤对图像分辨率进行裁剪，降低视频图像分辨率，保留视频图像帧频不变。数据量大大减小，系统运行更稳定，出错率明显的降低。
当图像数据源工作在一些极端环境下，为了获取的图像更加准确和直观的观察，本实施例还提出一种采用降低分辨率，降低帧频的方式对整个非标准格式图像进行显示的检测过程。
模式三：图像显示效果检测
如图7所示，该模式的基本原理是：将分辨率2048*2025[7:0]黑白图像通过SDI高位和低位16bit接收，分辨率变成1024*2025[15:0]，每一行1024words取中间512words，2025行隔行传输变成1012.5，取1012行，单路SDI帧频50fps取5fps输出。
具体步骤为：
步骤1、将两个接收端的初始图像数据发送至FPGA；初始图像数据为标准协议下封装的非标准格式图像数据；所述标准协议为BT.1120协议；所述非标准格式3G-SDI图像数据为2048*2025的黑白图像；
步骤2、FPGA开辟一个新的寄存器mema，地址0～1023，位宽[15:0]；
步骤3、FPGA检测初始图像数据帧使能上升沿，FPGA中的帧计数器每计数49帧清零后，再次从0开始计数，随机选取5帧产生帧使能信号sdi_VS_flag，且帧使能信号sdi_VS_flag在高电平期间有效；
步骤4、FPGA检测到初始图像数据中的数据帧为高电平时，且行使能也为高电平时，FPGA中的行计数器从0开始计数；
步骤5、FPGA中的行计数器计到该行的第1024个像素后，行计数器清零，FPGA产生标志行使能信号flag_new_line置1，每计数1024个像素，flag_new_line翻转一次；
步骤6、当flag_new_line为低时候将初始图像数据写入mema，flag_new_line为高时候，读出mema中的图像数据，同时每1024个像素恢复出图像行使能信号line_new；
步骤7、FPGA在行使能信号line_new为高电平期间内计数，并提取行使能信号line_new中间的512个像素，同时FPGA对行使能信号line_new上升沿计数，对计数结果取中间1012行；
步骤8、读取步骤7中行使能信号line_new中间的512个像素对应的步骤6中mema的图像数据，从而得到一幅裁剪后的图像数据；
步骤9、将裁剪后图像数据发送至千兆以太网发送模块；
步骤10、千兆以太网发送模块对裁剪后每一帧图像数据计数，并发送到上位机；
步骤11、上位机接收裁剪后图像数据，并实时显示裁剪后图像数据。
通过将非标准格式的图像数据采用降低分辨率和减少帧频的方式裁剪为512*1012*16bit@5fs的图像数据，降低之后的图像数据量较少，稳定可靠，且流畅性提高。

Claims (3)

1.一种非标准格式3G-SDI图像的检测方法，其特征在于，包括以下检测模式：
模式一：图像的全分辨率检测
(1)建立非标准格式3G-SDI图像数据2048*2025*8bit*1fps与标准格式图像数据1920*A*16bit*Bfps的关系；
具体关系式为：
2048*2025*8bit*1fps＝1920*A*16bit*Bfps；
其中，A和B均为正整数，且A*B＝1080，B≤50；
(2)将两个SDI接收端接收到的初始图像数据发送至FPGA；所述初始图像数据为标准协议下封装的非标准格式3G-SDI图像数据；所述标准协议为BT.1120协议；所述非标准格式3G-SDI图像数据为2048*2025的黑白图像；
(3)FPGA利用步骤(1)建立的非标准格式3G-SDI图像数据和标准格式图像数据之间的关系对初始图像数据进行处理并发送至上位机；
(3.1)FPGA检测初始图像数据中的帧使能为上升沿时，FPGA中的帧计数器开始计数，每计数B-1帧后清零，再次从0计数；
(3.2)FPGA检测初始图像数据中的行使能为上升沿时，FPGA中的行计数器开始计数，每计数1079行后清零，再次从0计数；
(3.3)FPGA将初始图像数据第1帧的1～A行图像数据发送至千兆以太网发送模块，第2帧A+1～2A行图像数据输出至千兆以太网发送模块，第3帧的2A+1～3A行图像数据发送至千兆以太网发送模块，以此类推，将第B帧(B-1)*A+1～B*A行图像数据发送至千兆以太网发送模块；
(3.4)千兆以太网发送模块将每一帧图像数据通过以太网UDP协议将每一帧的每一行图像数据以1920*16bit的图片格式包发送到上位机；
(4)当上位机将B帧图像数据的图片格式包全部接收后，形成一幅完整的显示图片，通过上位机的图片属性功能观察显示图片是否为2048*2025分辨率，从而实现标准协议下的非标准格式图像数据的全分辨率检测；
模式二：图像帧频检测
(1)将两个接收端的初始图像数据发送至FPGA；所述初始图像数据为标准协议下封装的非标准格式3G-SDI图像数据；所述标准协议为BT.1120协议；所述非标准格式3G-SDI图像数据为2048*2025的黑白图像；
(2)FPGA开辟一个新的寄存器mema，地址0～1023，位宽[15:0]；
(3)FPGA检测到初始图像数据中的数据帧为高电平时，且行使能也为高电平时，FPGA中的行计数器从0开始计数；
(4)FPGA中的行计数器计到该行的第1024像素后，行计数器清零，FPGA产生标志行使能信号flag_new_line置1，每计数1024个像素，flag_new_line翻转一次；
(5)当flag_new_line为低时候将初始图像数据写入mema，flag_new_line为高时候，读出mema中的图像数据，同时每1024个像素恢复出图像行使能信号line_new；
(6)FPGA在行使能信号line_new为高电平期间内计数，并提取行使能信号line_new中间的256个像素，同时FPGA对行使能信号line_new上升沿计数，对计数结果取中间506行；
(7)读取步骤6中行使能信号line_new中间的256个像素对应的步骤5中mema的图像数据，从而得到一幅裁剪后的图像数据；
(8)将裁剪后图像数据发送至千兆以太网发送模块；
(9)千兆以太网发送模块对裁剪后图像数据每一帧的帧频计数，并将统计的帧频数以及裁剪后图像数据发送到上位机；
(10)上位机接收裁剪后图像数据，并实时显示裁剪后图像，同时上位机将1秒内读取的帧频数进行显示，从而达到标准协议下的非标准格式图像数据帧频的检测。
2.根据权利要求1所述的非标准格式3G-SDI图像的检测方法，其特征在于：
还包括模式三：图像显示效果检测
(1)将两个接收端的初始图像数据发送至FPGA；所述初始图像数据为标准协议下封装的非标准格式3G-SDI图像数据；所述标准协议为BT.1120协议；所述非标准格式3G-SDI图像数据为2048*2025的黑白图像；
(2)FPGA开辟一个新的寄存器mema，地址0～1023，位宽[15:0]；
(3)FPGA检测初始图像数据帧使能上升沿，FPGA中的帧计数器每计数49帧清零后，再次从0开始计数，随机选取5帧产生帧使能信号sdi_VS_flag，且帧使能信号sdi_VS_flag在高电平期间有效；
(4)FPGA检测到初始图像数据中的数据帧为高电平时，且行使能也为高电平时，FPGA中的行计数器从0开始计数；
(5)FPGA中的行计数器计到该行的第1024个像素后，行计数器清零，FPGA产生标志行使能信号flag_new_line置1，每计数1024个像素，flag_new_line翻转一次；
(6)当flag_new_line为低时候将初始图像数据写入mema，flag_new_line为高时候，读出mema中的图像数据，同时每1024个像素恢复出图像行使能信号line_new；
(7)FPGA在行使能信号line_new为高电平期间内计数，并提取行使能信号line_new中间的512个像素，同时FPGA对行使能信号line_new上升沿计数，对计数结果取中间1012行；
(8)读取步骤7中行使能信号line_new中间的512个像素对应的步骤6中mema的图像数据，从而得到一幅裁剪后的图像数据；
(9)将裁剪后图像数据发送至千兆以太网发送模块；
(10)千兆以太网发送模块对裁剪后每一帧图像数据计数，并发送到上位机；
(11)上位机接收裁剪后图像数据，并实时显示裁剪后图像数据。
3.根据权利要求1所述的非标准格式3G-SDI图像的检测方法，其特征在于：所述A取30，B取36。
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