CN113612938A

CN113612938A - 一种多类型自适应分辨率的图像转换方法及装置

Info

Publication number: CN113612938A
Application number: CN202110975643.8A
Authority: CN
Inventors: 唐俊; 汪智; 胡楷; 朱鸿泰
Original assignee: CETC 58 Research Institute
Current assignee: CETC 58 Research Institute
Priority date: 2021-08-24
Filing date: 2021-08-24
Publication date: 2021-11-05

Abstract

本发明公开一种多类型自适应分辨率的图像转换方法及装置，属于视频信号数据采集领域。FPGA对四种类型的视频接口芯片进行驱动配置，恢复视频信号；对视频信号分别进行检测，判断该路视频数据是否正常接收；对图像分辨率，帧率进行检测；对视频信号进行时钟同步；根据对前端视频的检测以及外部指令，选择需要处理的视频类型，图像的各种参数和需要输出的端口；根据指令响应，分别对各类型数据进行处理；将处理后视频数据缓存到外部存储器，通过不同的输出格式进行读取输出。

Description

一种多类型自适应分辨率的图像转换方法及装置

技术领域

本发明涉及视频信号数据采集技术领域，特别涉及一种多类型自适应分辨率的视频转换方法及装置。

背景技术

目前在各类产品中应用的视频传输接口的种类繁多，一般分为模拟视频传输接口和数字视频传输接口，其中CVBS接口是模拟接口；SDI/3G-SDI接口、CAMERA LINK接口以及HDMI接口是数字接口，当前分别在广播电视领域、安防监控、工业设备以及数码电子设备中应用广泛的视频接口。

CVBS为复合视频广播信号，是标清模拟视频信号接口；CVBS信号是隔行视频信号，分为PAL制分辨率720x576和NTSC制分辨率720x480；SDI为数字分量串行接口，按速率分为标清SD-SDI、高清标准HD-SDI和全高清标准3G-SDI，对应速率分别是270Mb/s、1.485Gb/s和2.97Gb/s，具备易用性、非压缩性、高清实时等优势；CAMERA LINK接口是在Channel Link技术基础上提出的一种通信接口，根据数据的吞吐量和传输的数据率的不同，分为Base/Medium/Full/Deca四种模式；CAMERA LINK视频协议确定其在视频信号传输中的灵活性，在满足最大传输速率前提下，可实现任意帧频和分辨率的视频图像的传输；HDMI为高清晰度多媒体端接口，可以支持多种分辨率，HDMI2.0传输速度高达18Gb/s，具备超高清晰度的视频传输。

针对多类型的视频信号接口，传统方式是通过多个硬件接口接收各个类型的视频信号，再由多个外部设备分别对各个类型视频信号进行解码显示，无法实现不同类型的视频数据相互转换；如：CVBS视频需要通过专用的模拟图像采集盒或显示器进行显示，Camerlink视频需要CAMERALINK采集卡进行图像显示，SDI视频需要SDI采集盒或显示器，HDMI视频需要HDMI采集卡或支持HDMI显示器。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多类型自适应分辨率的图像转换方法及装置，以解决背景技术中的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种多类型自适应分辨率的图像转换方法，包括：

步骤一：FPGA对四种类型的视频接口芯片进行驱动配置，恢复视频信号；对视频信号分别进行检测，判断该路视频数据是否正常接收；对图像分辨率，帧率进行检测；对视频信号进行时钟同步；

步骤二：根据对前端视频的检测以及外部指令，选择需要处理的视频类型，图像的各种参数和需要输出的端口；

步骤三：根据指令响应，分别对各类型数据进行处理；

步骤四：将处理后视频数据缓存到外部存储器，通过不同的输出格式进行读取输出。

可选的，所述步骤一包括：

步骤1.1、当无外部视频输入时，则无视频输出，等待有视频接入；

步骤1.2、当有任意视频输入时，首先对检测到的视频数据进行解码，获得帧同步、行同步以及图像数据信号，每种类型的视频图像有效分辨率、行场消隐以及帧率参数，再进行时钟同步处理。

可选的，所述步骤二包括：

步骤2.1、当给出图像参数，确定当前有几路视频数据，此时通过外部指令来选择需要进行处理的视频数据。

可选的，所述步骤三包括：

步骤3.1、根据输出结果来进行不同的处理流程，当输出CVBS数据时，处理流程为数据位宽转换，按照转换后的帧同步和行同步、像素时钟和图像有效数据写入到DDR3存储器中；

当输出SDI数据时，处理流程为数据位宽转换以及分辨率和帧率调整；

当输出CAMERALINK或HDMI数据时，处理流程为颜色空间转换，数据位宽转换，分辨率和帧率调整。

可选的，所述步骤三种对各类型数据进行处理包括四种类型的图像数据的位宽转换：

四种类型的图像数据的分辨率和帧率各不相同，当指令响应为不同类型的视频输出时，需要对帧率和分辨率进行调整；CAMERALINK和HDMI视频数据包括了RGB，需要进行颜色空间转换。

可选的，所述步骤四包括：

步骤4.1、数据缓存实现处理后的单类型视频数据的帧缓存；根据输出的通道选择指令选择对应的视频类型输出，并根据帧率、分辨率参数，生成满足输出接口协议的图像数据。

本发明还提供了一种多类型自适应分辨率的图像转换装置，包括CVBS接口和CVBS编解码芯片、SDI接口和SDI编解码芯片、CAMERA LINK接口和CAMERALINK编解码芯片和HDMI接口和HDMI编解码芯片；还包括FPGA芯片、DDR3外部存储器、电源管理单元、时钟管理单元和对外串口通讯电路；

各类型视频编解码芯片的数据时钟以及控制信号均与FPGA芯片进行连接，由所述FPGA芯片对各类型视频编解码芯片进行上电控制，复位以及寄存器配置

可选的，所有类型的视频数据根据检测结果以及外部指令来确定当前视频源的输出接口类型，默认输出类型为SDI格式。

可选的，视频输出分辨率和帧率会根据外部指令输入给视频输出，视频输出像素时钟根据时钟管理单元来产生。

本发明主要具备以下优点：针对不同类型的视频接口，可以减少外部图像采集盒的使用。在实际应用中，只需要具备四种类型的任意一个采集盒，就可以实现对四种类型的视频数据的输出显示，极大的减少外部硬件成本以及灵活的实现四种类型视频协议的相互转换。

附图说明

图1是本发明提供的多类型自适应分辨率的图像转换装置示意图；

图2是本发明提供的多类型自适应分辨率的图像转换方法流程图；

图3是采集模块处理流程示意图；

图4是处理模块流程示意图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的一种多类型自适应分辨率的图像转换方法及装置作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

实施例一

本发明提供了一种多类型自适应分辨率的图像转换方法及装置，

首先说明本发明的硬件组成部分：一种多类型自适应分辨率的图像转换装置，如图1所示包括：

根据需求连接CVBS接口和CVBS编解码芯片；

根据需求连接SDI接口和SDI编解码芯片；

根据需求连接CAMERA LINK接口和CAMERALINK编解码芯片；

根据需求连接HDMI接口和HDMI编解码芯片。

图像转换装置的硬件组成还包括FPGA芯片、DDR3外部存储器、电源管理单元、时钟管理单元、对外串口通讯电路。各类型视频编解码芯片的数据时钟以及控制信号均与FPGA芯片进行连接，由FPGA芯片对视频编解码芯片进行上电控制，复位以及寄存器配置。

所有类型视频数据会在FPGA芯片内部进行处理，根据采集模块的检测结果以及外部串口通讯指令来确定当前视频源会从哪个类型的视频接口输出，默认输出类型为SDI格式。

视频输出分辨率和帧率会根据外部串口通讯指令输入给视频输出模块，视频输出像素时钟根据FPGA芯片内部的时钟管理单元来产生。

下面说明多类型自适应分辨率的图像转换方法，包括如下步骤：

步骤一：FPGA芯片的采集模块对四种类型的视频接口芯片进行驱动配置，恢复视频信号；对视频信号分别进行检测，判断该路视频数据是否正常接收；对图像分辨率，帧率进行检测；对视频信号进行时钟同步。

当采集模块发现无外部视频输入时，则装置无视频输出，等待有视频接入；当采集模块发现有任意视频输入时，首先对检测到的视频数据进行解码，获得帧同步、行同步以及图像数据信号，每种类型的视频图像有效分辨率、行场消隐以及帧率等参数，再进行时钟同步处理。

步骤二：FPGA芯片的选择模块根据对前端视频的检测以及外部指令，来选择需要处理的视频类型，图像的各种参数和需要输出的端口。

当采集模块给出图像参数，确定当前有几路视频数据，此时通过外部指令来选择需要进入处理模块的视频数据。

步骤三：FPGA芯片的处理模块主要根据选择模块中的指令响应，分别对各类型数据进行处理，如四种类型的图像数据的位宽转换：四种类型的图像数据的分辨率和帧率各不相同，因此当指令响应为不同类型的视频输出时，需要采用一定的处理方式对帧率和分辨率进行调整；CAMERALINK和HDMI视频数据包括了RGB，在处理模块中需要进行颜色空间转换。

处理模块会根据选择模块的输出结果来进行不同的处理流程，当选择模块输出CVBS数据时，处理流程为数据位宽转换，按照转换后的帧同步和行同步、像素时钟和图像有效数据写入到DDR3存储器中；当选择模块输出SDI数据时，处理流程为数据位宽转换以及分辨率和帧率调整；当选择模块输出CAMERALINK或HDMI数据时，处理流程为颜色空间转换，数据位宽转换，分辨率和帧率调整。

步骤四：FPGA芯片的数据缓存和视频输出模块，将处理后视频数据缓存到外部存储器，通过不同的输出格式进行读取输出。

数据缓存主要实现处理后的单类型视频数据的帧缓存；根据选择模块输出的通道选择指令选择对应的视频类型输出模块，并根据帧率、分辨率等参数，生成满足输出接口协议的图像数据。

图1为一种多类型自适应分辨率图像转换方法及装置结构示意图，主要包括四种类型的图像编解码芯片，FPGA芯片、时钟管理单元、串口通讯电路、电源管理单元以及外部存储单元DDR3。如图2所示为多类型自适应分辨率的图像转换流程图，包括CVBS接口、SDI接口、CAMERALINK接口和HDMI接口，通过采集模块，包括了驱动配置，视频解码，视频检测、参数获取以及时钟同步，再通过指令响应，选择对应的视频信号进入处理模块，再进行数据缓存和协议编码，最终输出所需视频。

如图3所示，在采集模块中，驱动配置的主要工作是对外部接口芯片进行驱动，主要分为FPGA芯片通过IIC总线协议配置CVBS解码芯片ADV7180和编码芯片ADV7391以及配置HDMI解码芯片ADV7601以及编码芯片ADV7511中的寄存器，SPI总线协议配置SDI接口芯片LMH0387寄存器以及其芯片外围，LMH0387可以通过配置实现SDI信号的接收和发送；CAMERALINK解码芯片DS90CR288和编码芯片DS90CR287只需配置上电使能信号；从而驱动芯片正常工作，输出数字信号；视频解码，主要是在FPGA芯片内部对协议进行解析，恢复图像行、场同步信号，时钟以及视频数据；视频检测，是对四种类型接口进行视频信号状态检测，判断是否有正常的视频信号；参数获取，主要功能是当有视频信号时，从行、场同步信号中，获取图像的分辨率，帧率以及消隐区长度等参数，如果发现该类型信号没有或者异常时，则反馈给装置的监测点，确定外部设备和连接是否正常，同时再次对芯片进行驱动配置；时钟同步，主要是避免在不同时钟域下的多路视频数据切换造成的时序违例，将不同时钟源的视频数据同步到同一个时钟源下，从而达到优化时序的功能；指令响应，外部指令信号通过串口发送至FPGA芯片，FPGA芯片会根据对指令解析，选择需要处理的视频类型，进入到处理模块中。

如图4所示，在处理模块中，会根据视频检测的结果选择对应的处理途径，主要分为颜色空间转换，主要针对CAMERALINK和HDMI的RGB视频信号，需要将RGB信号转成YUV信号进行后续的处理，而CVBS和SDI视频信号本身就是YUV格式，因此不需要进行颜色空间转换处理；在数据位宽转换以及分辨率、帧率调整后，按照帧同步信号和行有效信号写入DDR3进行缓存；在图像协议编码模块中，会根据输入的指令和采集模块中获取的参数产生对应的图像编码协议进行输出。

需要说明的是，上述采集模块、选择模块以及处理模块均为FPGA内容的逻辑实现，属于代码实现部分。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。

Claims

1.一种多类型自适应分辨率的图像转换方法，其特征在于，包括：

步骤三：根据指令响应，分别对各类型数据进行处理；

2.如权利要求1所述的多类型自适应分辨率的图像转换方法，其特征在于，所述步骤一包括：

3.如权利要求2所述的多类型自适应分辨率的图像转换方法，其特征在于，所述步骤二包括：

4.如权利要求3所述的多类型自适应分辨率的图像转换方法，其特征在于，所述步骤三包括：

5.如权利要求4所述的多类型自适应分辨率的图像转换方法，其特征在于，所述步骤三种对各类型数据进行处理包括四种类型的图像数据的位宽转换：

6.如权利要求5所述的多类型自适应分辨率的图像转换方法，其特征在于，所述步骤四包括：

7.一种多类型自适应分辨率的图像转换装置，其特征在于，包括CVBS接口和CVBS编解码芯片、SDI接口和SDI编解码芯片、CAMERA LINK接口和CAMERALINK编解码芯片和HDMI接口和HDMI编解码芯片；还包括FPGA芯片、DDR3外部存储器、电源管理单元、时钟管理单元和对外串口通讯电路；

各类型视频编解码芯片的数据时钟以及控制信号均与FPGA芯片进行连接，由所述FPGA芯片对各类型视频编解码芯片进行上电控制，复位以及寄存器配置。

8.如权利要求7所述的多类型自适应分辨率的图像转换装置，其特征在于，所有类型的视频数据根据检测结果以及外部指令来确定当前视频源的输出接口类型，默认输出类型为SDI格式。

9.如权利要求8所述的多类型自适应分辨率的图像转换装置，其特征在于，视频输出分辨率和帧率会根据外部指令输入给视频输出，视频输出像素时钟根据时钟管理单元来产生。