CN113965661A

CN113965661A - 一种从视频信号采集用于同步控制灯光的数字信号的方法

Info

Publication number: CN113965661A
Application number: CN202111217596.7A
Authority: CN
Inventors: 谢文军
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-10-19
Filing date: 2021-10-19
Publication date: 2022-01-21
Also published as: WO2023065500A1

Abstract

一种从视频信号采集用于同步控制灯光的数字信号的方法，包括如下步骤：S1、将数字显示设备输出的HDMI视频信号转换为VGA视频信号；S2、对VGA视频信号中的行场同步信号(HSYNC/VSYNC)进行数字采样；S3、对VGA视频信号中的RGB模拟信号进行ADC降采样；其中，对有效显示区域进行m*n分区，并根据视频制式、ADC采样率、行分区数m以及列分区数n，确定每个分区内所要采样的信号个数，对所述有效显示区域的每个分区内进行所述信号个数的ADC采样；S4、对每个分区被ADC采样的信号取代表值作为采样结果数据，将所述采样结果数据用于作为控制灯光设备的驱动信号，以便实现与视频画面同步的灯光渲染。

Description

一种从视频信号采集用于同步控制灯光的数字信号的方法

技术领域

本发明涉及一种从视频信号采集用于同步控制灯光的数字信号的方法。

背景技术

随着电竞游戏的市场越来越大，电竞玩家对沉浸式的氛围要求越来越高，灯光的效果与游戏场景越吻合，就能让玩家更好地代入场景，增强游戏的代入感。所以，很多电竞玩家都希望有一种方式去让游戏画面与灯带的颜色同步起来。目前的实现方案主要有以下两种：

1、如果使用PC游戏机，可以通过制作一个应用程序，使用CPU去实时获取画面的RGB信息，再传输给灯带同步显示。该方案的缺点：需要消耗CPU资源，会牺牲部分游戏的体验，而且不同的PC机CPU型号众多，应用程序的兼容性不好，从而影响该方案的大规模推广。

2、如果使用的独立的游戏机(如PS4)，玩家无法获取内部的视频信息，往往通过获取游戏机输出的HDMI信号内容，该种技术通过把HDMI信号转换成MIPI，再把MIPI转换成LVDS，LVDS转成TTL(RGB)，然后再用MCU将数字RGB信号采集，然后发送给灯带。该方案通过多种信号转换，实现了RGB信号的采集。该方案的缺点：HDMI信号经过多种转换，一方面使用多种转换芯片，从而导致了成本增加，其次是信号经过多次转换，存在信号延时，衰减的情况，无法保证灯带与画面保持同步。

另外，除了游戏场景之外，对于以HDMI接口作为输入源的其他家庭娱乐(如电视机顶盒、DVD播放器、IPTV等)的视频画面，为了采集视频信号以便控制灯光渲染与视频画面同步，也同样存在上述问题。

需要说明的是，在上述背景技术部分公开的信息仅用于对本申请的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的主要目的在于克服上述背景技术的缺陷，提供一种从视频信号采集用于同步控制灯光的数字信号的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种从视频信号采集用于同步控制灯光的数字信号的方法，包括如下步骤：

S1、将数字显示设备输出的HDMI视频信号转换为VGA视频信号；

S2、对VGA视频信号中的行场同步信号(HSYNC/VSYNC)进行数字采样；

S3、对VGA视频信号中的RGB模拟信号进行ADC降采样；其中，对有效显示区域进行m*n分区，并根据视频制式、ADC采样率、行分区数m以及列分区数n，确定每个分区内所要采样的信号个数，对所述有效显示区域的每个分区内进行所述信号个数的ADC采样；

S4、对每个分区被ADC采样的信号取代表值作为采样结果数据，将所述采样结果数据用于作为控制与各分区对应的灯光设备的驱动信号，以便实现与视频画面同步的灯光渲染。

进一步地：

所述行场同步信号是通过GPIO中断的方式来获取的，在所述行场同步信号的GPIO中断处理过程中，同步进行所述ADC降采样。

步骤S1中，HDMI视频信号转换为VGA视频信号通过一个HDMI-VGA转换芯片实现。

所述ADC降采样的方式为DMA方式或连续采样方式。

还包括将采样得到的行场同步信号与RGB信号进行时间轴上的对齐。

还包括将采样得到的RGB信号与显示区域进行时间轴上的对齐。

步骤S4中，对每一个分区被ADC采样的信号进行平均值计算，得到各分区的RGB信号的平均值作为所述代表值。

步骤S4中，通过插值的方法求取各分区中各行的中心位置的RGB值，计算每个分区中各行的中心位置的RGB平均值，以之作为各分区中的RGB信号的平均值。

所述灯光设备为LED灯条。

一种控制灯光的方法，使用所述的采集视频信号以获得用于控制灯光的数字信号的方法获得的每个分区的采样结果数据，以之作为灯光设备的驱动信号控制多个灯光设备，实现各个灯光设备对于视频画面的同步渲染，优选地，所述视频画面为游戏画面。

本发明具有如下有益效果：

本发明的技术方案架构简单，只需要经过HDMI转VGA一次信号转换，将数字视频信号转换成模拟信号，然后通过MCU的ADC去采集该模拟信号，采集得到数字信号，采集到的信号可同步发送给灯光设备(如灯带、灯条)，用于实现灯光相对于视频信号(图像)的同步渲染效果。本发明能大大减少转换芯片的使用，降低了技术实现的成本，同时也能避免多级信号转换引起的延时，降低信号衰减，从而以高质量、低成本的方式达到控制灯光渲染与图像同步的效果。

具体实施方式

以下对本发明的实施方式做详细说明。应该强调的是，下述说明仅仅是示例性的，而不是为了限制本发明的范围及其应用。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者间接在该另一个元件上。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或间接连接至该另一个元件上。另外，连接既可以是用于固定作用也可以是用于耦合或连通作用。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

本发明实施例提供一种从视频信号采集用于同步控制灯光的数字信号的方法，包括如下步骤：

S1、将数字显示设备输出的HDMI视频信号转换为VGA视频信号；

所述灯光设备可以包括(但不限于)LED灯条。

本发明实施例还提供一种控制灯光的方法，使用所述的采集视频信号以获得用于控制灯光的数字信号的方法获得的每个分区的采样结果数据，以之作为灯光设备的驱动信号控制多个灯光设备，实现各个灯光设备对于视频画面的同步渲染。

在一些实施例中，分区数可以对应于灯光设备数，但分区数也可以不与灯光设备数一致，例如，可以通过插值做映射，比如16个分区插值映射7个灯段。

在优选的实施例中，所述视频画面为游戏视频画面。当然，视频画面并不限于游戏视频画面，也可以是其他各种娱乐的视频画面。

以下进一步描述本发明具体实施例。

在一些实施例中，可使用一个HDMI-VGA转换芯片和一个MCU，播放视频的数字显示设备通过HDMI输出数字视频信号给HDMI-VGA转换芯片，该HDMI-VGA转换芯片将数字信号转换为VGA模拟信号，并将VGA模拟信号输出给MCU，通过MCU中的ADC模块采样VGA信号，从而到模拟信号的数字采样数据。其中，通过MCU对输入的VGA的行场同步信号(HSYNC/VSYNC)进行数字采样，该数字采样通过GPIO中断实现；通过MCU的ADC模块，对VGA的RGB模拟信号进行ADC降采样。采样的结果数据可输出作为灯光设备如LED灯条的驱动控制数据，以使灯条和数字显示设备达到同步渲染的效果。

在一些实施例中，行场同步信号是通过GPIO中断的方式来获取的，获得的行场同步信号是数字信号。在行场同步信号的GPIO中断处理过程中，同步进行ADC降采样。优选地，ADC降采样是从每一个场同步信号开始，也就是在每一个场同步信号(VSYNC)的GPIO中断来的时候进行ADC采样。通过GPIO中断触发的方式，保证采样的同步性。

在优选的实施例中，还将采样得到的行场信号与RGB数字信号进行同步对齐。

一个具体实施例中，本方法包括如下处理流程：

系统前端将一定视频制式如4K2K60Hz或8KK60Hz(但不限于此)的HDMI数字信号转换为同样制式的VGA端口信号，包括行场同步数字信号和RGB模拟信号。

对于VGA端口的行场同步数字信号，通过GPIO中断进行采样(记录时间戳)，不做降采样。

对于VGA端口的RGB模拟信号，通过ADC进行采样，由于ADC采样频率较低，所以实现的是降采样。采样的方式可以是但不限于DMA方式，也可以是连续采样方式。

优选地，将采样得到的行场同步数字信号与RGB模拟信号进行时间轴上的对齐。

根据行场信号的时序，确定视频制式。优选地，根据视频制式的时序，将采样的RGB模拟信号与显示区域进行时间轴上的对齐。

根据显示区域内降采样的RGB模拟信号，按照灯光设备同步渲染所需进行m*n分区，对各分区进行ADC采样，对每一个分区被ADC采样的信号进行平均值计算，得到各分区的采样结果数据。优选地，对各分区采样的信号通过插值求平均。

例如每一帧的实际信号全区域是2200*1125，而有效显示区域是不包含空白区域(blank)的信号，有效显示区域是1920*1080。

对有效显示区域进行分区，比如对1920*1080进行16*16的分区，总共256个分区，m、n分别是16、16。

以1920*1080P 60hz的视频制式为例，实际图形扫描域是2200*1125。总列数：2200，总行数：1125，帧率：60Hz，则PCLK(pixel clock像素率)＝2200*1125*60＝148.5MHz。而ADC采样率却要小的得多，一般可以是0.5M，1M、2M、4M。对于有效显示区域1920*1080的m*n个分区即16*16＝256个分区，对每个分区内的信号数据进行ADC采样。由于ADC采样率比像素率小的多，每个分区只有部分信号数据被ADC采样，即降采样。

对于各个分区被ADC采样的信号，计算分区内插值后的所有RGB模拟信号的平均值。

将各个分区的RGB模拟信号的平均值作为代表值，按需发送给各个不同的灯带驱动板，实现各个灯带的渲染功能。

实例1：

HDMI输入的信号格式是：1920*1080P 60Hz，ADC采样率是2M采样分区是20*10，行分区数m＝20，列分区数n＝10，一共300个采样分区。实际信号全区域包含消隐区和有效区，而1920*1080P是不包括消隐区的有效显示区域。对于1920*1080P格式，信号全区域是：2200*1125，同样是60Hz。

该HMID信号的像素频率是：

2200*1125*60＝148.5M

假设ADC采样率是2M，每一行可以采样的信号个数是：

也就是说，每行ADC采样约是25.85个信号。

如果采样分区是20*10，行分区数M＝20，那么每一行的每个分区可以采样的信号个数是：

也就是说，每一行的每个采样分区是1.3个信号。

由于有1080行，列分区数N＝10，那么每个分区的行数是：

也就是说，每个分区有108行。

根据上面的计算，每个分区的每行可采样信号数是1.3，而每个分区又有108行，那么每个分区总共可以采样的信号数是：

1.3×108＝140.4

也就是说，每个分区总共可以通过ADC采样到140.4个信号。

由于每个像素由三个信号组成：R、G、B，那么每个分区总共可以采样的像素是：

也就是说，每个分区总共可以采样到46.8个像素。

对每个分区采集到的信号，通过取平均值，分别得到代表该分区的R、G、B的平均值。

其他实例：

以4K2K60Hz视频制式为例，帧频为60Hz，行频为135KHz，主频594MHz。

以16MH的ADC采样频率为例，则显示区域每行约有100次采样；以2MHz的ADC采样频率为例，则显示区域每行约有13次采样。

以16*16分区为例，每行100次采样(16MHz采样)或13次采样(2MHz采样)，都可以通过插值的方法求取每行在所涉分区的中心位置的RGB值。

计算各分区的各行的中心位置的RGB的平均值，即可得到该分区的RGB的代表值。

在一个示例中，MCU的ADC模块最高可以使用2M的采样率进行采样。采样数据和所需时间如下：

本发明的背景部分可以包含关于本发明的问题或环境的背景信息，而不一定是描述现有技术。因此，在背景技术部分中包含的内容并不是申请人对现有技术的承认。

以上内容是结合具体/优选的实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，其还可以对这些已描述的实施方式做出若干替代或变型，而这些替代或变型方式都应当视为属于本发明的保护范围。在本说明书的描述中，参考术语“一种实施例”、“一些实施例”、“优选实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管已经详细描述了本发明的实施例及其优点，但应当理解，在不脱离专利申请的保护范围的情况下，可以在本文中进行各种改变、替换和变更。

Claims

1.一种从视频信号采集用于同步控制灯光的数字信号的方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1、将数字显示设备输出的HDMI视频信号转换为VGA视频信号；

S4、对每个分区被ADC采样的信号取代表值作为采样结果数据，将所述采样结果数据用于作为控制与各分区对应的灯光设备的驱动信号，以便实现灯光设备与视频画面的同步渲染。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述行场同步信号是通过GPIO中断的方式来获取的，在所述行场同步信号的GPIO中断处理过程中，同步进行所述ADC降采样。

3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于，步骤S1中，HDMI视频信号转换为VGA视频信号通过一个HDMI-VGA转换芯片实现。

4.如权利要求1至3任一项所述的方法，其特征在于，所述ADC降采样的方式为DMA方式或连续采样方式。

5.如权利要求1至4任一项所述的方法，其特征在于，还包括将采样得到的行场同步信号与RGB信号进行时间轴上的对齐。

6.如权利要求1至5任一项所述的方法，其特征在于，还包括将采样得到的RGB信号与显示区域进行时间轴上的对齐。

7.如权利要求1至6任一项所述的方法，其特征在于，步骤S4中，对每一个分区被ADC采样的信号进行平均值计算，得到各分区的RGB信号的平均值作为所述代表值。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤S4中，通过插值的方法求取各分区中各行的中心位置的RGB值，计算每个分区中各行的中心位置的RGB平均值，以之作为各分区中的RGB信号的平均值。

9.如权利要求1至8任一项所述的方法，其特征在于，所述灯光设备包括LED灯带。

10.一种控制灯光的方法，其特征在于，使用如权利要求1至9任一项所述的方法获得的每个分区的采样结果数据，作为灯光设备的驱动信号控制多个灯光设备，实现各个灯光设备对于视频画面的同步渲染，优选地，所述视频画面为游戏画面。