多视频格式向SMPTE274协议1080i分辨率视频的自动转换方法

摘要

本发明涉及多视频格式向SMPTE274协议1080i分辨率视频的自动转换方法，包括以下步骤：1】创建自动转换系统；2】将输入的视频信号分别送入到协议检测模块中；3】高电平使能信号CEn驱动与协议N检测单元对应的协议N采集单元采集输入视频信号的有效像素；4】高电平使能信号CEn作为多路选择开关控制器的控制信号量；5】缩放处理模块缩放为1920*1080的分辨率大小，同时将其写入输出存储单元；6】发送控制模块按照SMPTE274标准1080i分辨率视频协议产生视频消隐区的控制像素流，从而实现到SMPTE274标准1080i分辨率视频协议的转换。本发明解决了任意协议类型的视频向SMPTE274的集成性问题，本发明可将任何协议类型及分辨率的视频自动转换为SMPTE274标准1080i分辨率视频协议视频，且视频格式转换耗时小。

说明书

技术领域

本发明属于视频处理、图形图像领域，具体涉及一种多视频格式向 SMPTE274协议1080i分辨率视频的自动转换方法。

背景技术

高清晰度多媒体接口(HDMI，High Defination Multimedia Interface)是 一种数字化视频/音频接口技术，它强大的支持1080i分辨率影像传输的能力， 使其往往作为光电一体化系统高清视频的通用输出接口。但是对于现有的视觉 传感器，其输出的视频协议及分辨率各异，因此有时候往往需要将视觉传感器 输出的各种协议的视频进行格式转换并缩放为1080i的分辨率；虽然目前已经 出现了各种视频格式向符合SMPTE274协议1080i分辨率视频转换的芯片，但是 这类芯片往往只支持对一种或一类输入视频的编解码。

随着电子技术、大规模集成电路的发展，采用现场可编程逻辑门阵列（FPGA） 实现复杂的控制及处理功能在集成性、稳定性以及可靠性等方面有着很大的优 势，研究基于FPGA的多种视频格式向符合SMPTE274标准的1080i分辨率视频 的自动转换控制方法具有的广阔的应用前景。

发明内容

本发明是为了解决任意协议类型的视频向SMPTE274协议1080i分辨率视 频转换的集成性问题，提出了一种多视频格式向SMPTE274协议1080i分辨率 视频的自动转换方法。

本发明的技术解决方案：

多视频格式向SMPTE274协议1080i分辨率视频的自动转换方法，其特殊 之处在于，包括以下步骤：

1】创建自动转换系统：

包括协议检测模块：用于对输入视频信号进行协议匹配，并根据匹配结果 产生高电平使能信号CEn或低电平使能信号，包括协议1检测单元、协议2检 测单元……以及协议N检测单元；

视频采集模块：对经过协议检测模块相匹配的输入视频信号的有效像素进 行采集，包括协议1采集单元、协议2采集单元……以及协议N采集单元；各 种协议的采集单元与检测单元一一对应，所述高电平使能信号CEn输入至给对 应的协议N采集单元和多路选择开关控制器；

多路选择开关控制器：用于在高电平使能信号CEn的控制下，将协议匹配 的视频采集模块采集到的有效像素数据缓存入采集存储单元；

采集存储单元：用于缓存输入视频信号的有效像素数据；

缩放处理模块：用于实时顺序地从采集存储单元读取有效像素数据并采用 双线性插值算法将其缩放为1920*1080的分辨率大小，同时将其发送给输出存 储单元；

输出存储单元：用于存储经过缩放处理模块处理后的有效像素数据；

以及发送控制模块：用于按照SMPTE274标准1080i分辨率视频协议产生 视频消隐区的控制像素流，并从输出存储单元中顺序读取缩放后的像素数据， 填充到视频数据流的有效像素区，从而实现到SMPTE274标准1080i分辨率视 频协议的转换；

2】将输入的视频信号分别送入到协议检测模块中各个协议检测单元中进行 检测，若输入的视频信号与该协议N检测单元的协议匹配，则该协议N检测单 元产生高电平的使能信号CEn，同时其余协议检测单元产生低电平使能信号；

3】高电平使能信号CEn驱动与协议N检测单元对应的协议N采集单元采集 输入视频信号的有效像素；同时低电平使能信号使与其所对应的协议采集单元 处于复位状态；

4】高电平使能信号CE作为多路选择开关控制器的控制信号量，使得只有 协议匹配的协议N采集单元采集的视频信号的有效像素通过多路选择开关控制 器缓存至采集存储单元；

5】缩放处理模块从采集存储单元顺序读取完整帧的有效像素数据，并采用 双线性插值算法将其缩放为1920*1080的分辨率大小，同时将其写入输出存储 单元；

6】发送控制模块按照SMPTE274标准1080i分辨率视频协议产生视频消隐 区的控制像素流，并从输出存储单元中顺序读取缩放后的像素数据，填充到视 频数据流的有效像素区，从而实现到SMPTE274标准1080i分辨率视频协议的 转换。

协议检测模块及视频采集模块按照并行流水的方式工作，同步与各协议检 测单元进行匹配，并在视频帧输入结束时同时产生匹配结果。

上述采集存储单元包括缓冲区A和缓冲区B：具体存储步骤为：

当前视频帧数据存储到缓冲区A时，从缓冲区B中读取存储的上一帧视频 数据发送给缩放处理模块；

下一帧视频数据存储到缓冲B时，从缓冲区A中读取当前视频帧的数据发 送给缩放处理模块。

上述协议检测模块实时分析并计算输入视频流的以下协议状态参数：相邻 场同步信号Vsync脉冲之间所包含的行同步信号Hsync脉冲数目；场同步信号 Vsync脉冲宽度范围内包含的行同步信号Hsync脉冲数目；相邻行同步信号 Hsync脉冲之间包含的像素时钟CLK周期数目；行同步信号Hsync脉冲宽度范围 内包含的像素时钟CLK周期数目；有效像素行中数据有效信号De脉冲宽度内包 含的像素时钟CLK周期数目；从场同步信号Vsync脉冲跳变起到第一个有效像 素行之间所包含的行同步信号Hsync脉冲数目；有效像素行中从行同步信号脉 冲Hsync跳变起到数据有效信号De之间所包含的像素时钟CLK周期计数。

上述协议检测模块包括各种分辨率的VESA协议视频检测单元、各种分辨率 的RawRGB格式视频检测单元、符合SMPTE274协议的视频检测单元、符合ITU601、 ITU656及ITU709协议视频的检测单元；所述视频采集模块包括包括各种分辨率 的VESA协议视频采集单元、各种分辨率的RawRGB格式视频采集单元、符合 SMPTE274协议的视频采集单元、符合ITU601、ITU656及ITU709协议视频的采 集单元；且可检测的协议类型可以根据具体应用需求自主定制及裁剪；

上述步骤2】的具体步骤为：

2.1】实时同步计算输入视频信号的各个状态参数：

2.2】将计算出的各个状态参数与对应协议检测模块的各个协议的状态参数 对比：如果状态参数一致，则输入视频数据属于该种协议；否则，则不属于该 种协议。

本发明的有益效果是：

可将任何协议类型及分辨率的视频自动转换为符合SMPTE274标准1080i分 辨率视频协议视频，且视频格式转换耗时小；可动态检测视频协议的变化，当 输入源视频协议发生变化后，可在一帧图像输入的时间间隔内完成对其协议类 型的检测；可检测的协议类型可以根据具体应用需求自主定制及裁剪。

附图说明

图1为多种视频协议向SMPTE274协议1080i分辨率视频的自动转换方法原 理图。

具体实施方式

本发明采用FPGA实现多种视频格式向SMPTE274协议1080i分辨率视频的 自动转换方法，通过建立多种通用视频协议数据库，对输入视频信号的数据流 进行分析，与各种常用视频协议数据流比较判断所属协议类型，同时检测图像 分辨率及帧率；设计图像帧双缓冲区A和B，采用乒乓操作的方式将视频流数据 帧的有效像素存入缓冲区A，同时根据图像的分辨率对缓冲区B内缓存的完整数 据帧采用双线性插值算法缩放为1920*1080的分辨率大小并存入输出存储单元； 按照SMPTE274标准1080i分辨率视频协议产生控制像素流，从输出存储单元中 读取缩放后的图像数据填充到其像素流的有效像素区，从而实现到SMPTE274标 准1080i分辨率视频协议的转换。实现细节具体如下：

1】设计针对各种常用视频协议（包括各种分辨率的VESA协议、各种分辨 率的RawRGB格式、ITU601、ITU656、ITU709及SMPTE274协议）的检测模块， 检测模块通过分析一个完整帧图像内行场同步信号的时间间隔及消隐区视频数 据的变化规律，判定输入视频是否属于该种协议；

检测模块设置如下视频协议的状态参数,分别为：相邻场同步信号（Vsync） 脉冲之间所包含的行同步信号（Hsync）脉冲数目，Vsync脉冲宽度范围内包含 的Hsync脉冲数目，相邻Hsync脉冲之间包含的像素时钟（CLK）周期计数，Hsync 脉冲宽度范围内包含的CLK周期计数，有效像素行中数据有效信号（De）脉冲 宽度内包含的CLK周期脉冲数目，从Vsync信号脉冲跳变起到第一个有效像素 行之间（场消隐区）所包含的Hsync脉冲数目，有效像素行中从Hsync信号脉 冲跳变起到De信号有效之间（行消隐区）所包含的CLK周期计数；

2】将输入视频的数据及控制信号线（CLK、Hsync、Vsync和De）分别送入 各视频协议检测模块，检测模块分析输入图像帧的数据流，检测并计算上述状 态参数，若检测出的参数与待检测协议的状态参数一致，则认为输入视频属于 该种协议，否则，则不属于该种协议；若某种协议匹配输入视频，则该种协议 的检测模块产生高电平的使能信号CEn，驱动其对应的采集模块；同时其他协议 检测模块输出为低电平的信号，并使其后端处对应的视频采集模块处于复位状 态。

3】设计一个多路选择开关控制器，以各视频协议检测模块输出的CEn为控 制信号量，各视频协议采集模块采集的视频数据流为输入，选通CEn为高电平 对应的采集视频数据流进行后续的缓存及缩放处理操作；

4】设计双缓冲区A和B，缓存连续到来的相邻两帧图像的有效像素，对缓 冲区A和B进行乒乓操作，将当前帧图像填充到缓冲区A时，对B中缓存的上 一帧图像采用双线性插值算法缩放为1920*1080分辨大小，并填充到发送输出 存储单元中；在下一时间周期，将下一帧图像缓存入缓冲区B而对缓冲区A中 的图像帧进行双线性插值处理并存入发送输出存储单元；

5】按照SMPTE274标准1080i分辨率视频协议产生视频消隐区的控制像素 流，并从输出存储单元中顺序读取缩放后的像素数据，填充到视频数据流的有 效像素区，从而实现到SMPTE274标准1080i分辨率视频协议的转换。

本发明所述自动转换控制方法已经在某型地面侦查机器人项目中成功实 施，能够实现对红外、激光及可见光传感器采集的多种协议的视频自动检测， 完成视频缩放处理并统一转换为符合SMPTE274标准的1080i分辨率视频，视 频转换的处理速度快，输出清晰稳定。