CN101783917B - 一种高清视频无缝切换的实现方法 - Google Patents

Abstract

一种高清视频无缝切换的实现方法，包括：N张视频图像输入卡、图像处理底板或背板、图像同步卡和图像输出卡。视频图像输入卡把采集并格式归一化处理的图像数据分配成A、B两组数据并分别经A、B锁存或同相、反相缓冲驱动电路并行输出，而图像处理底板或背板也采用A、B双图像通道设计实现对各视频输入卡图像数据的选择切换。A、B通道图像数据最后经同步处理后由下式得出图像输出通道C的图像数据为：C＝A×β+B×(1-β)，改变增益β的值则可实现视频图像的无缝切换效果。由于图像处理底板或背板每隔m个视频输入卡插槽便增加一级图像数据的三态锁存或同相、反相缓冲驱动电路，本装置可扩展更多视频输入卡，达到高清视频切换的性能。

Description

一种高清视频无缝切换的实现方法

技术领域

本发明涉及电子工程视频图像处理技术领域，特别涉及高清视频图像无缝切换技术。

背景技术

   现实应用中，我们需要把多种不同类型或格式的实时视频图像信号在一台显示设备上进行切换显示。一般技术的视频切换台，在不同信号之间进行切换时，画面会黑屏或闪烁。为了实现无缝或淡入淡出的切换效果，必须设计专门的视频图像同步电路。

   目前通常的视频无缝切换台只能接收标准清晰度复合视频信号（PAL/NTSC制式），多路复合视频经数字解码（DeCoder）后进入专用的图像处理集成电路进行同步处理，然后再经数字编码（EnCoder）生成复合视频输出。这种无缝切换台只能处理标准清晰度的复合视频信号，已不能满足日渐增多的高清应用需求。

现在，有些专业视频图像处理芯片带有画中画（PIP）功能，并且双画面之间可以实现融合显示，由此产生出无缝或淡入淡出切换效果。这些视频处理芯片也可接收高清晰度的视频图像，如VGA、DVI或HDMI信号等，但输入的信号数量有限，且只能在特定的信号之间实现无缝切换，使用局限性大。

发明内容：

   本发明的目的是提供一种能满足日渐增多的高清应用需求，不仅可以扩展更多的输入信号源（包括HDSDI、HDMI等数字高清信号），还可以在更多的视频输入通道间进行任意的无缝或淡如淡出的切换。

本发明的目的通过以下技术方案实现: 一种高清视频图像无缝切换的方法，包括：

（1）、N张用于接收不同类型和格式的视频输入信号，并经缩放处理转换成系统设定的图像分辨率格式并输出图像数据，同时把经格式归一化处理的图像数据分配成完全相同的A、B两组或两组以上的图像数据，分别经A、B两组或两组以上的图像数据锁存或同相、反相缓冲驱动电路并行输出，驱动电路均为三态锁存或同相、反相缓冲逻辑电路，分别带高阻态输入控制端，接系统切换控制电路产生的输出使能控制信号的视频图像输入卡；

（2）、设有两个或两个以上的图像数据传输通道，分别接收自视频输入卡输出的A、B两组或两组以上的完全相同的图像数据至其相对应图像通道，实现对各视频输入卡图像数据的选择切换，以及对相应的行场同步信号和像素时钟信号的选择处理的图像处理底板或背板；

（3）、与图像处理底板或背板相接，可同步图像处理底板或背板A、B通道图像数据的图像同步卡；

（4）、与位于图像处理底板或背板或插在图像处理底板或背板上，可接收图像同步卡的同步图像数据的，并满足下公式：

                  C= A’×β+ B’×（1-β）

其中：A’为即将切换视频卡A通道图像数据，B’为当前的视频卡B通道图像数据，C为图像输出通道；β为图像融合系数，即增益，0≤β≤1 ，当β=0 跳变到β=1， 则完成B’通道到A’通道的无缝切换；当β=0 渐变到β=1， 则实现A’通道图像淡出B’通道图像淡入的切换效果的图像输出卡。

所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其视频输入卡可以是自同步方式工作，也可是外同步方式工作；如果为自同步方式工作，系统中还包括有与图像处理底板或背板输出端相接的，可使图像数据同步的图像同步卡；图像输出卡接收经图像同步卡同步处理的图像信号。

所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其视频图像输入卡所接收的不同类型和格式的视频输入信号是包括数字高清HDMI、HDSDI等信号。

所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，公式C= A’×β+ B’×（1-β）中的A’×β即是对A通道图像数据的增益调整，该处理既可由视频输入卡实现，也可由图像同步卡实现，还可由图像输出卡实现。

所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其图像处理底板或背板每隔m个视频输入卡插槽便增加一级图像数据的三态锁存或同相、反相缓冲驱动电路。

所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，如果图像同步卡采用带画中画功能的专用视频图像处理芯片设计，则只需1张图像同步卡即可实现无缝或淡入淡出的切换设计。

所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，如果图像同步卡仅用来实现同步图像的功能，则需2张图像同步卡分别同步A、B两个图像通道（或多于2个通道）的图像数据，然后输出至图像输出卡作图像叠加处理。

所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，根据需要，所述图像输出卡的电路也可直接设计在图像处理底板或背板上。

所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，根据需要，所述图像同步卡及图像输出卡的电路可直接设计在图像处理底板或背板上。

   本发明的优点在于，所提供的一种高清视频无缝切换的实现方法，可满足日渐增多的高清应用需求，不仅可以扩展更多的输入信号源（包括HDSDI、HDMI等数字高清信号），还可以在更多的视频输入通道间进行任意的无缝或淡如淡出的切换。

附图说明

    图1：本发明视频输入卡输入输出接口电路框图；

   图2：本发明装置系统框图；

   图3：本发明视频输入卡输出电路原理图；

   图4：本发明图像控制底板或背板同步处理电路原理图；

   图5：本发明图像控制底板或背板切换控制电路原理图；

   图6：本发明图像同步卡的实际电路的框图。

具体实施方式

本发明针对现有切换装置的局限，提出了一种新的技术方法，不仅可以扩展更多的输入信号源（包括HDSDI、HDMI等数字高清信号），还可以在更多的视频输入通道间进行任意的无缝或淡如淡出的切换。

   如图1所示，本发明切换技术采用插卡方式设计，主要包括视频输入卡、图像处理底板或背板、图像同步卡和图像输出卡。其中图像输出卡的电路也可直接设计在图像处理底板或背板上。

如图2所示，本发明系统中可插入N 张视频输入卡，每张视频输入卡可接收多路不同类型和格式的视频输入信号，比如：PAL/NTSC×2 + HDSDI×1 + HDMI×1 + VGA×1 + DVI×1。用户操控时，须预先选择好每块视频输入卡的信号源。单块视频输入卡上的视频源切换不能实现无缝或淡入淡出的效果。

视频输入卡主要采集不同类型和格式的视频输入信号，并经缩放处理而转换成系统设定的图像分辨率格式并输出图像数据，比如分辨率为1920×1080 ，场频为60Hz 的逐行格式，本文称为格式归一化处理。视频输入卡把经格式归一化处理的图像数据分配成A、B两组（或多于2组）完全相同的图像数据，并分别经A、B锁存或缓冲驱动通道并行输出。A、B输出通道均为三态锁存或缓冲逻辑电路，分别带高阻态输入控制端，接系统切换控制电路产生的A、B输出使能控制信号。

视频输入卡可以是自同步方式工作，也可是外同步方式工作。自同步方式即视频输入卡有自己的时钟信号，并根据系统设定的图像分辨率格式来生成行、场同步信号。因此，系统中所有的视频输入卡输出的图像数据是不同步的，为了最后实现无缝或淡入淡出的切换，系统中须增加图像同步卡。如果图像同步卡采用带画中画功能的专用视频图像处理芯片设计，则只需1张图像同步卡即可实现无缝或淡入淡出的切换设计。此时，则也可不需图像输出卡，而直接由图像同步卡输出切换图像。如果图像同步卡仅用来实现同步图像的功能，则需2张图像同步卡分别同步A、B两个图像通道的图像数据，然后输出至图像输出卡作图像叠加处理。

根据选用的视频处理电路方案，视频输入卡也可以外同步的方式工作，即视频输入卡输出图像数据的像素时钟和行、场同步信号均由图像处理底板或背板提供。因所有的视频输入卡均以相同的像素时钟和行、场同步信号输出图像数据，所以系统则不需图像同步卡。

系统采用A、B双图像通道（或多于2个通道）设计，视频输入卡输出2路相同的图像数据分别到图像处理底板或背板上的A、B图像通道。图像处理底板或背板主要实现对各视频输入卡图像数据的选择切换，以及对相应的行场同步信号和时钟信号的选择切换处理。例如：当前显示选择的是1# 视频输入卡的A通道图像数据， 若欲切换到2# 视频输入卡显示，图像处理底板或背板则选择2# 视频输入卡的B通道图像数据。当继续切换到3#视频输入卡显示时，则选择3# 视频输入卡的A通道图像数据。A、B双图像通道设计，确保了无缝或淡入淡出切换过程中，当前（A或B通道）和即将切换（B或A通道）的视频图像一直处在稳定的状态。不仅如此，A、B切换通道的图像数据在切换输出前，必须作完全同步的处理。如果A、B切换通道的图像数据完全同步，则最后图像输出通道C可由下公式得出：

C= A’×β+ B’×（1-β）

其中β为图像融合系数，即增益。0≤β≤1 。当β=0 跳变到β=1， 则完成B’通道到A’通道的无缝切换；当β=0 渐变到β=1， 则实现A’通道图像淡出B’通道图像淡入切换效果。 

   A’×β即是对A’通道图像数据的增益调整，该处理既可由视频输入卡实现，也可由图像同步卡实现，还可由图像输出卡实现，具体设计可根据实际电路方案确定。

一张图像处理底板或背板上可扩展出共N个视频输入卡插槽，N个视频输入卡插槽中每隔m个插槽便设置一级图像数据的三态锁存或缓冲驱动电路，由此增加图像数据传输的阻抗匹配，确保每块视频输入卡的高清图像数据的多级传输性能，进而便可扩展更多的视频输入卡插槽。

N张视频输入卡对应N个视频输入通道，操控界面上无缝或淡入淡出切换在这N个视频输入通道间进行，但在系统内部都由图像处理底板或背板选择切换到A、B图像通道。

下面结合电路，对本发明进一步详述：

1）   本发明的视频输入卡可采用以下具体电路方案实现：

采用ST公司生产的专用视频图像处理集成电路FLI32626H-BG作为主处理芯片。FLI32626H-BG可直接接收HDMI、DVI、VGA、CVBS（PAL/NTSC）等高清或标清视频信号，而HDSDI/SDI 数字视频信号则先经过 GENNUM 公司GS2974 解调和GS2974解码输至FLI32626H-BG的DIGITAL INPUT 口。

FLI32626H-BG以自同步方式工作，视频输入卡以板上19.6608MHz 晶体合成不同格式所需的图像像素时钟，以及对应该格式的行、场同步信号。

FLI32626H-BG采集和缩放处理不同类型和格式的视频输入信号，最后均以系统所设定的一种分辨率格式输出图像数据，该图像数据以TTL 电平输出至带高阻态的锁存、同相或反相缓冲驱动电路。

如图1所示中的A、B图像数据输出通道的三态锁存电路选用TI公司的SN74LVC16374ADGGR ，图3是A通道的高14位图像数据的三态锁存电路实例。图中N1高阻输出态由“CH1-IMG-OUT-OEA ”控制信号控制，当为高时，QTO-A15到QTO-A29为高阻输出，当为低时，QTO-A15到QTO-A29为‘0’、‘1’逻辑输出。

2）   本发明图像处理底板电路框图如图2所示，其中三态锁存电路选用SN74LVC16374ADGGR 。而同步处理电路选用ALTERA公司的可编程逻辑芯片（EPLD）EPM7032AETC44设计，具体电路如图4所述， 其中DHSCH1、DVSCH1 到DHSCH6、DVSCH6 分别为来自6张视频输入卡输出图像的行、场同步信号，而CHASEL0、CHASEL1和CHASEL2三位控制线用来从6路输入同步信号中选择出1组作为A通道的行、场同步信号TDAHS、TDAVS ；同样CHBSEL0、CHBSEL1和CHBSEL2三位控制线用来从6路输入同步信号中选择出1组作为B通道的行、场同步信号TDBHS、TDBVS 。

图像处理底板或背板的切换控制电路仍然选用EPM7032AETC44来实现，如图5所示为A图像通道切换控制电路实例。其中DCLKACH1 到 DCLKACH6 为来自6张视频输入卡输出图像数据的像素时钟，OEACH1 到OEACH6 为6张视频输入卡输出图像数据的使能控制信号，OEACH12、OEACH34、OEACH56分别为图像处理底板上图像数据锁存器的使能控制信号，CHASEL0、CHASEL1和CHASEL2三位控制线主要选择从DCLKACH1 到 DCLKACH6中选择1路作为A通道图像数据的像素时钟信号：DCLKACHnO ，同时置位OEACH1到OEACH6、CHASEL0、CHASEL1和CHASEL2 到对应的高低电平，使得我们选择的第 n 张视频输入卡的图像数据传输至图像同步卡。

本发明的图像同步卡的实际电路框图如图6所示，图像同步卡主要实现图像帧率转换的功能，即输出图像的帧频跟输入图像的帧频无关，图像由外同步信号同步输出。A、B两张图像同步卡均由同一组外同步信号同步，且它们均由同一像素时钟输出图像数据，由此输出图像通道C的图像数据可由 C= A’×β+ B’×（1-β）得出，由此实现无缝切换或淡入淡出的切换效果。本发明中的β、（1-β）通过调整图像同步卡A’、B’输出图像得增益来表达。

Claims (9)

1. 一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，所述方法包括：

（1）、N张视频输入卡用于接收不同类型和格式的视频输入信号，并经缩放处理转换成系统设定的图像分辨率格式并输出图像数据，同时把经格式归一化处理的图像数据分配成完全相同的A、B两组或两组以上的图像数据，分别经A、B两个或两个以上的图像数据锁存或同相、反相缓冲驱动电路并行输出，驱动电路均为三态锁存或同相、反相缓冲逻辑电路，分别带高阻态输入控制端，接系统切换控制电路产生的输出使能控制信号；

（2）、图像处理底板或背板设有两个或两个以上的图像通道，分别接收与视频输入卡输出的A、B两组或两组以上的完全相同的图像数据至其相对应图像通道，实现对各视频输入卡图像数据的选择切换，以及对相应的行场同步信号和像素时钟信号的选择切换处理；

（3）、图像同步卡与图像处理底板或背板相接，可同步图像处理底板或背板A、B通道图像数据；

（4）、图像输出卡与位于图像处理底板或背板或插在图像处理底板或背板上，可接收图像同步卡的同步图像数据的，并满足下公式：

                    C= A’×β+ B’×（1-β）

其中：A’为即将切换视频卡A通道图像数据，B’为当前的视频卡B通道图像数据，C为图像输出通道；β为图像融合系数，即增益，0≤β≤1 ，当β=0 跳变到β=1， 则完成B’通道图像到A’通道图像的无缝切换；当β=0 渐变到β=1， 则实现A’通道图像淡出B’通道图像淡入的切换效果。

2.根据权利要求1所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，视频输入卡可以是自同步方式工作，也可是外同步方式工作；如果为自同步方式工作，系统中还包括有与图像处理底板或背板输出端相接的，可使图像数据同步的图像同步卡；图像输出卡接收经图像同步卡同步处理的图像信号。

3.根据权利要求1或2所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，视频输入卡所接收的不同类型和格式的视频输入信号是包括数字高清HDMI、HDSDI信号。

4.根据权利要求1或2所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，公式  C= A’×β+ B’×（1-β）中的A’×β即是对A’通道图像数据的增益调整，该增益调整既可由视频输入卡实现，也可由图像同步卡实现，还可由图像输出卡实现。

5.根据权利要求1或2所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，图像处理底板或背板每隔m个视频输入卡插槽便增加一级图像数据的三态锁存或同相、反相缓冲驱动电路。

6.根据权利要求2所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，如果图像同步卡采用带画中画功能的专用视频图像处理芯片设计，则只需1张图像同步卡即可实现无缝或淡入淡出的切换设计。

7.根据权利要求2所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，如果图像同步卡仅用来实现同步图像的功能，则需2张图像同步卡分别同步A、B两个图

像通道或多于2个通道的图像数据，然后输出至图像输出卡作图像叠加处理。

8.根据权利要求1所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，根据需要，所述图像输出卡的电路也可直接设计在图像处理底板或背板上。

9.根据权利要求2所述的一种高清视频图像无缝切换的方法，其特征在于，根据需要，所述图像同步卡及图像输出卡的电路可直接设计在图像处理底板或背板上。 

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