專利名稱：一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及電子工程視頻圖像處理技術(shù)，特別是把多路視頻圖像畫面合成為 一幅視頻圖像輸出的圖像處理裝置。
背景技術(shù)：
目前，視頻圖像合成器或畫面分割器可以把多路不同類型或格式的視頻圖像經(jīng)實(shí) 時(shí)圖像處理后合成1路視頻圖像輸出，把該輸出接1臺顯示設(shè)備，即可顯示出多幅實(shí)時(shí)視頻 圖像。通常的視頻圖像合成器只能輸入標(biāo)清復(fù)合視頻(PAL/NTSC)，多路復(fù)合視頻經(jīng)畫面 合成后仍以1路復(fù)合視頻輸出，圖像清晰度很低。目前大多數(shù)的現(xiàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)控均采用該方 式；也有可輸入VGA或DV等高分辨率的視頻圖像合成器，輸出也可為DVI等數(shù)字接 口。通常有兩種設(shè)計(jì)方式一種是采用單電路板設(shè)計(jì)，視頻畫面合成采用帶畫中畫的專用視頻集成電路來實(shí) 現(xiàn)。該方式設(shè)計(jì)復(fù)雜，合成的分割畫面或子畫面數(shù)量有限，且專用視頻集成電路的畫中畫通 道視頻帶寬窄、算法簡單，影響合成畫面清晰度；另一種是采用插卡方式設(shè)計(jì)，每塊輸入卡均以畫中畫方式顯示本卡輸入，其輸出 接下一級輸入卡且作為其背景畫面，由此多卡級聯(lián)合成多畫面于一路輸出畫面中。該方式 視頻處理芯片畫中畫通道視頻帶寬窄、算法簡單，因此合成畫面不清晰。同時(shí)，第一級輸入 視頻須經(jīng)多級處理才輸出，延時(shí)時(shí)間太長，圖象實(shí)時(shí)性很差；
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是，根據(jù)目前數(shù)字高清視頻(HDMI、HDSDI)的應(yīng)用越來越普及， 同時(shí)也大量存在通常的標(biāo)清復(fù)合視頻(PAL/NTSC)、標(biāo)清/高清分量視頻、VGA或DVI等計(jì) 算機(jī)視頻圖像等；要求新的視頻圖像合成裝置要能接入更多類型的視頻圖像，還要全高清 (1920X1080分辨率)實(shí)時(shí)視頻處理，由此提出一種新的視頻圖像合成裝置滿足上述需要。本實(shí)用新型的另一目的是視頻圖像合成裝置還要實(shí)現(xiàn)畫面平鋪、開窗、疊加等靈 活的畫面合成功能。本實(shí)用新型通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)，，一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，包 括機(jī)箱、圖像處理裝置及為它們供電的電源，圖像處理裝置包括(1)、用于切換選通各視頻 輸入圖像數(shù)據(jù)，由此合成一幅輸出圖像，實(shí)現(xiàn)畫面合成，包括平鋪、開窗或疊加效果功能，根 據(jù)Hor-DE-SPn、Ver-DE-SPruSys-Clk和用戶設(shè)定參數(shù)User-Defi-Paras來給視頻輸入同步 卡產(chǎn)生圖像輸出使能控制信號=IMG-OE-SPn(η = 1、2、3…N)和產(chǎn)生對應(yīng)圖像數(shù)據(jù)傳輸通道 之驅(qū)動電路的高阻態(tài)使能控制信號IMG-OE-BT m(m= 1、2、3…Μ)的圖像控制底板或背板； (2)、與圖像控制底板或背板信號輸入端相連接的，可選擇接收N路實(shí)時(shí)視頻信號并輸出圖 像數(shù)據(jù)信號的N張視頻輸入同步卡。[0010]所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其所述視頻輸入同步卡與圖像控 制底板或背板信號輸入端相連接的方式為插卡式連接。所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其所述圖像控制底板或背板的電 路包括用于控制整個(gè)電路的邏輯控制電路及與其電連接的行場同步電路、系統(tǒng)時(shí)鐘及時(shí) 鐘驅(qū)動電路、分別與輸入同步卡相對應(yīng)的緩沖或鎖存驅(qū)動電路、VGA輸出電路及DVI/HDMI 輸出電路。所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其視頻輸入同步卡的電路包括 用于對圖像進(jìn)行縮小/放大處理、幀速轉(zhuǎn)化處理的視頻圖像處理專用IC和與其電連接的視 頻輸入處理IC、圖像存儲器、三態(tài)鎖存器及用來處理加載用戶設(shè)定參數(shù)的微處理器MCU。所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其視頻輸入同步卡以圖像控制底 板或背板設(shè)定的圖像分辨率格式輸出圖像至圖像控制底板或背板，即不管視頻輸入同步卡 選擇何種類型或何種分辨率格式的視頻信號輸入，均由其轉(zhuǎn)換成一種系統(tǒng)設(shè)定的圖像分辨 率格式輸出圖像；不僅如此，所有的視頻輸入同步卡輸出圖像的分辨率格式均相同，即均由 一組共同的行、場同步信號和圖像像素時(shí)鐘信號輸出圖像。所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其視頻輸入同步卡在設(shè)定的圖像 分辨率格式下可分別設(shè)定輸出圖像的位置和大小。所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其由圖像控制底板或背板 根據(jù)行場同步信號Hor-Sync-BT、Ver-Sync-BT,系統(tǒng)時(shí)鐘Sys-Clk和用戶設(shè)定參數(shù) User-Defi-Paras，直接產(chǎn)生對應(yīng)每塊視頻輸入同步卡輸出有效圖像數(shù)據(jù)的控制信號 Hor-DE-SPn 和 Ver-DE-SPn0所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其所有的視頻輸入同步卡均以三 態(tài)的形式鎖存或同相、反相緩沖驅(qū)動輸出圖像數(shù)據(jù)到圖像控制底板或背板，其高阻態(tài)由圖 像輸出使能控制信號IMG-OE-SPn控制，該信號根據(jù)Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn等由圖像控 制底板或背板經(jīng)邏輯綜合統(tǒng)一產(chǎn)生。所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其為了擴(kuò)展更多視頻輸入同步 卡，圖像控制底板或背板每隔P個(gè)插槽便增加一級三態(tài)鎖存或同相、反向緩沖驅(qū)動電路，同 時(shí)產(chǎn)生對應(yīng)每級驅(qū)動電路的高阻態(tài)使能控制信號IMG-0E-BTm(m = 1、2、3…Μ)。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于，可將目前存在通常的標(biāo)清復(fù)合視頻(PAL/NTSC)、標(biāo)清/ 高清分量視頻、VGA、DVI、HDMI和HDSDI等多路視頻圖像信號進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻處理，實(shí)現(xiàn)平鋪、 開窗、疊加等靈活的畫面合成。

圖1為本實(shí)用新型的系統(tǒng)框圖；圖2為本實(shí)用新型的視頻輸入同步卡輸出子畫面疊加示意圖；圖3為本實(shí)用新型的視頻輸入同步卡以三態(tài)的形式輸出圖像數(shù)據(jù)到圖像控制底 板或背板和圖像控制底板或背板圖像數(shù)據(jù)傳輸通道以三態(tài)的形式逐級驅(qū)動圖像數(shù)據(jù)示意 圖；圖4為本實(shí)用新型的由圖像控制底板或背板產(chǎn)生IMG-OE-SPn和IMG-OE-BTm示意 圖；[0023]圖5為本實(shí)用新型的視頻輸入同步卡的電路框圖示意圖；圖6為本實(shí)用新型的視頻輸入同步卡輸出圖像數(shù)據(jù)的三態(tài)鎖存電路實(shí)例圖；圖7為本實(shí)用新型的圖像控制底板或背板的邏輯控制電路實(shí)例圖。具體實(shí)施本畫面合成器采用插卡方式設(shè)計(jì)，如圖1系統(tǒng)框圖所示，它主要包括N塊視頻輸入 同步卡和圖像控制底板或背板。每塊視頻輸入同步卡可接收多路不同類型和格式的視頻信 號，用戶可任選其中1路作為合成子畫面顯示。N塊視頻輸入同步卡則可產(chǎn)生N幅合成子畫 面，N幅合成子畫面通過圖像控制底板或背板的傳輸和選擇切換，進(jìn)而合成1幅輸出圖像， 以VGA、DVI或HDMI的形式輸出。視頻輸入同步卡支持多路不同類型和格式視頻信號輸入，比如PAL/NTSCX2+H DSDI X 1+HDMI X 1+VGAX 1+DVI XI。同時(shí)，該卡以圖像控制底板或背板設(shè)定的圖像分辨率 格式輸出圖像數(shù)據(jù)，比如全逐行高清格式，分辨率1920X 1080，場頻60Hz。圖像控制底 板或背板以行、場同步信號和圖像像素時(shí)鐘信號設(shè)定圖像分辨率格式，比如上述分辨率為 1920 X 1080，場頻為60Hz的全逐行高清格式的行頻為67. 5KHz，行頻為60Hz，像素時(shí)鐘為 148MHz。插入圖像控制底板或背板的N塊視頻輸入同步卡均以相同的圖像分辨率格式輸出 圖像數(shù)據(jù)。不僅如此，我們還可任意設(shè)定每塊視頻輸入同步卡輸出圖像的大小和位置即壓 縮輸入視頻圖像于一子畫面窗口，其分別由下面四組參數(shù)定義 如圖2所示，在1920X 1080分辨率格式下，1號視頻輸入同步卡輸出子畫面SP1，2 號視頻輸入同步卡輸出子畫面SP2，SP2局部疊加在SPl上面。同時(shí)，如圖2所示，視頻輸入同步卡可產(chǎn)生對應(yīng)其輸出子畫面的圖像輸出有 效控制信號，如對子畫面SP1，其水平有效控制信號Hor-DE-SPl，垂直有效控制信號 Ver-DE-SPl0所有的視頻輸入同步卡均以三態(tài)的形式鎖存或緩沖驅(qū)動輸出圖像數(shù)據(jù)到圖像 控制底板或背板，如圖3所示。其高阻態(tài)由圖像輸出使能控制信號IMG-OE-SPn控制， IMG-OE-SPn由圖像控制底板或背板產(chǎn)生。為了合成N塊視頻輸入同步卡的N幅輸出圖像至1幅合成畫面中，圖像控制底板 或背板須給每塊視頻輸入同步卡產(chǎn)生圖像輸出使能控制信號=IMG-OE-SPn (η = 1、2、3… N)。同時(shí)，為了擴(kuò)展更多視頻輸入同步卡，圖像控制底板或背板每隔P個(gè)插槽便增加一級三態(tài)鎖存或同相、反向緩沖驅(qū)動電路，同時(shí)產(chǎn)生對應(yīng)每級驅(qū)動電路的高阻態(tài)使能控制信號 IMG-OE-BT m(m = 1、2、3…Μ)。圖像控制底板或背板根據(jù)Hor-DE-SPn、Ver-DE-SPn, Sys-Clk和用戶設(shè)定參數(shù) User-Defi-Paras 來產(chǎn)生 IMG-OE-SPn 和 IMG-OE-BTm。如圖 4 所示，Hor-DE-SPn、Ver-DE_SPn 也由圖像控制底板或背板根據(jù)行場同步信號Hor-Sync-BT、Ver-Sync-ΒΤ,系統(tǒng)時(shí)鐘 Sys-Clk和用戶設(shè)定參數(shù)User-Defi-Paras直接產(chǎn)生。IMG-OE-SPn和IMG-OE-BTm是實(shí)現(xiàn)畫面合成的切換控制信號，如圖2所示，SP2為 頂層子畫面，則IMG-0E-SP2 = Hor-DE_SP2 邏輯與 Ver_DE_SP2然而，SPl為第二層子畫面，則IMG-OE-SPl = (Hor-DE-SPl 邏輯與 Ver-OverLap-DE-SPl)邏輯或 (Hor-OverLap-DE-SPl 邏輯與 Ver-DE-SPl 邏輯與 Ver_DE_SP2)圖像控制底板或背板根據(jù)IMG-OE-SPn和IMG-OE-BTm輸出圖像數(shù)據(jù)使能控制信號 來選擇切換各視頻輸入同步卡輸出的圖像數(shù)據(jù)，如在顯示SPl子畫面期間，IMG-OE-SPl = 0，而其它 IMG-OE-SPn (η 乒 1) =1。整個(gè)系統(tǒng)采用統(tǒng)一時(shí)鐘設(shè)計(jì)，圖像控制底板或背板和所有輸入同步卡的時(shí)鐘頻率 完全相同。本實(shí)用新型的部分具體實(shí)施電路圖如下圖5為視頻輸入同步卡的電路框圖，其中采用ST公司生產(chǎn)的專用視頻輸入處理 IC選用FLI32626H-BG作為視頻圖像輸入處理集成電路。FLI32626H-BG可直接接收HDMI、 DVI, VGA、CVBS(PAL/NTSC)等高清或標(biāo)清視頻信號，而HDSDI/SDI數(shù)字高清視頻信號則先 經(jīng)過GENNUM公司的解調(diào)電路GS2974解調(diào)和解碼電路GS2974解碼，輸至FLI32626H-BG的 DIGITAL INPUT 口。FLI32626H-BG 以自同步方式工作，F(xiàn)LI32626H-BG 以 19. 6608MHz 晶體 合成不同格式所需的圖像像素時(shí)鐘，以及對應(yīng)該格式的行、場同步信號。FLI32626H-BG輸 出圖像數(shù)據(jù)至視頻圖像處理專用IC。視頻圖像處理專用IC主要完成圖像壓縮和幀速轉(zhuǎn) 換的作用，其以外同步方式工作，其輸出圖像數(shù)據(jù)的像素時(shí)鐘(Pixel Clk)、行場同步信號 (Hor-Sync, Ver-Sync)來自圖像控制底板或背板；圖中三態(tài)鎖存器的具體型號為LVC1637 ； 微處理器MCU用來用來處理加載用戶設(shè)定參數(shù)。圖6是視頻輸入同步卡輸出圖像數(shù)據(jù)的三態(tài)鎖存電路，鎖存器選用TI公司的 SN74LVC16374ADGGR，NlO輸出的圖像數(shù)據(jù)共30位，紅、綠和藍(lán)各10位，圖6中的N12鎖存其 中15位，剩下15位由另一片SN74LVC16374ADGGR鎖存。NlO輸出的圖像數(shù)據(jù)CH1D(TCH1D14 經(jīng)鎖存后輸出為CH1QCTCH1Q14。而“ IMG-OE-CHl ”為高時(shí)，CH1Q(TCH1Q14為高阻輸出。圖7為圖像控制底板或背板的邏輯控制電路，N25選用ALTERA公司的可編程邏 輯芯片(EPLD)EPM7064AETC44 設(shè)計(jì)。其中輸入信號 Sys_Clk、Hor-Sync-BT, Ver-Sync-BT 為圖像控制底板或背板設(shè)定圖像分辨率格式的像素時(shí)鐘和行、場同步信號；MCU-CNT0、 MCU-CNTl、MCU-CNT2和MCU-CNT3為微處理器與EPM7064AETC44的通訊控制信號，用來 加載用戶設(shè)定參數(shù)=User-Def i-Paras。圖7實(shí)例中各輸入輸出信號的邏輯關(guān)系主要 由 EPM7064AETC44 編程確定，主要為EPM7064AETC44 首先根據(jù) Sys_Clk、Hor-Sync-BT, Ver-Sync-BT 和 User-Defi-Paras 來產(chǎn)生中間信號Hor-DE_SPn 和 Ver_DE_SPn，然后再由Hor-DE-SPn、Ver-DE-SPn和各子畫面的層疊關(guān)系生成IMG-0E_SPn(n = 1. . . 9)和 IMG-0E-BTm(m = 1 …3)。具體如圖2所示子畫面情形，SP2為頂層子畫面，則IMG-0E-SP2 = Hor-DE_SP2 邏輯與 Ver_DE_SP2然而，SP1為第二層子畫面，則IMG-0E-SP1 = (Hor-DE-SPl 邏輯與 Ver-OverLap-DE-SPl)邏輯或 (Hor-OverLap-DE-SPl邏輯與Ver-DE-SPl邏輯與Ver_DE_SP2)不同的畫面層疊關(guān)系，信號 之間的邏輯關(guān)系不同。
權(quán)利要求一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，包括機(jī)箱、圖像處理裝置及為它們供電的電源，其特征在于圖像處理裝置包括(1)、用于切換選通各視頻輸入圖像數(shù)據(jù)，由此合成一幅輸出圖像，實(shí)現(xiàn)畫面合成，包括平鋪、開窗或疊加效果功能，根據(jù)Hor DE SPn、Ver DE SPn、Sys Clk和用戶設(shè)定參數(shù)User Defi Paras來給視頻輸入同步卡產(chǎn)生圖像輸出使能控制信號IMG OE SPn(n＝1、2、3…N)和產(chǎn)生對應(yīng)圖像數(shù)據(jù)傳輸通道之驅(qū)動電路的高阻態(tài)使能控制信號IMG OE BT m(m＝1、2、3…M)的圖像控制底板或背板；(2)、與圖像控制底板或背板信號輸入端相連接的，可選擇接收N路實(shí)時(shí)視頻信號并輸出圖像數(shù)據(jù)信號的N張視頻輸入同步卡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其特征在于，所述 視頻輸入同步卡與圖像控制底板或背板信號輸入端相連接的方式為插卡式連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其特征在于，所 述圖像控制底板或背板的電路包括用于控制整個(gè)電路的邏輯控制電路及與其電連接的行 場同步電路、系統(tǒng)時(shí)鐘及時(shí)鐘驅(qū)動電路、分別與輸入同步卡相對應(yīng)的緩沖或鎖存驅(qū)動電路、 VGA輸出電路及DVI/HDMI輸出電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其特征在于，視頻 輸入同步卡的電路包括用于對圖像進(jìn)行縮小/放大處理、幀速轉(zhuǎn)化處理的視頻圖像處理 專用IC和與其電連接的視頻輸入處理IC、圖像存儲器、三態(tài)鎖存器及用來處理加載用戶設(shè) 定參數(shù)的微處理器MCU。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其特征在于，視 頻輸入同步卡以圖像控制底板或背板設(shè)定的圖像分辨率格式輸出圖像至圖像控制底板或 背板，即不管視頻輸入同步卡選擇何種類型或何種分辨率格式的視頻信號輸入，均由其轉(zhuǎn) 換成一種系統(tǒng)設(shè)定的圖像分辨率格式輸出圖像；不僅如此，所有的視頻輸入同步卡輸出圖 像的分辨率格式均相同，即均由一組共同的行、場同步信號和圖像像素時(shí)鐘信號輸出圖像。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其特征在于，視 頻輸入同步卡在設(shè)定的圖像分辨率格式下可分別設(shè)定輸出圖像的位置和大小。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其特征在于，由 圖像控制底板或背板根據(jù)行場同步信號Hor-Sync-BT、Ver-Sync-BT、系統(tǒng)時(shí)鐘Sys-Clk和 用戶設(shè)定參數(shù)User-Defi-Paras，直接產(chǎn)生對應(yīng)每塊視頻輸入同步卡輸出有效圖像數(shù)據(jù)的 控制信號:Hor-DE-SPn 和 Ver-DE-SPn0
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其特征在于，所 有的視頻輸入同步卡均以三態(tài)的形式鎖存或同相、反相緩沖驅(qū)動輸出圖像數(shù)據(jù)到圖像控制 底板或背板，其高阻態(tài)由圖像輸出使能控制信號IMG-OE-SPn控制，該信號根據(jù)Hor-DE-SPn 和Ver-DE-SPn等由圖像控制底板或背板經(jīng)邏輯綜合統(tǒng)一產(chǎn)生。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，其特征在于，為 了擴(kuò)展更多視頻輸入同步卡，圖像控制底板或背板每隔P個(gè)插槽便增加一級三態(tài)鎖存或同 相、反向緩沖驅(qū)動電路，同時(shí)產(chǎn)生對應(yīng)每級驅(qū)動電路的高阻態(tài)使能控制信號IMG-OE-BT m(m =1、2、3...M)。
專利摘要一種合成多路高清視頻圖像畫面的裝置，采用插卡方式設(shè)計(jì)，包括N張視頻輸入同步卡，圖像控制器。N張視頻輸入同步卡選擇接收N路實(shí)時(shí)視頻信號，分別以三態(tài)邏輯輸出圖像數(shù)據(jù)至圖像控制器。視頻輸入同步卡均由一組共同的行、場同步信號和圖像像素時(shí)鐘信號輸出圖像數(shù)據(jù)，而且每張視頻輸入同步卡可分別設(shè)定輸出圖像的位置和大小且產(chǎn)生對應(yīng)其輸出畫面的有效圖像數(shù)據(jù)控制信號Hor-DE-SPn和Ver-DE-SPn。圖像控制器每隔p個(gè)插槽便增加一級三態(tài)鎖存或同相、反相緩沖驅(qū)動電路，同時(shí)產(chǎn)生對應(yīng)每級的高阻態(tài)使能控制信號和對應(yīng)每塊視頻輸入同步卡的控制信號，來切換選通各視頻輸入同步卡輸出的圖像數(shù)據(jù)，由此實(shí)現(xiàn)畫面合成的功能。
文檔編號H04N7/015GK201657185SQ20102012978
公開日2010年11月24日 申請日期2010年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年2月9日
發(fā)明者曾建軍 申請人:深圳市唯奧視訊技術(shù)有限公司