專利名稱：基于可編程器件的立體視頻顯示方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種使用可編程器件的立體視頻顯示方法與裝置，特別涉及一種基于視差立體原理的立體視頻顯示方法與裝置。
背景技術(shù)：
隨著立體顯示技術(shù)的發(fā)展，立體顯示產(chǎn)品被廣泛用于各種場合，如科研，醫(yī)療，教育，娛樂，航空，軍隊訓(xùn)練，結(jié)構(gòu)建模等等。據(jù)相關(guān)調(diào)查機構(gòu)的調(diào)查結(jié)果顯示，目前所有領(lǐng)先的電視機品牌都已推出3D電視，2010年3D電視的出貨量達到320萬臺，預(yù)計2014年將達到9100萬臺，市場前景巨大?；谝暡畹牧Ⅲw顯示技術(shù)是當(dāng)前的較為成熟的技術(shù)路線。目前基于視差的立體顯示器通常是在傳統(tǒng)的平面顯示器件的基礎(chǔ)上改造而成，其中以液晶顯示器(LCD)面板最為常見。不同于平面顯示，基于視差的立體顯示器需要在屏幕上同時顯示一對立體視圖，需要對顯示屏幕做時間或者空間的分割。文獻1 中國專利CN201898582U，一種立體視頻采集顯示系統(tǒng)，公開了一種立體視頻采集顯示系統(tǒng)，包括計算機、兩個有USB接口的網(wǎng)絡(luò)攝像頭，以及自由立體顯示器，兩個攝像頭連接到計算機，計算機輸出信號到自由立體顯示器。計算機的使用，使得整個系統(tǒng)費用增加，并且不利于小型化的后續(xù)發(fā)展。文獻2 中國專利CN101765021A，一種時分式雙目立體顯示方法及時分式雙目立體顯示系統(tǒng)，公開了一種時分式雙目立體顯示方法及時分式雙目立體顯示系統(tǒng)。該系統(tǒng)將得到的雙路視頻信號的每一路視頻信號對應(yīng)的隔行掃描的奇數(shù)場視頻信號和偶數(shù)場視頻信號合成為逐行掃描的幀視頻信號，根據(jù)得到的逐行掃描的幀視頻信號進行倍頻處理，合成生成倍頻的雙路立體視頻信號輸出。但是運用此方法，左右眼觀察到的圖像垂直方向分辨率會減少一倍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種使用雙通道數(shù)字視頻接口、具有兼容性好、擴展性強、 數(shù)據(jù)帶寬大、高速實時處理等優(yōu)點的基于可編程器件的立體視頻顯示的方法與裝置。實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為
一種基于可編程器件的立體視頻顯示的方法，其特征在于，步驟如下；
步驟一為圖像處理單元供電并配置圖像處理單元，使其開始工作；
步驟二 根據(jù)用戶的需要配置圖像傳感模塊和視頻信號編碼模塊；
步驟三圖像傳感模塊和視頻信號編碼模塊開始工作，圖像處理單元等待視頻數(shù)據(jù)到
達；
步驟四當(dāng)新的一幀圖像數(shù)據(jù)到來，圖像處理單元內(nèi)部存儲器作為一級數(shù)據(jù)緩存區(qū)，用雙端口存取方法處理圖像行信息；圖像處理單元外部存儲器作為二級數(shù)據(jù)緩存區(qū)，用乒乓操作處理整幅圖像信息；
步驟五圖像處理單元根據(jù)外部顯示裝置的顯示參數(shù)，以行為單位，將二級數(shù)據(jù)緩存區(qū)數(shù)據(jù)送入一級數(shù)據(jù)緩存區(qū)，然后將一級數(shù)據(jù)緩存區(qū)數(shù)據(jù)送到視頻信號編碼模塊；
步驟六視頻信號編碼模塊完成高速信號的編碼工作，將編碼后的信號送至顯示裝置。一種基于可編程器件的立體視頻顯示的裝置，其特征在于，包括一組通用接口、一個可編程器件、兩組互相獨立的存儲器、一個雙通道數(shù)字視頻編碼模塊，一組雙通道數(shù)字視頻接口及相關(guān)的外圍電路；通用接口、存儲器、雙通道數(shù)字視頻編碼模塊分別與可編程器件相連，雙通道數(shù)字視頻編碼模塊與雙通道數(shù)字視頻接口相連，外圍電路保證裝置的正常供電和配置；外部帶有視差信息的雙路視頻信號經(jīng)一組通用接口輸入一個可編程器件，可編程器件將當(dāng)前同時采集的兩路視頻輸入信號存入兩組相互獨立的存儲器，之后可編程器件將上一次存儲于兩組相互獨立的存儲器的數(shù)據(jù)依次讀入并發(fā)給一個雙通道數(shù)字視頻編碼模塊，雙通道數(shù)字視頻編碼模塊將數(shù)據(jù)編碼為符合雙通道數(shù)字視頻格式的信號輸出給顯示裝置，整個過程中，一組雙通道數(shù)字視頻接口為上述模塊提供適合的工作條件。本發(fā)明的原理是視頻源產(chǎn)生的視頻數(shù)據(jù)為包含像素數(shù)據(jù)、像素時鐘、同步信號和其他控制狀態(tài)信號的制式數(shù)據(jù)。該裝置需要外部提供兩路視頻數(shù)據(jù)，這兩路視頻數(shù)據(jù)帶有水平方向的視差信息。視頻數(shù)據(jù)對經(jīng)過一組用于視頻數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐ㄓ媒涌谶B接至一個可編程器件?？删幊唐骷膬?nèi)部緩存作為一級緩存，片外存儲器作為二級緩存。一級緩存存儲行數(shù)據(jù)，二級緩存存儲幀數(shù)據(jù)?？删幊唐骷x入視頻數(shù)據(jù)內(nèi)容，選出其中的原始圖像數(shù)據(jù)， 寫入一級緩存。然后，可編程器件將數(shù)據(jù)按照幀和行的對應(yīng)關(guān)系轉(zhuǎn)存到二級緩存的一塊連續(xù)存儲區(qū)。之后，可編程器件讀取二級緩存連續(xù)存儲區(qū)中的時分立體視頻數(shù)據(jù)，將該數(shù)據(jù)讀入一級緩存，連同像素時鐘、同步信號發(fā)送給雙通道數(shù)字視頻編碼模塊。雙通道數(shù)字視頻編碼模塊將時分立體視頻數(shù)據(jù)編碼之后，通過雙通道數(shù)字視頻接口發(fā)送給液晶顯示器。為了保證實時處理能力，一級緩存使用雙端口存取，二級緩存使用乒乓操作。當(dāng)一幀數(shù)據(jù)到來，系統(tǒng)采集兩路帶有水平方向視差信息的視頻輸入，將當(dāng)前幀兩路視頻分別緩存于第一組存儲器；當(dāng)下一幀數(shù)據(jù)到來，系統(tǒng)采集兩路帶有水平方向視差信息的視頻輸入， 將下一幀兩路視頻分別緩存于第二組存儲器；通過幀同步信號切換寫入視頻數(shù)據(jù)到兩組存儲器的切換。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點
1、兼容性好，雙通道數(shù)字視頻接口能夠兼容目前市面上的絕大多數(shù)液晶顯示器，通用的視頻數(shù)據(jù)傳輸接口可以連接不同的外部采集設(shè)備。2、擴展性強，可編程器件外部接口具有通用性，本身可以重復(fù)編程，通過修改硬件描述語言的程序能夠適應(yīng)硬件的更替和升級。3、數(shù)據(jù)帶寬大，雙通道數(shù)字視頻模塊可以支持高達1920x1080分辨率下120Hz刷
新率的顯示器信號。4、高速實時處理，一級緩存的設(shè)計保證數(shù)據(jù)的高速處理，二級緩存的設(shè)計保證數(shù)據(jù)的連續(xù)存取，二者共同實現(xiàn)了高速實時處理的功能。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細描述。


圖1是本發(fā)明的工作流程圖。圖2是本發(fā)明的裝置組成示意圖。圖3是具體實例的裝置組成示意圖。圖4是FPGA邏輯模塊結(jié)構(gòu)圖。圖5是具體實例的工作流程。圖6是DDR SDRAM乒乓操作示意圖。圖7是時分立體視頻示意圖。
具體實施例方式以下結(jié)合附圖，詳細說明本發(fā)明的實施方式。請參閱圖3，圖3是本視頻顯示裝置的具體實施實例的硬件功能模塊組成。各模塊的具體參數(shù)如下。1、通用接口由2. M毫米間距的直插針構(gòu)成，將兩路視頻數(shù)據(jù)同時提供給可編程器件。2、可編程器件使用現(xiàn)場可編程門陣列芯片，即FPGA芯片。FPGA芯片采用Xilinx 公司的Spartan3E系列FPGA芯片，該系列芯片可以有最多648Kbit的內(nèi)部靜態(tài)隨機存儲器，即SRAM。3、兩組互相獨立的存儲器的組成芯片采用雙倍數(shù)據(jù)率同步動態(tài)隨機存儲器，即 DDR SDRAM，包括第一組動態(tài)隨機存儲器和第二組動態(tài)隨機存儲器。每組動態(tài)隨機存儲器的總線寬度為32位，容量為1 兆字節(jié)，由2片總線寬度為16位、容量為64M字節(jié)的動態(tài)隨機存儲器芯片，動態(tài)隨機存儲器芯片最大支持的時鐘頻率為166MHz。4、雙通道數(shù)字視頻編碼模塊，此實施例使用Dual-Link DVI編碼模塊由2片單通道(Single-Link)的數(shù)字視頻接口(DVI)編碼芯片組成。該模塊最大支持的像素時鐘為 330MHz，能夠支持高達1920χ1080@120Ηζ的分辨率，滿足多數(shù)顯示器需求。DVI編碼芯片需要通過內(nèi)部整合電路(I2C)配置其工作方式。5、雙通道數(shù)字視頻接口使用僅傳送數(shù)字信號的雙通道數(shù)字視頻接口(Dual-Link DVI-D)ο6、外圍電路包括電源管理電路和FPGA配置。7、電源管理電路提供5V、3. 3V、2. 5V、1. 25V的輸出電壓，保證裝置的上電時序。8、FPGA配置電路使用帶有串行外設(shè)接口( SPI)的配置芯片和用于燒錄配置芯片的邊界掃描(JTAG)接口，SPI配置芯片在上電之后自動將程序?qū)懭氲紽PGA芯片。請參閱圖4，圖4為FPGA邏輯模塊結(jié)構(gòu)圖，其中的箭頭描述了系統(tǒng)數(shù)據(jù)路徑。各邏輯模塊功能如下
頂層控制器用于控制兩路視頻的采集、時分立體視頻的顯示、雙倍數(shù)據(jù)率同步動態(tài)隨機存儲器的讀寫控制、數(shù)據(jù)的緩存以及各模塊之間的協(xié)調(diào)等。接收SRAM 1、接收SRAM 2、發(fā)送SRAM用于存儲緩沖數(shù)據(jù)，滿足大數(shù)據(jù)量高速輸入輸出的時序要求。兩組DDR SDRAM控制器根據(jù)頂層控制器的狀態(tài)信號，進行乒乓讀寫操作，采用分立模塊的好處在于功能擴展的方便和可靠性。時鐘管理依靠內(nèi)建時鐘樹，為整個邏輯系統(tǒng)提供性能可靠、偏斜量低的時鐘，保證各模塊輸入時鐘的質(zhì)量，保證系統(tǒng)的無誤同步。視頻讀取1和視頻讀取2正好與立體視頻輸出的功能相反，前二者將數(shù)據(jù)從視頻中剝離出來，后者則將剝離的數(shù)據(jù)重新變?yōu)橹剖揭曨l，使用數(shù)字顯示器時序標準將分時立體視頻發(fā)送給Dual-Link DVI編碼模塊。I2C配置用于配置Dual-Link DVI編碼模塊，串行相機控制總線(SCCB)配置用于配置本實例中使用的互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)圖像傳感器。通過I2C配置和SCCB配置中的寄存器，可以產(chǎn)生多種配置方案。系統(tǒng)上電后，SPI配置芯片首先將其配置文件加載到FPGA芯片，然后開始視頻采集與時分立體視頻顯示流程。請參閱圖5，圖5是具體實例的工作流程。本具體實施例的流程步驟說明如下
步驟一用通用視頻接口連接兩路CMOS圖像傳感器的輸出視頻信號到FPGA。步驟二 用Dual-Link DVI-D型電纜連接裝置的Dual-Link DVI-D接口和LCD的 Dual-Link DVI-D 接口。步驟三為硬件裝置供電。步驟四系統(tǒng)進入配置模式，開始配置可編程器件。步驟五可編程器件配置結(jié)束后，系統(tǒng)進入用戶模式，由FPGA通過SCCB配置和 I2C配置模塊分別配置兩路CMOS圖像傳感器和Dual-Link DVI編碼模塊，每個CMOS圖像傳感器每秒傳輸30幀1280*720分辨率的視頻信號，Dual-Link DVI編碼模塊接收120Hz刷新率、1680*1050分辨率的立體視頻信號；
步驟六配置外設(shè)成功后，兩路CMOS圖像傳感器同時開始工作，F(xiàn)PGA芯片進入空閑狀態(tài)，等待視頻數(shù)據(jù)幀到達；
步驟七視頻讀取1和視頻讀取2將接收到的視頻數(shù)據(jù)解碼，輸出M位的原始圖像數(shù)據(jù)，包含紅、綠、藍三種分量各8位，以及像素時鐘，場同步信號，行同步信號，數(shù)據(jù)使能信號。步驟八頂層控制器將視頻讀取1和視頻讀取2輸出的M位原始圖像數(shù)據(jù)以行為單位分別寫入接收SRAM 1、接收SRAM 2。該SRAM為雙端口存儲器，能夠存儲至少一行視頻數(shù)據(jù)。步驟九頂層控制器根據(jù)當(dāng)前場同步信號執(zhí)行乒乓操作，對DDR SDRAM的存取操作由兩組DDR SDRAM讀寫控制來完成。比如，當(dāng)前幀的接收SRAM 1、接收SRAM 2數(shù)據(jù)依次寫入第一組DDR SDRAM，而第二組DDR SDRAM將上一幀的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送SRAM中；那么下一幀來到時，接收SRAM 1、接收SRAM 2的數(shù)據(jù)會依次寫入第二組DDR SDRAM，而第一組DDR SDRAM 將當(dāng)前幀的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送SRAM中。DDR SDRAM乒乓操作的示意圖請參閱圖6。步驟十當(dāng)任一組DDR SDRAM的數(shù)據(jù)寫入發(fā)送SRAM后，頂層控制模塊讀出發(fā)送 SRAM中M位圖像數(shù)據(jù)，送給立體視頻輸出模塊。立體視頻輸出模塊根據(jù)數(shù)字顯示器時序標準加上行同步、場同步、數(shù)據(jù)使能、像素時鐘信號，發(fā)送給FPGA芯片外部的Dual-Link DVI編碼模塊。時分立體視頻的示意圖請參閱圖7。
本發(fā)明的創(chuàng)新點在于，使用可編程器件和雙通道數(shù)字視頻編碼模塊，即圖像處理單元，可實現(xiàn)大數(shù)據(jù)帶寬和高速實時處理。
權(quán)利要求
1.一種基于可編程器件的立體視頻顯示的方法，其特征在于，步驟如下步驟一為圖像處理單元供電并配置圖像處理單元，使其開始工作；步驟二 根據(jù)用戶的需要配置圖像傳感模塊和視頻信號編碼模塊；步驟三圖像傳感模塊和視頻信號編碼模塊開始工作，圖像處理單元等待視頻數(shù)據(jù)到達；步驟四當(dāng)新的一幀圖像數(shù)據(jù)到來，圖像處理單元內(nèi)部存儲器作為一級數(shù)據(jù)緩存區(qū)，用雙端口存取方法處理圖像行信息；圖像處理單元外部存儲器作為二級數(shù)據(jù)緩存區(qū)，用乒乓操作處理整幅圖像信息；步驟五圖像處理單元根據(jù)外部顯示裝置的顯示參數(shù)，以行為單位，將二級數(shù)據(jù)緩存區(qū)數(shù)據(jù)送入一級數(shù)據(jù)緩存區(qū)，然后將一級數(shù)據(jù)緩存區(qū)數(shù)據(jù)送到視頻信號編碼模塊；步驟六視頻信號編碼模塊完成高速信號的編碼工作，將編碼后的信號送至顯示裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可編程器件的立體視頻顯示的方法，其特征在于， 步驟三中所述的圖像傳感模塊為兩路圖像傳感器，兩路圖像傳感器配置結(jié)束后，經(jīng)過一端時間的延遲，開始工作。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可編程器件的立體視頻顯示的方法，其特征在于， 步驟四中用雙端口存取方法處理圖像行信息過程中，對輸入的視頻信號進行圖像數(shù)據(jù)的提取，在每一個新的行到來，使用雙端口存儲方法將圖像數(shù)據(jù)的行信息存儲到圖像處理單元內(nèi)部存儲器；在每一個新的幀到來，切換外部兩組外部存儲器的使能信號，同時存儲整幅圖像信息。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可編程器件的立體視頻顯示的方法，其特征在于， 步驟五中圖像處理單元根據(jù)數(shù)字顯示器時序標準加上行同步、場同步、數(shù)據(jù)使能、像素時鐘信號，發(fā)送給視頻信號編碼模塊。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于可編程器件的立體視頻顯示的方法，其特征在于， 步驟六中視頻信號編碼模塊將接受的信號編碼為符合數(shù)字視頻信號格式的高速串行制式數(shù)據(jù)，并送至高刷新率的液晶顯示器。
6.一種基于可編程器件的立體視頻顯示的裝置，其特征在于，包括一組通用接口、一個可編程器件、兩組互相獨立的存儲器、一個雙通道數(shù)字視頻編碼模塊，一組雙通道數(shù)字視頻接口及相關(guān)的外圍電路；通用接口、存儲器、雙通道數(shù)字視頻編碼模塊分別與可編程器件相連，雙通道數(shù)字視頻編碼模塊與雙通道數(shù)字視頻接口相連，外圍電路保證裝置的正常供電和配置；外部帶有視差信息的雙路視頻信號經(jīng)一組通用接口輸入一個可編程器件，可編程器件將當(dāng)前同時采集的兩路視頻輸入信號存入兩組相互獨立的存儲器，之后可編程器件將上一次存儲于兩組相互獨立的存儲器的數(shù)據(jù)依次讀入并發(fā)給一個雙通道數(shù)字視頻編碼模塊，雙通道數(shù)字視頻編碼模塊將數(shù)據(jù)編碼為符合雙通道數(shù)字視頻格式的信號輸出給顯示裝置，整個過程中，一組雙通道數(shù)字視頻接口為上述模塊提供適合的工作條件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種可編程器件的立體視頻顯示的方法及運用這種方法的裝置，本發(fā)明的方案為配置圖像處理單元，根據(jù)用戶需要配置圖像傳感模塊和視頻信號編碼模塊，圖像傳感模塊和視頻信號編碼模塊開始工作，圖像處理單元等待視頻數(shù)據(jù)到達，當(dāng)新的一幀圖像數(shù)據(jù)到來，使用兩級緩存進行處理，根據(jù)外部顯示參數(shù)，將數(shù)據(jù)送到視頻信號編碼模塊，視頻信號編碼模塊完成高速信號的編碼工作，將編碼后的信號送至顯示裝置；本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有兼容性好、擴展性強、數(shù)據(jù)帶寬大、高速實時處理等優(yōu)點。
文檔編號H04N13/00GK102427544SQ201110310030
公開日2012年4月25日 申請日期2011年10月13日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月13日
發(fā)明者康寧, 王元慶, 陸麟 申請人:南京大學(xué), 廣州博冠企業(yè)有限公司