專利名稱：實時視頻圖像α混合系統的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種圖像數據混合技術，具體地說是一種實時視頻圖像α混合系統。
背景技術：
在安防監控、樓宇對講及廣告屏等影像系統中經常需要顯示數字、符號、圖形及圖像信息，在各種手持、車載和機載錄像系統中也需要在實時視頻影像中顯示必要的信息。現有的設計方案和系統大都以純軟件處理或純硬件邏輯的方式實現。軟件處理的方式技術成本低、功能定制靈活，但一般不能滿足實時性較高的應用場合，為了滿足較高的實時性，必然會大幅度提高硬件成本。硬件邏輯的方式易于ASIC定制，具有較高的實時性，但成本高， 只有大批量生產時才可以節約成本，不利于設計更改、不適合在功能需求一致性較差的應用場合下使用。這兩種設計方案都沒有處理好實時性、實用性與成本的矛盾，很難滿足一般場合應用下的廣泛的市場需求。因此，急需一個能夠滿足實時性、又兼顧成本、靈活易用的支持α混合技術的設計方案及系統。
實用新型內容針對現有技術中存在的實時性、實用性與成本的矛盾問題，本實用新型要解決的技術問題是提供一種結構簡單、易于實現、實時性強的實時視頻圖像α混合系統。為解決上述技術問題，本實用新型采用的技術方案是本實用新型一種實時視頻圖像α混合系統，具有中央處理器、非易失性存儲器、 同步靜態存儲器、三態總線橋、直接存儲器訪問模塊、本地圖像緩存、輸入圖像緩存、模數轉換模塊、α混合邏輯模塊和數模轉換模塊，其中中央處理器，運行實時視頻圖像α混合系統的控制軟件，接收來自主機的帶有α 通道數據的圖像素材數據，并經三態總線橋將上述圖像素材數據更新到非易失性存儲器中；將非易失性存儲器中的圖像素材數據經三態總線橋寫入同步靜態存儲器，形成一幅與輸入視頻圖像尺寸相同的待混合的本地圖像數據；啟動直接存儲器訪問模塊，將同步靜態存儲器中待混合的本地圖像數據經三態總線橋寫入本地圖像緩存；模數轉換模塊，將來自視頻輸入接口的模擬視頻信號轉換為數字圖像數據；輸入圖像緩存，用于緩存模數轉換模塊經模數轉換后的輸入圖像數據；α混合邏輯模塊，將來自輸入圖像緩存的輸入圖像數據和來自本地圖像緩存的待混合的本地圖像數據按照α混合原理進行圖像合成；數模轉換模塊，將經α混合邏輯模塊合成后的圖像轉換為模擬視頻輸出。所述α混合邏輯模塊包括第廣3延遲模塊、減法器、第廣2乘法器以及加法器， 其中第1延遲模塊接收來自輸入圖像緩存的輸入圖像數據，第2延遲模塊對本地圖像數據中的α通道數據進行延遲，第3延遲模塊對本地圖像數據中的圖像數據進行延遲；[0013]減法器對本地圖像數據中α通道數據求補；第1乘法器將第1延遲模塊輸出的數據和減法器輸出的數據進行乘法操作；第2 乘法器將第2、3延遲模塊輸出的數據進行乘法操作；加法器將第廣2乘法器輸出的數據進行求和，得到α混合后的圖像數據。所述輸入圖像緩存及本地圖像緩存采用先進先出存儲器同步輸出。本實用新型具有以下有益效果及優點1.實用性強。本實用新型實時視頻圖像α混合系統涉及數字集成電路、數字圖像處理、存儲器技術、數據結構等技術，通過軟硬件結合的方式，實現了一種成本低、速度快和實用性強的α混合系統。既適合大批量設計生產，也能滿足小批量設計使用。2.應用廣泛。本實用新型實時視頻圖像α混合系統使用大規模集成電路實現， 具有結構簡單、易于實現和實時性強的優點，滿足了機載、車載及手持錄像系統的信息顯示應用，也可應用于安防監控、樓宇對講、廣告屏等各類影像系統的信息發布。
圖1為本實用新型實時視頻圖像α混合系統結構框圖；圖2為α混合邏輯模塊結構框圖；圖3為中央處理器軟件的控制方法流程。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型實時視頻圖像α混合系統包括中央處理器、非易失性存儲器、同步靜態存儲器、三態總線橋、直接存儲器訪問、本地圖像緩存、輸入圖像緩存、模數轉換、α混合邏輯和數模轉換，其中中央處理器、非易失性存儲器、同步靜態存儲器及直接存儲器訪問模塊與三態總線橋相連，中央處理器的輸入端與主機通信接口相連，直接存儲器訪問模塊的輸出端接有本地圖像緩存；模數轉換模塊接有視頻輸入接口，模數轉換模塊的輸出端與輸入圖像緩存相連；α混合邏輯模塊的輸入端與本地圖像緩存和輸入圖像緩存的輸出端相連，α混合邏輯模塊的輸出端通過數模轉換模塊輸出模擬視頻圖像至視頻輸出接口。中央處理器，運行實時視頻圖像α混合系統的控制軟件，接收來自主機的帶有α 通道的圖像素材數據，并經三態總線橋將上述圖像素材數據更新到非易失性存儲器中；將非易失性存儲器中的圖像素材數據經三態總線橋寫入同步靜態存儲器，形成一幅與輸入視頻圖像尺寸相同的待混合的本地圖像數據；啟動直接存儲器訪問模塊，將同步靜態存儲器中待混合的本地圖像數據經三態總線橋寫入本地圖像緩存；模數轉換模塊，將來自視頻輸入接口的模擬視頻信號轉換為數字圖像數據；輸入圖像緩存，用于緩存模數轉換模塊經模數轉換后的輸入圖像數據；α混合邏輯模塊，將來自輸入圖像緩存的輸入圖像數據和來自本地圖像緩存的待混合的本地圖像數據按照α混合原理進行圖像合成；數模轉換模塊，將經α混合邏輯模塊合成后的圖像轉換為模擬視頻輸出。本實施例中中央處理器為ARM9處理器，非易失性存儲器為NAND-FLASH，同步靜態存儲器S^T-SRAM，三態總線橋、輸入圖像緩存、本地圖像緩存、和α混合邏輯模塊使用一片CPLD實現，模數轉換模塊使用集成A/D轉換器實現，數模轉換模塊使用集成D/A轉換器實現，輸入圖像緩存及本地圖像緩存采用先進先出存儲器同步輸出。如圖2所示，所述α混合邏輯模塊包括第廣3延遲模塊、減法器、第廣2乘法器以及加法器，其中第1延遲模塊接收來自輸入圖像緩存的輸入圖像數據，第2延遲模塊對本地圖像數據中的α通道數據進行延遲，第3延遲模塊對本地圖像數據中的圖像數據進行延遲；減法器對本地圖像數據中α通道數據求補；第1乘法器將第1延遲模塊輸出的數據和減法器輸出的數據進行乘法操作；第2乘法器將第2、3延遲模塊輸出的數據進行乘法操作； 加法器將第廣2乘法器輸出的數據進行求和，得到α混合后的圖像數據。通過以上α混合邏輯模塊的硬件構成，可以實現以下運算，即α混合邏輯原理為 Y=AX α+BX (1-α)，其中α為α通道數據，0含α ^ 1，A為本地圖像數據、B為輸入圖像數據。α混合邏輯實現本地圖像數據中的α通道數據由第2延遲模塊進行一個時鐘周期延遲后與由第3延遲模塊進行一個時鐘周期延遲的本地圖像數據中的圖像數據同時送第2乘法器，輸入圖像數據由第1延遲模塊進行一個時鐘周期延遲后與由減法器輸出的本地圖像數據中α通道數據的補同時送第1乘法器，第1、2乘法器的輸出同時送加法器得 α混合輸出。同步靜態存儲器中存有兩幅本地圖像空間LA和LB，當中央處理器更新一個空間 LA時，直接存儲器訪問模塊將另一空間LB搬移到本地圖像緩存，當中央處理器完成空間LA 的更新后，直接存儲器訪問將從空間LA搬移本地圖像數據到本地圖像緩存，并將空間LB交給中央處理器準備下次更新。依此循環，實現了雙緩存乒乓操作，避免了本地圖像更新時出現顯示不完整現象。數模轉換模塊、模數轉換模塊、α混合邏輯模塊與中央處理器中的控制軟件同時執行。如圖3所示，為本實用新型實時視頻圖像α混合系統采用的控制方法流程圖，其控制過程如下步驟一中央處理器通過主機通信接口(RS-422標準的串行通信接口)接收帶有 α通道的圖像素材數據，并將帶有α通道的圖像素材數據經三態總線橋寫入非易失性存儲器，如果中央處理器沒有從主機通信接口接收新的帶有α通道的圖像素材數據，則接續以下步驟(步驟二)；步驟二 中央處理器在同步靜態存儲器中申請兩個與輸入視頻圖像尺寸相同大小的空間，分別作為存放兩個本地圖像的空間，并將這兩個本地圖像空間中的所有本地圖像數據中的α通道數據清零，如果中央處理器沒有接收新的圖像素材數據，則接續以下步驟 (步驟三)；步驟三中央處理器將非易失性存儲器中的帶有α通道的圖像素材數據經三態總線橋寫入同步靜態存儲器中的一個本地圖像空間，形成一幅與輸入視頻圖像尺寸相同的本地圖像，如果中央處理器沒有接收新的圖像素材數據，則接續以下步驟(步驟四)；步驟四中央處理器啟動直接存儲器訪問模塊，將最新更新過的本地圖像寫入本地圖像緩存，為α混合邏輯模塊提供本地圖像數據和α通道數據；步驟五如果中央處理器沒有接收新的圖像素材數據，且動態顯示本地圖像數據， 則返回至中央處理器將非易失性存儲器中的帶有α通道的圖像素材數據經三態總線橋寫
5入同步靜態存儲器中的一個本地圖像空間步驟(步驟三)；如果中央處理器沒有接收新的圖像素材數據，且靜態顯示本地圖像數據，則循環執行中央處理器啟動直接存儲器訪問模塊，將最新更新過的本地圖像寫入本地圖像緩存步驟(步驟四)；在上述各步驟中，如果中央處理器接收新的圖像素材數據，則均返回中央處理器接收帶有α通道的圖像素材數據，并將其經三態總線橋寫入非易失性存儲器步驟(步驟一)。本實用新型采用軟硬件結合的方式，提供一種結構簡單、易于實現、實時性強的實時視頻圖像α混合系統。由軟件完成圖像素材的更新、待混合的本地圖像數據的準備以及靜態或動態顯示的控制，既降低了成本又滿足了實用性；α混合運算制約系統的實時性， 通過硬件邏輯完成α混合運算，利用硬件邏輯并行性有效解決了實時性問題。
權利要求1.一種實時視頻圖像α混合系統，其特征在于具有中央處理器、非易失性存儲器、同步靜態存儲器、三態總線橋、直接存儲器訪問模塊、本地圖像緩存、輸入圖像緩存、模數轉換模塊、α混合邏輯模塊和數模轉換模塊，其中中央處理器，接收來自主機的帶有α通道數據的圖像素材數據，并經三態總線橋將上述圖像素材數據送至非易失性存儲器中；非易失性存儲器經三態總線橋接至同步靜態存儲器；同步靜態存儲器經三態總線橋與本地圖像緩存相連；模數轉換模塊，將來自視頻輸入接口的模擬視頻信號轉換為數字圖像數據； 輸入圖像緩存，用于緩存模數轉換模塊經模數轉換后的輸入圖像數據； α混合邏輯模塊，將來自輸入圖像緩存的輸入圖像數據和來自本地圖像緩存的待混合的本地圖像數據按照α混合原理進行圖像合成；數模轉換模塊，將經α混合邏輯模塊合成后的圖像轉換為模擬視頻輸出。
2.按權利要求1所述的實時視頻圖像α混合系統，其特征在于所述α混合邏輯模塊包括第1 3延遲模塊、減法器、第1 2乘法器以及加法器，其中第1延遲模塊接收來自輸入圖像緩存的輸入圖像數據，第2延遲模塊對本地圖像數據中的α通道數據進行延遲，第3延遲模塊對本地圖像數據中的圖像數據進行延遲； 減法器對本地圖像數據中α通道數據求補；第1乘法器將第1延遲模塊輸出的數據和減法器輸出的數據進行乘法操作；第2乘法器將第2、3延遲模塊輸出的數據進行乘法操作；加法器將第1 2乘法器輸出的數據進行求和，得到α混合后的圖像數據。
3.按權利要求1所述的實時視頻圖像α混合系統，其特征在于所述輸入圖像緩存及本地圖像緩存采用先進先出存儲器同步輸出。
專利摘要本實用新型涉及一種實時視頻圖像α混合系統，包括中央處理器，接收來自主機的圖像素材數據，并經三態總線橋更新到非易失性存儲器中；將非易失性存儲器中的圖像素材數據寫入同步靜態存儲器；啟動直接存儲器訪問模塊將同步靜態存儲器中本地圖像數據寫入本地圖像緩存；模數轉換模塊將模擬視頻信號轉換為數字圖像數據；輸入圖像緩存用于緩存模數轉換模塊經模數轉換后的輸入圖像數據；α混合邏輯模塊將來自輸入圖像緩存的輸入圖像數據和來自本地圖像緩存的待混合的本地圖像數據進行圖像合成；數模轉換模塊將合成后的圖像轉換為模擬視頻輸出。本實用新型成本低、速度快、實用性強，滿足了機載、車載及手持錄像系統的信息顯示應用。
文檔編號H04N5/265GK201937741SQ20102064141
公開日2011年8月17日 申請日期2010年12月4日 優先權日2010年12月4日
發明者佟新鑫, 栗霄峰, 王玉良 申請人:中國科學院沈陽自動化研究所