[发明专利]基于FPGA的实时画中画产生方法及其装置

说明书

技术领域

本发明涉及图像后处理技术领域，特别是需要在一个显示界面内显示多路视频信号的画中画技术。

背景技术

在有一路监控设备监控某个整体场景，当画面检测到感兴趣的情况，需要重点显示这部分画面的情况下，需要把图像的感兴趣部分提取出来重点显示，同时不能损伤整体的画面数据，这就需要采用画中画的方式解决。

目前采用的方式是：将两帧视频数据整体写入内存，然后在CPU的控制下，将数据分块读出，对两帧数据进行对比，获取感兴趣的数据区域。这种方式优点是处理方式灵活性强，缺点是需要缓冲两帧或多帧视频数据，数据缓存量大，系统引入的延时大，在高帧率大数据流量下，处理器会来不及处理，不能满足实时处理的要求。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于FPGA的实时画中画产生方法及其装置，本发明具有实时的画面检测、提取，并将感兴趣画面在整体画面中实时显示的能力。

本发明的技术方案如下：

一种基于FPGA的实时画中画产生方法，其包括以下步骤：

步骤一：根据当前视频数据流的控制使能信号，提取当前帧的行场信息，缓存当前帧的数据；

步骤二：根据当前帧的行场信息，读取上一帧对应行场位置的数据，缓存上一帧的数据；

步骤三：通过对当前帧缓存数据和上一帧缓存数据的画面检测，获取感兴趣的区域，将感兴趣的区域写入内存；

步骤四：整帧数据接收完毕之后，将感兴趣的数据读出到缓存中，并进行处理；

步骤五：处理后的感兴趣数据与从内存读出来的整帧数据进行合并，形成画中画。

所述步骤一、步骤二以及步骤四中，画面缓存的原理是：在控制逻辑的控制下，按照当前帧的行场信息对RAM进行数据读写操作；数据在一行开始写入RAM之前，先把当前行场坐标的数据从RAM读取出来，作为下一行RAM的写入数据；对于当前帧缓存、上一帧缓存的数据流读写，都是由当前帧的行场坐标使能来控制的；对于兴趣画面缓存，其控制信息包括：当前帧与上一帧画面检测出来的感兴趣画面的坐标，是否需要处理，以及处理后的感兴趣区域的坐标；在坐标区域内的画面进行数据缓存的使能，不是感兴趣区域的数据不进行数据缓存使能。

所述步骤一、步骤二中，对视频数据流而言，行场有效数据在数据使能信号的控制下，逐行流过；检测视频数据流的消隐区、有效数据区，并检测当前数据流的行场开始和行场结束；根据当前行的场坐标产生读地址，读地址用于从行数据缓存读取需要的数据；写地址可以采用根据行数据读取延时周期延时之后的读地址，也可以采用行场坐标生成的地址。

所述步骤三中，画面检测是针对当前帧缓存数据和上一帧缓存数据进行滤波处理，滤波之后的数据进行特征提取；特征提取的内容包括5×5行数据的边缘信息、亮度信息、直方图统计信息、加权亮度统计信息；对当前帧和上一帧的上述特征信息进行比较，如果差值满足在预定的设置阈值之内，则判断该区域是感兴趣的区域，记录区域坐标；根据感兴趣区域的行场坐标生成往内存写数据的使能信号，视频数据流在使能信号的控制下，把感兴趣的视频数据写入内存。

所述步骤四中，感兴趣区域的行场坐标被写入到兴趣画面缓存中，并在一整帧视频写入内存完毕后，同步到输出帧数据流上；兴趣画面处理包括对兴趣画面部分进行图像增强、对比度拉伸、缩放，以及区域边缘重点突出显示。

所述步骤五中，通过接收上一帧缓存出来的数据，根据当前的行场信息，产生当前画面数据有效的使能控制信号；通过接收兴趣区域处理后的数据流和对应的兴趣区域的行场坐标，产生当前数据是否参与视频合成的使能控制信号；若当前帧画面数据流和兴趣区域数据同时有效，则开始进行视频合成；合成控制针对当前视频数据流的数据的亮度分量Y和色度分量CbCr分别乘以一个系数得到；合成后的视频数据为：Y=Y1*x+Y2*(1-x)；CbCr=CbCr1*x+CbCr2*(1-x)；其中x为从0到1的合成百分比；Y1，CbCr1是当前视频数据流的亮度分量和色度分量；Y2，CbCr2是感兴趣区域视频数据流的亮度分量和色度分量。

本发明还提供一种实现上述方法的基于FPGA的实时画中画产生装置，其包括以下功能模块：

一个视频帧控制器，其输入为视频数据源，其输出分别与当前帧缓存器以及上一帧缓存器相连接；

一个当前帧缓存器，其输入与视频帧控制器相连接，其输出分别与画面检测模块以及内存控制器相连接；