引 言
實時視頻處理技術(shù)廣泛應(yīng)用于高速公路,治安卡口,十字路口等監(jiān)控管理領(lǐng)域,對自動化和智能管理有著重要的作用,視頻監(jiān)控技術(shù)也正向智能化發(fā)展。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展,產(chǎn)品的更新?lián)Q代也在加速,對監(jiān)控裝置的實時處理的要求也越來越高,針對各種需求,一些關(guān)鍵技術(shù)也相繼問世。
目前普遍使用的監(jiān)控裝置彩色顯示,能夠清楚地顯示監(jiān)控區(qū)域并保存數(shù)據(jù),但不能對畫面進(jìn)行實時處理。如發(fā)生突發(fā)事件只能通過事后觀看錄像來解決問題,這必然會帶來一些實質(zhì)性的后果,針對以上問題設(shè)計這種實時視頻處理裝置。該裝置不僅能夠?qū)崟r顯示,而且能夠?qū)崟r處理突發(fā)事件,特別是這種無級縮放技術(shù)可對感興趣的區(qū)域進(jìn)行無級縮放處理,并且可以任意指定感興趣的區(qū)域和縮放后的顯示區(qū)域。
目前一些監(jiān)控場合的監(jiān)控系統(tǒng)并不完善,通常只能記錄概況而得不到所需的細(xì)節(jié)。針對這一弊端,該裝置將視頻疊加技術(shù)應(yīng)用于上述場合,成功升級了監(jiān)控系統(tǒng)。該裝置不僅能夠正常顯示概況,而且可以將所需要的細(xì)節(jié)通過另一臺攝像機(jī)拍攝后疊加顯示在同一個監(jiān)視器上,即一個顯示器可以同時顯示兩路視頻信號,一路正常輸出,另一路縮小一定比例后顯示在某個區(qū)域,并且可以切換兩路輸入信號。
原 理
實時視頻處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。實時視頻處理裝置主要構(gòu)成部分為視頻解碼芯片,視頻編碼芯片,可編程邏輯器件,RAM存儲器,控制器,電源模塊和一些邏輯芯片。其中控制器通過I2C總線對視頻編碼芯片和解碼芯片進(jìn)行初始化以確定其工作狀態(tài)。視頻解碼芯片將CVBS格式的模擬視頻信號轉(zhuǎn)換為YUV 4:2:2格式的數(shù)字視頻信號并送至可編程邏輯器件,可編程邏輯器件通過外部按鍵信息來實現(xiàn)無級縮放或者視頻疊加功能。對活動視頻進(jìn)行無級縮放處理時,可編程邏輯器件將需要處理部分的數(shù)字信號寫入RAM存儲器并根據(jù)縮放倍數(shù)從RAM存儲器中重復(fù)讀取并抽樣,再與原畫面疊加;對兩路視頻信號進(jìn)行視頻疊加處理時,可編程邏輯器件控制存儲器對其中一路視頻信號進(jìn)行抽樣,1/3抽樣過程如圖2所示。再與另一路視頻信號進(jìn)行疊加。處理后的數(shù)字視頻信號通過視頻編碼芯片轉(zhuǎn)化為CVBS格式的模擬視頻信號并輸出。電源模塊負(fù)責(zé)提供多路電源信號。
活動視頻的無級縮放,即有理數(shù)倍縮放,是指可將感興趣區(qū)域的大小任意倍數(shù)地縮放。如對圖像進(jìn)行M/N倍縮放,M,N都為整數(shù),先做M倍放大,再做1/N抽樣。假設(shè)感興趣區(qū)域大小為80×60,縮放倍數(shù)為3/2,則先經(jīng)過3倍放大,即先將每個點重復(fù)讀取三次再對每一行讀取三次,然后再對行和列分別做1/2抽樣,這樣輸出圖像的大小為120×90,YUV 4:2:2格式數(shù)據(jù)的縮放過程示意圖見圖3,放大兩倍時序仿真圖如圖4所示。
視頻解碼芯片采用Philips公司的SAA7113,它可以切換輸入4路CVBS視頻信號或2路S-Video視頻信號,輸出為8位“VPO”總線,數(shù)據(jù)格式為標(biāo)準(zhǔn)的ITU656,YUV 4:2:2格式。SAA7113內(nèi)部具有一系列寄存器,可以配置為不同的參數(shù),對色度、亮度等的控制通過對相應(yīng)寄存器改寫不同的值,寄存器的讀寫通過I2C總線進(jìn)行。該芯片初始化后將視頻信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻流、行場同步信號、視頻格式信號(RTCO)和點時鐘信號。
視頻編碼芯片采用Philips公司的SAA7121。SAA7121內(nèi)部具有一系列寄存器,可以配置為不同的參數(shù),所有的控制都是通過對相應(yīng)寄存器改寫不同的值,寄存器的讀寫需要通過I2C總線進(jìn)行。SAA7121通過8位數(shù)據(jù)總線接收數(shù)字視頻數(shù)據(jù),再由內(nèi)置編碼器將數(shù)字亮度信號與色度信號同時編碼成模擬的CVBS和S-Video視頻信號。
可編程邏輯器件采用Altera公司的CPLD(EPM1270),EPM1270共有1 270個宏單元。EPMl270通過讀取外部按鍵信息來確定實現(xiàn)無級縮放或視頻疊加功能,上述兩種功能均通過CPLD控制RAM存儲器實現(xiàn)。整個裝置運行需要520個宏單元,占EPM1270的41%,考慮到二次開發(fā)時功能擴(kuò)展后的額外開銷,故選用此款CPLD。
實時視頻處理裝置不僅能夠清晰地實時顯示監(jiān)控區(qū)域,而且能夠?qū)崟r處理突發(fā)事件,總延時小于20 ns,實時性好。特別是這種無級縮放技術(shù)能對感興趣區(qū)域進(jìn)行實時無級縮放處理,并且可以任意指定感興趣區(qū)域和縮放后顯示區(qū)域,平滑效果好。實時視頻處理裝置還可將兩路視頻信號疊加顯示在一個顯示器上,并且可以切換兩路信號。圖5是本設(shè)備實際效果圖。
2 結(jié) 語
實時視頻處理技術(shù)一方面廣泛應(yīng)用于高速公路,治安卡口,十字路口等監(jiān)控管理領(lǐng)域,對自動化和智能管理有著重要的作用;另一方面,隨著機(jī)頂盒的問世和數(shù)字電視的推廣,實時視頻處理技術(shù)在該領(lǐng)域中也扮演了相當(dāng)重要的角色。實時視頻處理技術(shù)還可與計算機(jī),因特網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合,能夠滿足遠(yuǎn)程監(jiān)控,遠(yuǎn)程醫(yī)療等要求,使其應(yīng)用更加廣泛,因而具有廣闊的發(fā)展前景和巨大的市場容量。
傳統(tǒng)的監(jiān)控裝置功能單一,只能實時顯示而不能實時處理,如發(fā)生突發(fā)事件只能通過事后處理視頻錄像來解決問題。實施視頻處理裝置解決了以上問題,視頻圖像局部實時無級縮放技術(shù)可對感興趣的區(qū)域?qū)崟r地進(jìn)行無級縮放處理并顯示,并且可以通過外部控制來指定感興趣區(qū)域和縮放后的顯示區(qū)域,這對反恐、刑偵、安防工作等都帶來了極大的幫助。
數(shù)字電視在全國范圍內(nèi)的推廣,促進(jìn)了數(shù)字視頻處理技術(shù)的進(jìn)步,實時視頻處理裝置可以實時地對電視節(jié)目的局部進(jìn)行無級縮放處理,用戶可以任意指定感興趣的區(qū)域進(jìn)行細(xì)節(jié)觀察,使得電視更加人性化,該技術(shù)通過獨立外部設(shè)備或者內(nèi)嵌在電視機(jī)控制電路中實現(xiàn)。
實時視頻處理裝置能夠較好的升級現(xiàn)有的監(jiān)控系統(tǒng),并且已經(jīng)申報國家發(fā)明專利,其中一項已經(jīng)獲得國家發(fā)明專利,專利公開號:CN101500093。(姚賽杰,袁杰 南京大學(xué))
參考文獻(xiàn):
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