基于FPGA的通用化机载视频处理系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于FPGA的通用化机载视频处理系统，包含预处理模块和混叠处理模块，其中预处理模块至少包含二路数据预处理通道，每路数据预处理通道包含提取模块、亮度/对比度调整模块、缩放模块和剪裁模块，各模块提供对应系数的编辑的功能，并根据设定的系统对输入的视频进行提取、亮度/对比度调整、缩放、剪裁；混叠处理用于将经过数据预处理通道预处理的视频进行混叠。本发明专利技术将多路视频进行并行处理，具有较高实时性，同是可以配置各种视频处理过程中的参数，满足不同显示终端的需求。

General airborne video processing system based on FPGA

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的通用化机载视频处理系统
本专利技术属于视频显示、视频处理领域，涉及一种基于FPGA的通用化机载视频处理系统，用于满足不同的显示终端的需求。
技术介绍
在飞机驾驶舱的显示系统中，典型的应用环境是将多路视频源输入FPGA，利用FPGA的高并行性对其进行多种预处理、混叠、后处理，最终输出给视频终端—高分辨液晶显示器。这里的视频源往往是相机拍摄的实时画面以及GPU绘制的仪表图。视频预处理往往是对视频源进行画面提取、缩放、亮度/对比度调整。预处理后进行混叠(alpha-blending)，可以调整非背景图层的混叠的位置、透明度并对图层进行适当剪裁。后处理包括色彩空间转换、视频接口转换等，以适用不同的显示终端。在不同的飞机型号中，预处理和混叠处理有高度的相似性，后处理因不同显示终端而不同。因此总结典型应用环境，将预处理和混叠处理参数化、通用化，可以大大提高设计的集成度、减少时间成本。
技术实现思路
本专利技术的专利技术目的在于提供一种基于FPGA的通用化机载视频处理系统，简化多路视频经预处理、混叠处理后送显示终端这种典型应用下的设计复杂度，以节省成本。本专利技术的专利技术目的通过以下技术方案实现：一种基于FPGA的通用化机载视频处理系统，包含预处理模块和混叠处理模块，其中，预处理模块至少包含二路数据预处理通道，每路数据预处理通道包含提取模块、亮度/对比度调整模块、缩放模块和剪裁模块；提取模块用于提供编辑有效画面在原始视频画面中位置的功能，以及在原始视频画面流入提取模块时，根据编辑的位置从原始画面中提取有效部分，得到有效画面并输入亮度/对比度调整模块；亮度/对比度调整模块用于提供编辑亮度/对比度调整系数的功能，以及在有效画面流入亮度/对比度调整模块后对有效画面按照设定的亮度/对比度调整系数对有效画面进行亮度/对比度调整；缩放模块用于提供编辑缩放系数的功能，并在缩放模块接收到亮度/对比度调整模块调整后的有效画面时按照设定的缩放系数对有效画面进行大小调整；剪裁模块用于提供编辑修剪系数的功能，并在剪裁模块收到缩放模块输出的有效画面后根据修剪系数对有效画面进行剪裁；混叠处理用于将经过数据预处理通道预处理的视频进行混叠。进一步，预处理模块还包含帧缓存控制模块，用于对其中一路数据预处理通道的数据进行缓存后再读出，使二路数据预处理通道的数据同步。优选地，帧缓存控制模块对亮度/对比度调整模块输出的有效画面进行缓存，读出后输入缩放模块。优选地，帧缓存控制模块控制时延方法如下：提前从帧缓存中读出3行数据存入行缓存，当另一数据预处理通道逐行扫描到需要叠加行缓存中的数据时，再从行缓存取出。进一步，混叠处理模块包含平移模块、混叠模块；平移模块用于提供编辑前景画面相对于背景画面的位移系数的功能，并在平移模块接收到用于处理前景画面的数据预处理通道输出的有效画面时根据位移系数进行平移；混叠模块：提供编辑前景画面的透明度系数功能，并在接收到平移模块输出的前景画面的后根据透明度系数进行调整，并最终与处理背景画面的数据预处理通道输出的有效画面进行叠加。本专利技术的有益效果在于：提高实时性：视频流的特点是数据带宽大、实时性要求高，多路视频处理对实时性的要求更是成倍增加。FPGA的特点是并行处理，具有较高实时性。基于FPGA实现多路视频处理可以提高实时性。减少设计时间成本：本专利技术中包含了FPGA逻辑与CPU软件通信接口，软件可以配置各种视频处理过程的参数。附图说明图1为基于FPGA的通用化机载视频处理系统的结构示意图。图2为提取模块的功能示意图。图3为剪裁模块的功能示意图。图4为通用化机载视频处理系统的流程示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细说明。本专利技术一种基于FPGA的通用化机载视频处理系统包含预处理模块和混叠处理模块。预处理模块至少包含二路数据预处理通道，每路数据预处理通道包含提取模块、亮度/对比度调整模块、缩放模块和剪裁模块，用于对单路视频进行画面提取、亮度/对比度、缩放和剪裁。提取模块：提供编辑有效画面在原始视频画面中位置的功能，以及在原始视频画面流入提取模块时，根据编辑的位置从原始画面中提取有效部分，得到有效画面并输入亮度/对比度调整模块，参见图2所示。其中，有效画面在原始视频画面中位置可以通过有效画面的左上角坐标、右下角坐标来表示。亮度/对比度调整模块：提供编辑亮度/对比度调整系数的功能，以及在有效画面流入亮度/对比度调整模块后对有效画面按照设定的亮度/对比度调整系数对有效画面进行亮度/对比度调整。缩放模块：提供编辑缩放系数的功能，并在缩放模块接收到亮度/对比度调整模块调整后的有效画面时按照设定的缩放系数对有效画面进行大小调整。剪裁模块：提供编辑修剪系数的功能，并在剪裁模块收到缩放模块输出的有效画面后根据修剪系数对有效画面进行剪裁，如图3所示。由于不同数据预处理通道处理的视频在时间上是不完全同步的，需要将一路视频放入帧缓存中，通过帧缓存控制模块控制延时，在合适的时间点读出，从而与另一路视频达到时间上的同步。选取哪一路进入帧缓存有两个原则：1)对视频画面延时要求相对不高。2)视频分辨率较低的一路。相机视频一般符合以上原则。帧缓存及其控制模块在流程中插入的位置也很重要，有以下两个原则：·在需要同步两路视频的操作之前。·存入缓存的数据带宽和数据量较小。提取并做亮度/对比度调整之后的相机这路的分辨率≤原始分辨率，达到最低，而随后经过缩放分辨率可能增高(放大率>1)。需要同步的操作是混叠处理。因此将帧存插入亮度/对比度调整之后、缩放之前。帧缓存控制模块控制时延方法如下：提前从帧缓存中读出3行数据存入行缓存，当另一数据预处理通道逐行扫描到需要叠加行缓存中的数据时，再从行缓存取出。混叠处理模块：将经过数据预处理通道预处理的视频进行混叠，包含平移模块、混叠模块。平移模块：提供编辑前景画面相对于背景画面的位移系数的功能，并在平移模块接收到用于处理前景画面的数据预处理通道输出的有效画面时根据位移系数进行平移。其中位移系数主要包含前景画面的左上角坐标。混叠模块：提供编辑前景画面的透明度系数功能，并在接收到平移模块输出的前景画面的后根据透明度系数进行调整，并最终与处理背景画面的数据预处理通道输出的有效画面进行叠加。下面以双路输入为例，以相机视频为最终画面中的前景图层，以GPU为最终画面中的背景图层。GPU视频分辨率等于最终输出视频。相机视频经过提取、缩放、平移、剪裁等一系列调整适配到最终画面中，其尺寸不大于最终画面尺寸。处理过程如图4所示，包含以下步骤：提取：提取相机原始画面中的全部或部分。亮度/对比度调整：调整画面的亮度/对比度。缩放：为适配最终画面，将提取画面适当放大剪本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于FPGA的通用化机载视频处理系统，包含预处理模块和混叠处理模块，其特征在于预处理模块至少包含二路数据预处理通道，每路数据预处理通道包含提取模块、亮度/对比度调整模块、缩放模块和剪裁模块；/n提取模块用于提供编辑有效画面在原始视频画面中位置的功能，以及在原始视频画面流入提取模块时，根据编辑的位置从原始画面中提取有效部分，得到有效画面并输入亮度/对比度调整模块；/n亮度/对比度调整模块用于提供编辑亮度/对比度调整系数的功能，以及在有效画面流入亮度/对比度调整模块后对有效画面按照设定的亮度/对比度调整系数对有效画面进行亮度/对比度调整；/n缩放模块用于提供编辑缩放系数的功能，并在缩放模块接收到亮度/对比度调整模块调整后的有效画面时按照设定的缩放系数对有效画面进行大小调整；/n剪裁模块用于提供编辑修剪系数的功能，并在剪裁模块收到缩放模块输出的有效画面后根据修剪系数对有效画面进行剪裁；/n混叠处理用于将经过数据预处理通道预处理的视频进行混叠。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于FPGA的通用化机载视频处理系统，包含预处理模块和混叠处理模块，其特征在于预处理模块至少包含二路数据预处理通道，每路数据预处理通道包含提取模块、亮度/对比度调整模块、缩放模块和剪裁模块；
提取模块用于提供编辑有效画面在原始视频画面中位置的功能，以及在原始视频画面流入提取模块时，根据编辑的位置从原始画面中提取有效部分，得到有效画面并输入亮度/对比度调整模块；
亮度/对比度调整模块用于提供编辑亮度/对比度调整系数的功能，以及在有效画面流入亮度/对比度调整模块后对有效画面按照设定的亮度/对比度调整系数对有效画面进行亮度/对比度调整；
缩放模块用于提供编辑缩放系数的功能，并在缩放模块接收到亮度/对比度调整模块调整后的有效画面时按照设定的缩放系数对有效画面进行大小调整；
剪裁模块用于提供编辑修剪系数的功能，并在剪裁模块收到缩放模块输出的有效画面后根据修剪系数对有效画面进行剪裁；
混叠处理用于将经过数据预处理通道预处理的视频进行混叠。


2.根据权利要求1所述一种基于FPGA的通用化机载视频处理系统，其特征在于预处理模块还包含帧...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆伊，李立，张新，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31