模拟电视信号转化为所需规格帧信号软硬件系统及方法和用途技术方案

一种模拟电视信号转换为帧信号的软硬件系统，包括：　　　　（１）　　作为指令输入的键盘；　　　　（２）　　用于对模拟电视信号进行数字化的视频Ａ／Ｄ转换芯片　　　　（３）　　用于存贮视频ＹＣｂＣｒ信号、驱动控制程序和预处理算法的存贮设备；　　　　（４）　　执行驱动和控制程序以及转换算法的ＤＳＰ；其特征在于该软硬件系统可执行如下动作：　　　　ａ、　　解析键盘输入指令；　　　　ｂ、　　初始化和关闭视频Ａ／Ｄ芯片和ＤＭＡ机制；　　　　ｃ、　　分配和释放缓冲区；　　　　ｄ、　　建立和解散缓冲队列；　　　　ｅ、　　数字化当前帧的模拟音频信号；　　　　ｆ、　　将该ＹＣｂＣｒ信号导入预处理算法进行处理，将其转化为所需规格的帧信号：Ｄ１或ＣＩＦ或ＱＣＩＦ；　　　　ｇ、　　将转化后的信号存入文件或送入后继模块。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
〔
〕本专利技术创造涉及计算机图像处理
，具体地说是嵌入式微机系统在驱动控制程序和某种具体图像预处理算法的控制下，将采样后的模拟电视单场信号转化为所需规格帧信号的一种装置及方法。〔技术背景〕用模拟电视信号作为视频编码器的信号源，存在一些头痛的问题模拟电视是以场为单位进行传输和显示的，而数字电视是以帧为单位；模拟电视信号的传输和显示采用隔行扫描，而数字电视的传输和显示普遍采用逐行扫描；模拟电视信号进行数字化后，不仅以场为单位，而且YCbCr是混合排列的，然而视频编码器中的切块(8×8)、切宏块(16×16)、编码和运动估计都是以帧信号为单位，而且必须把YCbCr信号分离，并存储在不同的内存区域中，这些区域被称作Y阵列(Y-Array)、Cb阵列(Cb-Array)和Cr阵列(Cr-Array)。所以如何有效地解决这些问题，成为采样预处理的关键，也成为衡量视频编码器的一个技术指标。〔
技术实现思路
〕本专利技术创造的目的是将电视技术和计算机技术结合起来，由模拟电视信号源连接视频A/D转换芯片，视频A/D转换芯片连接存储器，存储器连接计算机中央处理器CPU，通过CPU单元实现对视频A/D转换芯片和存储器控制，同时运用标准的C语言算法把采样后的YCbCr信号进一步转换为后继模块所需要的格式。为实现上述的目的，设计了一套单场模拟电视信号转换为帧信号的软硬件系统。其硬件装置，包括作为指令输入的键盘、用于对模拟电视信号进行数字化地视频A/D转换芯片、用于存贮YCbCr信号、驱动控制程序和预处理算法的存贮设备以及用于运行程序的DSP。其软件部分包括对于键盘指令的解析程序、缓冲管理程序、对视频A/D转换器驱动和控制的程序以及把采样后的YCbCr信号转换成所需的规格的帧信号，如D1、CIF或QCIF。模拟电视信号转换为所需规格的帧信号软硬件系统的方法采用了下列步骤(1)将欲执行的模拟电视场信号转化为所需规格帧信号的控制程序和相关算法载入该嵌入式系统的存贮器中；(2)解析键盘输入指令，如要求预处理几帧；(3)初始化视频A/D芯片和DMA机制；(4)分配缓冲区和建立缓冲队列；(5)数字化当前帧的模拟电视信号，得到YCbCr信号，此步序与以后的各步属并行关系；(6)通过DMA传送机制，将该YCbCr信号送入内存指定地址；(7)将该YCbCr信号导入预处理算法进行处理，将其转化为所需规格的帧信号，如D1、CIF或QCIF；(8)将转化后的信号存入文件或送入后继模块，如送入视频编码器模块；(9)判断是否已满足在步序(2)所获得的指令，如已经满足要求预处理的帧数是，则退出程序，关闭视频A/D转换器和DMA机制，解散缓冲队列，释放所使用的缓冲区；否，则转入步序(6)，进入下一帧预处理；本专利技术创造同现有技术相比，提供了一套完整的将两场中的其中一场直接转化为一帧、CIF或QCIF的算法。其独到之处在于，他摒弃了传统观念上通过两场信号进行内插而获得帧图像，而是通过一场的信号进行有效的恢复D1帧图像；CIF算法是在对原始单场信号转化为帧图像的同时，在水平方向和垂直方向上进行进一步的亚采样(sub-sampling)；QCIF算法是在对原始单场信号转化为帧图像的同时，在水平方向和垂直方向上进行下采样(down-sampling)。本专利技术创造最大的技术特点就是摒弃了依赖专用图像处理芯片，而直接采用软件处理的方法来解决这些问题；a、具有灵活性。对用户来说，IC的内部的视频预处理功能是固化的，有些提供的规格无法满足用户的需求，而有些功能却是多余的，不能根据用户的需求随意定制，这是IC最致命的弱点；以软件实现的算法就可避免这一点；b、具有可升级性。灵活性差就导致了其的升级性不强，对用户来说，如果希望得到更全面的视频预处理功能，那就不得不用更好的IC芯片来取代原有的IC芯片，往往还要重新做PCB板子和重新编写一套驱动程序，这样产品就很难在短期内占领市场，也使其生命力大打折扣；如果用软件来实现的话，至少重新做PCB板子和重新编写一套驱动程序这两步就可免了，用户只需在原有的硬件环境下，即可嵌入新的软件算法。本专利技术创造的经济效益在于低成本，含预处理功能的视频采样芯片的售价一般在十几美金或几十美金，这势必增加了每台产品的售价；如果用软件来实现该功能的话，用户只需前期的研发成本，如对该算法的移植、修改和升级等，后期的生产成本就可省去了，很显然可省相当可观的成本。本专利技术创造可应用在广播电视、视频编码器、远程医疗系统、远程教育、Web Camera、医学图像处理中的预处理部分
〔附图说明〕图1是本专利技术创造的硬件框图。图2是本专利技术创造C语言程序流程图。图3是本专利技术创造单场信号向D1帧信号的转化图。图4是本专利技术创造CIF算法对某相邻两行的一组分量信号的转化图。图5是本专利技术创造CIF算法对每10行场信号中的某两行转为CIF帧信号图。图6是本专利技术创造QCIF算法对每10行场信号中的均匀采样图。图7是本专利技术创造QCIF算法对某相邻两行的一组分量信号的下采样图。图8是本专利技术创造有关YCbCr在内存中的排列顺序及结构图。图9是本专利技术创造有关场信号向帧信号的转化后的YCbCr的结构和排列指定图1为摘要附图〔实施例〕下面结合附图作进一步详细说明。参见图1，图中→表示控制线， 表示数据流向线(单向)， 表示数据流向线(双向)。方框一，为模拟电视信号源，可以是电视机。VCD或DVD，向视频A/D转换提供模拟信号，该信号为模拟全电视信号。方框二，为视频A/D转换芯片，对模拟全电视信号进行数字化，为后继的预处理提供所需要的YCbCr信号。方框三，为存储器，存放YCbCr的场所。方框四，为CPU，即中央处理器。用于运行驱动控制程序以实现对方框二(视频A/D转换芯片)和方框三(存储器)的控制，同时用于运行预处理算法，把采样后的YCbCr信号进一步转换为后继模块所需要的格式。这种产品的组成及连接方法对本专业的人来说是清楚的。参见图2，该图给出了本专利技术创造的C语言程序流程图。参见图3在对应两场信号恢复帧信号时，本算法采取对第一场信号中的从Line 3至Line 239的每条有效视频扫描线进行复制，用通俗的话说，就是把这些线描粗，见图-1，对帧的最后两行(即Line 479和Line 480)的信号本算法采取不作任何处理，因为这样做并不影响观赏效果。由于我们选用的视频采样芯片仅支持4∶2∶2，然而我们的编码器只对4∶2∶0信号进行编码，所以要对YCbCr的比例进行处理。本算法对色度信号采取亚采样(sub-sampling，把某一采样区域像素群中的某一像素值代替该采样区域，从而降低图像分辨率，使其达到规定的分辨率)，使4∶2∶2转换为4∶2∶0。参见图4和图5，本算法为DI算法的衍生和拓展。一般视频编码器进行实时编码时，对图像大小要求较严格，无法对704×480或704×576这样的图像大小进行直接编码，需要做些预处理，从而转化图像大小。CIF就是各种视频标准规定的图像大小的一种一352×288。在预处理时，需要考虑如何进一步进行下采样，把多余的像素去掉。这里使用的方法时，直接以场信号为处理单位，根据704∶352＝4∶2，可以得到水平方向上每4个分量取2个分量(见图4)；根据240∶本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晟昊，
申请(专利权)人：上海广电信息产业股份有限公司，
类型：发明
国别省市：