引 言

實(shí)時(shí)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(duì)自動(dòng)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(duì)監(jiān)控裝置的實(shí)時(shí)處理的要求也越來(lái)越高，針對(duì)各種需求，一些關(guān)鍵技術(shù)也相繼問(wèn)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(duì)畫(huà)面進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。如發(fā)生突發(fā)事件只能通過(guò)事后觀看錄像來(lái)解決問(wèn)題，這必然會(huì)帶來(lái)一些實(shí)質(zhì)性的后果，針對(duì)以上問(wèn)題設(shè)計(jì)這種實(shí)時(shí)視頻處理裝置。該裝置不僅能夠?qū)崟r(shí)顯示，而且能夠?qū)崟r(shí)處理突發(fā)事件，特別是這種無(wú)級(jí)縮放技術(shù)可對(duì)感興趣的區(qū)域進(jìn)行無(wú)級(jí)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(chǎng)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(duì)這一弊端，該裝置將視頻疊加技術(shù)應(yīng)用于上述場(chǎng)合，成功升級(jí)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(guò)另一臺(tái)攝像機(jī)拍攝后疊加顯示在同一個(gè)監(jiān)視器上，即一個(gè)顯示器可以同時(shí)顯示兩路視頻信號(hào)，一路正常輸出，另一路縮小一定比例后顯示在某個(gè)區(qū)域，并且可以切換兩路輸入信號(hào)。

原 理

實(shí)時(shí)視頻處理裝置的結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。實(shí)時(shí)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(chǔ)器，控制器，電源模塊和一些邏輯芯片。其中控制器通過(guò)I2C總線對(duì)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(hào)轉(zhuǎn)換為YUV 4：2：2格式的數(shù)字視頻信號(hào)并送至可編程邏輯器件，可編程邏輯器件通過(guò)外部按鍵信息來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)縮放或者視頻疊加功能。對(duì)活動(dòng)視頻進(jìn)行無(wú)級(jí)縮放處理時(shí)，可編程邏輯器件將需要處理部分的數(shù)字信號(hào)寫(xiě)入RAM存儲(chǔ)器并根據(jù)縮放倍數(shù)從RAM存儲(chǔ)器中重復(fù)讀取并抽樣，再與原畫(huà)面疊加；對(duì)兩路視頻信號(hào)進(jìn)行視頻疊加處理時(shí)，可編程邏輯器件控制存儲(chǔ)器對(duì)其中一路視頻信號(hào)進(jìn)行抽樣，1／3抽樣過(guò)程如圖2所示。再與另一路視頻信號(hào)進(jìn)行疊加。處理后的數(shù)字視頻信號(hào)通過(guò)視頻編碼芯片轉(zhuǎn)化為CVBS格式的模擬視頻信號(hào)并輸出。電源模塊負(fù)責(zé)提供多路電源信號(hào)。

活動(dòng)視頻的無(wú)級(jí)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(duì)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(guò)3倍放大，即先將每個(gè)點(diǎn)重復(fù)讀取三次再對(duì)每一行讀取三次，然后再對(duì)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(guò)程示意圖見(jiàn)圖3，放大兩倍時(shí)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(hào)或2路S-Video視頻信號(hào)，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(duì)色度、亮度等的控制通過(guò)對(duì)相應(yīng)寄存器改寫(xiě)不同的值，寄存器的讀寫(xiě)通過(guò)I2C總線進(jìn)行。該芯片初始化后將視頻信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字視頻流、行場(chǎng)同步信號(hào)、視頻格式信號(hào)（RTCO）和點(diǎn)時(shí)鐘信號(hào)。

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(guò)對(duì)相應(yīng)寄存器改寫(xiě)不同的值，寄存器的讀寫(xiě)需要通過(guò)I2C總線進(jìn)行。SAA7121通過(guò)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(hào)與色度信號(hào)同時(shí)編碼成模擬的CVBS和S-Video視頻信號(hào)。

可編程邏輯器件采用Altera公司的CPLD（EPM1270），EPM1270共有1 270個(gè)宏單元。EPMl270通過(guò)讀取外部按鍵信息來(lái)確定實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)縮放或視頻疊加功能，上述兩種功能均通過(guò)CPLD控制RAM存儲(chǔ)器實(shí)現(xiàn)。整個(gè)裝置運(yùn)行需要520個(gè)宏單元，占EPM1270的41％，考慮到二次開(kāi)發(fā)時(shí)功能擴(kuò)展后的額外開(kāi)銷，故選用此款CPLD。

實(shí)時(shí)視頻處理裝置不僅能夠清晰地實(shí)時(shí)顯示監(jiān)控區(qū)域，而且能夠?qū)崟r(shí)處理突發(fā)事件，總延時(shí)小于20 ns，實(shí)時(shí)性好。特別是這種無(wú)級(jí)縮放技術(shù)能對(duì)感興趣區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)無(wú)級(jí)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(shí)時(shí)視頻處理裝置還可將兩路視頻信號(hào)疊加顯示在一個(gè)顯示器上，并且可以切換兩路信號(hào)。圖5是本設(shè)備實(shí)際效果圖。

2 結(jié) 語(yǔ)

實(shí)時(shí)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(duì)自動(dòng)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(wèn)世和數(shù)字電視的推廣，實(shí)時(shí)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(shí)時(shí)視頻處理技術(shù)還可與計(jì)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(chǎng)容量。

傳統(tǒng)的監(jiān)控裝置功能單一，只能實(shí)時(shí)顯示而不能實(shí)時(shí)處理，如發(fā)生突發(fā)事件只能通過(guò)事后處理視頻錄像來(lái)解決問(wèn)題。實(shí)施視頻處理裝置解決了以上問(wèn)題，視頻圖像局部實(shí)時(shí)無(wú)級(jí)縮放技術(shù)可對(duì)感興趣的區(qū)域?qū)崟r(shí)地進(jìn)行無(wú)級(jí)縮放處理并顯示，并且可以通過(guò)外部控制來(lái)指定感興趣區(qū)域和縮放后的顯示區(qū)域，這對(duì)反恐、刑偵、安防工作等都帶來(lái)了極大的幫助。

數(shù)字電視在全國(guó)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(shí)時(shí)視頻處理裝置可以實(shí)時(shí)地對(duì)電視節(jié)目的局部進(jìn)行無(wú)級(jí)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(guò)獨(dú)立外部設(shè)備或者內(nèi)嵌在電視機(jī)控制電路中實(shí)現(xiàn)。

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