一種實現(xiàn)視頻幀率變換的裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)視頻幀率變換的裝置，包含互相連接的可編程芯片(1)和小容量存儲器(2)，所述小容量存儲器(2)被劃分為二個以上地址不重復(fù)的幀存，所述幀存大小為一幀圖像占用的字節(jié)數(shù)，可編程芯片將輸入的視頻圖像在空閑的幀存之間交替寫入或讀出實現(xiàn)幀率變換以及從幀存中指定位置讀取像素實現(xiàn)圖像裁剪。本發(fā)明硬件資源開銷小，延遲低，圖像幀間過渡平滑，且經(jīng)濟易用，適用范圍廣，可推廣到使用低分辨率視頻監(jiān)視器的顯示系統(tǒng)中，具有顯著的市場前景和經(jīng)濟效益。
【專利說明】一種實現(xiàn)視頻幀率變換的裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于視頻圖像處理領(lǐng)域，涉及視頻幀率變換、單通道小容量存儲器的高速存取、圖像裁剪等技術(shù)。

【背景技術(shù)】
[0002]幀率變換是視頻圖像處理領(lǐng)域中的常用技術(shù)，其含義是通過運動估計、插值、復(fù)制或丟棄等圖像處理方式來獲取其它幀率的視頻圖像，包含上變換和下變換兩種。例如在某些場合，需要將高幀率視頻顯示在低幀率的電視制式監(jiān)視器或者低帶寬顯示器上；再如有的視頻記錄儀為了減少圖像存儲容量，被設(shè)定接收低幀率的視頻。這些情形就會用到幀率下變換技術(shù)。幀率下變換的原理如圖4所示，它的好處是使得高幀率圖像數(shù)據(jù)處理單元能夠和低速單元進行速率匹配，或者直接驅(qū)動后級監(jiān)視器顯示。而上變換則是為了適配高幀率處理環(huán)節(jié)，將低幀率圖像通過運動估計、插值或重復(fù)讀取得到額外的圖像幀以滿足后級處理需求。
[0003]常見的幀率變換裝置是使用專用IP核和大容量的DDR存儲器來完成，優(yōu)點是整個設(shè)計過程集成在開發(fā)工具內(nèi)，只須進行參數(shù)配置即可完成調(diào)試，設(shè)計簡單快捷。但缺點是需要購買專用IP并增加DDR功能電路，提高了成本、功耗、設(shè)計難度。
[0004]某些顯示終端，如CRT監(jiān)視器、小尺寸液晶屏等，僅支持較低的顯示分辨率。一種經(jīng)常使用的處理方法是在原始圖像內(nèi)截取感興趣的矩形區(qū)域輸出送顯，這就是圖像裁剪，圖像裁剪原理見圖5。
[0005]目前機載座艙顯控設(shè)備中已大量使用高幀率圖形生成模塊，其輸出幀率通常為60幀甚至更高，而座艙顯示器仍然采用低幀率的PAL制、NTSC制監(jiān)視器，兩者無法直接交聯(lián)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的發(fā)明目的在于提供一種實現(xiàn)視頻幀率變換的裝置，本發(fā)明實現(xiàn)了一種高效、通用的幀率下變換方法以及圖像裁剪方法并在硬件電路上通過驗證，而此裝置也適用于只需圖像復(fù)制類型的幀率上變換。
[0007]本發(fā)明的發(fā)明目的通過以下技術(shù)方案實現(xiàn):
[0008]在一實施例中，一種實現(xiàn)視頻幀率變換的裝置，包含互相連接的可編程芯片I和小容量存儲器2，所述小容量存儲器2被劃分為二個以上地址不重復(fù)的幀存，所述幀存大小為一幀圖像占用的字節(jié)數(shù)，可編程芯片將輸入的視頻圖像在空閑的幀存之間交替寫入或讀出實現(xiàn)幀率變換以及從幀存中指定位置讀取像素實現(xiàn)圖像裁剪。
[0009]優(yōu)選地，所述小容量存儲器2被劃分為三個地址不重復(fù)的幀存，可編程芯片將輸入的高幀率的視頻圖像在二個幀存之間交替寫入，從另一個幀存上讀出視頻圖像；或者可編程芯片將輸入的低幀率的視頻圖像寫入一個幀存，從另二個幀存上交替讀出視頻圖像。
[0010]在另一實施例中，與可編程芯片I相連的小容量存儲器2有三個，每個小容量存儲器2分別代表一個幀存。
[0011]依據(jù)上述特征，所述小容量存儲器2為隨機存儲器。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明創(chuàng)新性地設(shè)計了一種采用小容量存儲器實現(xiàn)視頻幀率變換的裝置。本發(fā)明硬件資源開銷小，延遲低，圖像幀間過渡平滑，且經(jīng)濟易用，適用范圍廣，可推廣到使用低分辨率視頻監(jiān)視器的顯示系統(tǒng)中，具有顯著的市場前景和經(jīng)濟效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明實施例一的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為本發(fā)明實施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0015]圖3為本發(fā)明中視頻下變換的讀寫狀態(tài)轉(zhuǎn)移圖；
[0016]圖4為幀率下變換示意圖。
[0017]圖5為圖像裁剪原理示意圖。
[0018]圖6為可編程芯片內(nèi)部原理框圖。

【具體實施方式】
[0019]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。
[0020]目前小容量存儲器主要有靜態(tài)隨機存儲器(SRAM)、動態(tài)隨機存儲器(DRAM)，通?？梢怨ぷ髟?33MHz頻率以上，例如常見的Cypress公司CY7C系列SRAM的速度等級在166?250MHz，容量大的有18Mbit、36Mbit、72MBit等幾種，滿足分辨率在1024x1024以下多幀圖像的緩存和高數(shù)據(jù)吞吐率讀寫操作。
[0021]本發(fā)明提出了一種簡單易行的幀率變換裝置，使得采用操作時序簡單、吞吐率高的小容量存儲芯片(優(yōu)選SRAM)就能完成單路或者多路視頻的幀率變換，從而降低邏輯和PCB設(shè)計的復(fù)雜度。
[0022]實施例一
[0023]如圖1所示，本實施例一種實現(xiàn)視頻幀率變換的裝置，包含互相連接的可編程芯片I和小容量存儲器2，將小容量存儲器2作為外部緩存，從外部緩存中劃分出二片以上的地址空間，每片地址空間的大小為一幀圖像占用的字節(jié)數(shù)，這樣的地址空間也稱為幀存?？删幊绦酒琁將輸入的視頻圖像在幀存之間交替寫入或讀出實現(xiàn)幀率變換，但如果用2幀切換，畫面不流暢；4幀以上切換，延時較大，因此本實施例優(yōu)選幀存數(shù)量為3個，可使視頻延時和流暢感得以平衡。前級圖像數(shù)據(jù)交替寫入幀存，由于前級幀率大，即寫入幀存快，而后級幀率小亦即讀完一幀較慢。為了防止畫面撕裂，當(dāng)某一幀存正被寫入時，寫入操作不可中斷，必須寫滿一幀后才能跳轉(zhuǎn)到另一片幀存進行新的寫入操作；同理，當(dāng)某一幀存內(nèi)的數(shù)據(jù)正被讀取時，不可中斷，必須讀出一幀完整的數(shù)據(jù)后才能跳轉(zhuǎn)到另一片幀存進行下一幀畫面的讀取送顯。前后級幀率差別越大，那么在讀取某片幀存的過程中，另外兩片幀存間就會發(fā)生多次交替寫入，這就自動完成了圖像幀的丟棄。
[0024]在單片SRAM上采用三幀緩存的優(yōu)點是畫面切換平滑，不會出現(xiàn)撕裂現(xiàn)象，而且后級幀率的選擇不受限制，適用性更強，相較于市場上廣泛采用DDR加專用IP的方案更簡單和經(jīng)濟。
[0025]如圖6所示，可編程芯片包含有輸入緩沖隊列、輸出緩沖隊列和控制邏輯。如圖3所示，是用可編程芯片的控制邏輯設(shè)計的狀態(tài)機的輪轉(zhuǎn)讀寫轉(zhuǎn)移圖。整個控制邏輯分成7個狀態(tài):IDLE、READ_C_and_WRITE_A、READ_C_and_WRITE_B、READ_A_and_WRITE_B、READ_A_and_WRITE_C、READ_B_and_WRITE_C、READ_B_and_WRITE_A，后面六個狀態(tài)用 SI ?S6 表示，同時用幀存的滿、空標(biāo)志來進行狀態(tài)轉(zhuǎn)移，例如AF表示緩存A已經(jīng)寫滿，而CE表示緩存C已經(jīng)讀空。
[0026]初始態(tài)為IDLE，此時狀態(tài)機空閑，當(dāng)檢測到后級視頻場同步有效后即轉(zhuǎn)入到SI態(tài)，此時狀態(tài)機處于讀C幀存同時寫A幀存的狀態(tài)，控制邏輯產(chǎn)生分時讀寫外部SRAM的幀存C和幀存A的信號以及輸出視頻時序；當(dāng)A寫滿后，狀態(tài)機跳轉(zhuǎn)到S2的讀C寫B(tài)狀態(tài)，這時控制邏輯產(chǎn)生讀寫外部SRAM的幀存C和幀存B的信號以及輸出視頻時序；如果緊接著產(chǎn)生C讀空標(biāo)志，則跳轉(zhuǎn)到S3狀態(tài)，開始讀取A幀存并繼續(xù)寫B(tài)，若仍然是B先被寫滿，那么再次轉(zhuǎn)入SI態(tài)。其它情形下的狀態(tài)轉(zhuǎn)移關(guān)系見圖3。
[0027]當(dāng)允許圖像裁剪輸出時，可編程芯片I從幀存2中指定位置開始像素讀取操作，直到讀取所需圖像的最后一個像素，這就完成了對感興趣部分圖像的輸出。調(diào)整裁剪圖像的位置信息，就能動態(tài)改變圖像的輸出區(qū)域。
[0028]實施例二
[0029]主流的SRAM芯片容量有2M x 32、IM x 32、512K χ 32等，對于高分辨率視頻圖像，如1080ρ，只能容納一幀，單片SRAM不足以劃分出不重疊的三片地址空間，并運行在高速操作時鐘下。這時可在外部使用三片SRAM來實現(xiàn)高幀率視頻流的下變換，于是每片外部SRAM對應(yīng)一個幀存，其內(nèi)部狀態(tài)機仍然不變，具體參見實施例一，此處不作重復(fù)描述。
[0030]根據(jù)實施例一、二的原理，本發(fā)明也可適用于圖像復(fù)制類型的幀率上變換，將輸入的低幀率的視頻圖像寫入一個幀存，從另二個幀存上交替讀出視頻圖像。
[0031]綜上所述，本發(fā)明創(chuàng)新性地設(shè)計了一種采用小容量存儲器實現(xiàn)視頻幀率變換的裝置，同時提出了高分辨率幀率變換的裝置。本發(fā)明硬件資源開銷小，延遲低，圖像幀間過渡平滑，且經(jīng)濟易用，適用范圍廣，可推廣到使用低分辨率視頻監(jiān)視器的顯示系統(tǒng)中，具有顯著的市場前景和經(jīng)濟效益。
【權(quán)利要求】
1.一種實現(xiàn)視頻幀率變換的裝置，包含互相連接的可編程芯片(I)和小容量存儲器(2)，其特征在于所述小容量存儲器(2)被劃分為二個以上地址不重復(fù)的幀存，所述幀存大小為一幀圖像占用的字節(jié)數(shù)，可編程芯片將輸入的視頻圖像在空閑的幀存之間交替寫入或讀出實現(xiàn)幀率變換。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述可編程芯片(I)通過從幀存中指定位置讀取像素實現(xiàn)圖像裁剪。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于所述小容量存儲器(2)被劃分為三個地址不重復(fù)的幀存，可編程芯片將輸入的高幀率的視頻圖像在二個幀存之間交替寫入，從另一個幀存上讀出視頻圖像；或者可編程芯片將輸入的低幀率的視頻圖像寫入一個幀存，從另二個幀存上交替讀出視頻圖像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于與可編程芯片(I)相連的小容量存儲器(2)有三個，每個小容量存儲器(2)分別代表一個幀存。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的裝置，其特征在于所述小容量存儲器(2)為隨機存儲器。
【文檔編號】H04N7/01GK104469241SQ201410712594
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月28日
【發(fā)明者】隆志遠, 詹于杭, 童歆, 周堅鋒 申請人:中國航空無線電電子研究所