视频信号处理器

视频信号处理器（精选十篇）

视频信号处理器 篇1

视频信息包括运动的图像和音效或伴音, 具有信息丰富、表现力强的特点。随着数字技术的发展, 视频信号逐渐由模拟视频向数字化视频转换。数字视频编解码流程如图1所示。

1.1 视频制式

目前的视频获取主要使用摄像机, 和电视的制式一样, 不同国家采用不同的制式。为的是能与本国的电视机、摄像机、影碟机等设备连接。制式的区分主要在帧频、分辨率、信号带宽及载频色彩空间的转换关系等方面。目前视频信号传输主要有AV复合端口和S端子和1394端口3种方式。其区别主要是视频效果, 包括清晰度、色彩等方面。

(1) AV复合视频信号。AV复合视频信号是包括亮度和色度的单路模拟信号。只传输视频, 现在的电视机、影碟机和模拟摄像机都具备AV复合视频输入和输出端口, 可以直接连接。由于这种信号已经没有高频分量, 处理起来相对简单。因此计算机要与模拟设备连接必须加模拟视频采集卡以获取视频信号。

(2) S-video信号。这种信号将亮度和色度信号分成两路独立的模拟信号, 用两路导线分别传输, 以减少其相互的干扰, 但也只传输视频。与AV复合视频相比, 这种信号可以更好地重现色彩, 清晰度也更高。

(3) IEEE-1394信号。此种信号将视频、音频结合在一起通过一条专用的1394线传输, 抗干扰能力强, 色彩、亮度逼真, 更大的优点是不会发生视音频不同步的现象。随着数码产品的普及, 1394信号的传输已逐步取代AV和S端子信号的传输。

1.2 主要视频和音频格式

制作影片时所用的视频格式主要有:AVI;MOV;MPG。其他如RM、RA等网络欣赏的格式, 一般影视制作软件是不支持的, 但可以通过专门的软件转换成可用的素材, 由于其压缩比例更大, 效果会更不理想。

制作影片时所用的音频格式主要有:WAV;MP3;BA。

2 数据压缩编码标准

数字技术是多媒体技术产生的土壤, 压缩编码技术是多媒体实用化的雨露。对模拟视频信号数字化后, 其数据率是很高的, 如演播室质量的数字视频信号其产生的数据量在200Mb s, 必须采用数据压缩技术。

国际标准化组织国际电工委员会 (ISO/IEC) 的运动图像专家组所制定的一系列国际标准已经成为影响最大的多媒体技术标准, 对数字电视 (DTV) 、视听消费电子及多媒体通信等信息产业的重要产品产生了深远的影响。

MPEG的全称是运动图像专家组 (Moving Picture Experts Group) , 是专门制定多媒体领域内的国际标准组织。该组织成立于1988年, 由全世界大约300名多媒体技术专家组成。包括MPEG视频、MPEG音频和MPEG系统 (视音频同步) 3个部分。

MPEG压缩标准是针对运动图像而设计的、基本方法是--在单位时间内采集并保存第一帧信息, 然后就只存储其余帧相对第一帧发生变化的部分, 以达到压缩的目的。MPEG压缩标准可实现帧之间的压缩, 其平均压缩比可达50:1, 压缩率比较高, 且又有统一的格式, 兼容性好。

MPEG-1和MPEG-2是MPEG组织制定的第一代视音频压缩标准。

2.1 MPEG-1

“用于数字存储媒体运动图象及其伴音速率为1.5Mbps的压缩编码”简称MPEG-1, 作为ISO/IEC 11172号建议于1992年通过。主要用于在CD-ROM存储运动视频图像, 它针对CIF标准分辨率 (NTSC制为352×240;PAL制为352×288) 的图像进行压缩, 具备CD音质。使用MPEG-1的压缩算法, 可将一部120分钟长的电影压缩到1.2GB左右, 因此, 它被广泛地应用于VCD制作, 目前90%以上的VCD都是用MPEG-1格式压缩。

MPEG1组成部分: (1) MPEG-1系统; (2) MPEG-1视频; (3) MPEG-1音频; (4) MPEG-1一致性测试; (5) MPEG-1软件模拟。

实际上, 这部分的内容不是一个标准, 而是一个技术报告, 给出了用软件执行MPEG-1标准前3个部分的结果。

2.2 MPEG-2

MPEG-2标准是基于帧的、可交互高质量活动图像及其伴音的编解码标准, 主要针对高清晰度电视 (HDTV) 及其伴音信号, 向下兼容MPEG-1, 适用于1.5-60Mb/s甚至更高的编码范围。以上两种标准为VCD/DVD及DTV/HDTV等产业的飞速发展打下了牢固的基础。MPEG-2的标准号为ISO/IEC 13818, 标准名称为“信息技术-运动图像和伴音信息的通用编码 (Information technology-Generic coding of moving pictures and associated audio information) ”。

MPEG-2标准从1990年开始研究, 1994发布DIS。它是一个直接与数字电视广播有关的高质量图像和声音编码标准。MPEG-2可以说是MPEG-1的扩充, 因为它们的基本编码算法都相同。但MPEG-2增加了许多MPEG-1所没有的功能, 例如增加了隔行扫描电视的编码, 提供了位速率的可变性能 (scalability) 功能。MPEG-2要达到的最基本目标是:位速率为4-9 Mbit/s, 最高达15 Mbit/s。

MPEG-2可支持交迭图像序列, 支持可调节性编码, 多种运动估计方式, 提供较广的范围改变压缩比, 以适应不同画面质量、存储容量和带宽的要求。

它在与MPEG-1兼容的基础上实现了低码率和多声道扩展:MPEG-2可以将一部120分钟长的电影压缩到4～8GB, 其音频编码可提供左右中及两个环绕声道、一个加重低音声道和多达7个伴音声道。

MPEG-2的系统模型如下图2所示。

MPEG-2还可用于为广播、有线电视网等提供广播级的数字视频。对普通用户来说, 由于现在电视机分辨率的限制, MPEG-2所带来的高清晰度DVD画面效果并不明显, 倒是其音频特性得到了广泛的应用。

MPEG-2的编码方法和MPEG-1区别主要是在隔行扫描制式下, DCT变换是在场内还是在帧内进行由用户自行选择, 亦可自适应选择。

如隔行采样示意图 (图3) 所示, 同一场内各邻近行之间时间相关性较强, 所以场编码适合于运动快的图像。而同一帧内的邻近行空间相关性较强, 所以帧编码适合于运动慢的图像。

2.3 MPEG-4

MPEG-4是针对数字电视、交互式多媒体的需求而制定的国际标准。该标准与MPEG-1和MPEG-2不同, 是以视听媒体对象 (AV) 为基本单元, 实现数字视音频和图形合成应用及交互式多媒体的集成。

MPEG-4标准将众多的多媒体应用集成于一个完整的框架内, 旨在为多媒体通信及应用环境提供标准的算法及工具, 从而建立起一种能被多媒体传输、存储和检索等应用领域普遍采用的统一数据格式。

MPEG-4目前已经在流媒体服务等领域和Internet网上开始得到应用, 并开始支持目前标准尚未全面支持的那些应用。例如, 移动通信和个人通信中的声像业务, 以及各种基于无线网络环境的手持式电子产品。可以预计, MPEG-4将应用于多媒体电脑、掌上电脑、网络电视、远程视频监控、视频会议和可视电话等领域。MPEG-4引入了AVO (Audio/Visual Objects) , 使得更多的交互操作成为可能。它具有高效编码、高效存储与传播及可交互操作的特性。

MPEG-4标准由6个主要部分构成:

(1) 传输多媒体集成框架 (DMIF) 。主要用于解决交互网络中、广播环境下以及光盘应用中多媒体应用的操作问题。

(2) 数据平面。为了使基本流和AVO在同一场景中出现, MPEG-4引用了对象描述和XMT的概念, XMT是利用文本语法表示MPEG-4场景描述的框架。

(3) 缓冲区管理和实时识别。MPEG-4定义了一个系统解码模式, 该解码模式描述了一种理想的处理比特流句法语义的解码装置, 它要求特殊的缓冲区和实时模式。通过有效地管理, 可以更好地利用有限的缓冲区空间。

(4) 音频编码。MPEG-4不仅支持自然声音, 而且支持合成声音。将音频的合成编码和自然声音的编码相结合, 并支持音频的对象特征。MIDI和TTS。

(5) 视频编码。MPEG-4支持对自然和合成的视觉对象的编码。合成的视觉对象包括2D、3D动画和人面部表情动画等。

(6) 场景描述。MPEG-4提供了一系列工具, 用于组成场景中的一组对象。一些必要的合成信息组成场景描述, 用于描述各AVO在一具体AV场景坐标下, 如何组织与同步等问题。

与MPEG-1和2相比, MPEG-4设计目标使其具有更广的适应性和可扩展性:MPEG-4传输速率在4800-64000bps之间, 分辨率为176×144, 可以利用很窄的带宽通过帧重建技术压缩和传输数据, 从而能以最少的数据获得最佳的图像质量。

MPEG-4 Video编码算法支持由MPEG-1和MPEG-2提供的所有功能, 包括对各种输入格式下的标准矩形图像、帧速率、位速率和隔行扫描图像源的支持。

MPEG-4 Video算法的核心是支持内容基 (content-based) 的编码和解码功能, 也就是对场景中使用分割算法抽取的单独的物理对象进行编码和解码。

MPEG-4 Video还提供管理这些电视内容的最基本方法。为了实现预想的内容基交互等功能, MPEG-4 Video验证模型引进了一个叫做“图像对象区 (VOP-Video Object Plane) ”的概念。

3 结束语

MPEG制定的是一系列的标准, 实际上它并没有给出太多的具体的实现, 最后的实施还要通过各个厂商和研发人员实现。目前很多的产品或研究成果都已出现, 有些已经进入百姓的生活当中, 如遵照MPEG-1标准制造的VCD产品, 符合MPEG-2标准的DVD产品, 遵循MPEG-2和MPEG-4标准的高清晰度数字电视, 压缩率翻倍的MPEG-4--“AVC”等, 科技工作者们还在不断地努力, 开发更多更好的实际应用, 为大众服务。

摘要：通过对多媒体视频信号技术的探讨, 结合MPEG压缩标准, 阐述了在多媒体视频处理中所涉及到的基础知识。

关键词：视频,MPEG,标准

参考文献

[1]A.Vetro, C.Christopous, H.Sun.Video transcoding architecture and technique:An overview.IEEE Signal Processing Magazine, 2003 (2) .

监控系统中视频信号传输方案的选择 篇2

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监控系统中视频信号传输方案的选择

视频线缆传输可以分为同轴基带传输、双绞线基带传输、射频传输、光缆传输、数字（网络）传输等几种方式。

一、视频同轴基带传输：我国PAL-D视频基带0-6M，复合视频基带一般指视频基带和音频副载波为8M带宽。同轴视频传输是应用最早，用量最大，最容易操作的一种视频传输方式。同轴视频基带传输的技术要点是：

1.同轴电缆的信号传输是以“束缚场”方式传输的，就是说把信号电磁场“束缚”在外屏蔽层内表面和芯线外表面之间的介质空间内，与外界空间没有直接电磁交换或“耦合”关系。所以同轴电缆是具有优异屏蔽性能的传输线；同轴电缆属于超宽带传输线，应用范围一般为0Hz—2Ghz以上；它又是唯一可以不用传输设备也能直接传输视频信号的线缆；

2.视频基带信号处在0-6M的频谱最低端，所以视频基带传输又是绝对衰减最小的一种传输方式。但也正是因为这一点，频率失真——高低频衰减差异大，便成为视频传输需要面对的主要问题；在视频传输通道幅频特性“-3db”失真度要求内，75-5电缆传输距离约为120—150米；工程应用传输距离在2、3百米以内还比较好，网上论坛里提供的“感官标准”传输距离数据，从3、5百米到1千多米都有，实际是没有标准，也就没有实际参考意义。

3.同轴视频基带传输的主要技术问题是：为实现远距离传输的频率加权放大和抗干扰问题。

[抗干扰技术现状]

对常见的电梯、车间、传输耦合等各类干扰，已可以有效解决，我国自有知识产权的加权抗干扰专利技术的应用，在有效抑制干扰的同时，也能有效补偿电缆衰减和频率失真，属于抗干扰传输设备。其前端有源—后端无源抗干扰传输距离（75-5）在1000米左右，前后端都有源为1500-2000米；与加权视频放大器配套的抗干扰传输距离3公里，75-7电缆可以达到5公里。双绝缘双屏蔽抗干扰同轴电缆是与同轴电缆穿镀锌铁管原理一样，施工更方便，成本更低，在常见电磁干扰环境下，可以作为防止干扰入侵，又可方便设计和施工的工程选择；

[同轴视频基带传输设备]

我国频率加权视频放大专利技术的出现，有效解决了视频传输的频率失真问题，产品已经比较成熟，在视频传输通道“-3db”失真度要求内，仅用一级末端补偿，75-5电缆传输距离已经提高到了2000米以上，前后双端补偿的视频恢复设备已经突破3公里。传输距离已可以满足多数中近距离工程需要，传输质量已达到高质量工程的要求；

[认识、理解和应用上的盲区误区]

1．知道同轴传输有衰减，但不了解、不理解“频率失真才是视频同轴传输最需要重视的主要问题。频率失真改变了视频原信号各种频率成分的正常比例关系，降低了图像色度和清晰度；

2．“视频电缆”与“射频电缆”：不亲自测试验证比较，也不加分析，盲目相信视频传输只能

用“视频电缆”，不能用射频电缆。不知道，甚至也不相信射频电缆（SYWV）比视频电缆（SYV）的传输特性更好一些，价格也更便宜；实际上通用射频软电缆原来只有SYV一种，八十年代中后期，物理发泡射频电缆（SYWV）出现以后，特别是射频有线电视网的发展，SYWV电缆以其优异的传输特性，在射频波段度蓝天下，而SYV射频电缆只能局限在视频波段用于视频传输了，把它叫着“视频电缆”，本意是“限制性贬义名称”。所谓视频传输只能用“视频电缆”，不能用射频电缆，是一个广为误传的大误区。

3．不知道，不了解同轴电缆也有专业传输设备。距离远了，首先考虑的是选用粗电缆，或者改用其他传输方式；或者错误地把普通视频放大器当成传输设备来用；

4．不了解基于加权视频放大技术的视频恢复设备，具有图像质量控制功能，可以在工程现场的监控室看着画面调整、改善、恢复提高图像质量，并成功的与光缆、射频、微波、双绞 线传输系统合理组合，用于改善传输系统的图像质量。

5．盲目的相信高编电缆衰减小，抗干扰能力强，传输距离远。认为视频干扰的产生，就是因为屏蔽层不好，编网密度不够造成的，于是一味的使用高编电缆。工程实践是，在工程现场产生干扰的实例中，绝大多数还是用的高编电缆；最新研究表明，干扰的产生主要不是因为编网的屏蔽性能不好造成的，而是由于电缆太长，屏蔽层纵向电阻较大，干扰感应电流在纵向电阻上形成了感应电动势，并通过传输电缆两端的75欧姆匹配电阻，与芯线形成回路，在负载上产生干扰的，这对高编电缆也会产生干扰，就好理解一些了。

6．误认为凡是干扰都能用抗干扰器来解决。有一类干扰我们暂称为“故障类干扰”：如电源问题，供电系统问题，地电位环路问题，设备故障问题等“有形电路”引起的“干扰现象”，并不是常规意义上“无形电路”的电磁干扰。这类干扰不需要用任何抗干扰设备就能解决，办法是排除“故障”。

7．不了解同轴传输的匹配原理和工程应用方法，盲目用电工技术把内外导体分别焊接或扭接来处理电缆接头，以为这样可靠，不知道破坏了“同轴性”，阻抗不连续会产生反射；有线电视传输工程中大量应用的“F型接头”和“双通”可以实现高性能电缆连接，现场操作也方便；

二、视频双绞线基带传输：视频双绞线基带传输是用5类以上的双绞线，利用平衡传输和差分放大原理。双绞线传输方式的技术要点是：

1.视频双绞线基带传输：双绞线是特性阻抗为100Ω的平衡传输方式。目前绝大多数前端的摄像机和后端的视频设备，都是单极性、75Ω匹配联接的，所以采用双绞线传输方式时，必须在前后端进行“单—双”（平衡——不平衡）转换和电缆特性阻抗75-100Ω匹配转换；这就是说视频双绞线基带传输，两端必须有转换设备，不能像同轴电缆那样无设备直接传输视频信号；

2.与同轴电缆“束缚场”传输原理不同，双绞线传输的信号电磁场是“空间开放场”，利用两条线传输的信号相等方向相反，产生的空间电磁场互相“抵消”的原理传输信号，采用平衡差分放大原理提高共模抑制比，抑制外部干扰的。

3.从线缆本身的传输特性看，双绞线是各类线缆传输方式中，传输衰减特别是频率失真最大的一种线缆，大约400多米5类非屏蔽双绞线的传输衰减和频率失真与75-5电缆1000米相当。相同长度传输线，传输衰减的“分贝数”是75-5同轴电缆的2.3-2.5倍；5类线频率失真的数据是：

低频衰减：10-15db/km;高频6M衰减：45-50db/km;大约相当于75-3电缆特性，略好一点。显然，按照视频传输幅频特性“-3db”失真度要求，无源双绞线传输距离大约是50-65米左右（两端转换效率100%时）；120-150米以上，图像可以观察到失真；一种国外产品介绍说：无源双绞线传输距离达到300米左右。这个距离，等效75-5头轴电缆800米左右的传输效果，这个实际图像效果，在多数工程中是很难被接受的；

4.双绞线传输方式也属于基带传输。双绞线巨大的传输衰减和频率失真，要求传输设备不仅要对视频信号进行平衡不平衡转换，而且需要有比同轴传输性能高几倍的频率加权补偿能力。目前，有的产品介绍说，前端无源转换，后端有源补偿，可以达到1200米。双端都有源转换补偿，可以达到1500-1800米。但至今仍没有见到厂家提供相应传输距离的线缆失真数据和设备实际补偿能力数椐。这种传输方式的优点是线缆和设备价格便宜，适用于一些图像质量要求不高，工程造价要求较低的工程场合。

5.技术发展现状：双绞线传输方式技术起步较低，目前传输技术仍不够完善和成熟，多数产品还停留在分段固定补偿和产品按主观感觉“标准”生产的初级阶段水平上。线缆传输特性差，产品技术标准低，技术扩散快，生产厂家多，价格竞争激烈，误导宣传泛滥是这一产品领域的 突出特点，也是这类产品长期技术发展很慢的主要原因；

三、射频传输：射频传输方式继承了有线电视成熟的射频调制解调传输技术，并结合监控实际开发了一系列的相关产品。射频传输方式技术要点是：

1.射频传输是用视频基带信号，对几十兆赫到几百兆赫的射频载波调幅，形成一个8M射频调幅波带宽的“频道”，沿用有线电视技术，从46-800多兆赫，可以划分成许多个8M“频道”，每一路视频调幅波占一个频道，多个频道信号通过混合器变成一路射频信号输出、传输，在传输末端再用分配器按频道数量分成多路，然后由每一路的解调器选出自己的频道，解调出相应的一路视频信号输出；传输主线路是一条电缆，多路信号公用一条射频电缆，这就是目前安防行业里所介绍的“共缆”，“一线通”等射频传输产品；

2.传输距离比较远，能在一条电缆中，同时传输多路视频，可以双向传输。这在某些摄像机分布相对集中，且集中后又需要远距离传输几公里以内的场合，应用射频调制解调传输方式比较合理。传输上单缆、多路，单向、双向，音频、视频、控制等同时进行和兼容等，都是射频调制解调传输方式的技术特点和优势；

3.技术现状：由于射频传输方式继承了有线电视成熟的射频调制解调传输技术，理论上和实践上都有比较成熟的产品。射频传输在安防工程中应用，技术上是成熟的。

[认识、理解和应用上的盲区误区]

1.以为射频传输方式像同轴电缆传输一样，把设备用电缆连起来，基本就成了。不太了解，射频传输方式在工程应用中，隐含着一个“射频传输网络”设计与施工的重要技术面，这是工程能否成功，能否高质量运行的关键所在。再好的产品，射频传输网络设计与施工经验不足，水平不够，也很难做好，甚至失败。这一点很多厂家在作产品介绍时，提的很少。

2.还应了解，与有线电视传输方式相反，调制器、混合器等主要设备，不再是放在室内，而多数是放在室外的全天候工作环境中，因此，对设备性能有了全天候的要求。这与一般监控系统工程追求低造价投入的趋向是矛盾的。结果只能适当降低产品技术性能了。如，系统稳定性，频道频率飘移等；

3.在射频传输方式的工程应用中，绝大多数工程公司仍缺乏“射频传输网络”设计、安装、调试方面技术人员，缺乏专用检测设备和工程经验，很多工程公司连示波器都还没有，更不用说场强仪了。这也是制约射频传输推广应用的重要因素。

4.射频传输网络属于监控工程中的一个“传输环节”，但却包含了对调制、混合、多级功率放大、多频道均衡、交调、谐波、音视频比例关系等多种设备和技术要求，系统复杂，设备技术含量较高。是各种传输方式中，技术复杂度最高，又较难掌握的一类；

5.宣传语：射频传输避开了0-6M范围的低频干扰。——但回避了射频网络的现实问题：射频传输，频段高，电缆衰减严重，设备的热噪声，频道间的均衡、交调、串扰、谐波等已经成为主要矛盾，看看每家每户的有线电视节目，那是经过专业训练的专业队伍设计施工的，总是有的频道还有干扰，而且干扰情况还经常发生变化，这在多路数共缆传输系统中，必须引起高度重视；

四、光缆传输：常用的光缆传输是“视频对射频调幅，射频对光信号调幅”的调制解调传输系统。技术源于远程通信系统，技术成熟程度很高，在单路、多路，单向、双向，音频、视频、控制，模拟、数字等，光缆传输技术都是远距离传输最有效的方式。传输效果也都公认的好。适于几公里到几十公里以上的远距离视频传输。

1.光缆传输，频带最宽，传输衰减非常低，光信号传输不受外界电磁干扰影响。

2.问题是在监控行业里，产品也出现了追求低造价，从而降低设备技术性能和低标准生产产品的趋向，选择产品时，应认真考察；

3.光缆远程铺设和后期维护难度大，成本较高。

4.采用两级调制与解调，光端机通常采用的射频调光技术，一般先要实现视频信号对射频的调幅，这样成本较低，热噪声已经成为主要矛盾之一，信噪比，特别是对高频信噪比影响较大，有的产品的实际信噪比指标只有四、五十db，远没有达到60db以上的“检测指标”。

5.不要以为选择了光缆传输系统，传输水平就一定高。实际工程的视频传输系统，光缆传输系统只是一个远程传输环节，前面还有一定的同轴传输部分，后面还有分配、画面处理，矩阵或DVR切换等多种传输环节。忽视了这些环节，往往也会出现意想不到的结果。如某道路监控，采用了8路光端机，每路摄像机信号经过不同距离的同轴电缆，最远的超过了1公里，显然送给管端记得视频信号已经严重失真，而光端机没有视频恢复功能，只能原样的把失真的视频信号传输到末端。这属于传输系统设计不合理问题；

6.数字光端机是传输质量更高的视频传输系统，只是目前价格还偏高。

五、数字（网络）传输：数字传输从原理上彻底避免了模拟信号传输对失真度的苛刻要求，技术上也已经有了足够的传输分辨率和图像清晰度，如考虑互联网，传输距离几乎是无限的。而且谁都不否认这将是未来视频传输的主流方向。但目前就安防行业而言，技术瓶颈仍然是网络带宽和

存储记录介质的容量制约，使适用的传输分辨率和图像清晰度目前大多处于352*288的较低的水平。

六、数字电视“技术移植”的设想

看过数字有线电视节目后，你会感到，所有频道图像都很清楚，柔和，干干净净，没有干扰，并增加了许多新的操作功能，传输性能明显优于传统有线电视系统。笔者设想，能否像射频传输技术那样，参照安防行业的特点，适当改进开发，引到监控行业来，不仅图像水平会有一个跨越，硬盘录像机可能也会大大化简了。这只是一个幻想性的“异想天开”，但总觉得不是没有可能。

[关于不同传输方式的比较]：

有不少传输方式的“比较”文章和帖子，比较方式方法值得探讨和警惕，如：

1.以一种传输方式之长，比其他方式传输方式之短，诱导只有“这种传输方式最好”；

2.不公开、不全面介绍原理，故弄玄虚，隐藏短处和问题；

3.对网友提出的问题，不根据具体情况帮助分析，帮助解决问题，只是叫卖产品；

视频信号处理器 篇3

关键词：非标准视频信号；同步信息；自动提取

中图分类号：TN919 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2013） 02-0020-01

近年来，随着计算机数字信号处理设备的快速发展，非标准的视频信号正广泛的应用于不同的工业电视和广播电视行业当中，它在进行视频检测时不具有特别明显的同步信号，同时，这种非标准的视频信号频率、格式都是事先所不知道的，在受到外界环境的干扰下会随着时间的变化而变化[1]。

一、概述

视频的同步标准信号是系统中最重要的控制部分，在对视频信号进行采集和显示时，对于同步的精度标准都有严格的数据控制。在现在所有的同步视频信号发生器上，其设计都是采用针对着标准控制式的电视所具有的接收信号来实践的，有时也会利用可以对其进行编程的逻辑器件来分离电视中的视频同步信号[2]。

目前，如果要实现非标准视频信号的稳定，就需要采用一些其他的途径来将产生的信号和视频的接收信号保持一致。现在，在电视行业很多都是采用频率合成的方法来对视频产生同步信号，然后在对视频信号进行采集，通过操作人员的观察对采集的图像变化做出相应的调整。但是这种采集方法具有着产生时间过长和需要操作人员具有专业技能的缺点。由此，这种逐步分层求精的分层方法就在电视行业发挥着它的显著特点。

二、原理

通过固定的频率，时钟信号再经过分频所产生的行同步信号，其精确度是无法满足这种非标准视频信号所要求的稳定性的。通过频率细分的方法在信号产生行同步信息时，会发现其原理是品振通过行分频和行细分在产生的行同步信号中通过控制采集电路对品振进行偏差检测来进行的[3]。在这种原理的作用下，就能够只要在行同步信号的精确度上得到满足，那么其在此基础上的行分频也就能够得到满足。这种能保证视频信号获得较高精确度的情况，就可以保证最后图像的锁相精度。

三、算法

在对非标准情况下的视频信号的同步信息进行自动提取时，通常都是采用全自动的分层提取算法他，通过对行分频数和行细分数来进行调节，来对视频信号所产生的频率进行分析的。

（一）频谱分析

任何格式所具有的视频信号，在时间的排列上都会周期性的存在着信号区和消隐区，这种分布的周期就是行同步周期。具有固定模式周期的视频信号，其频谱都是以行频的主谱线为引导的。所以说，在将视频的信号转换到频域时，就要采用频谱分析的方法对行同步的信息进行粗略的提取。

（二）行频粗调

在对行进行粗调时，可以通过再现视频图像的倾斜方向来对视频信号进行同步的检测。当检测的图像向右倾斜时，就表示当前情况下的行频高于视频图像的信号真实行频。反之，当检测的图像向左倾斜时就表示当前情况下的行频低于视频图像信号的真实行频[4]。在事先不知道视频信号内容的情况下，不管任何格式的视频信号都会出现存在周期性分布的消隐区。这时，消隐区所倾斜的方向就是视频图像所倾斜的方向。在行频的粗调过程中，由于这种算法只需要大致的倾斜方向就能对行频数进行调节，所以对视频接收的信号空间参数就能进行较粗的量化。

（三）行频细调

对行频进行细调，其最主要的目的就是可以在粗调的范围内寻找最好的行细分数。为了能够得到较高准确度的视频行同步信号，就可以采用这种逐个识别的方法来对最后的行进行细分数的计算，这就是二分检索分治算法[5]。利用这种算法，可以利用检索范围的中间值来对视频图像的倾斜角度进行计算。这种算法能够将检索的范围的最大化缩小一半，在此基础上可以大幅度的减少对视频信号程序的执行时间。

（四）自动锁相

视频图像在漂移的过程中，最明显的变化就是可以消除隐患区的变化位置。在隐患区的周围，通过对其位置的变化就能判断图像所漂移的方向。当图像当前的行频高于真实行频时，就表示图像在向右漂移，就要加大行细分数，反之就要减少行细分数。在经过自动锁相的处理时，可以使图像处于稳定的状态，为图像在进行后期处理的过程中奠定基础。

四、结论

通过对非标准情况下的视频信号的同步信息进行自动提取时，在对其的计算中可以发现，计算机的视频泄漏现象是典型的非标准视频信号。在视频图像出现大量分散的斑状噪声时，这就是操作人员根据以往的经验，考虑到计算机中很多有用的信息是通过电磁辐射来与外界中的各种信号混扎在一起形成的，这样就能够避免在对视频检测时丢失了关键的行消隐信息。在接收机进行转换前，如果没有对天线所接收来的信号进行任何措施的预处理，那么就能更好的保留检测的图像所具有的信息，同时也能进一步的提高视频图像在对图像电路进行锁相的范围。

五、结语

文中通过采用逐步求精的分层分段算法，对倾斜图像中漂移图像和倾斜角度的相位差进行的运算，发现非标准的视频信号在其自动提取的过程中，可以自动对视频当前的偏差大小和方向进行识别。通过控制视频的信号发生器，可以对行进信号进行细分和分频，能够快速准确的产生非标准视频的同步信号。利用这种图像自动识别检测系统，可以对视频信号进行快速的检测，同时能够广泛的应用于各种非标准的视频、图像信号的处理和采集领域，对现代社会的电视行业有着广阔的应用前景。

参考文献：

[1]杨波，汪同庆，叶俊勇.一种直线提取的新方法[J].计算机工程，2009（01）：98-102.

[2]乔双，宋建中.外置式非标准视频同步信号发生器的设计[J].光电工程，2009（10）：76-78.

视频格式转换用测试信号图 篇4

随着我国数字电视和高清晰度电视广播业务的迅速发展, 数字高、标清电视同播和节目源共享以及国内外电视节目交换的情况将会越来越多，并且会长期存在下去;因此, 电视制式转换设备，特别是上下变换设备的需求量和生产量也将会越来越大。生产商怎样才能证明自己产品的质量和性能是合格的?用户如何才能得知自己购买商品的质量和性能是满足需求的?均需要由客观测试和主观评价两者来衡量, 即通过主客观评价, 包括制式转换后的视频格式和视频指标的客观测量以及图像质量的主观评价等来给出。

也许从事视频测量的同行们, 在试图使用常用的数字分量测试信号和常规的视频测量方法来测量含信号格式转换的视频系统或设备时, 都有过同样的经历:被测系统的输出信号波形除彩条信号以外, 大都发生了较大的变化, 诸如信号幅度超标了, 甚至超出了标准规定的最大量化范围而受到限幅导致了非线性失真;或者有的输出信号波形的形状变得不是原来的样子, 以致于不能用常规的方法进行测量;或者可以用常规的方法进行测量却得不到正确的测量结果, 等等。

为了解决上述含信号格式转换的视频处理系统视频指标测量所需要的有效测试信号, 我们对有关问题进行了反复研究和实验, 希望通过本文的分析、研究以及据此得出解决问题的初步设想, 并且研究制作出高、标清测试信号图及其提供的测试信号用于上变换器和下变换器的测试, 与关心和有兴趣的同行进行交流和探讨, 也许对相关问题的解决会有所启发和帮助。

2 串行数字分量测试信号不能有效用于格式转换系统测量的主要根源

众所周知, 目前我们所见到的数字视频测试信号发生器提供的串行数字分量测试信号, 在用于测量一般 (即不含格式转换) 的视频处理系统或设备时, 每种信号 (除彩条信号以外) 的亮度分量和色差分量是分别根据各自信号的特点和测试的需求单独设计的, 它们之间在电平和频率或时间宽度上并没有必然的联系;但是, 由于三个分量在被测视频处理系统中是各行其道, 互不相干的, 所以经过系统之后输出信号各分量的波形只决定于各自通道的性能或保真度, 不会出现由于测试信号本身不同分量之间的相互关系而引起的信号畸变导致无法测试, 或测试结果无效之类的问题。

然而, 当使用这些信号来测量含格式转换的视频系统或设备(例如上变换器和下变换器)时, 即使在正常情况下也会出现被测系统输出信号波形发生较大改变, 使我们用常规的方法无法进行测量或者可以测量却得不到正确测量结果。因为这些被测设备内部包含了信号格式转换处理, 如上变换器或下变换器中包含了从标清(SD)色差分量信号向高清(HD)色差分量信号的转换或从高清色差分量信号向标清色差分量信号的转换;而SDTV系统和HDTV系统两者之间的亮度信号和色差信号的导出式是不相同的[1][2], 所以在格式转换过程中, 不能由色差分量直接进行转换, 中间必须经过基色分量作桥梁, 这样一来原本在电平和频率或时间宽度上没有必然关系的亮度和色差分量信号之间就发生了关系, 致使其被测系统或设备输出的信号波形就出现较大的改变, 轻则输出信号电平已在不合法的范围 (例如用五阶梯信号测量上变换器或下变换器的非线性失真时, 变换器输出的五阶梯信号有的分量超出了合法的范围) , 重则当信号的幅度超出了系统的最大量化范围时, 就会受到限幅造成额外的非线性失真, 如图1所示的亮度信号;或者输出信号发生了较大的变化, 已经不是原来信号波形的样子了, 例如, 用多波群信号测量频响时, 上、下变换器输出的亮度多波群信号各频波已经不是单一频率的正弦波了, 而是含有两个频率的正弦波, 如图2、3所示, 所以无法用常规的方法进行准确的测量;又例如, 用2T正弦平方波和条脉冲信号测量下变换器的线性失真 (K系数) 时, 由于其输出信号不仅受到亮度和色差信号之间的相互影响, 使其输出信号电平超出了系统的最大标称量化范围而受到限幅导致波形失真, 而且还受到SDTV系统模拟视频标称带宽的限制, 致使高频分量丢失而造成输出波形更大的失真, 如图4所示的2T条脉冲波形, 在这种情况下即便可以采用常规的方法进行测量, 而测量结果也是不正确的。由于上述种种情况的存在, 到目前为止, 仍不可能对这些含有信号格式转换处理的视频系统或设备进行有效的常规视频指标测量。

3 解决格式转换系统测试信号的思路和实现方法

根据以上分析, 我们认为可以有效用于格式转换系统的测试信号首先必须是合法、有效的实体电视图像信号。正如大家所知, 如果测试信号是来自某个实体电视图像或图形, 电视图像或图形的基色 (RGB) 分量电平是标准、合法 (有效) 的, 由此转换生成的任何其他格式图像信号就肯定是合法有效的, 就不会出现输出信号电平超标而受到限幅, 造成输出波形失真。所以, 我们根据这一基本原理, 并且以基色分量为基础、采用程序设计的方法生成制作电视测试信号图来提供测试信号。只要在图像程序设计时满足标准测试信号各个色差分量的电平、频率或时间宽度等方面的要求, 就可以确保测试信号既符合标准，同时又能克服目前常用数字视频信号发生器提供的数字分量测试信号所存在的不合法或无效，甚至会使格式转换以后的输出信号电平超标, 从而受到限幅导致信号失真等问题。

其次，有效用于格式转换系统的测试信号，必须确保亮度分量和色差分量信号在格式变换系统的格式转换过程中两者之间不会发生关系。最简单的解决办法就是使每种测试信号(除彩条信号以外)的三个分量不在同一时刻输出，或者说它们并非是同一个实体电视图三个分量。实现这一目的的方法就是使每种测试信号的三个分量分别由测试信号图中不同位置上的图像来提供。常用数字视频信号发生器的串行数字分量测试信号之所以在被测系统中进行格式转换时原本没有关系的三个分量发生了关系，就是因它每种测试信号的三个分量表示方法或输出方法实质上是作为同一个视频图像的三个分量来给出的结果。

图5 8所示即为来自基于RGB分量、用程序设计、生成制作的测试信号图, 即《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》提供的各种分量测试信号, 在经过上述某上、下变换器处理后输出信号波形的实例。从这些波形图可知, 采用常规的视频测量方法, 就可以对含格式转换系统输出的信号进行常规视频指标的测量。

但是, 对于用《HDTV测试信号图》提供的2T正弦平方波和条脉冲信号来测量下变换器的K系数时, 其输出信号波形 (如图8所示, 因篇幅受限色差波形从略) 仍存在不能获得正确测量结果的问题。因为高清亮度模拟视频30MHz[2]的上限频率和色差模拟视频15MHz[2]的上限频率分别对应的2T和2TC正弦平方波[3], 在“压缩模式”或者“切边模式”下变换后的2T和2TC正弦平方波所对应的视频上限频率分别为14.55MHz和7.27MHz, 远远高于SDTV系统的模拟视频的上限频率 (亮度5.75MHz和色差2.75MHz) [1];即使下变换系统在理想情况下输出信号也会受到SDTV系统带宽的限制导致输出波形和幅度的改变, 而不能获得正确的测量结果。

注：*括弧中频率为上变换前标清多波群信号的频率, 上变换后其频率除了与高、标清电视系统的基本参数有关以外, 还与“变换模式”相关。例如在“拉伸模式”上变换后其频率应为变换前标清频率的2.0625倍。

**括弧中频率为下变换前高清多波群信号的频率, 下变换后其频率除了与高、标清电视系统的基本参数有关以外, 还与“变换模式”相关。例如在“压缩模式”下变换后其频率应为下变换前高清频率的2.0625分之一。

第三, 根据以上分析, 我们对2T正弦平方波和条脉冲信号在下变换以后, 受SDTV系统标称带宽限制导致测量结果不正确给出的解决方法是:将下变换转换前的高清2T正弦平方波测试信号对应的视频上限频率降低到使在指定的“变换模式”下变换后的2T正弦平方波信号所对应的视频上限频率, 刚好是SDTV系统模拟视频标称带宽的上限频率。例如, 当指定的下变换模式为“压缩模式”时, 变换前的亮度2T (包括色差2TC) 正弦平方波信号所对应的亮度模拟视频上限频率和色差模拟视频上限频率应该分别是11.859375MHz和5.671875MHz。

为了与《HDTV测试信号图》相区别, 也为了方便使用, 我们将专门用于下变换器测试的信号集中制作在另一张图上, 即为《HDTV测试信号图 (1) 》, 同时将其它的测试信号作了相应的调整, 其中特别要强调的是多波群信号也作了与2T和2Tc正弦平方波信号同样的调整, 即将下变换前的高清多波群测试信号的频率降低到使在“压缩模式”下变换后的多波群的频率, 刚好是SDTV系统多波群测试信号的频率, 即亮度多波群信号的上限频率和色差多波群信号的上限频率应该分别是5.75MHz和2.75MHz;那么也就是说, 下变换前的高清亮度多波群信号的上限频率和色差多波群信号的上限频率应该分别降低到了11.859375MHz和5.671875MHz。这样一来, 专用于下变换测试的《HDTV测试信号图 (1) 》在“压缩模式”下变换后进行测试时, 就与测试标清信号一样简单了。

图9 10所示为某下变换器输入下变换专用测试信号图《HDTV测试信号图 (1) 》, 经“压缩模式”下变换后输出的多波群信号和亮度2T条脉冲信号波形的实例。

4 标清电视和高清电视测试信号图

以下介绍我们根据GB/T14857-1993《演播室数字电视编码参数规范》和GY/T155-2000《高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值》的有关规定, 以及标清和高清电视常用视频测试信号的类型和要求, 并且基于基色分量, 用程序设计、制作的数字高、标清电视视频测试信号图及其所提供的测试信号。

4.1 HDTV、SDTV测试信号图

《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》及专门用于下变换测试的《HDTV测试信号图 (1) 》如图11～13所示, 它们包含了视频测量中最常用的测试信号。这些测试信号图从上到下依次为“测试信号图的名称”, 接着是75%彩条信号图和100%彩条信号图, 亮度五阶梯信号图及蓝色差五阶梯信号图和红色差五阶梯信号图, 亮度多波群信号图及蓝色差多波群信号图和红色差多波群信号图, 亮度2T正弦平方波和条脉冲信号图及蓝色差2TC正弦平方波和条脉冲信号图、红色差2TC正弦平方波和条脉冲信号图, 亮度大斜坡信号图和亮度小斜坡信号图, 蓝色差大斜坡信号图和蓝色差小斜坡信号图, 红色差大斜坡信号图和红色差小斜坡信号图以及50%视频电平的灰度信号图等, 共18种测试信号组成。每种测试信号图在SDTV测试信号图中大约各占20 30行的图像高度, 在HDTV测试信号图中大约各占40 50行的图像高度。

4.2 SDTV和HDTV测试信号图提供的测试信号波形及其主要参数

由于篇幅有限《SDTV测试信号图》提供的测试信号波形及其主要参数、《HDTV测试信号图》提供的测试信号波形及其主要参数和专用于“压缩模式”下变换器测试的《HDTV测试信号图 (1) 》提供的测试信号波形及其主要参数从略。

来自以上三个测试信号图提供的测试信号, 除了彩条信号的三个色差分量是由图中同一位置提供的, 即所谓“同时输出” (见彩条信号波形图) 以外, 其他的同一种类型测试信号的三个分量信号是分别由上下相邻三个测试信号图像位置提供的 (见测试信号波形图-从略) , 所以是“时分输出”的。因为, 只有采用不同位置的图像提供不同色差分量的测试信号, 才能使同一种测试信号的三个分量实现所谓“时分输出”, 在通过含信号格式处理的视频系统或设备时才能互不相干;而且事实上也只有采用不同位置的图像提供不同分量的测试信号, 才有可能在电平和频率或时间宽度等方面均满足标准测试信号的要求。虽然具有色差测试信号输出的图像位置也能同时提供另外的两个分量 (参见色差测试信号并列显示的YPbPr波形图-从略) , 但是因为另外的两个分量从其波形图可知, 或者因其电平, 或者因其频率或时间宽度不满足标准测试信号的要求而不用作测试信号。这些信息我们可以从WFM700波形监示器的显示屏上一目了然:从显示波形的左下方所显示的数字中 (625i/50.00或1080i/50.00等) , 可以知道显示的是SD信号还是HD信号;从屏幕右上角所显示的数据中, 可以看到所显示的波形是选择在测试图的哪一场的哪一行上, 并且在选行改变的过程中通过观察波形保持不变的范围, 可以得知该测试信号所占的行数;从屏幕的下端所显示的“波形菜单”中, 可以看出所显示的波形是选择在YPbPr三个分量并列显示, 还是只显示了其中某个有用的测试信号分量;另外, 还可以根据显示波形的横坐标和纵坐标的刻度得出显示波形的时间宽度和电压幅度, 等等。

5 测试信号图的存储和使用

首先, 是要将《S D T V测试信号图》、《H D T V测试信号图》和《HDTV测试信号图 (1) 》的图像文件数据或视频信号无压缩 (或浅压缩) 地分别存储或记录到能够满足GB/T17953-2000《4∶2∶2数字分量图像信号的接口》或GY/T157-2000《演播室高清晰度电视数字视频信号接口》要求的标清或高清视频信号源设备或录/放像设备中;当我们在使用这些测试信号图提供的测试信号进行视频指标测量时, 就可以由这些视频信号源设备或录放设备输出所需测试信号图, 送到被测视频系统或设备的输入端;同时根据所要测试的视频参数, 将连接到被测系统或设备输出端的选行示波器或视频测量仪, 选行在被测系统输出测试信号图相应信号图像位置的任意行上, 即可获得所需要的被测分量信号, 并且采用常规的视频测量方法进行测量。同样, 也可以用上述方法将选行示波器或视频测量仪的输入端连接到测试信号图像源设备或录放设备输出信号端, 选行在《测试信号图》相应信号图像位置的任意行上, 即可观察和测量该测试信号图所提供的各种分量测试信号波形及其视频指标。

6 结束语

面对当今越来越多的诸如上变换器和下变换器这种含有信号格式转换的视频处理系统或设备的研制、生产和使用等领域的测试需求, 我们基于采用基色分量和程序设计、生成制作的《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》及《HDTV测试信号图 (1) 》等数字视频测试信号图, 能够提供“时分输出”的、并且符合标准规范的数字视频各个色差分量的测试信号, 不仅克服了目前数字视频信号发生器提供的串行数字分量测试信号存在非法、无效, 在格式转换之后其电平可能超标受到限幅而导致信号波形失真的问题;而且, 还避免了数字串行测试信号的三个分量, 在视频格式转换中原本在电平、频率或时间宽度上没有必然联系的亮、色分量信号之间发生关系, 导致的输出波形发生畸变, 从而无法采用常规的方法进行测量;同时, 专用于高清下变换的《HDTV测试信号图 (1) 》又解决了下变换信号受到SDTV系统带宽的限制, 致使高频分量丢失造成额外的波形失真, 较好地解决了格式转换这种特殊视频处理系统或设备进行有效视频指标的测量问题, 使含信号格式转换处理的视频系统或设备的客观视频指标测量得以实现。

本文主要是以目前需求量较大的高、标清电视的上、下变换这种视频格式转换系统的测试信号存在的问题作为例子来进行分析、研究的, 并在此基础上提出了解决问题的思路和实现的方法以及制作出一种适合这种视频格式转换系统的测试信号图。上述分析、研究和提出解决问题的思路和实现方法同样也适用于其他信号格式转换系统用测试信号的分析、研究及解决问题的思路和方法。当《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》用于其它视频格式转换系统的测量时, 我们可以根据转换目标视频格式基本参数的具体情况, 或者不加任何改动, 就像《SDTV测试信号图》用于上变换系统测试那样, 《SDTV测试信号图》也可用于D/A变换系统的测试;或者加以适当的改动, 就像《HDTV测试信号图》用于下变换系统测试, 需要对2T条信号和多波群信号作适当的改动, 而成为《HDTV测试信号图 (1) 》那样, 即可满足下变换测试的要求。

另外, 比起用价格昂贵的高、标清数字视频测试信号发生器提供数字分量测试信号, 《SDTV测试信号图》和《HDTV测试信号图》作为廉价的数字高、标清视频测试信号源, 同样可以用作一般视频系统或设备客观视频指标的测试信号和系统运行的监视信号, 也具有较好的使用价值。

参考文献

[1]GB/T14857-1993《演播室数字电视编码参数规范》.

[2]GY/T155-200《0高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值》.

视频信号处理器 篇5

关键词：图像采集和处理；图像叠加；DSP

中图分类号：TP274.2文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0072-02

在医学上，随着微电子和计算机数字图像处理技术的发展，能够对X射线图像进行量化、传输、存储、显示和处理的数字化X射线成像技术进入了X射线影像领域，具有重大意义和应用前景，是医学影像系统的发展趋势，它能节省大量的胶片，其市场潜力巨大，解决了约占影像学科70%左右的数字化问题，有利于X射线图象的存储、处理、传输和显示，并合适进入图象存储、处理、传输和显示，并适合进入图象存储与通信系统（PACS）及远程医学系统。

有三种方式实现X射线成像的数字化，CR（计算机X射线照相术）、DR（数字X射线照相术）和视频数字采集。CR和DR都是将X光模拟信息转换成数字图象。视频数字采集直接对由X射线探测器产生的视频信号实施模数转化，并且获得单帧图像或图像序列。

跟CR和DR相比，视频数字采集拥有自己独特的优点，因此可以应用在不同场合，视频数字采集适合连续动态X射线透视图象信号的数字化采集，并可以看到器官的动态变化以及设备简单、操作方便、成本低等优点。采集的大量动态视频和图象数据可以储存在外部存储在外部存储内，用在采集后独立的诊断上（普通的荧光透视法诊断与成像必须同时），诊断后这些数据可以根据需要保存或者删除，根本就不需要胶片。

1系统主要性能

系统主要应用于CCD医用X线电视设备的后端视频处理，其相应的系统性能要求和实现功能如下所使示：

①视频输入。CCIR（与PAL兼容的黑白电视信号），75Ω（高阻可选）BNC接口。

②3路视频输出。A输出CCIR视频信号（50场隔行）输出，B、C两路输出100 Hz（逐行、或隔行）视频信号输出；A、B显示与输入信号同步的实时图像，C显示冻结图像、存储图像和DSA图像；75ΩBNC接口，标准视频信号，能驱动3个标准显示设备。

视频信号处理部分。图像分辨率：768×576、720×540、540×540、512×512像素；图像位数：8 bit或10 bit；对输入的视频信号（50 Hz）进行倍频处理，输出100 Hz（隔行场频，或逐行祯频）视频信号；递归滤波数字去噪功能；通过一组外部信号（比如脚踏开关闭合信号）控制，图像冻结，能存储16幅冻结图像；通过另一组信号控制，末位图像冻结；能对图像进行镜像与负像处理；通过键盘或其他方式设置参数，控制“灰度”、“对比度”电平调整；视频通道带宽>8M，8M以上的高频衰减陡，量化噪声<分贝；具有字符叠加功能，键盘输入字符；能采集存储1～2 min实时图像，并对采集图像进行DSA（数字减影）等实时处理；图像采集时间长短根据内存大小可以调整设置，内存大小可以在一定范围扩展；图像±90°、±180°旋转，或任意角度旋转；能进行局部图像放大。

2系统性能分析和方案选择

2.1系统性能分析

①系统所要求采样的视频信号的图象分辨率最大是768×576，这是标准的PAL信号分辨率上限，也就是说我们需要处理的信号是标准的PAL兼容的CCIR信号，且是黑白图象信号，这对于我们处理视频信号更为方便。

②系统要求图像位数是8位或是10位，由于我们的医学应用中图像的清晰度置关重要，我们选择图像位数为10位。

③一般的PAL制信号的场频是50 Hz，但在高清晰视频信号采集的情况下选择100 Hz的场频是合适的，我们在电路中要做好50 Hz的倍频处理。

④视频的灰度调节和对比度调节使视频信号具有可调节性，更符合对于视频信号的可调节性，选择合适的方案后这部分的工作将变的很简单。

⑤系统很好的实现了图像的采集，存储和冻结，这对于医学影像中的处理是很重要的一个功能。这部分的功能实现也是很重要的。

⑥系统需要采集存储1～2 min实时图像，以最大的22 min和最大分辨率来计算。22 min的图像是： 25×120×768×576×16 bit=4 045 M~5 G

⑦系统需要能存储16幅冻结图像。所需要的存储器最大容量是：16×2 M=32 M。

2.2系统方案比较和选择

在系统总体方案的实现实现上选择DSP+ FPGA + ARM9+wince的实现方案。

系统采用两块电路板，一块电路板是协处理器电路，由视频采集电路+DSP+FPGA+视频输出电路+图像存储电路实现视频信号的采集和处理，一块电路板是主处理器电路，由ARM9+wince+人机界面构成，实现系统所要求的增强功能的其他功能和相应的键盘输入。把两块电路分开是系统可以做的很柔性，主处理器部分可以根据需要替换成工控机系统（PC系统），协处理器电路提供了相应的接口。图1为系统原理总体框图。

下面就主要的一些电路方案的比较和选择论述如下。

2.2.1视频采集电路

无论是摄像头信号的输出，视频信号的存储，视频信号的叠加、综合，还是DSP的算法实现，系统时基信号在系统的各个环节中都起着非常重要的作用。

系统的输入的是标准制式的电视信号，它是一种复合视频信号（简称CVBS），主要包括两个主要的信号，一是反映当前视场信息的视频信号，另一个是用于视频信号的接收以及同步扫描的同步信号。视频信号的采集、存储、处理和综合都需要知道复合视频信号中有用的视频信号何时开始何时结束，因此就需要产生代表这些信息的系统时基信号，包括行同步信号（简称HS）、场同步信号（简称VS）和像素时钟信号。随着技术的发展，在我们的系统中采用了另一种方案来实现内同步，即选用集成解码芯片结合视频分离电路来得到上面所说的两种视频信息。

2.2.2视频输出电路和倍频电路实现

现在的PAL标准信号使用的是50 Hz频率，在高清晰的电视处理中目前广泛的采用的100 Hz的场频，所以有必要在电路中实现50 Hz的倍频电路，传统的倍频电路是PLL+分频器，这样做不仅需要额外的电路实现而且成本高，我们在系统中也是选用合适的编码芯片，合适的编码芯片同时带有倍频电路，这样同步时序还是由FPGA产生，同步信号经过编码芯片倍频结合编码输出完成视频信号的输出。

2.2.3存储器选择

方案中冻结图像的存储器选择SRAM，SRAM的操作简单，速度快，适合实时存储。存储图像的要求是实时性，要求掉电不丢失的能力，在考虑到所要保存图片的最大容量，采用乒乓NVRAM+硬盘的方式。硬盘用来存储1-2分钟的图像，而NVRAM存储冻结图像。

2.2.4冻结图像和存储图像输

出

方案中采用了FPGA+VHDL

+存储器的方案。

系统有两路动态图像输出，设计成一路经DSP直接处理后送DA直接输出，另一路是要输出冻结图像，存储的图像。它的设计原理如下：

当系统的C路输出不需要输出时，即不需要输出冻结图像和存储的图像时，DSP处理好的图像数据不送入C路的存储部分，存储器的总线与DSP总线是断开的，与DA总线是连在一起的。当有图像冻结命令时，总线切换使得DSP总线处理好的图像送入冻结SRAM，连续保存，并在FPGA中做好索引，当图像冻结命令解除后，有FPGA中的总线切换开关断开DSP与存储器的连接，有与DA相连，有外部信号控制FPGA中的索引单元查找所要查开对像的地址，然后由相应的地址开始输出冻结的图像，地址不断循环，只要有新的控制命令。

显示存储和DSA的图像的原理与显示冻结图像的原理相同，不同的是因为要存储的实时图像的容量较大，所以选用IDE硬盘，IDE硬盘是挂在ARM9上的，如果直接操作速度是个瓶颈，所以考虑用NVRAM+硬盘的方式，NVRAM是掉电数据不丢失存储器，它有与SRAM相同的速度。我们采用乒乓存储的方式作为两者间的缓冲。采集数据放入到NVRAMa保存后,通过FPGA切换把采集的数据放到NVRAMb后，同时a中的数据转移到硬盘中，显示数据时也是采用相同的方法。

2.2.5字符产生

字符显示也是系统人机接口的重要部分，它以字符的形式在监视器的屏幕上实时显示出系统的工作状态和相关数据信息，以此提示系统的操控者实施相应的动作。

从字符叠加的工作方式及本身电路的构成来看，字符叠加技术可以有以下三种方法来实现。

第一种是“图解显示控制”即GDC 方法。它是利用中小规模数字集成电路来实现各部分所要求的严格的时序关系，将形成的字符信号与视频信号在预定的时间关系上混合并显示在屏幕上。

第二种是用CRT 控制器这一类专用集成电路的方法。常用的有8350、8275、MC6845等。它将“图解显示控制方式”中的中小规模集成器件构成的电路集成化。字符或图形等以点阵方式存储在外围的ROM或RAM 中。它使电路大为简化，因而使用较为方便。

第三种是单片“屏幕显示”（OSD）器件方法：因为在与电视有关的产品上并不需要显示很多的字符或图形，因此将以上CRT控制器中的外部存储器与其集成在一起而形成所谓专用字符叠加芯片。常见的有NEC公司的uPD6453字符叠加芯片以及富士通公司的MB90092字符、图形叠加芯片。

本文设计的系统中需要显示的字符量比较少，为了降低开发的成本，合理利用系统的资源，我们采用上述的第二种方案，但字符叠加控制器是由可编程逻辑器件编程实现。

3结语

本文的高性能X光视频图象采集和处理系统实现了对视频信号的实时采集、处理和存储，为信号的实时处理提供了方便。文章讨论的方案的比较与选择对于不同的系统要求都有借鉴意义，对医学视频图象数字化采集与处理方面作了一定的探讨，具有一定的应用价值。

参考文献：

[1] 张晓飞,袁祥辉.基于DSP 成像系统的视频图像采集部分的实现[J].压电与声光,2002,24(6):247-250.

[2] 郭劲斌,钟秋海.嵌入式MPEG-4视频压缩编码算法研究[J].微计算机信息,2006,(22):65-66.

基于FPGA的视频信号发生器设计 篇6

在光电测量系统中,需要图像处理器进行图像采集、处理。而为了对图像处理器的图像采集能力及处理能力进行评估、检测,常常需要对图像处理器输入特定视频,进行各项功能测试。目前随着数字化相机的广泛应用,图像处理器多采用数字化接口。而且对图像处理器的检测要求信号发生器产生的视频内容越来越丰富,帧频越来越高,而目前检测图像处理器的信号发生器多是标准的模拟视频输出,如文献[1,2,3]提出的模拟视频发生器,有的虽然能产生数字视频但内容是固定的,如果对内容进行更改则需要对数字视频信号发生器重新编程以达到要求,比较麻烦,不能满足日益复杂的要求。因此灵活改变视频内容的数字视频信号发生器的研制变得十分迫切。本文提出一种数字视频信号发生器的设计方法,此方法可以同时得到LVDS和CamerLink制式的视频,供数字化图像处理器检测使用。本文提出的设计方法除可以脱离计算机独立使用外,如果想实时更改信号发生器输出视频的各项参数,无需重新改写程序,只需把该信号发生器通过串口连接到计算机上,即可通过人机交互的方式对视频中的目标灰度、背景灰度,目标大小、目标运动速度进行更改。此外目标的背景还可以从板卡上的SDRAM中选取。与以往的视频信号发生器相比,本文提出的信号发生器除能产生多种数字化视频外,还能灵活更改所产生的视频各项参数,因此具有一定应用价值。

1 硬件组成

数字视频发生器主要由FPGA模块、单片机模块、串行通信模块、TTL转LVDS模块、TTL转CamerLink模块、SDRAM模块组成,整个系统框图如图1所示。

图1系统组成框图(参见右栏)

1.1 工作原理

数字式视频信号主要由行同步、帧同步、像素时钟、图像数据组成。其中行同步决定一行的起始位置,帧同步决定一帧图像的起始位置,像素时钟决定一行有多少列图像数据。根据数字图像的组成,可以看出如果想要生成一幅数字图像,必须包含上述要素。其行帧信号同图像的关系如图2所示,其中VSYN表示帧同步信号,HS YN表示行同步信号。

其中图像的采集是从行同步上升沿开始后,按像素时钟采集的。

本文根据数字视频产生所需的各要素进行信号发生器的设计。主要通过FPGA产生行同步信号、帧同步信号、像素时钟;通过单片机+串口通信模块实现目标参数的更改,并把更改后的参数传递给FPGA,供FPGA产生相应运动的视频信号;通过视频制式转换模块把FPGA生成的视频数据及视频控制信号转换成LVDS和CamerLink制式的数字视频信号。

2.2 FPGA控制模块

FPGA具有高集成度、高可靠性以及开发工具智能化等特点,目前逐步成为复杂数字电路设计的理想首选。此外FPGA可以通过编程实现硬件的逻辑功能,大大减少了硬件设计的复杂程度。因此本文以FPGA为核心器件产生视频信号,这里选用ALTERA公司的SycloneⅡ系列的EP2C8F256I8N,采用VHDL语言编程生成与数字视频有关的各个信号,与单片机通信接收视频修改参数的模块及得到SDRAM内部图像的模块。其结构框图如图3所示。

信号发生器上电后,FPGA通过与单片机通信的模块得到初始视频各项参数,根据参数进行目标大小、目标灰度、目标运动速度、背景灰度的设置,然后根据各项设置产生视频数据,FPGA帧同步模块、行同步模块、像素时钟模块分别产生帧同步、行同步、像素时钟,图像数据按以上控制信号从FPGA中发送出去。

在本文中FPGA各功能模块根据基准时钟生成帧同步、行同步、像素时钟。这里以50M时钟为基准时钟信号,根据图像处理平台对输入信号的要求,设计的帧同步高电平占33ms,低电平占1.2ms,行同步高电平占35μm,低电平占8.4μm。这里把50M基准时钟输入像素时钟模块经过锁相后依然以50M的时钟频率输出,作为像素时钟。由于一行较多,可在程序中进行限位,控制每行像素数。像素的产生主要有两种方式,一种是通过与单片机通信得到目标像素灰度及背景像素灰度,根据这两种灰度产生像素数据。另一种方式是通过从连接在FPGA上的SDRAM内读出图像作为背景,从与单片机通信得到目标灰度,共同形成像素数据。

2.3 单片机控制模块及通信模块

在本设计中单片机作为通信管理芯片。它主要实现与计算机的通信,更改信号发生器所产生信号的各个参数,把各个参数经过整合送给FPGA,以便FPGA根据参数控制目标的运动速度、目标大小、目标灰度及背景灰度。为了保证信号发生器能够方便地和计算连接,实现人机交互,实时更改产生的视频信号,并且从通信稳定可靠出发,这里采用RS232通信接口。但是因为计算机每次发的数据较多,这里没有直接应用电平转换芯片把计算机和单片机的串口连在一起,而是通过一片16C650把电平转换芯片和单片机连在一起,这样的好处在于16C650内部具有32字节的FIFO,可起到数据缓存的作用,使单片机能够稳定可靠地接收数据。

2.4 视频制式转换模块

因为FPGA产生的视频信号为TTL电平,而目前数字视频信号以LVDS制式和CamerLink制式为主,因此需要进行电平转换。这里主要采用把FPGA产生的TTL电平的数字视频信号接入SN75LVDS387得到LVDS制式的视频信号,同时可把该TTL数字信号接入DS90CR285得到CamerLink制式信号。

3 软件设计

本文软件设计主要对单片机和FPGA进行编程。其中对单片机编程主要应用C语言进行编程,对FPGA主要应用VHDL语言编写。其中单片机程序框图如图4所示。FPGA程序流程框图如图5所示。

4 结论

本文介绍了一种基于FPGA的数字视频信号发生器,此发生器能够同时产生CamerLink和LVDS制式的视频信号,同时此视频信号发生器可通过人机对话的方式对所产生的视频信号中的目标、背景灰度、目标大小、运动速度等参数实时更改,从而达到检测图像处理平台目标分辨能力、目标捕获能力、目标捕获目标跟踪速度、目标跟踪精度等指标的目的。因此具有一定应用价值。

参考文献

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[2] 冯耀辉,王宏远.基于SOPC的视频信号发生器[J].中国有线电视2004(15) :34-3 7．

[3] 熊川,李天赞.基于存储技术的数字视频信号产生器[J].桂林航天工业高等专科学校学报2006(4) :6-7．

监控系统中视频信号传输的设计 篇7

1 同轴电缆传输方式

1.1 通过同轴电缆传输视频基带信号

视频基带信号也称为视频信号,它的带宽是0～6 MHz。通常,信号频率越高,衰减越大,一般设计时只需考虑保证高频信号的幅度就能满足系统的要求。视频信号在5.8 MHz的衰减情况如下:①SYV75-3 96编国标视频电缆衰减30 dB/1 000 m,SYV75-596编国标视频电缆衰减19dB/1000 m,SYV75-796编国标视频电缆衰减13 dB/1 000 m。②如果对图像质量要求很高,且在周围无干扰的情况下,75-3电缆只能传输100 m,75-5传输160 m,75-7传输230 m。③实际应用中,存在一些不确定的因素,例如选择的摄像机不同、周围环境的干扰等,通常,75-3电缆可以传输150m,75-5可以传输300m,75-7可以传输500 m。④对于传输距离更远,可以采用视频放大器(视频恢复器)等设备,对信号进行放大和补偿,传输距离可以达到2～3 km。⑤通过1根同轴电缆还可以实现视频信号和控制信号的共同传输,即同轴视控传输技术。下面简单介绍一下该技术。

在监控系统中,需要传输的信号主要有2种,一种是图像信号,另一种是控制信号。其中,视频信号的流向是从前端的摄像机流向控制中心,而控制信号则是从控制中心流向前端的摄像机(包括镜头)、云台等受控对象。并且,流向前端的控制信号通常是通过设置在前端的解码器解码后再流向控制摄像机和云台等受控对象的。同轴视控传输技术只需利用1根视频电缆便可同时传输来自摄像机的视频信号及对云台、镜头的控制。这种传输方式节省材料和成本、施工方便、维修简易,在系统扩展和改造时更具灵活性。同轴视控实现方法有2类:一是采用频率分割,即把控制信号调制在与视频信号不同的频率范围内,然后与视频信号复合在一起传送,再在现场进行解调将两者区分开。由于采用频率分割技术,为了完全分割2个不同的频率,需要使用带通滤波器、带通陷波器和低通滤波器、低通陷波器,但会影响视频信号的传输效果。同时,由于需将控制信号调制在视频信号频率的上方,频率越高,衰减越大,因此传输距离受到限制。另外的方法是采用双调制的方式,将视频信号和控制信号调制在不同的频率点,同有线电视的原理一样,最后在前、后端解调。二是利用视频信号场消隐期间传送控制信号,类似于电视图文传送。将控制信号直接插入视频信号的消隐期,视频信号中的消隐期部分在监视器上不显示,故对图像显示不会产生干扰,不影响图像的传输质量,而通过前端视频信号的预放大和接收端信号的加权放大,可以大大延伸视频信号的传输距离。例如,采用75-5、75-7、75-9的视频电缆,分别可以实现2 000 m、3 500 m、5 000 m的视频传输和反向控制。

1.2 通过同轴电缆传输射频信号

射频信号是指将视频信号调制到一定的频率上进行传输,也就是采用有线电视的传输方式。通常所讲的一线通、共缆传输、宽频传输等就是采用这种技术。

采用该技术特别适合于监控点较多和相对集中、距离较远的系统。采用该系统的优点是布线简单,抗干扰能力强,但调试过程相对麻烦。因为该技术使用1根电缆传输多路信号,而且有的信号还要经过放大器放大,如果调试不好就会产生相互干扰(交调)。另外,其可靠性相对于光缆、视频电缆稍差,因为共缆系统是以串联方式联接为主,接头多,特别是靠近机房的部分,如果出问题将影响前面所有的信号(视频直传方案是一对一,1根电缆出问题只会影响1路信号)。所以,采用该方案时,一定要将系统详细的设备位置图提供给有关共缆传输设备的厂家,由其帮助设计系统传输方案。另外,还需要配备1台场强仪。

2 双绞线传输方式

利用双绞线传输方式传输视频信号是近几年才兴起的技术。所谓的双绞线一般是指超五类网线,该技术与传统的同轴电缆传输技术相比,优势明显。

2.1 双绞线传输方式的优点

(1)布线方便,线缆利用率高。

1根普通超五类网线,内有4对双绞线,可以同时传输4路视频信号,或3路视频信号、1路控制信号;网线比同轴电缆更好布置。

(2)价格便宜。

普通超五类网线的价格相当于75-3视频线,室外防水超五类网线的价格相当于75-5视频线,但该类网线可以同时传输多路信号,用户可以根据具体情况核算。

(3)传输距离远,传输效果好。

由于将视频信号进行了放大提升,传输距离可以达到1 500 m,有些厂家可以保证其产品在900 m内传输的信号效果与现场一样。

(4)抗干扰能力强。

双绞线传输采用差分传输方法,其抗干扰能力比同轴电缆强。

2.2 使用中应注意的问题

(1)选用双绞线的原则:一般选用国产超五类网线,每根网线内有8芯,每芯的直流电阻值应小于15Ω/100 m (国标小于10Ω/100 m)。

(2)对于不同的传输距离,应选择不同的传输方式。例如大楼内,传输距离不超过150 m,可以选用无源收发器;距离在800 m内可以选用前端无源发射、后端有源接收的设备;800～1 500 m的传输距离可以选用有源发射、有源接收的设备;如果传输距离超过1 500 m,可以考虑增加中继器;在2 200 m内增加1个中继器可以保证传输效果。如果距离再远些建议选择光缆传输。

(3)室外布线,可以选用室外阻水网线,虽然价格较高,但可靠性有保证。

(4)对于在干扰信号较强的地方,例如电厂、变电站等地方,建议选用屏蔽网线,或在普通网线外套金属管。如果采用屏蔽网线一定要注意传输距离,一般控制在700 m以内,采用在监控室单端接地的原则。

(5)处理电梯内的干扰时,建议选用电梯专用双绞线电缆,它的柔软性能够满足电梯电缆的要求。

(6)网线的连接应进行可靠的焊接,在室外一定要做好防水处理,注意防止网线浸泡在水里。

(7)由于双绞线传输采用虚地技术,比同轴电缆更容易感应静电或雷电,因此选择双绞线传输设备,一定要注意选用具有防静电、防雷的产品。如果在多雷区,最好在前端做防雷接地。

3 光纤传输

用光缆代替同轴电缆进行视频信号的传输,给电视监控系统增加了高质量、远距离传输的有利条件。其传输特性和多功能是同轴电缆线无法比拟的。先进的传输手段、稳定的性能、较高的可靠性和多功能的信息交换网络还可为以后的信息高速公路建设奠定良好的基础。

3.1 光缆传输方式的优点及缺点

(1)传输距离长。单模光纤每公里的衰减可达到0.2～0.4 dB以下,是同轴电缆每公里损耗的1%。

(2)传输容量大。通过1根光纤可传输几十路以上的信号。如果采用多芯光缆,则容量成倍增长。

(3)传输质量高。由于光纤传输不像同轴电缆那样需要数量相当多的中继放大器,因而没有噪声和非线性失真叠加。并且,光纤系统的抗干扰性能强,基本上不受外界温度变化的影响,从而保证了传输信号的质量。

(4)抗干扰性能。光纤传输不受电磁干扰,适合应用于有强电磁干扰和电磁辐射的环境中。

(5)主要缺点是造价较高,施工的技术难度较大(主要指布线及光纤熔接、维护等施工)。

3.2 单/多模光纤光端机的选用

(1)目前,常用的光纤按模式分有两大类:即多模光纤和单模光纤。多模光缆用于视频图像传输,最远只能满足3～5 km左右的传输距离,并且对视频光端机的带宽(针对模拟调制)和传输速率(针对数字式)有较大的限制,一般适用于短距离、小容量、简单应用的场合。单模光缆因具有优异的特性和低廉的价格而成为当前光通信传输的主流,但其设备价格比多模光端机高。

(2)视频监控光端机在技术实现上分为模拟调制的光端机和数字非压缩编码光端机2类。模拟光端机采用的是基带视频信号直接光强度调制(简称AM)或脉冲频率调制(PFM)技术。数字光端机主要指的是非压缩编码视频光端机,严格意义上说,是一种采用数字传输方式的视频光端机,输入和输出仍然是标准模拟视频信号。

模拟光端机发展至今已有10年以上的历史,是比较成熟的产品。模拟设备在温度漂移特性、老化特性和长期工作稳定性方面显然不如数字设备。在价格方面,目前在1～2路视频光端机上模拟的价格仍有优势,但在4路以上视频光端机上模拟和数字的差别几乎没有,如果要求在视频传输的同时,还要传输音频、低速数据、高速以太网数据等多业务,模拟设备就无法与数字设备比拟了。

4 结语

传输视频图像监控信号除了上述介绍的3种常用方式外,还有点对点无线传输方式及多路副载波复用射频传输方式等。无线传输方式受环境和气候影响较大,稳定性差,而且设备安装调试困难;多路副载波复用射频传输方式需要的设备多,稳定性不高,图像质量较差,设备安装调整也很困难。所以,这2种转输方式使用得很少。对于同轴电缆、双绞线传输、光纤3种传输方式,可以根据工程实际情况选用。

摘要：文章介绍了视频监控系统中常用的几种视频信号传输方式,如同轴电缆、双绞线、光纤等传输方式。

关键词：视频信号传输,监控系统

参考文献

[1]孙景琪,孙京.数字视频技术及应用[M].北京:北京工业大学出版社.2006.

[2]杨磊,李峰.闭路电视监控系统[M].北京:机械工业出版社, 2003.

基于IEC视频测试的信号源开发 篇8

一、信号源开发设计

现在实验室普遍使用的信号源为VG871信号源, 其最大的短板是不能播放视频文件。在IEC的电视能效评价体系中, 动态视频测试是一个关键测试项目。这组信号是IEC通过测试5个国家的40h黄金时段的电视节目后经过统计得出的。IEC视频具有典型的代表性, 已经是相关技术所通用的标准测试视频[2]。

现在市面上已经有很多高清播放器, 就用户体验来说, VG871完全不如市面上的主流高清播放器, 尤其是不能播放视频文件, 但它的最大优势是可以提供LVDS视频接口。LVDS (Low Voltage Differential Signaling) 是一种低压差分信号技术, 它的视频信号是在一对信号线上差分传输的, 速度能达到几百Mbps, 其驱动电压和驱动电流都比较低, 具有良好的低噪声和低功耗性能[3]。对于FPGA软件编程而言, LVDS使用方便、简单。在Xilinx的基本元件库中, 已为LVDS接口集成许多不同类型的元件, 在应用中只要选择恰当的元件例化即可。实验室进行数字显示驱动系统的研究, 纯净的视频源信号必不可少。通过信号转换板传输进来的信号都是经过处理的, 由于这些技术有专利保护, 我们无法得知视频信号经过哪些处理, 而LVDS的传输协议技术参数是完全公开的。因此, 开发一款不仅具有市面上主流高清信号源的功能而且能提供LVDS接口的信号源已经迫在眉睫。本文开发的信号源应该满足如下技术要求:实现640×480——1920×1080区间范围内的各种主流显示分辨率, 包括LVDS、VGA、HDMI和DVI等主流视频接口, 全平台多媒体显示, 并且具有良好的经济性、扩展性和舒适性。

二、信号源硬件选型及组装

硬件选型决定了信号源的基础结构和基本功能, 硬件的性能好坏直接决定了信号源的性能好坏。由于本信号源必须满足当前主流的1920×1080的全高清分辨率, 其LVDS输出端口为双路48位, 因此硬件选型的关键是找到一款支持48位LVDS输出端口的主板。通过对市面上众多主板的调研, 本文最终选取英特尔公司的Intel®GM45 Socket P Core®2 Duo Mobile CPU Mini ITX型号主板作为信号源主板。选用这款主板再搭配CPU、内存、硬盘、机箱和电源等配件就可以完成IX45GM信号源的硬件组装。

三、内置分辨率修改

通过合适的硬件搭配, IX45GM信号源已经在各项参数上基本满足了设计要求, 但一个致命的问题是该显卡并不支持1920×1080、1366×768和852×480这三个主流宽屏高清电视显示分辨率。本文通过对主板VBIOS信息的修改, 成功将三种分辨率信息添加进去。具体操作步骤如下所述。

3.1 VBIOS数据文件刷新

Inter BMP软件是英特尔公司专门开发的一款对BIOS信息进行可视化修改的软件。使用BMP软件打开相应的dat数据文件以及bsf脚本文件后, 对相应的总体信息和时序信息进行修改就能添加任意格式的分辨率进去。通过实验得到的三种分辨率时序信息如表1所示。

3.2生成rom文件

mmtool软件是一款刷写BIOS信息的软件。我们打开mmtool软件, 先将原有的rom文件Load进来, 用修改后的dat文件替换逻辑地址为000C0864和0005290C的两项。然后导出生成新的VBIOS的rom文件。

3.3改写BIOS选项

由于在VBIOS信息的刷写中造成了BIOS菜单中分辨率显示选项和实际的显示分辨率不相符。经过大量的实验, 我们找到了两者之间的对应关系。并用AMIBCP软件修改BIOS的显示选项。

3.4刷写VBIOS

由于该款主板采用的是AMI公司的BIOS, 所以选择AFUDOS工具来刷写VBIOS。

经过分辨率修改后的IX45GM信号源在BIOS选项菜单中可以实现640×480——1920×1080区间范围内的各种主流显示分辨率, 在各种分辨率下播放视频完全正常。

四、总结及展望

本文设计完成的信号源满足计算机、高清电视和投影等多平台的显示需求, 提供LVDS、VGA、HDMI和DVI等主流视频接口, 可显示640×480到1920×1080区间范围内的14种主流显示分辨率, 具备丰富的二次开发能力。

本文设计开发的基于IEC视频测试的信号源接口种类很全面但是同类接口数量有限, 因此不能满足多屏同时比对实验的需求。可以研究和开发信号分接板, 实现同一类型输出信号的多路输出。

参考文献

[1]Salmon R.The Changing World of TV Display-CRTs Challenged by Flat-panel Displays[R].EBU Technical Review.2004:1-9.

[2]丁沭沂, 李驰.平板显示技术的现状与展望[J].电脑知识与技术.2010, 34:9854-9856.

视频信号处理器 篇9

随着技术的发展，各种视频设备走入人们的生活。人们可以通过这些设备留下丰富多彩的画面。与此同时，从视频中提取感兴趣的图像的应用也十分广泛。通过对交通监控的视频中可以提取出各种违章车辆的现场信息;在多媒体教学中，常常提取视频中代表性的画面使课堂生动活泼;在日常生活中人们也经常截取电影录像中感兴趣的画面作为收藏。目前常用的视频图像方法不是实现过于复杂，就是提取成本较高，需要利用专门的商用软硬件。

Matlab是一个功能强大的科学及工程计算软件包，该软件自身集成了大量的软件工具包，广泛运用于科学计算，算法仿真，系统建模等领域。其中，Matlab还提供了一个功能强大的视频及图像处理工具箱。

针对视频图像提取这一问题，本文提出了一种视频图像提取方法。该方法利用MATLAB及其自带的工具箱，能够方便的从AVI视频文件中提取出感兴趣的画面。

（二）AVI文件格式分析

AVI是目前最常见和最常用的视频文件格式之一，是Microsoft公司制定的一种广泛应用的数字化视频压缩技术标注。通过对该技术标准的分析，得到AVI视频文件的编码方式，就能为我们提取该文件中感兴趣的画面提供基础。

AVI视频文件可包含音频流，视频流，控制流和MIDI流。其中，控制流用来控制视频的显示;MIDI流则用来提供视频播放过程中的背景音乐。另外，为了保证视频画面与音频保持同步，AVI文件格式采用了音频流和视频流交错存储的方法。

AVI文件是一种采用RIFF (Resource Interchange File Format)说明形式的文件格式。我们可以通过文件开始的字符“AVI”来识别AVI RIFF格式的文件。所有的AVI文件都包括两个必须的LIST数据块，这些数据块正是视频流和音频流的内容所在。LIST“hdrl”数据块定义了数据的格式，放在第一个位置。LIST“movi”数据块包含了AVI流的数据，它被放在第二个位置。LIST“hdrl”和LIST“movi”数据块又可使用子数据块作为它们的数据。AVI文件也可能包括一个索引数据块，这个可选块包含了可选数据在文件中的位置。AVI文件按一定的次序排列这三种子块。

（三）视频图像提取原理

所谓视频就是利用人类的“视觉滞留”原理，将多副图像以高于一定的速度播放，就成了联系不断的视频图像。为了减少存储空间，提高清晰度，便于网络传播等原因，人们往往将视频文件以一定的算法进行压缩，很难将其中的某一副图片手工提取出来。而利用MATLAB提供视频及图像处理的工具箱，可以很方便的视频文件中的任意一副图像进行操作。

1. 常用的MATLAB图像处理函数

利用MATLAB图像处理工具箱中自带的函数可以方便的实现绝大多数日常的图像处理。表1列出了一些常用的图像处理相关的函数。

2. 与AVI视频处理相关函数以及AVI文件属性

利用MATLAB工具箱中自带的函数可以方便读取AVI文件的相关属性和数据。利用这些属性和数据可以提取出AVI文件中任意感兴趣的一帧画面。表2为一些与AVI文件处理相关的函数。通过函数aviinfo可以获得与AVI视频文件的相关属性，这些属性所提供的信息是我们从视频文件中提取图像的关键，如表3所列。

（四）实验及结果

本文所描述的视频图像提取方法，在实验室的微机中得到验证;实验环境为普通IBM PC机，WINDOWS 2000Professional操作系统以及MATLAB 7.0软件平台。下面为实验的部分MATLAB源程序代码：

从视频中提取的图像如图1所示。

（五）结论

随着生活水平的提高，大量多媒体设备进入人们的日常生活。如何方便快捷、成本低廉的从视频中提取感兴趣的画面，是许多人经常面对的问题。实验表明该视频图像提取方法简单方便，适合家庭和办公使用。

摘要：文章提出了一种基于MATLAB的视频图像信号提取的方法。该方法利用MATLAB强大的工程计算能力以及自带的图像处理工具箱, 能够非常方便的将感兴趣的图像从AVI格式的视频文件中提取出来。相比于其它提取方法, 该方法简单易懂, 操作简便, 适合日常处理。

关键词：MATLAB,图像处理,AVI格式

参考文献

[1]郭永淘, 宋焕生, 贺昱曜.视频交通监控系统中背景提取算法[J].电视技术, 2006, (5) .

[2]石迎生, 徐重阳, 刘卫忠, 等.从MPEG压缩视频流中提取I帧的设计与实现[J].有线电视技术, 2003年第14期.

[3]刘炜玮.Visual C++视频/音频开发实用工程案例精选[M].北京:人民邮电出版社, 2004.

视频信号处理器 篇10

关键词：井下视频,摄像头,ADSP-21992芯片,CAN总线,EILog-06测井系统

可见光成像测井作为现代测井技术的前沿技术之一, 以其图像直观、清晰、实时性好、容易理解等优点而被广泛应用于井下管道结构及井内总体状况等的监测管理中, 以利于石油开采。其具体工作原理是利用摄像头模块在井下测绘出实时图像, 经相应数字化处理后, 通过电缆远距离传送给上位机, 以直观反映井下油管的技术状况。由于采集的井下图像数据量一般较大, 原有的DTB总线传输速率有限, 而目前国内测井领域广泛应用EILog-06测井系统, 引入了具有高抗干扰能力以及高扩展能力的CAN总线作为通信网络, 理论上也允许挂载无限多个带有CAN接口的仪器。所以本文研究了基于CAN总线的井下视频信号采集系统设计, 挂载于EILog-06测井系统的遥传短节, 以实现井下图像数据的远距离传输。

1 井下视频采集系统硬件设计

由于井下环境相对复杂, 高温、高压等参数限制对井下系统仪器的可靠性要求提高, 系统设计时需采用低功耗、温度性能好的芯片, 仪器结构设计时也应考虑井下照明和保温措施。本设计的井下视频信号采集系统作为井下视频测井仪的重要组成部分, 其结构框图如图1所示。

系统主要负责对井下图像信号进行采集和处理, 并通过CAN总线完成井下仪器数据采集上传和地面命令的接收等。

系统工作原理:摄像头模块通过冷光源的照明, 将采集的图像光信号转换为电信号, 经过内部集成电路的处理, 以JPEG图像格式通过RS232串口通信协议输出, 经过MAX232电平转换后与主控芯片的SPORT串口进行互连, 实现异步串行的通信。主控芯片接收到JPEG图像, 数据处理后按照一定的帧格式存入相应位置, 当收到遥传的数据请求帧时, 便经由CAN接口单元按协议将数据帧发送至遥传短节。遥传短节主要由井下调制解调DSP板、模拟板、井下电缆驱动板和方式变压器等组成, 主要功能:向下是将上位机命令解调处理后通过CAN总线发送至井下仪器, 完成数据采集;向上是将采集的数据调制组帧, 转换为模拟信号后进行功率放大, 通过方式变压器送上电缆, 传输至井上。遥传短节采用编码正交频分复用 (OFDM) 技术, 使得井下图像数据进一步压缩, 更利于实现数据的远距离遥传通信[1]。

1.1 主控芯片

通过分析系统对各种资源的需求, 借鉴基于DSP图像处理系统在其他方面的应用, 对于较大数据量的井下图像信息, 本系统采用内嵌CAN控制器的ADSP-21992高速芯片作为数据核心处理单元。高性能的DSP内核和嵌入式混合信号外围的集成, 以及与诸如CAN和SPI通信接口的结合, 使得ADSP-21992芯片数据处理能力表现优越[2], 其最高工作频率为160 MHz, 具有16个完全可配置的邮箱, 支持标准和扩展地址, 工作温度在-40℃~+125℃之间。主控芯片同时拥有一个独立的、同步的串行口SPORT (Serial Port) , 独立的发送和接收引脚内各自都有数据缓冲寄存器和移位寄存器, 字长可选择3~16 bit。串口时钟和帧同步可以由处理器内核产生, 也可从外部接收, 在CCLK (内核时钟) :HCLK (外设时钟) =1:1条件下, 最高串行时钟速率可达到HCLK/2。通过SPORT口对摄像头模块进行合理参数设置和端口配置等, 可实现对井下图像数据的采集与控制。

1.2 串口摄像头模块

串口摄像头对工业控制系统中原有硬件以及软件资源的依赖性很少, 应用在油气田开发开采中, 可以满足低功耗要求下的图像抓拍, 使得现场图像的采集处理变得更易实现。

摄像头采集部分主要由高温摄像头和光源组成。摄像头选择高集成度的CMOS型摄像头, 本身集成了各种信号和图像处理模块, 是一个内含拍图控制、视频捕捉、图像数据采集、JPEG图像压缩、串口通信等功能的工业级图像采集设备。同时带有可选择的红外照明功能, 能够输出完整的JPEG格式, 并结合最合适的网络协议将图像通过RS232/485/TTL串口输出, 且可选择30 W/130 W/200 W/500 W等多种像素实现数字图像采集处理系统的逻辑控制, 图像具有640×480、320×240、160×120多种分辨率。因井下采光困难、热光源耗电量较大、进水前需冷却、温差较大时易起雾等原因, 这里采用低耗的发光二极管组作为新光源, 采用前端照明的方式, 使照明均匀, 以减小照明光束与摄像头视场的重叠区域, 消除照明中的灯丝成像, 进而降低背向散射光对成像光束的干扰, 提高图像分辨率。同时在摄像头和灯罩下使用专利产品化学活性剂, 使原油不沾附, 以适应测井环境[3]。

串口摄像头模块的通信连接是由4根线进行输入/输出, 分别为电源、地、数据发送和接收。串口摄像头不能单独使用, 需通过微处理器对其进行控制操作, 系统设计中将ADSP-21992的SPORT设置为可编程I/O, 利用DT、DR作为发送和接收, 与电平转化后的摄像头互连, 实现异步串行通信协议。

对于图像采集数据量较大的情况, 需在主控芯片I/O处理器控制下, 使用DMA (Direct Memory Access) 进行数据传输, 才能发挥芯片的高性能。这里把SPORT串口配置成时钟信号由处理器内核产生, 这样就可在多个可变的波特率下进行数据动态收发, 并且无论数据字有无帧同步信号, 每个发送和接收端口都能运行。在系统内核对DMA初始设置并启动后, 数据可自动地在SPORT串口和片内存储器间进行传送, 在有效地解决较大数据传输量这一问题的同时, 又能让DSP处理器专门从事算法处理工作, 极大地提高了系统的数据处理能力。DMA数据传送可选择基于自动缓冲的DMA模式或基于描述符的DMA模式。

1.3 CAN接口单元部分

如图2所示, CAN接口单元作为连接测井仪器和EILog-06遥传短节的桥梁, 主要由三部分组成。TI公司的电气隔离芯片ISO7221可提高CAN总线节点的抗干扰能力, 使得数据传输准确可靠;CAN驱动器芯片SN65HVD230连接于控制器局域网协议控制器与CAN总线的物理线路之间, 应用在控制器局域网串口通信物理层, 符合ISO11898标准, 能够在所连两者之间提供数据高速发收功能。

2 井下视频采集系统软件设计

在EIlog-06测井系统中, CAN通信总是由井上遥传发起, 井下仪器被动响应。本系统作为一个通信节点, 串口时钟和帧同步由主控芯片内核产生, 并通过写寄存器来控制波特率、帧同步和字长。如图3中主程序流程图所示, 当接收到井上遥传发往本节点的CAN通信帧时, 首先判断CAN通信帧是数据帧还是远程帧, 如果是远程帧则作为数据请求命令, 系统接收后传输准备好的数据;如果是数据帧, 则响应数据指令操作。

2.1 摄像头串行通信软件设计

主控芯片接收到设置摄像头控制寄存器的命令后, 进入摄像头控制子程序, 接收控制信息, 对摄像头的采集方式、波特率、包大小、红外灯开启等进行设置, 然后调用串口运行子程序, 对串口进行工作模式设置, 开始进行图像数据的收发, 最后检查数据收发是否结束, 结束时子程序返回。

测试串口摄像头协议中, 一个字节数据由1个起始位、8 bit数据位和1个停止位组成。起始位始终为0, 数据位低位先发, 停止位始终为1, 最后发送。为了稳定可靠地工作, 在摄像头接收到拍摄命令后, 7 s内主控芯片不再给摄像头模块发送任何信息。拍摄完成后, 摄像头会向主机发送数据包长度信息。对于主机发送给摄像头的其他命令, 摄像头会在60 ms内响应并发送相关信息。如果较长一段时间不需要图像处理部分工作, 则应该向摄像头发出休眠命令以节省电能。

2.2 CAN通信软件设计

CAN通信采用“多主对等”方式, 对CAN控制器的初始化主要是对配置寄存器和邮箱的设置。可通过对位配置寄存器CANBCR进行设置完成通信波特率、同步跳转宽度SJW、采样次数及重同步方式的设置, 同时配置好节点模块中的接收码和屏蔽码, 再按照发送数据帧格式来配置邮箱ID和信息控制寄存器。只有当主控制寄存器CANMC中配置请求位CCR=1且全局状态寄存器CANGSR中配置模式确认位CCA=1时才能进入配置模式[4]。具体初始化流程图如图4所示。

2.2.1 CAN配置寄存器设置

CAN的位定时参数 (波特率设置) 和CAN模块的特殊模式在CANBCR0、CANBCR1和CANCNF 3个寄存器中进行定义。只有CAN内核处于配置模式时, 才能对位定时的值进行改变[5]。这里假定CAN通信的波特率设置为500 Kb/s, ADSP内核主频设定为100 MHz, 则外设时钟HCLK=50 MHz, 代入公式:

可得:100= (3+TSEG1+TSEG2) (BRP+1) 。多种数值组合中, 可选取:TSEG1=12;TSEG2=5;BRP=4;SJW=3;SAM=1;CANBCR0=0x4;CANBCR1=0x03DC。

2.2.2 邮箱初始化

所有与CAN相关的数据都可存储在邮箱中, 对邮箱的初始化主要是对邮箱收发的报文标识符进行设置, 如发送的是远程帧还是数据帧等。初始化正确完成后, 就可收发数据了。该芯片拥有16个可以完全配置的邮箱, 为使较大数据量的图像信息能够连续传输, 可在内存设置2个数据缓冲区 (读和写2个数据区) , 分别用来存放需要发送和接收的数据。

3 测试验证

本文选用30万像素的测试串口摄像头。串口摄像头接收相应的拍照指令之后, 立即响应进行拍照, 并把数据暂存在内存当中。通过串口将调试器模拟处理器端与摄像头采集模块建立通信连接的一种过程示例如下:

如图5所示, 采集到的井下管道内壁图像清晰可见, 可用于进行分析处理。

串口摄像头具有灵活的采集方式, 每种图像分辨率对应3种压缩质量, 用不同的采集方式采集相同的静止图像, 数据大小的对比如表1所列。由表1可知在图像的分辨率和传输效率之间能够达到动态平衡。

详细阐述了基于CAN总线的井下视频信号采集系统, 以ADSP-21992芯片为核心对井下图像数据进行处理。因其采用CAN总线搭载EILog-06测井平台的遥传短节, 数据采集节点灵活性得到提高, 同时CAN总线的纠错能力使得系统可靠性得到保证, 加上芯片内嵌CAN控制器, 外围电路得以简化。基于CAN总线的井下视频信号采集系统适合应用于深井复杂恶劣环境下的测井系统中。

参考文献

[1]张家田, 陈宝, 严正国.测井电子信息技术[M].北京:石油工业出版社, 2010.

[2]王晓明, 庄喜润, 孙伟涛, 等.高性能工业控制DSP——ADSP-2199x原理及应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2005.

[3]魏常伟, 袁纵横, 张文涛, 等.基于FPGA的新型高速CCD图像数据采集系统[J].电子技术应用, 2010, 35 (4) :77-80.

[4]Analog Device Inc.CAN configuration procedure for adsp-21992 dsps[Z].2004.