1、 4.3.3 視頻采集卡任務原理 視頻采集卡任務原理如右圖。可分成6個主要部分包括TV-coder功能。 視頻獲取與處置技術 1.A/D變換和數(shù)字解碼 TDA8708/TDA8709接納攝像機、錄像機等彩色電視信號，轉(zhuǎn)換為8位數(shù)字信號。 數(shù)字信號經(jīng)SAA7191數(shù)字式多制式解碼器，輸出YUV信號。 YUV輸出根據(jù)不同的采樣有固定格式。 2.窗口控制器Pc-Video 窗口控制器芯片82C9001A用于視頻的獲取、疊加、顯示。 PC總線接口：主機訪問Pc Video內(nèi)部功能由這部分控制，如幀存儲器地址映射、幀存儲器讀寫等。 視頻獲取與比例變換：場選擇、輸入窗口的大小定義、視頻數(shù)據(jù)比例變換。比例范

2、圍可以是原圖的1/64-64/64。改動比例靠周期性地減少象素和掃描行實現(xiàn)。視頻獲取與處置技術VRAM讀寫、刷新控制：視頻獲取輸入和主機讀寫都是經(jīng)過VRAM的隨機讀寫端口，需進展訪問和選體控制。輸出窗口VGA同步、色鍵控制部分：驅(qū)動幀存儲器的數(shù)據(jù)同VGA的視頻信號同步讀出，以實現(xiàn)捕獲視頻與VGA信號的疊加。視頻獲取與處置技術 3.幀存儲系統(tǒng) 從視頻源采集到的信號，經(jīng)A/D變換、數(shù)字解碼，在窗口控制器的控制下，存入幀存儲器。74ns/象素。 顯示系統(tǒng)每隔74ns從幀存儲器取一個象素，供VGA實時顯示/或疊加顯示。 計算機可以經(jīng)過視頻窗口控制器，對幀存儲器的內(nèi)容讀寫。如進展緊縮編碼處置、發(fā)往信道傳

3、輸?shù)取?目前技術采用雙體存儲器，即順序的兩個象素打入兩個存儲體，以縮短存取時間。 4.數(shù)模轉(zhuǎn)換和矩陣變換 D/A轉(zhuǎn)換器SAA9065把YUV數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，TDA4680把YUV信號變換為RGB信號。視頻獲取與處置技術 5.視頻信號與VGA信號疊加 采集來的視頻信號是經(jīng)PC Video同步處置的，與VGA信號完全同步。 運用交替切換兩路信號即可實現(xiàn)信號疊加。 該電路運用74HCT4053模擬開關電路實現(xiàn)。 6. 數(shù)字式多制式視頻信號編碼：TV-Coder 將視頻采集信號和VGA信號疊加。 再轉(zhuǎn)換為某種制式的電視信號。 編碼器芯片為SAA7199。視頻獲取與處置技術 4.3.4 DSP技

4、術 計算機獲取圖像后，其中一個重要運用是進展處置。如圖像識別、緊縮、圖像加強等。這些處置需進展大量的數(shù)學運算，如： 點處置：常用于對比度加強、密度非線性校正、閾值處置、偽彩色處置等。處置方法是對象素數(shù)據(jù)實施數(shù)學變換。如對數(shù)變換，可實現(xiàn)暗區(qū)對比度擴張。 二維卷積運算：常用于圖像平滑、鋒利化、輪廓加強、空間濾波、模板匹配等。假設用MxM卷積核矩陣對一幅圖進展卷積時，每個象素的輸出需MxM次乘法和MXM-1次加法。 二維正交變換：如FFT、DCT和K-L變換等。用于圖像加強、復原、數(shù)據(jù)緊縮等。視頻獲取與處置技術 坐標變換：常用于圖像放大、減少、旋轉(zhuǎn)、挪動等。 統(tǒng)計量計算：如計算密度直方圖、均值、協(xié)方

5、差矩陣等。用于K-L變換、圖像分割等。 圖像的上述處置都是非常復雜的。例子： 裝配機器人視覺系統(tǒng)，其識別零件的實際和算法都已處理，但處置一幅512X512X8bit的圖像，把零件與其背景、零件和零件分割出來，算法中運用3X3卷積運算，對應25fps的實時處置，需512*512*9*2*25/s=118MOPS。要求CPU速度10-100倍，即1180-11800M,運算速度要求驚人。 處理方法：大型機、小型高速陣列機和公用途置芯片(DSP)。DSP是最經(jīng)濟的方案。它犧牲了計算機的通用性，針對視頻信號二維向量特點及大量的向量乘、加運算，專門設計，直接用硬件實現(xiàn)算法(如卷積運算、DCT變換等),不

6、采用Von Neumann構造,而采用HARVARD構造。視頻獲取與處置技術 DSP的構造 DSP運用VLSI技術，是一種集成度很高的數(shù)字信號處置器芯片，主要用于圖像、語音等的信號處置，自1987年以來，DSP產(chǎn)品越來越多，運用也越來越廣泛。 DSP采用一種非Von Neumann構造HARVARD構造。典型的HARVARD構造運用雙體存儲器，分別保管數(shù)據(jù)和指令(程序),經(jīng)過獨立的總線從分別的存儲器中并行地取指令和數(shù)據(jù)。 運用了HARVARD構造的DSP，一個時鐘周期就可完成普通微處置器需25個時鐘周期完成的一次乘法運算。 DSP普通運用更靈敏的、適宜二維向量處置的流水線構造。如INMOS公司

7、的卷積芯片A110，21個加法器可組成NXM構造，以順應不同的卷積核。視頻獲取與處置技術 DSP舉例 INMOS公司的A110卷積器。做3X7卷積，卷積系數(shù)矩陣為Cij,I=1,2,3;j=1,2,7，如下圖的二維流水線構造。流水線沖滿時一個時鐘脈沖即可輸出一個卷積結(jié)果：視頻獲取與處置技術C-Cube公司的CL450 MPEG解碼器。它有本人的CPU和DRAM，DRAM里是用于解碼的微程序。主機經(jīng)過主機接口向CL450發(fā)送緊縮數(shù)據(jù)流和宏命令。視頻獲取與處置技術Creative 公司的公用音頻DSP。該DSP帶有本人的CPU、RAM和EPROM，存放聲音處置(I/O)、ADPCM編/解碼程序和中

8、間運算結(jié)果。主機Memory和DSP之間運用DMA方式傳送數(shù)據(jù)。 DMA:Direct memory Access,直接數(shù)據(jù)存取。計算機與外部設備之間的數(shù)據(jù)傳輸有兩種方式，一種是經(jīng)過CPU把數(shù)據(jù)從存儲器(RAM)/外部設備讀出來，寫到外部設備/存儲器中。另一種是利用專門DMA芯片，CPU一旦啟動DMA控制器，存儲器和外部設備間的數(shù)據(jù)傳輸任務就由DMA擔任，CPU不介入，數(shù)據(jù)傳輸完后報告CPU，讓CPU去處置傳輸結(jié)果。視頻獲取與處置技術 4.4 多媒體顯示系統(tǒng) 4.4.1 顯示系統(tǒng)的組成 顯示系統(tǒng)由顯示器(monitor)和顯示適配器(Adaptor)組成。 顯示器主要由CRT(陰極射線管)和控

9、制電路組成。用于筆記本的電腦顯示器那么是平板型的液晶顯示器(LCD)。 顯示適配器是一塊插入PC擴展槽的卡(稱顯示卡、顯示板)，或集成在主板上，由視頻存儲器(VRAM和ROM BIOS)、控制電路、具有DA轉(zhuǎn)換功能的調(diào)色板等組成。第四章 多媒體硬件多媒體顯示系統(tǒng) 顯示器與適配器應該配套運用。假設顯示器只支持VGA方式，那么花很多錢購買的SVGA適配卡就無意義。 PC顯示技術閱歷了4個主要開展階段，它們是： 第一代規(guī)范(1981)：MDA和CGA。MDA(Monochrome Display Adapter)是單色顯示適配器，只能顯示80X25字符。CGA(Color Graphics Adap

10、ter)是彩色圖形適配器，能顯示字符和圖形，顯示分辨率為640X200(2種顏色)或320X200(4種顏色)。 第二代規(guī)范(1984)：EGA(Enhanced Graphics Array)加強型彩色圖形適配器。分辨率為640X350，16種顏色(調(diào)色板有64種顏色)。兼容MDA和CGA的各種顯示方式。 第三代規(guī)范(1987):VGA(Video Graphics Array)與EGA兼容，分辨率為640X480、16色或320X200、256色。運用256K種顏色的調(diào)色板，輸出RGB模擬量。必需配模擬顯示器。 第四代規(guī)范(1990)：XGA(Extended Graphics Array

11、)、SVGA(Super VGA),支持分辨率1024X768、256色或640X480、65K種顏色。XGA引入了16位真彩色任務方式，不用調(diào)色板。16為的分配為：5位紅、6位綠、5位藍。XGA還具有擴展的圖形功能，經(jīng)過圖形協(xié)處置器快速執(zhí)行畫公用線、填充區(qū)域、象素塊傳送、剪裁等功能。 顯示器類型主要是能否平面直角、能否多同步顯示及輸入信號是數(shù)字還是模擬等。 從顯示器的掃描角度講，顯示器有固定頻率和可變頻率兩類。1985年前，CGA、EGA等顯示卡配置的顯示器都是固定頻率的，一種顯示器只需一種掃描頻率，只能與一種顯示卡相匹配。目前的顯示器大部分具有多頻同步才干。多媒體顯示系統(tǒng) 4.4.2 顯示

12、系統(tǒng)根本概念 屏幕尺寸 指顯像管尺寸(Tube size)，是CRT外表的物理尺寸，即對 角線的長度，與電視的概念一樣。假設在1024X768或更 高的分辨率下進展任務，應運用17英寸以上顯示器。 蔭罩和點距 蔭罩(Shadow)是安裝在熒光屏內(nèi)側(cè)的上面刻有數(shù)萬個小 園孔(蔭罩孔)的薄鋼板，又叫孔眼掩模。彩色顯示器使 用三個電子槍，蔭罩孔的作用在于保證三個電子束共同 穿過同一蔭罩孔，準確地激發(fā)紅、綠、藍熒光粉。每個 蔭罩孔對應一個熒光粉點組。蔭罩孔間的間隔定義為點 距(Dot Pitch)，它限制了屏幕顯示的最高分辨率。多媒體顯示系統(tǒng) 普通情況下，一個象素覆蓋多個熒光粉點組。一個象素對應一個熒

13、光粉組時，顯示到達最高分辨率。 顯示器和彩色電視的原理完全一樣，區(qū)別就在于蔭罩和所涂熒光物不同。顯示器和電視的分辨率用點距來衡量，由于電視的分辨率規(guī)格不多，為0.76mm，所以很少談及電視分辨率。顯示器分辨率規(guī)格很多，分辨率從0.410.38 0.35 0.31 0.28 0.26mm，目前大多為0.28mm。顯示器的價錢主要體如今點距上。多媒體顯示系統(tǒng) 熒光粉類型及閃爍 電子束打在熒光粉上，熒光粉發(fā)光并繼續(xù)一段時間。只需繼續(xù)余 輝的亮度不低于原來的90%，人的視覺系統(tǒng)根本覺得不到變化。 余輝消逝前熒光點必需再次被激發(fā)(稱為刷新)，否那么顯示消逝或 出現(xiàn)閃爍。消除閃爍的方法：提高刷新頻率技術本

14、錢高；延伸 熒光粉余輝時間引起“ 拖曳景象；減少亮度顯示表現(xiàn)層次 不豐富。 掃描頻率 程度掃描頻率(Horizontal scan Rate)，是電子槍在屏幕上寫一行點的頻率，以Khz表示。如31.5Khz指1秒寫31.5千行。 垂直刷新頻率(Vertical Refresh Rate)，是指整個屏幕重寫(刷新)的頻率。刷新頻率不夠會引起屏幕閃爍。普通應72HZ。刷新速度與顏色數(shù)和分辨率有關，高分辨率下能夠不能提高刷新頻率。多媒體顯示系統(tǒng) 隔行掃描和逐行掃描 是熒光粉被刷新的方式。隔行掃描方式，顯示器在每遍掃描時隔 一行更新一行數(shù)據(jù)，更新整個屏幕需求兩遍掃描。逐行掃描方式， 掃描時逐行更新數(shù)據(jù)

15、，一遍掃描即可完成全部數(shù)據(jù)更新。隔行掃 描方式實現(xiàn)廉價，但顯示不夠穩(wěn)定。目前大多數(shù)顯示適配器器都 采用逐行掃描。電視運用隔行掃描。 VRAM顯示緩沖區(qū)與顏色定義 在顯示適配器上，有一塊存儲器，用于存放顯示時對應的格式數(shù) 據(jù)，稱為視頻存儲器(VRAM)或顯示緩存。 PC系統(tǒng)有兩種顯示方式-字符方式和圖形方式，Windows下運用都是圖形方式。VRAM存放的是顯示器上的每個象素點的顏 色或灰度值矩陣的線性地址存放。屏幕上一個象素的顏色數(shù)由 VRAM中相應比特數(shù)決議。多媒體顯示系統(tǒng)如能顯示16種顏色的方式一個象素4bit，640X480的分辨率共需640X480X4/8=153.6KB的顯示緩存。8

16、00X600分辨率、256色需480KB顯示緩存。因此，顯示緩存較大的顯示卡，可支持顏色數(shù)和分辨率較高。顯示緩存大，剩余部分可以存放字符屬性、推拉式菜單等數(shù)據(jù)，加速顯示速度。模擬信號接口和數(shù)字信號接口顯示器與顯示適配卡之間的連線信號方式有兩種：數(shù)字信號和模擬信號。當運用數(shù)字信號時，兩條信號線22=4可表示4種顏色，4條信號線2416可表示16種顏色等?？梢姡瑪?shù)字信號接口一方面接口不規(guī)范，另一方面隨顏色數(shù)增多，所需信號線太多。CGA、EGA顯示系統(tǒng)采用9針數(shù)字接口。VGA以后的顯示系統(tǒng)均運用15針模擬信號接口，只需RGB3條信號線即可傳送全部顏色信號，每個信號線電壓0-5V無窮級可變，可以獲得無限顏色數(shù)。多媒體顯示系統(tǒng) 總線類型 顯示適配卡是插在主機主板上任務的，由于要不斷繪制和刷新計算機屏幕上的象素點，主機必需處置幾百萬個數(shù)據(jù)，經(jīng)過總線傳送到顯示適配卡的VRAM中。 不同的主板擴展槽，或者說顯示適配卡與主機不同的數(shù)據(jù)傳輸方法(總線)，使得主機向顯示器傳送數(shù)據(jù)的速度不同，價錢也不同。顯卡總線要與主板擴展槽總線適配。 在AT