一种视频叠加算法的实现方法与流程

本发明涉及一种前后景视频叠加算法的实现属于视频图像处理技术领域。尤其适用于机载座舱显示器中需要实现前景字符图形与背景地图画面叠加的方法。

背景技术：

在现代机载综合显示系统中，传统的机械式仪表已被各类机载显示器所取代，飞行过程中需要的各种动态参数画面、飞机仪表参数均可在机载液晶显示器上显示。在机上实际使用环境中，机载显示器内部根据显控处理器传送的相关数据，实时作图产生相应的字符、仪表画面，这些自主产生画面一般还需与显控处理机送出的外视频(地图、雷达等画面)叠加后才进行显示，以便于飞行员掌握更为全面的信息。

机载显示器自主生成的字符、仪表等画面一般都经过反走样处理，以降低图像边缘因液晶显示器像素离散化而导致的锯齿效果。各种反走样算法的本质都是对图像边缘的灰度等级进行处理，使得图像边缘的RGB灰度呈现出一种由图像本色向图像背景色缓慢过渡的效果，因此经过反走样处理图像边缘RGB灰度与图像本身RGB值、图像背景RGB值都有着直接的关系。现有的反走样算法都是已黑色为背景来实现，因此图像边缘反走样点都是由图像本色向黑色进行过渡。

机载显示器中现有的视频叠加算法是通过判断前景字符画面的RGB值是否为0来判决是否叠加背景，即当前景字符RGB为0的区域显示背景，前景RGB非0区域显示前景本身。按该种方式实现的视频叠加，只有当背景的RGB值很小时，画面效果才较为理想，而当背景RGB值较大，尤其当背景为纯白色时，由于图像边缘反走样处理是在向黑色过渡，因此经过视频叠加的画面上，反走样图像的边缘会形成极为明显的黑边锯齿，严重影响画面显示效果。

技术实现要素：

本发明目的是：提出一种新的前后景视频叠加算法的实现，以消除前后景叠加时前景图像边缘的黑边锯齿。

本发明的技术方案是：

一种视频叠加算法的实现方法，应用于机载座舱显示器中，其特征在于，所述方法采取以下步骤：

1)前后景视频信号的时序统一

以Altera公司FPGA为核心器件，外部配合两组Cypress公司的同步静态随机存储器(SSRAM)，外部输入的两路前后景视频信号分别进入FPGA，FPGA内部逻辑将后景视频信号的RGB值存入两组SSRAM中，并用前景的视频信号时序将后景数据从SSRAM中读出，读出的后景RGB数据再回到FPGA中，从而实现了前后景视频信号时序的统一。

2)前景视频信号图像逐个像素点的透明度系数估算；

利用FPGA片上逻辑资源对前景视频画面逐个像素点计算其透明系数，整个计算基于RGB颜色空间正方体模型进行，设前景当前像素点RGB值在正方体模型中的空间位置为P₀，记该像素点的空间坐标为P₀(R_P0,G_P0,B_P0)，连接原点O和该P₀点并进行延长，线段OP₀的延长线与正方体模型的平面相交于点P₁(R_P1,G_P1,B_P1)，则该前景像素点的透明系数L如下式1计算可得。

3)前后景视频信号画面的叠加。

利用FPGA片上逻辑资源将时序统一后的前后景视频画面的RGB值按照计算得到的前景透明系数L重新分配各自比例，获得新的混合色，该混合色即为叠加后画面的RGB值。设叠加后形成的混合色在RGB立方体模型中空间坐标为P_α(R_Pα,G_Pα,B_Pα)，原前景为P₀(R_P0,G_P0,B_P0)，后景为P_b(R_Pb,G_Pb,B_Pb),叠加混合色按下式2进行计算，最终叠加画面的RGB值即为P_α(R_Pα,G_Pα,B_Pα)。

P_α＝P₀+(1-L)×P_b (2)

本发明的技术效果如下：

1)对于任意背景图像，彻底消除了叠加图像中，前景图像的反走样黑边锯齿，提升了画面质量；

2)对于输入的视频画面分辨率支持动态变化，最高可达1600×1200@60Hz，256级灰度等级；

3)对于叠加画面，其前景画面的透明度可动态调节。

附图说明

图1一种视频叠加算法的实现方法原理框图

图2 RGB颜色空间立方体模型示意图

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行详细的说明：

一种视频叠加算法的实现方法，应用于机载座舱显示器中，其硬件组成上由1片FPGA，再加外部2组SSRAM存储器组成，在FPGA内部由视频时序统一模块、透明系数计算模块、视频叠加模块三部分组成，如图1所示。所述方法采取以下步骤：

1)前后景视频信号的时序统一

以Altera公司FPGA为核心器件，外部配合两组Cypress公司的同步静态随机存储器(SSRAM)，外部输入的两路前后景视频信号分别进入FPGA，FPGA内部逻辑将后景视频信号的RGB值存入两组SSRAM中，并用前景的视频信号时序将后景数据从SSRAM中读出，读出的后景RGB数据再回到FPGA中，从而实现了前后景视频信号时序的统一。

2)前景视频信号图像逐个像素点的透明度系数估算；

利用FPGA片上逻辑资源对前景视频画面逐个像素点计算其透明系数，整个计算基于RGB颜色空间正方体模型进行，如附图2所示，设前景当前像素点RGB值在正方体模型中的空间位置为P₀，记该像素点的空间坐标为P₀(R_P0,G_P0,B_P0)，连接原点O和该P₀点并进行延长，线段OP₀的延长线与正方体模型的平面相交于点P₁(R_P1,G_P1,B_P1)，则该前景像素点的透明系数L如下式1计算可得。

3)前后景视频信号画面的叠加。

利用FPGA片上逻辑资源将时序统一后的前后景视频画面的RGB值按照计算得到的前景透明系数L重新分配各自比例，获得新的混合色，该混合色即为叠加后画面的RGB值。设叠加后形成的混合色在RGB立方体模型中空间坐标为P_α(R_Pα,G_Pα,B_Pα)，原前景为P₀(R_P0,G_P0,B_P0)，后景为P_b(R_Pb,G_Pb,B_Pb),叠加混合色按下式2进行计算，

P_α＝P₀+(1-L)×P_b (2)

最终叠加画面的RGB值即为P_α(R_Pα,G_Pα,B_Pα)。