本发明属于视频处理传输技术领域，涉及一种基于fc-av协议的多路视频叠加传输方法。
背景技术：
随着显控平台对高速、高质量视频信息的需求量越来越大，视频处理平台应运而生。考虑到fc-av协议的高带宽及视频无损传输的特质，和fc交换式网络结构的性能，能够满足显控系统中高速、实时性和任务关键性的数字音视频传输需要。
在现代化军事指挥中，不仅要对接收到的各种信息图形图像进行处理，同时还要对多种视频格式输入信号和数据进行综合处理，并将多路视频在同一个终端上进行显示。然而，目前视频叠加处理多使用视频叠加芯片进行设计，灵活性差，成本高，功能单一。
技术实现要素：
(一)发明目的
本发明的目的是：基于fpga丰富的接口资源及并行处理能力，解决多路视频的叠加问题，同时将叠加后的视频封装到fc-av帧中进行视频的光纤传输。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于fc-av协议的多路视频叠加传输系统，其包括：视频输入模块、ddr3存储模块、视频叠加模块、异步fifo模块、视频输出模块和sfp光电模块；多路视频信号分别经对应的视频输入模块转码成vesa标准的数字视频信号，多路数字视频信号输入对应的ddr3存储模块实现帧同步，帧同步后的多路数字视频信号送入视频叠加模块进行缩放处理，并按照位置信息进行视频叠加，叠加后缓存到ddr3模块中，叠加后的视频数据写入异步fifo模块进行缓存和时钟域隔离，视频输出模块用于将叠加视频数据封装为fc-av帧，并且建立链路发送数据帧，sfp光电模块对数据帧进行电信号转光信号后，通过光纤发送出去。
其中，所述视频叠加模块包括视频缩放模块和ddr3模块，视频缩放模块有多路，与原始输入视频信号路数相同，ddr3模块有一个。
其中，所述视频缩放模块根据配置信息将前景视频图像和背景视频图像进行放大和缩小，在fpga内部采用双线性插值缩放算法进行任意比例缩放处理。
其中，所述视频输出模块包括：帧封装模块、发送模块、字同步模块、链路建立模块及gtx模块；帧封装模块接收异步fifo模块的叠加视频，并连接发送模块，发送模块连接gtx模块和链路建立模块，链路建立模块通过字同步模块连接gtx模块；gtx模块用于实现串并转换、8b/10b编解码功能；字同步模块用于完成字节同步并对字节进行重组的功能；链路建立模块用于完成与其它端口之间的链路建立并维护链路的功能；发送模块用于实现对fc帧按时标发送的功能；帧封装模块用于实现对数据帧的封装；系统的顶层模块中例化了这些子模块并实现了流控的功能。
本发明还提供一种基于fc-av协议的多路视频叠加传输方法，其包括以下过程：
(1)将输入的多路视频信号，通过视频输入模块转码成vesa标准的数字视频信号；
(2)将输入的数字视频信号存储到ddr3存储模块中，以实现帧同步；
(3)根据配置信息将数字视频信号中的前景视频图像和背景视频图像进行放大和缩小，在fpga内部采用双线性插值缩放算法进行任意比例缩放处理；
(4)按照配置信息的位置参数将缩放处理后的视频按照位置信息进行视频叠加融合，并缓存到ddr3模块中；
(5)叠加后的视频数据写入异步fifo模块，进行数据缓存及用于时钟域隔离；
(6)将叠加融合好的视频信号进行fc-av封帧，链路建立模块和字同步模块完成链路的建立和维护，完成对链路数据的采集和提取，后经gtx模块和sfp光电模块对数据帧进行并串转换、电信号转光信号后，通过光纤发送出去。
其中，所述视频信号包括三路，一路作为背景视频，另两路为前景视频。
其中，所述步骤(4)中，视频图像叠加融合的公式为：
ρ＝ρ1α1+ρ2α2+ρ3α3
其中，ρ为叠加后的视频像素分辨率，ρ1为背景视频的像素分辨率，ρ2、ρ3为前景视频的像素分辨率，α1、α2、α3为显示大小比例。
其中，所述步骤(4)中，在叠加视频图像时，按照位置坐标，将缩放后的2路前景视频和背景视频缓存到视频叠加模块的ddr3中；若2路前景视频有重合部分时，按照优先级，缓存优先级高的视频；若前景视频超出背景视频的边界时，不缓存超出范围的像素点。
其中，所述步骤(6)中，进行fc-av封帧时，按照fc-av协议的容器系统格式进行，添加包含辅助信息的容器头和包含有效信息的对象数据。
其中，所述步骤(6)中，字同步模块从gtx模块中接收16比特的并行的传输数据，然后检测“逗号”字符k28.5并以此为边界对字节进行重排，待经过同步状态机的跳转实现同步后，将有效的传输字送给链路建立模块；链路建立模块处理的是同步后的传输字，当链路建立后，链路两端的fc端口都处于激活状态，此时fc端口之间传送数据和控制信息。
(三)有益效果
上述技术方案所提供的基于fc-av协议的多路视频叠加传输方法，解决了多路不同分辨率格式视频的叠加问题，同时将叠加视频封装为fc-av数据帧进行光纤传输，实现了视频高带宽、高可靠性、低延迟、远距离的无损传输。
附图说明
图1为本发明实施例多路视频叠加系统框图。
图2为本发明实施例视频输出模块原理结构框图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明实施例的系统总体框图如图1所示，系统包括：视频输入模块、ddr3存储模块、视频叠加模块、异步fifo模块、视频输出模块和sfp光电模块；多路视频信号分别经对应的视频输入模块转码成vesa标准的数字视频信号，多路数字视频信号输入对应的ddr3存储模块实现帧同步，帧同步后的多路数字视频信号送入视频叠加模块进行缩放处理，并按照位置信息进行视频叠加，叠加后缓存到ddr3模块中，叠加后的视频数据写入异步fifo模块进行缓存和时钟域隔离，视频输出模块用于将叠加视频数据封装为fc-av帧，并且建立链路发送数据帧，sfp光电模块对数据帧进行电信号转光信号后，通过光纤发送出去。
其中，视频叠加模块包括视频缩放模块和ddr3模块，视频缩放模块有多路，与原始输入视频信号路数相同，ddr3模块有一个。
视频缩放模块根据配置信息将前景视频图像和背景视频图像进行放大和缩小，在fpga内部采用双线性插值缩放算法进行任意比例缩放处理。
视频输出模块包括：帧封装模块、发送模块、字同步模块、链路建立模块及gtx模块；帧封装模块接收异步fifo模块的叠加视频，并连接发送模块，发送模块连接gtx模块和链路建立模块，链路建立模块通过字同步模块连接gtx模块；gtx模块用于实现串并转换、8b/10b编解码功能；字同步模块用于完成字节同步并对字节进行重组的功能；链路建立模块用于完成与其它端口之间的链路建立并维护链路的功能；发送模块用于实现对fc帧按时标发送的功能；帧封装模块用于实现对数据帧的封装；系统的顶层模块中例化了这些子模块并实现了流控的功能。
基于图1所示的多路视频叠加系统，本实施例的多路视频叠加方法包括以下过程：
(1)将输入的视频信号，通过视频输入模块转码成vesa标准的数字视频信号，并将其送至fpga内部；其中，视频输入模块为视频解码芯片；
(2)由于不同分辨率之间存在帧不同步，为了实现任意比例缩放，达到任意分辨率叠加融合的效果，需要将输入的视频有效数据存储到ddr3存储模块中，以解决帧不同步的问题；
(3)根据配置信息将前景视频图像和背景视频图像进行适当比例的放大和缩小，在fpga内部采用双线性插值缩放算法进行任意比例缩放处理；
(4)按照配置信息的位置参数将(3)中的3路缩放视频按照位置信息进行视频叠加，并缓存到ddr3模块中；
(5)叠加后的视频数据写入异步fifo模块，异步fifo模块除了缓存数据外，还应用于时钟域隔离；
(6)将叠加融合好的视频信号进行fc-av封帧。链路建立和字同步模块完成链路的建立和维护，完成对链路数据的采集和提取，发送模块将fc-av视频数据发送出去，其中最重要的是可以实现周期性和按时标的发送功能。最后gtx和sfp光电模块对数据帧进行并串转换、电信号转光信号后，通过光纤发送出去。
下面以三路视频为例，介绍多路视频叠加系统和方法。
1、视频叠加处理模块
视频叠加处理模块首先对各个视频进行缩放处理并缓存，然后将各路视频按照配置信息的坐标位置进行叠加处理并缓存到ddr3中。
本发明可根据配置信息，叠加多路、多类格式视频。此处选择三路视频作为叠加处理案例，一路作为背景视频，另两路为前景视频，生成的视频图像中可以在背景视频上融入前景视频并在同一显示终端显示。视频图像叠加融合的公式为：
ρ＝ρ1α1+ρ2α2+ρ3α3
其中，ρ为叠加后的视频像素分辨率，ρ1为背景视频的像素分辨率，ρ2、ρ3为前景视频的像素分辨率，α1、α2、α3为显示大小比例，这些参数由配置信息决定。
配置信息还决定了前景视频的位置，前景视频1的位置为(x1,y1)，前景视频2的位置为(x2,y2)。在叠加视频图像步骤时，按照位置坐标，将缩放后的2路前景视频和背景视频缓存到视频叠加模块的ddr3中。若2路前景视频有重合部分时，按照优先级，缓存优先级高的视频；若前景视频超出背景视频的边界时，不缓存超出范围的像素点。
配置信息的参数为
其中qi决定第i路视频作为前景或背景视频及前景视频的显示优先级(其中i＝1,2,3)，当qi＝1时，表示该路视频作为背景视频；当qi＝2时，表示该路视频作为前景视频；当qi＝3时，表示该路视频作为前景视频，且与上一路的重叠视频部分，可覆盖上一路视频；
αi为显示比例大小，决定了视频的缩放程度，以百分制为参数；
(xi,yi)为第i路视频的显示位置，其代表视频第一个像素点的位置，背景视频的(xi,yi)参数为(0,0)。
同时，在fpga内部构建vesa标准的视频格式，符合多种视频格式的行场同步时序，用于生成fc-av帧的同步处理。
2、视频输出模块
视频输出模块负责将叠加视频数据封装为fc-av帧，并且建立链路发送数据帧，主要实现fc-0、fc-1和fc-2的部分功能，主要包含5个部分：帧封装模块、发送模块、字同步模块、链路建立模块及gtx。
其中，gtx模块主要实现串并转换、8b/10b编解码等功能；字同步模块主要完成字节同步并对字节进行重组的功能；链路建立模块主要完成与其它端口之间的链路建立并维护链路的功能；发送模块主要实现对fc帧按时标发送的功能；帧封装模块主要实现对数据帧的封装；系统的顶层模块中例化了这些子模块并实现了流控的功能。
帧封装模块是处理来自图像处理模块的视频有效数据封装在fc-av帧中发送到fc链路中。封装时按照fc-av协议的容器系统格式进行，添加包含辅助信息的容器头和包含有效信息的对象数据。
发送模块主要完成原语部分和数据帧部分的发送功能，其中原语部分包括原语序列和原语信号，原语序列主要用来完成链路建立相关的功能，而原语信号主要用来完成流控的功能。发送模块应用状态机来实现调度原语和数据按照vesa标准的时序发送到gtx上。
字同步模块从gtx模块中接收16比特的并行的传输数据，然后检测“逗号”字符k28.5并以此为边界对字节进行重排，待经过同步状态机的跳转实现同步后，将有效的传输字送给链路建立模块。
链路建立模块处理的是同步后的传输字，当链路建立后，链路两端的fc端口都处于激活状态，此时fc端口之间就可以传送数据和控制信息。链路建立过程主要是执行fc-fs-2中定义的端口状态转换表，由两个fc端口之间通过交互一系列的原语序列而使双方达到激活状态。
gtx模块负责完成比特同步、串并转换和8b/10b编解码等功能。在进行数据帧的发送之前，发送机必须先完成比特同步，在完成比特同步的基础上才能进行传输字同步进而建立链路进行后续的操作。
有上述技术方案可以看出，本发明基于fc-av(fibrechannel-audiovideo)协议的多路视频叠加方法可采集多路视频源，通过缩放算法对每一路进行放大或缩小，进而调整前景在背景中的比例；并可通过配置参数，调节前景在背景中的位置；将前景图像融合到背景图像中，实现视频叠加融合。该方法基于fc-av协议将叠加视频封装为数据帧，通过光纤发送，实现了视频高带宽、高可靠性、低延迟、远距离的无损传输。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。