本發(fā)明涉及一種前后景視頻疊加算法的實(shí)現(xiàn)屬于視頻圖像處理技術(shù)領(lǐng)域。尤其適用于機(jī)載座艙顯示器中需要實(shí)現(xiàn)前景字符圖形與背景地圖畫面疊加的方法。

背景技術(shù)：

在現(xiàn)代機(jī)載綜合顯示系統(tǒng)中，傳統(tǒng)的機(jī)械式儀表已被各類機(jī)載顯示器所取代，飛行過程中需要的各種動態(tài)參數(shù)畫面、飛機(jī)儀表參數(shù)均可在機(jī)載液晶顯示器上顯示。在機(jī)上實(shí)際使用環(huán)境中，機(jī)載顯示器內(nèi)部根據(jù)顯控處理器傳送的相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時作圖產(chǎn)生相應(yīng)的字符、儀表畫面，這些自主產(chǎn)生畫面一般還需與顯控處理機(jī)送出的外視頻(地圖、雷達(dá)等畫面)疊加后才進(jìn)行顯示，以便于飛行員掌握更為全面的信息。

機(jī)載顯示器自主生成的字符、儀表等畫面一般都經(jīng)過反走樣處理，以降低圖像邊緣因液晶顯示器像素離散化而導(dǎo)致的鋸齒效果。各種反走樣算法的本質(zhì)都是對圖像邊緣的灰度等級進(jìn)行處理，使得圖像邊緣的RGB灰度呈現(xiàn)出一種由圖像本色向圖像背景色緩慢過渡的效果，因此經(jīng)過反走樣處理圖像邊緣RGB灰度與圖像本身RGB值、圖像背景RGB值都有著直接的關(guān)系?，F(xiàn)有的反走樣算法都是已黑色為背景來實(shí)現(xiàn)，因此圖像邊緣反走樣點(diǎn)都是由圖像本色向黑色進(jìn)行過渡。

機(jī)載顯示器中現(xiàn)有的視頻疊加算法是通過判斷前景字符畫面的RGB值是否為0來判決是否疊加背景，即當(dāng)前景字符RGB為0的區(qū)域顯示背景，前景RGB非0區(qū)域顯示前景本身。按該種方式實(shí)現(xiàn)的視頻疊加，只有當(dāng)背景的RGB值很小時，畫面效果才較為理想，而當(dāng)背景RGB值較大，尤其當(dāng)背景為純白色時，由于圖像邊緣反走樣處理是在向黑色過渡，因此經(jīng)過視頻疊加的畫面上，反走樣圖像的邊緣會形成極為明顯的黑邊鋸齒，嚴(yán)重影響畫面顯示效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是：提出一種新的前后景視頻疊加算法的實(shí)現(xiàn)，以消除前后景疊加時前景圖像邊緣的黑邊鋸齒。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：

一種視頻疊加算法的實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)用于機(jī)載座艙顯示器中，其特征在于，所述方法采取以下步驟：

1)前后景視頻信號的時序統(tǒng)一

以Altera公司FPGA為核心器件，外部配合兩組Cypress公司的同步靜態(tài)隨機(jī)存儲器(SSRAM)，外部輸入的兩路前后景視頻信號分別進(jìn)入FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)部邏輯將后景視頻信號的RGB值存入兩組SSRAM中，并用前景的視頻信號時序?qū)⒑缶皵?shù)據(jù)從SSRAM中讀出，讀出的后景RGB數(shù)據(jù)再回到FPGA中，從而實(shí)現(xiàn)了前后景視頻信號時序的統(tǒng)一。

2)前景視頻信號圖像逐個像素點(diǎn)的透明度系數(shù)估算；

利用FPGA片上邏輯資源對前景視頻畫面逐個像素點(diǎn)計(jì)算其透明系數(shù)，整個計(jì)算基于RGB顏色空間正方體模型進(jìn)行，設(shè)前景當(dāng)前像素點(diǎn)RGB值在正方體模型中的空間位置為P₀，記該像素點(diǎn)的空間坐標(biāo)為P₀(R_P0,G_P0,B_P0)，連接原點(diǎn)O和該P(yáng)₀點(diǎn)并進(jìn)行延長，線段OP₀的延長線與正方體模型的平面相交于點(diǎn)P₁(R_P1,G_P1,B_P1)，則該前景像素點(diǎn)的透明系數(shù)L如下式1計(jì)算可得。

3)前后景視頻信號畫面的疊加。

利用FPGA片上邏輯資源將時序統(tǒng)一后的前后景視頻畫面的RGB值按照計(jì)算得到的前景透明系數(shù)L重新分配各自比例，獲得新的混合色，該混合色即為疊加后畫面的RGB值。設(shè)疊加后形成的混合色在RGB立方體模型中空間坐標(biāo)為P_α(R_Pα,G_Pα,B_Pα)，原前景為P₀(R_P0,G_P0,B_P0)，后景為P_b(R_Pb,G_Pb,B_Pb),疊加混合色按下式2進(jìn)行計(jì)算，最終疊加畫面的RGB值即為P_α(R_Pα,G_Pα,B_Pα)。

P_α＝P₀+(1-L)×P_b (2)

本發(fā)明的技術(shù)效果如下：

1)對于任意背景圖像，徹底消除了疊加圖像中，前景圖像的反走樣黑邊鋸齒，提升了畫面質(zhì)量；

2)對于輸入的視頻畫面分辨率支持動態(tài)變化，最高可達(dá)1600×1200@60Hz，256級灰度等級；

3)對于疊加畫面，其前景畫面的透明度可動態(tài)調(diào)節(jié)。

附圖說明

圖1一種視頻疊加算法的實(shí)現(xiàn)方法原理框圖

圖2 RGB顏色空間立方體模型示意圖

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說明：

一種視頻疊加算法的實(shí)現(xiàn)方法，應(yīng)用于機(jī)載座艙顯示器中，其硬件組成上由1片F(xiàn)PGA，再加外部2組SSRAM存儲器組成，在FPGA內(nèi)部由視頻時序統(tǒng)一模塊、透明系數(shù)計(jì)算模塊、視頻疊加模塊三部分組成，如圖1所示。所述方法采取以下步驟：

1)前后景視頻信號的時序統(tǒng)一

以Altera公司FPGA為核心器件，外部配合兩組Cypress公司的同步靜態(tài)隨機(jī)存儲器(SSRAM)，外部輸入的兩路前后景視頻信號分別進(jìn)入FPGA，F(xiàn)PGA內(nèi)部邏輯將后景視頻信號的RGB值存入兩組SSRAM中，并用前景的視頻信號時序?qū)⒑缶皵?shù)據(jù)從SSRAM中讀出，讀出的后景RGB數(shù)據(jù)再回到FPGA中，從而實(shí)現(xiàn)了前后景視頻信號時序的統(tǒng)一。

2)前景視頻信號圖像逐個像素點(diǎn)的透明度系數(shù)估算；

利用FPGA片上邏輯資源對前景視頻畫面逐個像素點(diǎn)計(jì)算其透明系數(shù)，整個計(jì)算基于RGB顏色空間正方體模型進(jìn)行，如附圖2所示，設(shè)前景當(dāng)前像素點(diǎn)RGB值在正方體模型中的空間位置為P₀，記該像素點(diǎn)的空間坐標(biāo)為P₀(R_P0,G_P0,B_P0)，連接原點(diǎn)O和該P(yáng)₀點(diǎn)并進(jìn)行延長，線段OP₀的延長線與正方體模型的平面相交于點(diǎn)P₁(R_P1,G_P1,B_P1)，則該前景像素點(diǎn)的透明系數(shù)L如下式1計(jì)算可得。

3)前后景視頻信號畫面的疊加。

利用FPGA片上邏輯資源將時序統(tǒng)一后的前后景視頻畫面的RGB值按照計(jì)算得到的前景透明系數(shù)L重新分配各自比例，獲得新的混合色，該混合色即為疊加后畫面的RGB值。設(shè)疊加后形成的混合色在RGB立方體模型中空間坐標(biāo)為P_α(R_Pα,G_Pα,B_Pα)，原前景為P₀(R_P0,G_P0,B_P0)，后景為P_b(R_Pb,G_Pb,B_Pb),疊加混合色按下式2進(jìn)行計(jì)算，

P_α＝P₀+(1-L)×P_b (2)

最終疊加畫面的RGB值即為P_α(R_Pα,G_Pα,B_Pα)。