一种基于FPGA的视频切换与拼接系统实现电路及方法与流程
一种基于fpga的视频切换与拼接系统实现电路及方法
技术领域
1.本发明属于光纤熔接机领域，具体涉及一种基于fpga的视频切换与拼接系统实现电路及方法。
背景技术：
2.随着国家“网络强国”、“宽带中国”和“互联网+”等一系列发展政策乃至财税支持下，我国光通信发展持续而强劲。4k/8k、vr/ar、物联网、云计算的广泛应用都将会带动光通信的又一波发展。5g通信将更加依赖光网络的支撑，网络架构扁平化导致回传、前传带宽几十倍上百倍大幅度攀升，高频段决定了小特征和2～5倍的数量、密度，对光纤资源和带宽有极大需求。未来，在这些新网络、新终端和新应用的带宽驱动下，移动网络将会越来越依赖光网络，对光纤资源和带宽产生极大需求。
3.随着5g光纤承载网络建设的启动以及光纤到户的持续推进，故而在网络工程施工过程中需要完成大量的光纤接续工作，其中必备工具是光纤熔接机，其结合光学、电子技术以及精密机械技术于一体，在光纤通信系统的建设和维护过程中，发挥着极其重要的作用。
4.光纤熔接机通过两套互相垂直的摄像系统同时观测待熔接的光纤，可以获得光纤的三维信息。两套摄像系统可具有x向cmos采集视频单独显示、y向cmos采集视频单独显示、xy双向cmos采集视频上下同时显示、xy双向cmos采集视频左右同时显示4种显示模式。其中xy双向cmos采集视频上下同时显示模式可以方便cpu系统判断待熔接的光纤位置，快速准确的控制位置驱动马达将待熔接光纤对准；xy双向cmos采集视频上下同时显示模式可以方便cpu系统判断待熔接的光纤两端距离，并控制推进马达将光纤推进到最适宜熔接的距离；x/y向cmos采集视频单独显示模式可以方便操作人员更全面的观测光纤图像与信息，每种显示模式各有优缺点，因此根据操作人员需求在4种显示模式中快速切换，需要另辟蹊径，采用新的视频切换与拼接方法。
技术实现要素：
5.针对现有技术中存在的上述技术问题，本发明提出了一种基于fpga的视频切换与拼接系统实现电路及方法，设计合理，克服了现有技术的不足，具有良好的效果。
6.为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
7.一种基于fpga的视频切换与拼接系统实现电路，包括按键、cpu系统、lcd显示器、fpga、存储器、cmosx和cmosy；
8.按键，被配置用于用户设置视频显示模式；
9.cpu系统，被配置为将用户设置的显示模式控制命令发送给fpga，同时接收fpga发送的用于显示的视频信号，将显示缓存内缓存的图像传送至lcd显示器；
10.lcd显示器，被配置用于显示拼接重组好的cmosx和cmosy图像；
11.fpga，被配置为用于接收cpu系统发送的显示模式控制命令，将接收到的cmosx和cmosy采集的视频信号传送至存储器缓存，根据显示模式从存储器读取视频信号进行切换
与拼接，同时生成显示字符与分割线，将视频信号、显示字符和分割线重组后传送至cpu系统；
12.存储器，被配置用于缓存cmosx和cmosy采集的视频信号；
13.cmosx和cmosy，被配置为用于采集x方向和y方向光纤视频，同时将采集的视频信号传送至fpga。
14.优选地，cpu系统，包括按键接口单元和显示缓存单元；
15.按键接口单元，被配置为用于接收用户通过按键设置的视频显示模式，生成显示模式控制命令，发送给fpga；
16.显示缓存单元，被配置为接收fpga发送的用于显示的视频信号，并将接收到的视频信号发送给lcd显示器。
17.优选地，fpga，包括fifox单元、x向读写控制单元、fifoy单元、y向读写控制单元、显示模式选择单元、图像重组控制单元、x/y图像重组单元、显示字符生成单元、分割线生成单元和显示图像生成单元；
18.fifox单元，被配置为用于接收并暂时存储摄像系统cmosx采集的光纤视频信号，首先，当存储的视频信号达到预设值时，产生x方向视频读取触发信号，发送给x向读写控制单元；其次，接收x向读写控制单元fifo读控制信号，在读控制信号控制下将暂存的视频信号发送给存储器；
19.x向读写控制单元，被配置为用于进行fifox读控制和存储器读写控制，首先根据fifox单元发送的读取触发信号产生fifox读控制信号，发送给fifox单元以读取fifox暂存的光纤视频信号；其次产生存储器写控制信号与存储器写地址；最后将产生的存储器写控制信号、存储器写地址和读取的fifox暂存的光纤视频信号同步发送到存储器；当接收到图像重组单元发送的存储器读控制命令后，产生存储器读控制信号与存储器读地址，发送给存储器；
20.fifoy单元，被配置为用于接收并暂时存储摄像系统cmosy采集的光纤视频信号，首先，当存储的视频信号达到预设值时，产生y方向视频读取触发信号，发送给y向读写控制单元；其次，接收y向读写控制单元fifo读控制信号，在读控制信号控制下将暂存的视频信号发送给存储器；
21.y向读写控制单元，被配置为用于进行fifoy读控制和存储器读写控制，首先根据fifoy单元发送的读取触发信号产生fifoy读控制信号，发送给fifoy单元以读取fifoy暂存的光纤视频信号；其次产生存储器写控制信号与存储器写地址；最后将产生的存储器写控制信号、存储器写地址和读取的fifoy暂存的光纤视频信号同步发送到存储器；当接收到图像重组单元发送的存储器读控制命令后，产生存储器读控制信号与存储器读地址，发送给存储器；
22.显示模式选择单元，被配置为接收cpu系统发送的显示模式控制命令，产生显示模式选择信号，发送给图像重组控制单元；
23.图像重组控制单元，被配置为用于接收显示模式选择单元发送的显示模式选择信号；生成x向读写控制信号发送到x向读写控制单元；生成y向读写控制信号发送到y向读写控制单元；生成图像重组控制信号发送到x/y图像重组单元；生成显示字符产生控制信号发送到显示字符生成单元；生成分割线生成控制信号发送到分割线生成单元；
24.x/y图像重组单元，被配置为用于接收存储器发送来的x向光纤视频信号和y向光纤视频信号，接收图像重组控制单元发送来的图像重组控制命令，根据控制命令重组x向和y向光纤视频信号，并将重组的光纤视频信号发送到显示图像生成单元；
25.显示字符生成单元，被配置为用于接收图像重组控制单元发送来的字符生成控制命令，根据控制命令生成显示字符，并将生成的显示字符发送到显示图像生成单元；
26.分割线生成单元，被配置为用于接收图像重组控制单元发送来的分割线生成控制命令，根据控制命令生成分割线，并将生成的分割线发送到显示图像生成单元；
27.显示图像生成单元，被配置为用于接收x/y图像重组单元发送来的光纤视频信号，接收显示字符生成单元发送来的显示字符，接收分割线生成单元发送来的分割线；将接收到的光纤视频信号、显示字符和分割线重新组合生成显示图像，并将生产的显示图像发送到cpu系统的显示缓存单元。
28.此外，本发明还提到一种基于fpga的视频切换与拼接系统实现方法，该方法采用如上所述的基于fpga的视频切换与拼接系统实现电路，能够实现光纤熔接机的视频切换与拼接功能；该实现方法具有4种显示模式，包括x向cmos采集视频单独显示、y向cmos采集视频单独显示、xy双向cmos采集视频上下同时显示、xy双向cmos采集视频左右同时显示4种显示模式；用户能够随时通过按键切换显示模式。
29.优选地，显示模式，包括系统默认初始化显示模式和用户设置初始化显示模式；对于系统默认初始化显示模式，开机显示模式为xy双向cmos采集视频上下同时显示；对于用户设置初始化显示模式，用户能够通过按键设置x向cmos采集视频单独显示、y向cmos采集视频单独显示、xy双向cmos采集视频上下同时显示、xy双向cmos采集视频左右同时显示4种显示模式任何一种显示模式为初始化显示模式。
30.优选地，该实现方法以fpga为控制核心，具体包括如下步骤：
31.步骤1：执行初始化相关操作，系统初始化为xy双向cmos采集视频上下同时显示模式；
32.步骤2：由cpu系统将用户设置的显示模式发送给fpga，包括：x向cmos采集视频单独显示、y向cmos采集视频单独显示、xy双向cmos采集视频上下同时显示、xy双向cmos采集视频左右同时显示4种显示模式；
33.步骤3：在显示模式选择单元中，根据显示模式选择信号，生成显示模式控制信号；
34.若：选择xy双向cmos采集视频上下同时显示，开始执行步骤4；
35.若：选择xy双向cmos采集视频左右同时显示，开始执行步骤5；
36.若：选择x向cmos采集视频单独显示，开始执行步骤6；
37.若：选择y向cmos采集视频单独显示，开始执行步骤7；
38.步骤4：按x/y上下双显控制模式读取存储器单元缓存cmosx和cmosy采集的视频信号；
39.步骤5：按x/y左右双显控制模式读取存储器单元缓存cmosx和cmosy采集的视频信号；
40.步骤6：按x向单独显示控制模式读取存储器单元缓存cmosx采集的视频信号；
41.步骤7：按y向单独显示控制模式读取存储器单元缓存cmosy采集的视频信号；
42.步骤8：将接收到的cmosx和cmosy视频信号按lcd显示格式重组后发送到显示图像
生成单元；
43.步骤9：按显示模式要求生成显示字符并将生成的显示字符发送到显示图像生成单元；
44.步骤10：按显示模式要求生成分割线并将生成的分割线发送到显示图像生成单元；
45.步骤11：将接收到的重组后的cmosx和cmosy视频信号、显示字符和分割线组合，生成显示图像，将生产的显示图像发送到cpu系统的显示缓存单元；
46.步骤12：将显示缓存接收到的显示图像发送到lcd显示，返回执行步骤3。
47.优选地，步骤4中，具体包括如下步骤：
48.步骤4.1：从第一行开始读存储器内缓存的x向奇数行视频信号，读完一行视频信号后执行步骤4.2；
49.步骤4.2：判断是否读完最后一行cmosx视频信号；
50.若：判断已读完最后一行cmosx视频信号，开始执行步骤4.3；
51.或判断未读完最后一行cmosx视频信号，则读cmosx视频信号行计数器+2，返回执行步骤4.1；
52.步骤4.3：从第一行开始读存储器内缓存的y向奇数行视频信号，读完一行视频信号后执行步骤4.4；
53.步骤4.4：判断是否读完最后一行cmosy视频信号；
54.若：判断已读完最后一行cmosy视频信号，开始执行步骤4.5；
55.或判断未读完最后一行cmosy视频信号，则读cmosy视频信号行计数器+2，返回执行步骤4.3；
56.步骤4.5：将读取的cmosx和cmosy采集的视频信号发送至x/y图像重组单元。
57.优选地，步骤5中，具体包括如下步骤：
58.步骤5.1：读存储器内缓存的x向奇数列视频信号，读完一行视频信号后执行步骤5.2；
59.步骤5.2：读存储器内缓存的y向奇数列视频信号，读完一行视频信号后执行步骤5.3；
60.步骤5.3：判断是否读完最后一行cmosx和cmosy视频信号；
61.若：判断已读完最后一行cmosx和cmosy视频信号，开始执行步骤5.4；
62.或判断未读完最后一行cmosx和cmosy视频信号，则读视频信号行计数器+1，返回执行步骤5.1；
63.步骤5.4：将读取的cmosx和cmosy采集的视频信号发送至x/y图像重组单元。
64.优选地，步骤6中，具体包括如下步骤：
65.步骤6.1：从第一行开始读存储器内缓存的x向行视频信号，读完一行视频信号后执行步骤6.2；
66.步骤6.2：判断是否读完最后一行cmosx视频信号；
67.若：判断已读完最后一行cmosx视频信号，开始执行步骤6.3；
68.或判断未读完最后一行cmosx视频信号，则读视频信号行计数器+1，返回执行步骤6.1；
69.步骤6.3：将读取的cmosx采集的视频信号发送至x/y图像重组单元。
70.优选地，步骤7中，具体包括如下步骤：
71.步骤7.1：从第一行开始读存储器内缓存的y向行视频信号，读完一行视频信号后执行步骤7.2；
72.步骤7.2：判断是否读完最后一行cmosy视频信号；
73.若：判断已读完最后一行cmosy视频信号，开始执行步骤7.3；
74.或判断未读完最后一行cmosy视频信号，则读视频信号行计数器+1，返回执行步骤7.1；
75.步骤7.3：将读取的cmosy采集的视频信号发送至x/y图像重组单元。
76.本发明所带来的有益技术效果：
77.与现有技术相比，本发明提出的一种基于fpga的视频切换与拼接系统实现电路及方法，实现电路主要由cpu、fpga、按键控制模块和两套视频采集cmos模块组成，可实现光纤熔接机两套摄像视频切换与拼接控制；本发明具有x向cmos采集视频单独显示、y向cmos采集视频单独显示、xy双向cmos采集视频上下同时显示、xy双向cmos采集视频左右同时显示4种显示模式；xy双向cmos采集视频上下同时显示模式可以方便cpu系统判断待熔接的光纤位置，快速准确的控制位置驱动马达将待熔接光纤对准；xy双向cmos采集视频上下同时显示模式可以方便cpu系统判断待熔接的光纤两端距离，并控制推进马达将光纤推进到最适宜熔接的距离；x/y向cmos采集视频单独显示模式可以方便操作人员更全面的观测光纤图像与信息；视频切换与拼接全部在fpga中实现，速度快、可移植性高。
附图说明
78.图1是视频切换与拼接系统电路框图。
79.图2是视频切换与拼接系统四种显示模式数据拼接示意图。
80.图3是视频切换与拼接系统设计方法流程图。
具体实施方式
81.下面结合附图以及具体实施方式对本发明作进一步详细说明：
82.实施例1：
83.如图1所示，一种基于fpga的视频切换与拼接系统实现电路，包括按键、cpu系统、lcd显示屏、fpga、存储器、cmosx和cmosy。
84.在cpu系统设计中，包括按键接口单元和显示缓存单元。按键接口单元，用于接收用户通过按键设置的视频显示模式，生成显示模式控制命令，发送给fpga；显示缓存单元，用于接收fpga发送的用于显示的视频信号，并将接收到的视频信号发送给lcd显示器。
85.在fpga设计中，包括fifox单元、x向读写控制单元、fifoy单元、y向读写控制单元、显示模式选择单元、图像重组控制单元、x/y图像重组单元、显示字符生成单元、分割线生成单元和显示图像生成单元。fifox单元，接收并暂时存储摄像系统cmosx采集的光纤视频信号，首先，当存储的视频信号达到预设值时，产生x方向视频读取触发信号，发送给x向读写控制单元；其次，接收x向读写控制单元fifo读控制信号，在读控制信号控制下将暂存的视频信号发送给存储器；x向读写控制单元控制fifox读操作和存储器读写操作，首先根据
fifox单元发送的读取触发信号产生fifox读控制信号，发送给fifox单元以读取fifox暂存的光纤视频信号；其次产生存储器写控制信号与存储器写地址；最后将产生的存储器写控制信号、存储器写地址和读取的fifox暂存的光纤视频信号同步发送到存储器；当接收到图像重组单元发送的存储器读控制命令后，产生存储器读控制信号与存储器读地址，发送给存储器；fifoy单元，接收并暂时存储摄像系统cmosy采集的光纤视频信号，首先，当存储的视频信号达到预设值时，产生y方向视频读取触发信号，发送给y向读写控制单元；其次，接收y向读写控制单元fifo读控制信号，在读控制信号控制下将暂存的视频信号发送给存储器；y向读写控制单元，控制fifoy读操作和存储器读写操作，首先根据fifoy单元发送的读取触发信号产生fifoy读控制信号，发送给fifoy单元以读取fifoy暂存的光纤视频信号；其次产生存储器写控制信号与存储器写地址；最后将产生的存储器写控制信号、存储器写地址和读取的fifoy暂存的光纤视频信号同步发送到存储器；当接收到图像重组单元发送的存储器读控制命令后，产生存储器读控制信号与存储器读地址，发送给存储器；显示模式选择单元，接收cpu系统发送的显示模式控制命令，产生显示模式选择信号，发送给图像重组控制单元；图像重组控制单元，接收显示模式选择单元发送的显示模式选择信号；生成x向读写控制信号发送到x向读写控制单元；生成y向读写控制信号发送到y向读写控制单元；生成图像重组控制信号发送到x/y图像重组单元；生成显示字符产生控制信号发送到显示字符生成单元；生成分割线生成控制信号发送到分割线生成单元；x/y图像重组单元，接收存储器发送来的x向光纤视频信号和y向光纤视频信号，接收图像重组控制单元发送来的图像重组控制命令，根据控制命令重组x向和y向光纤视频信号，并将重组的光纤视频信号发送到显示图像生成单元；显示字符生成单元，接收图像重组控制单元发送来的字符生成控制命令，根据控制命令生成显示字符，并将生成的显示字符发送到显示图像生成单元；分割线生成单元，接收图像重组控制单元发送来的分割线生成控制命令，根据控制命令生成分割线，并将生成的分割线发送到显示图像生成单元；显示图像生成单元，接收x/y图像重组单元发送来的光纤视频信号，接收显示字符生成单元发送来的显示字符，接收分割线生成单元发送来的分割线；将接收到的光纤视频信号、显示字符和分割线重新组合生成显示图像，并将生产的显示图像发送到cpu系统的显示缓存单元。
86.通过以上的基于fpga的视频切换与拼接系统实现电路，可实现光纤熔接机四种显示模式的视频切换与拼接功能，如图2所示。
87.实施例2：
88.在上述实施例1的基础上，本发明提供一种基于fpga的视频切换与拼接系统实现方法。在基于fpga的视频切换与拼接系统实现方法设计中，如图3所示，以fpga为控制核心，具有非常高的运行效率，具体包括步骤如下：
89.步骤1：执行初始化相关操作，系统初始化为xy双向cmos采集视频上下同时显示模式；
90.步骤2：由cpu系统将用户设置的显示模式发送给fpga，包括：x向cmos采集视频单独显示、y向cmos采集视频单独显示、xy双向cmos采集视频上下同时显示、xy双向cmos采集视频左右同时显示4种显示模式；
91.步骤3：在显示模式选择单元中，根据显示模式选择信号，生成显示模式控制信号；
92.若：选择xy双向cmos采集视频上下同时显示，开始执行步骤4；
93.若：选择xy双向cmos采集视频左右同时显示，开始执行步骤5；
94.若：选择x向cmos采集视频单独显示，开始执行步骤6；
95.若：选择y向cmos采集视频单独显示，开始执行步骤7；
96.步骤4：按x/y上下双显控制模式读取存储器单元缓存cmosx和cmosy采集的视频信号；
97.步骤4.1：从第一行开始读存储器内缓存的x向奇数行视频信号，读完一行视频信号后执行步骤4.2；
98.步骤4.2：判断是否读完最后一行cmosx视频信号；
99.若：判断已读完最后一行cmosx视频信号，开始执行步骤4.3；
100.或判断未读完最后一行cmosx视频信号，则读cmosx视频信号行计数器+2，返回执行步骤4.1；
101.步骤4.3：从第一行开始读存储器内缓存的y向奇数行视频信号，读完一行视频信号后执行步骤4.4；
102.步骤4.4：判断是否读完最后一行cmosy视频信号；
103.若：判断已读完最后一行cmosy视频信号，开始执行步骤4.5；
104.或判断未读完最后一行cmosy视频信号，则读cmosy视频信号行计数器+2，返回执行步骤4.3；
105.步骤4.5：将读取的cmosx和cmosy采集的视频信号发送至x/y图像重组单元；
106.步骤5：按x/y左右双显控制模式读取存储器单元缓存cmosx和cmosy采集的视频信号；
107.步骤5.1：读存储器内缓存的x向奇数列视频信号，读完一行视频信号后执行步骤5.2；
108.步骤5.2：读存储器内缓存的y向奇数列视频信号，读完一行视频信号后执行步骤5.3；
109.步骤5.3：判断是否读完最后一行cmosx和cmosy视频信号；
110.若：判断已读完最后一行cmosx和cmosy视频信号，开始执行步骤5.4；
111.或判断未读完最后一行cmosx和cmosy视频信号，则读视频信号行计数器+1，返回执行步骤5.1；
112.步骤5.4：将读取的cmosx和cmosy采集的视频信号发送至x/y图像重组单元；
113.步骤6：按x向单独显示控制模式读取存储器单元缓存cmosx采集的视频信号；
114.步骤6.1：从第一行开始读存储器内缓存的x向行视频信号，读完一行视频信号后执行步骤6.2；
115.步骤6.2：判断是否读完最后一行cmosx视频信号；
116.若：判断已读完最后一行cmosx视频信号，开始执行步骤6.3；
117.或判断未读完最后一行cmosx视频信号，则读视频信号行计数器+1，返回执行步骤6.1；
118.步骤6.3：将读取的cmosx采集的视频信号发送至x/y图像重组单元；
119.步骤7：按y向单独显示控制模式读取存储器单元缓存cmosy采集的视频信号；
120.步骤7.1：从第一行开始读存储器内缓存的y向行视频信号，读完一行视频信号后
执行步骤7.2；
121.步骤7.2：判断是否读完最后一行cmosy视频信号；
122.若：判断已读完最后一行cmosy视频信号，开始执行步骤7.3；
123.或判断未读完最后一行cmosy视频信号，则读视频信号行计数器+1，返回执行步骤7.1；
124.步骤7.3：将读取的cmosy采集的视频信号发送至x/y图像重组单元；
125.步骤8：将接收到的cmosx和cmosy视频信号按lcd显示格式重组后发送到显示图像生成单元；
126.步骤9：按显示模式要求生成显示字符并将生成的显示字符发送到显示图像生成单元；
127.步骤10：按显示模式要求生成分割线并将生成的分割线发送到显示图像生成单元；
128.步骤11：将接收到的重组后的cmosx和cmosy视频信号、显示字符和分割线组合，生成显示图像，将生产的显示图像发送到cpu系统的显示缓存单元；
129.步骤12：将显示缓存接收到的显示图像发送到lcd显示，返回执行步骤3；
130.本发明公开了一种基于fpga的视频切换与拼接系统实现电路及方法，属于光纤熔接机领域。视频切换与拼接系统实现电路主要由按键、cpu系统、lcd显示屏、fpga、存储器、cmosx和cmosy组成，可实现光纤熔接机的视频切换与拼接。本发明视频切换与拼接具有x向cmos采集视频单独显示、y向cmos采集视频单独显示、xy双向cmos采集视频上下同时显示、xy双向cmos采集视频左右同时显示4种显示模式；xy双向cmos采集视频上下同时显示模式可以方便cpu系统判断待熔接的光纤位置，快速准确的控制位置驱动马达将待熔接光纤对准；xy双向cmos采集视频上下同时显示模式可以方便cpu系统判断待熔接的光纤两端距离，并控制推进马达将光纤推进到最适宜熔接的距离；x/y向cmos采集视频单独显示模式可以方便操作人员更全面的观测光纤图像与信息；视频切换与拼接全部在fpga中实现，速度快、可移植性高。
131.当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
