本發明涉及一種前后景視頻疊加算法的實現屬于視頻圖像處理技術領域。尤其適用于機載座艙顯示器中需要實現前景字符圖形與背景地圖畫面疊加的方法。

背景技術：

在現代機載綜合顯示系統中，傳統的機械式儀表已被各類機載顯示器所取代，飛行過程中需要的各種動態參數畫面、飛機儀表參數均可在機載液晶顯示器上顯示。在機上實際使用環境中，機載顯示器內部根據顯控處理器傳送的相關數據，實時作圖產生相應的字符、儀表畫面，這些自主產生畫面一般還需與顯控處理機送出的外視頻(地圖、雷達等畫面)疊加后才進行顯示，以便于飛行員掌握更為全面的信息。

機載顯示器自主生成的字符、儀表等畫面一般都經過反走樣處理，以降低圖像邊緣因液晶顯示器像素離散化而導致的鋸齒效果。各種反走樣算法的本質都是對圖像邊緣的灰度等級進行處理，使得圖像邊緣的RGB灰度呈現出一種由圖像本色向圖像背景色緩慢過渡的效果，因此經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值都有著直接的關系。現有的反走樣算法都是已黑色為背景來實現，因此圖像邊緣反走樣點都是由圖像本色向黑色進行過渡。

機載顯示器中現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，即當前景字符RGB為0的區域顯示背景，前景RGB非0區域顯示前景本身。按該種方式實現的視頻疊加，只有當背景的RGB值很小時，畫面效果才較為理想，而當背景RGB值較大，尤其當背景為純白色時，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，嚴重影響畫面顯示效果。

技術實現要素：

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

本發明的技術方案是：

一種視頻疊加算法的實現方法，應用于機載座艙顯示器中，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公司的同步靜態隨機存儲器(SSRAM)，外部輸入的兩路前后景視頻信號分別進入FPGA，FPGA內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將后景數據從SSRAM中讀出，讀出的后景RGB數據再回到FPGA中，從而實現了前后景視頻信號時序的統一。

2)前景視頻信號圖像逐個像素點的透明度系數估算；

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

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一后的前后景視頻畫面的RGB值按照計算得到的前景透明系數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。設疊加后形成的混合色在RGB立方體模型中空間坐標為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進行計算，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)

本發明的技術效果如下：

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，提升了畫面質量；

2)對于輸入的視頻畫面分辨率支持動態變化，最高可達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調節。

附圖說明

圖1一種視頻疊加算法的實現方法原理框圖

圖2 RGB顏色空間立方體模型示意圖

具體實施方式

下面結合附圖對本發明進行詳細的說明：

一種視頻疊加算法的實現方法，應用于機載座艙顯示器中，其硬件組成上由1片FPGA，再加外部2組SSRAM存儲器組成，在FPGA內部由視頻時序統一模塊、透明系數計算模塊、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公司的同步靜態隨機存儲器(SSRAM)，外部輸入的兩路前后景視頻信號分別進入FPGA，FPGA內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將后景數據從SSRAM中讀出，讀出的后景RGB數據再回到FPGA中，從而實現了前后景視頻信號時序的統一。

2)前景視頻信號圖像逐個像素點的透明度系數估算；

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

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一后的前后景視頻畫面的RGB值按照計算得到的前景透明系數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。設疊加后形成的混合色在RGB立方體模型中空間坐標為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進行計算，

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)。