浅谈Multiview高清画面分割处理技术及应用

浅谈高清画面分割处理技术及应用

（北京科思图科技有限公司技术支持部）

1．高清画面分割处理概述

图1 典型的高清画面分割处理应用

在安防监控、高清视频会议、广播画面监看、科研数据显示等许多高清视频应用场合，需要对高清画面进行分割处理，即在一个高清显示屏幕上显示来自多个视频源的高清视频信号。这项工作通常由高清画面分割器（MultiView）来完成。

高清画面分割器（MultiView）通常有4分割、9分割、16分割几种，可以在一台显示屏幕上同时显示4、9、16个视频源的图像。四分割是最常用的设备之一，其性能价格比也较好，图像的质量和连续性可以满足大部分要求。九分割和十六分割价格较贵，而且分割后每路图像的分辨率和连续性都会下降，录像效果不好。另外还有六分割、八分割、双四分割设备，但图像比率、清晰度、连续性并不理想，市场使用率很低，大部分高清画面分割器除了可以同时显示图像外，也可以显示单幅画面，还具有迭加时间和字符，进行画面变换、动画融合等不同功能。

2．高清画面分割处理技术介绍

高清画面分割器（MultiView）的基本工作原理为：采用图像压缩和数字化处理的方法，把多个画面按同样的比例压缩在一个显示终端的屏幕上。下图所示为高清画面分割器硬件组成原理图，主要包括视频解码芯片、数字信号处理、视频编码芯片、控制接口电路、大容量高速缓存等几大部分。

图2 高清画面分割器硬件组成原理图

高清画面分割器硬件组成中，核心部件为数字信号处理器。数字信号处理包含了专业级高速图像处理功能。由于各通道视频数据流数据带宽大，数据一般采用多芯片进行并行处理，这样才能满足分割合并后单路输出的高分辨率显示，使得高速运动画面无撕裂，不丢帧，无图像追赶现象。下图所示为高清画面分割器硬件外观图，图中带有散热器的部分即为并行的数字图像处理芯片。

图3 高清画面分割器硬件外观

高清画面分割器硬件主要技术特点如下：

1）纯硬件结构、稳定性高：设备一般采用纯硬件结构，无操作系统，启动时间短，无板卡式处理器死机、蓝屏和病毒的困扰，无系统崩溃风险，可全年持续工作。

2）高精度的模拟输入信号采样：CVBS、VGA等模拟输入信号采用10位，采样率达165MHZ/S的ADC进行采样，不同制式和分辨率的信号能自动识别，自动直流恢复，自动色彩校正，自动几何校正，使输入信号改变后输出信号亮度、对比度和几何位置保持一致性。

3）数据运算能力强大：数据并行处理，输出端口占用一个通道，每通道数据带宽达到4.95G/S，完全能满足单路输出1600X1200/60HZ（165MHZ）的高分辨率显示。高速运动画面无撕裂，不丢帧，无图像追赶现象。

4）基于多芯片数字信号交换技术：高清画面分割器通常采用多芯片数字信号交换技术架构，结合全数字硬件设计理念，实现无操作系统视频图像处理,可以轻松实现多画面叠加，画面大小任意调整和不同信号共屏显示，在同一显示单元中最多可以开多个不同信号窗口。

5）专业级的图像处理技术：采用业界最先进的图像处理芯片，具有3D梳状滤波视频解码，3D降噪和运动自

适应补偿的去隔行技术，肤色校正，色彩鲜艳度增强，GAMMA校正和帧频转换等先进功能。输出画面无锯齿和拖尾现象，画质细腻锐利、清晰流畅、色彩亮丽。即使输入信号是效果较差的复合视频CVBS，也能拥有卓越的图像输出效果。

6）Faroudja视频处理技术：采用世界领先的Faroudja视频处理技术，显示处理效果无以伦比。包含DCDi边缘平滑技术、ACM彩色自适应管理技术、CCS亮色串扰抑制技术、Sharpness锐度增强技术、动态对比度增强技术；具有真正的六轴色彩控制重叠，消除噪声放大。

3．国际主流产品及应用介绍

1）Blackmagic MultiView 16多画面分割器

图4 Blackmagic MultiView 16多画面分割器

Blackmagic MultiView 16是全球首款多画面分割器，它原生支持Ultra HD，因此即使尚未过渡到Ultra HD制作，待将来需要时也能使用Ultra HD监视器或电视机获得双倍清晰度的锐丽画面。该设备可将16路不同的SD、HD和Ultra HD SDI信号连接到一台显示器进行监看。Blackmagic MultiView 16有4、9或16个分割画面布局模式可选，每路输入都配备帧同步器，因此可以同时连接任何SD、HD和Ultra HD格式的SDI信号。

随着超高清家用电视机的日渐普及，可以充分利用这些显示器的分辨率优势，以较低成本将它们打造成经济型超清晰多画面分割监看设备。现在可以将大屏幕电视机部署在工作场合作为监视器使用，并以高分辨率监看每个画面。Blackmagic MultiView 16具有双倍于普通多画面分割器的分辨率。该设备布局设置十分灵活，可以选择2x2布局显示4路画面，或3x3布局显示9路画面，以及4x4布局显示16路画面，所有画面均可同时显示，并可通过前面板完成设置。每路输入都支持SD、HD和Ultra HD，并可以同时输入不同格式。因此使用一台显示器就能提供相当于16个独立的广播级监视器。

图5 Blackmagic MultiView 16多画面分割器应用场景之一

通常，繁忙的控制室需要处理大量信号，而拥挤狭小的制作现场通常没有足够的空间来摆放多台监视器。虽然Blackmagic MultiView 16采用的是机架式设计，但它小巧的身形依然能安装于监视器后方、容纳于狭小空间，非常适合便携式现场制作应用场合。结合便携式显示机箱一体化设计，适合各类实况制作，可布置于现场、控制室、后期工作室等多个制作环境。该设备避免了使用几十根杂乱的线缆和电源线来繁琐地连接好几个监视器才能监看到多

个视频画面，只需将摄像机、录机、切换台、矩阵，以及各路信号连接到SDI接口上就可以在一台Ultra HD监视器上实现多路信号监看，画面无比清晰，纤毫毕现。

图6 Blackmagic MultiView 16多画面分割器应用场景之二（便携式现场制作）

设备主要技术指标如下：

●SDI视频输入：16路10-bit SD-SDI、HD-SDI和6G-SDI。

●多画面分割输出：4路SDI和1路HDMI（2路HD，2路6G-SDI，1路HDMI），可同时使用。

●多速率支持：自动检测SD、HD或6G-SDI。可同时查看4K、HD和SD视频。

●控制接口：面板控制、以太网、RS-422串口。

2）Avenview HDM-SPLITPRO-4A多画面分割器

图7 Avenview HDM-SPLITPRO-4A多画面分割器

Avenview HDM-SPLITPRO-4A多画面分割器包含4路HDMI输入接口和1路HDMI输出接口，该产品具有多重功能，支持旋转、镜像、PIP、POP、覆盖、色度键控等多种显示模式，非常适合视频会议、天气预报、运动事件显示等。

设备主要技术指标如下：

●视频带宽225 MHz (6.75Gbps)；

●输入/输出支持全范围分辨率：WUXGA@60 (RB) 或Full HD1080p；

●音频支持lpCm2CH, 6CH,8CH/AC3/DTS/Dolby Digital plus/Dolby TruHD & DTS-HD；

●控制接口：面板控制、红外遥控、以太网、串口。

下图所示为Avenview HDM-SPLITPRO-4A多画面分割器典型应用场景之一，将两路HDMI高清游戏画面、1路HDMI