基于fpga的視頻縮放設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

《基于fpga的視頻縮放設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》由會(huì)員上傳分享，免費(fèi)在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在應(yīng)用文檔-天天文庫(kù)。

1、為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)。基于FPGA的視頻縮放設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)　　摘要：視頻縮放是視頻處理領(lǐng)域的關(guān)鍵問題，可以分為硬件實(shí)現(xiàn)和軟件實(shí)現(xiàn)。以FPGA作為處理芯片，按照SMPTE協(xié)議設(shè)計(jì)了一種視頻縮放方法。設(shè)計(jì)采用模塊化思想對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行了自上而下的劃分，采用XILINX公司提供的Spartan6系列芯片XC6SLX45T，并使用VerilogHDL語言實(shí)現(xiàn)了各模塊功能。該算法使用流水線結(jié)構(gòu)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法能夠在FPGA上穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)了視頻縮放的效

2、果。和原有方法相比，該設(shè)計(jì)方法減少了5個(gè)乘法器的使用，節(jié)約了系統(tǒng)資源?！　￡P(guān)鍵詞：FPGA；視頻縮放；流水線；DDR3SDRAM；乘法器　　DOIDOI：/　　中圖分類號(hào)：TP319　　文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)文章編號(hào)：1672--0083-03　　0引言為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動(dòng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康教育、反邪教教育等豐富學(xué)生的課余文化生活。為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟

3、悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)?！　?shí)時(shí)視頻圖像處理是圖像處理領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一，廣泛應(yīng)用于監(jiān)控、醫(yī)療、通信領(lǐng)域等。基于單片機(jī)的方案對(duì)于高分辨率視頻數(shù)據(jù)的處理無法滿足實(shí)時(shí)性要求，近年來現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列由于其自身優(yōu)勢(shì)得到了快速發(fā)展，在實(shí)時(shí)圖像處理中的應(yīng)用也越來越廣泛。一些FPGA器件不僅提供了豐富的邏輯資源，還提供了RAM塊、乘法器、鎖相環(huán)、時(shí)鐘資源等，為實(shí)現(xiàn)高性能的數(shù)字信號(hào)處理提供了便利。目前，市場(chǎng)上的數(shù)字視頻處理芯片大多是從歐美、日、韓等地的公司進(jìn)口的，也有一些來自中國(guó)臺(tái)灣，但這些芯片主要適用于一些高度復(fù)雜的系統(tǒng)，不適用于單純進(jìn)行視頻處理的場(chǎng)合?！　D像插值是圖像處理的基本問題之一。隨著顯示器的分辨率

4、越來越高，原有的視頻源制式越來越跟不上顯示器的發(fā)展速度，故需要采用相應(yīng)的視頻縮放方法將輸入的視頻信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢栽陲@示器中實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)顯示的視頻制式。為了實(shí)現(xiàn)視頻縮放，以及視頻信號(hào)的良好顯示，需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行插值處理。本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的視頻縮放算法，并對(duì)算法進(jìn)行了優(yōu)化。該算法可占用更少的邏輯資源，且易于硬件實(shí)現(xiàn)。　　1算法原理　　常用縮放算法為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還利用系統(tǒng)的特色欄目開展課外活動(dòng)，對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育、健康教育、反邪教教育等豐富學(xué)生的課余文化生活。為了確?！敖虒W(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備正常使用，我校做

5、到安裝、教師培訓(xùn)同步進(jìn)行。設(shè)備安裝到位后，中心校組織各學(xué)點(diǎn)管理人員統(tǒng)一到縣教師進(jìn)修學(xué)校進(jìn)行培訓(xùn)，熟悉系統(tǒng)的使用和維護(hù)?！　〕Ｓ玫木€性視頻縮放算法有最鄰近插值、雙線性插值、雙三次插值[1]。對(duì)3種插值方式采用MATLAB進(jìn)行檢測(cè)的結(jié)果如圖1所示，其中原圖是一幅512*384的圖像，分別用3種插值方法對(duì)原圖進(jìn)行4*4倍縮小，再進(jìn)行4*4倍放大得出的圖像如圖1～所示。無論是采用PSNR[2]方法還是人眼觀察，最終的實(shí)現(xiàn)效果都為：雙三次插值>雙線性插值>最鄰近插值。最簡(jiǎn)單的插值方式為最鄰近插值，但其實(shí)現(xiàn)的效果最差，邊緣容易產(chǎn)生鋸齒現(xiàn)象；雙線性插值具有低通濾波器特性，會(huì)使高頻信息受損，邊緣處的過渡比較

6、平滑，計(jì)算量比最鄰近插值大；雙三次插值能夠保持較好的圖像細(xì)節(jié)，精度較高，但其計(jì)算量最大。權(quán)衡FPGA的邏輯資源與顯示效果，本設(shè)計(jì)采用雙線性插值算法實(shí)現(xiàn)?！　‰p線性插值算法描述　　雙線性插值采用可分離的線性插值將4個(gè)最近的像素組合起來：　　I[x，y]=I[xi，yi]**+I[xi+1，yi]*xf*+I[xi，yi+1]**yf+I[xi+1，yi+1]*xf*yf　　?D2為插值的坐標(biāo)定義，下標(biāo)i和f表示各自坐標(biāo)的整數(shù)部分和小數(shù)部分，圖2給了式另外一種解釋。每個(gè)像素的位置用一個(gè)方框表示，其權(quán)值由期望的輸出像素和可用輸入像素之間重疊的面積給出。公式需要8個(gè)乘法運(yùn)算，但對(duì)其進(jìn)行因式分解后，能

7、將乘法運(yùn)算減少到3個(gè)，如式所示：　　I[x，yi]=I[xi，yi]+xf*　　I[x，yi+1]=I[xi，yi+1]+xf*　　I[x，y]=Iyi+yf*　　2實(shí)現(xiàn)方案　　本設(shè)計(jì)主要包含DDR3SDRAM緩存模塊、視頻縮放模塊、輸出顯示模塊和時(shí)鐘生成模塊等，如圖3所示。　　緩存模塊　　本設(shè)計(jì)采用兩片片外存儲(chǔ)器DDR3為了充分發(fā)揮“教學(xué)點(diǎn)數(shù)字教育資源全覆蓋”項(xiàng)目設(shè)備的作用，我們不僅把資源運(yùn)用于課堂教學(xué)，還