基于FPGA的視頻縮放算法的研究與實現(xiàn).pdf

1、隨著信息技術(shù)和多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，如何在各種不同分辨率顯示器上顯示圖像或視頻的問題也愈趨重要，因此視頻縮放技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的一個研究熱點。本文研究了現(xiàn)有的一些經(jīng)典的數(shù)字圖像縮放算法，分析了它們在實時視頻處理中存在的優(yōu)勢與缺點，從而將邊緣自適應的算法的優(yōu)勢與經(jīng)典的拉格朗日插值算法相結(jié)合，得到了能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的實時無級縮放并且能夠更好的保留邊緣信息的EBL(edge based Lagrange)算法。
　　本文主要工作研

2、究工作如下。
　　1.研究了傳統(tǒng)的非邊緣圖像縮放算法，并對其進行MATLAB仿真實現(xiàn)與性能分析。通過對非邊緣圖像縮放算法的仿真實現(xiàn)，分析了該類算法的特性，了解了其能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的無級縮放，同時由于較低的計算復雜度，因而在實時視頻縮放硬件系統(tǒng)中得到了廣泛的應用;但是，該類算法的缺點是會產(chǎn)生圖像邊緣模糊。
　　2.研究了基于Sobel算子的邊緣自適應圖像縮放算法，并對其進行MATLAB仿真實現(xiàn)與性能分析。通過對基于Sobel算子的

3、邊緣自適應縮放算法的仿真實現(xiàn)，了解了該算法的特性，由于其在進行縮放操作前，首先借助邊緣檢測算子獲取圖像邊緣，將圖像劃分為邊緣和非邊緣區(qū)域，然后對兩個區(qū)域采用不同的插值方式進行插值，從而有效了保持了圖像的邊緣信息。但是，邊緣自適應圖像縮放要實現(xiàn)2k倍縮放，需要在進行了縮放倍率為2和0.5的縮放基礎(chǔ)上進行k次迭代來實現(xiàn)，因此該算法無法實現(xiàn)任意倍率縮放，同時由于其運算復雜度較高，無法實現(xiàn)實時視頻縮放處理。
　　3.結(jié)合以上兩類算法的優(yōu)勢

4、，提出了本文的改進算法EBL(edge basedLagrange)算法，并對改進后的算法進行了MATLAB仿真實現(xiàn)以及性能對比。通過比較非邊緣圖像縮放算法與基于邊緣的圖像縮放算法，充分掌握了兩類圖像縮放算法的處理步驟與思路，進而將邊緣自適應的算法選取原始像素組合的思想與經(jīng)典的拉格朗日算法相結(jié)合，本文提出了根據(jù)目的像素相關(guān)的多組距離鄰近像素組合的相關(guān)性，來選取目的像素組合的方法，而非直接固定選取距離最鄰近的一組，從而使圖像的邊緣信息也參

5、與計算，在拉格朗日算法無級縮放技術(shù)的基礎(chǔ)之上，實現(xiàn)了邊緣信息的保留，從而提高了圖像縮放的處理效果。
　　4.設(shè)計了FPGA圖像縮放處理系統(tǒng)，對本文改進算法進行了系統(tǒng)實現(xiàn)與驗證。本文借助Xilinx的系統(tǒng)開發(fā)工具ISE，完成實時視頻縮放系統(tǒng)的設(shè)計，主要完成了視頻輸入模塊信號的格式轉(zhuǎn)換與緩存、時鐘控制、動態(tài)配置、視頻縮放處理以及視頻輸出模塊的緩存與格式轉(zhuǎn)換幾個模塊的設(shè)計工作，并且并在XilinxFPGA開發(fā)板ML605硬件平臺上進行了