基于FPGA的圖像后處理算法的實現(xiàn).pdf

1、目前高清數(shù)字電視已經(jīng)在我國全面普及，4K超高清數(shù)字電視將會成為下一個熱點。而從高清到超高清的過渡存在一些問題需要解決。首先現(xiàn)有的視頻源大多數(shù)分辨率較低；其次，超高清視頻數(shù)據(jù)量大，超高清視頻在低帶寬條件下以低幀率進行傳輸，而在顯示終端以低幀率播放視頻時圖像容易出現(xiàn)模糊，卡頓等現(xiàn)象。本文重點研究基于FPGA平臺的超分辨率和超高清幀率上變換硬件實現(xiàn)技術。
　　針對圖像的超分辨率放大，本文基于Xilinx公司Kintex7 FPGA平臺實

2、現(xiàn)了2K@25Hz視頻到4K@25Hz視頻的實時放大。本文首先介紹了基于自相似性原理的超分辨率算法：圖像首先經(jīng)過雙線性插值完成初步圖像上采樣得到低頻層圖像，接著根據(jù)自相似性原理經(jīng)過搜索和匹配完成圖像高頻層的提取，最后將低頻層圖像與高頻層圖像疊加得到高分辨圖像。接著提出了基于塊處理的超分辨率系統(tǒng)的硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。本系統(tǒng)主要包括超分辨內(nèi)核模塊和參數(shù)配置模塊。超分辨內(nèi)核模塊將高清圖像分成16*16的塊，每個圖像塊經(jīng)過超分辨內(nèi)核模塊3次小倍數(shù)遞歸

3、放大后得到最終的2倍放大圖像塊。塊處理的遞歸放大設計降低了系統(tǒng)的帶寬需求。超分辨內(nèi)核模塊內(nèi)部采用流水線處理每一行數(shù)據(jù)提高了系統(tǒng)計算并行度。然后本文對系統(tǒng)的速度、帶寬及資源等性能進行分析，分析表明系統(tǒng)在至少109.35MHz的頻率，10368Mbits/s的外存帶寬下能夠滿足設計要求。最后，本文展示了整個系統(tǒng)的FPGA實現(xiàn)結(jié)果。
　　針對超高清幀率上變換，本文完成了超高清幀率上變換系統(tǒng)核心模塊像元緩存模塊的軟件驗證和系統(tǒng)的FPGA原

4、型驗證。本文在 Cadence軟件平臺上完成了像元緩存模塊的功能驗證和綜合。為了保證驗證的完整性，采用ICC工具分析了代碼的覆蓋率。通過RC綜合表明，本模塊的設計滿足300MHz的時鐘設計要求。最后為了保證驗證的可靠性，本文根據(jù)超高清幀率上變換IP核的技術指標設計并實現(xiàn)了基于FPGA平臺的硬件驗證方案，使用超高清碼流儀、FPGA開發(fā)板、HDMI接收子板、HDMI發(fā)送子板和顯示終端搭建了超高清視頻幀率上變換系統(tǒng)的FPGA驗證平臺，完成了代