学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

基于SOPC的隔行视频上变换技术研究与实现

作　者: 黄隶凡
导　师: 郑学仁
学　校: 华南理工大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: SOPC 去隔行帧速率上变换分辨率上变换
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 21次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

隔行视频上变换技术是基于数字电视业务多样性提出来的,其通过一系列数字信号处理方法能够把低分辨率低帧速率的隔行视频转换成高分辨率高帧速率的逐行输出信号,从而实现标清电视信号与高清显示设备之间的无缝连接。它在改善画面质量、提升观赏效果和保持图像真实性方面起着重要的作用。本文研究的上变换技术主要应用于作为接收终端的高清显示器中,其对数据处理的实时性要求很高,需要高效率、高可靠性和高集成度的硬件平台支持。本文的研究目标就是开发一个灵活的隔行视频上变换单芯片解决方案,以高效的数据流处理机制来实现高分辨率下更快的数据速率,以实用的图像处理算法来改善高清晰度下更细致的显示效果,以先进的开发手段来降低高复杂度下更艰巨的设计任务。作为一种新的系统设计技术和软硬件综合设计技术,SOPC可以很快地将硬件系统与软件设计都放在一个可编程的芯片中,达到系统级IC设计。本文针对其开发周期短、系统可修改等优点,提出了一种基于SOPC的隔行视频上变换系统设计方案。该方案设计简便,可以根据视频图像处理算法和实际应用的要求,对系统进行灵活的裁减、扩充、重新开发,真正实现了系统软硬件的可编程、系统结构可重构,以及系统硬件可升级,特别适合视频图像处理架构的要求。本文一方面研究了Altera SOPC独有的开发工具、开发流程,探讨了SOPC Builder系统的架构及各元件之间的接口通信,对其专有的Avalon接口总线架构进行了深入的研究,并依据模块化设计思想,采用自顶向下的软硬件协同设计方法,利用IP核复用技术,在SOPC Builder环境下实现了系统的搭建;另一方面,在理解整个上变换处理系统的基础上,研究并归纳了其三个关键技术(去隔行、帧速率上变换和分辨率上变换)的常见算法原理,并从实际应用需求和硬件实现的可行性角度出发,为系统设计合适的算法。此外,针对本文提出的帧速率上变换新算法,完成了该功能的定制元件开发,并实现了其在SOPC Builder系统中的实例化。本文提出的设计方案以ArriaⅡGX EP2AGX125EF29C4为目标器件,完成了系统的片上开发和片上集成。编译结果和时序分析报告表明,该系统占用的资源不高,并能达到较快的工作速度,满足实时性需要。并且,系统具有的数据调度方案能有效降低对数据总线带宽的要求,它的自适应控制策略使得该方案能应用于多种视频格式输入/输出的场合。尽管该设计方案在高分辨率显示下还存在不足,而且不支持超高分辨率的显示,但是本文基于新兴技术——SOPC的设计研究,为视频处理技术开发提供了新的思路及参考。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
图表清单  13-16
第一章绪论  16-26
  1.1 课题背景及研究目标  16-20
    1.1.1 去隔行技术  16-17
    1.1.2 帧速率上变换技术  17-18
    1.1.3 分辨率上变换技术  18-19
    1.1.4 研究目标  19-20
  1.2 与课题有关微电子技术的发展现状  20-22
    1.2.1 SoC 技术  20
    1.2.2 SOPC 技术  20-21
    1.2.3 IP 核复用  21
    1.2.4 Altera 的SOPC  21-22
  1.3 课题意义  22-23
  1.4 课题的主要工作和主要创新点  23-24
  1.5 论文的章节安排  24-26
第二章 SOPC 技术探讨及系统总体方案设计  26-50
  2.1 SOPC Builder 概述  26-29
    2.1.1 SOPC Builder 系统的结构  26-28
    2.1.2 SOPC Builder 的功能  28
    2.1.3 SOPC Builder 设计流程  28-29
  2.2 Avalon 接口概述  29-37
    2.2.1 Avalon-MM 接口  30-33
      2.2.1.1 Avalon-MM 接口的特点  30-31
      2.2.1.2 Avalon-MM 接口的结构优势  31
      2.2.1.3 Avalon-MM 接口传输  31-33
      2.2.1.4 Avalon-MM 接口位宽适配  33
    2.2.2 Avalon-ST 接口  33-36
      2.2.2.1 Avalon-ST 接口传输  34-35
      2.2.2.2 Avalon-ST 接口适配器  35-36
    2.2.3 Avalon-MM 和Avalon-ST 的关联  36-37
  2.3 SOPC Builder 元件概述  37-38
    2.3.1 SOPC Builder 元件的组成  37
    2.3.2 SOPC Builder 定制元件的开发流程  37-38
  2.4 系统的总体方案设计  38-49
    2.4.1 系统方案功能概述  38-39
    2.4.2 系统方案的视频数据流处理过程  39-41
    2.4.3 SOPC Builder 系统的接口设计  41-44
      2.4.3.1 控制通路的Avalon-MM 接口  41-42
      2.4.3.2 数据通路的Avalon-ST 视频协议  42-44
    2.4.4 系统架构及部分功能模块设计  44-49
      2.4.4.1 Nios Ⅱ 处理器及其控制策略  44-46
      2.4.4.2 同步视频输入  46
      2.4.4.3 同步视频输出  46-47
      2.4.4.4 颜色平面排序器  47
      2.4.4.5 裁剪器  47-48
      2.4.4.6 色度二次采样器  48
      2.4.4.7 颜色空间转换器  48-49
  2.5 本章小结  49-50
第三章上变换关键技术的算法研究  50-76
  3.1 去隔行算法研究  50-59
    3.1.1 非运动补偿去隔行算法  50-54
      3.1.1.1 线性非运动补偿算法  50-52
      3.1.1.2 非线性运动补偿算法  52-54
    3.1.2 运动补偿去隔行算法  54-56
      3.1.2.1 运动估计  55
      3.1.2.2 运动补偿插值  55-56
      3.1.2.3 运动补偿算法小结  56
    3.1.3 系统方案采用的去隔行算法  56-59
  3.2 分辨率提升算法研究  59-66
    3.2.1 常规图像插值算法  59-62
    3.2.2 自适应图像插值算法  62-63
    3.2.3 系统方案采用的分辨率提升算法  63-66
  3.3 帧速率提升算法研究  66-74
    3.3.1 非运动补偿帧速率提升算法  67-68
    3.3.2 运动补偿帧速率提升算法  68-69
      3.3.2.1 运动补偿线性插帧  68
      3.3.2.2 运动补偿非线性插帧  68-69
    3.3.3 系统方案采用的帧速率提升算法  69-74
      3.3.3.1 待插帧时域选择  70-72
      3.3.3.2 加权中值滤波插帧算法  72-74
  3.4 本章小结  74-76
第四章帧速率上变换定制元件开发  76-92
  4.1 帧速率上变换定制元件的需求分析  76
  4.2 元件的硬件实现结构  76-77
  4.3 元件的接口模块设计  77-81
    4.3.1 Avalon-ST 接口及其视频协议解/编码  77-79
    4.3.2 Avalon-MM 从端口接口及寄存器文件模块  79-80
    4.3.3 Avalon-MM 主端口接口及DDR2 地址信号划分  80-81
  4.4 主要功能模块的设计  81-86
    4.4.1 帧速率检测模块  81
    4.4.2 插值帧生成模块  81-84
    4.4.3 帧缓存读/写地址控制及待插帧时域选择模块  84-86
  4.5 帧速率上变换定制元件的导入  86-91
  4.6 本章小结  91-92
第五章隔行视频上变换系统的片上实现  92-105
  5.1 目标器件  92
  5.2 SOPC Builder 系统生成  92-96
  5.3 SOPC Builder 系统分析  96-100
    5.3.1 数据调度方案  96-98
    5.3.2 自适应控制策略  98-100
  5.4 外围模块设计  100-101
  5.5 系统方案的硬件实现  101-104
  5.6 本章小结  104-105
结论  105-108
参考文献  108-115
攻读硕士学位期间取得的研究成果  115-116
致谢  116-117
附件  117

相似论文

基于FPGA的电磁超声检测系统的研究,TH878.2
基于SOPC的可穿戴机多处理器设计,TP332
通用型LCD检测系统设计,TN873.93
嵌入式处理器中多媒体加速单元的研究,TP332
基于SOPC的数字视频采集卡的设计,TP274.2
帧速率上变换算法研究,TP391.41
基于SOPC的高集成化网络监控系统设计,TP277
基于SOPC的数字化故障录波器的设计,TM774
基于SOPC的可重构通信测试系统设计,TN47
基于FPGA的手术导航红外光学空间定位系统的设计研究,R318.6
基于NIOSⅡ的PLC系统,TP273
基于FPGA的静态图像数字水印处理的实现,TP309.7
基于FPGA的伪彩色图像处理系统,TP391.41
基于FPGA的数字水印处理装置,TP309.7
基于FPGA的任意波形发生器硬件系统设计与实现,TN741
基于SOPC的双波长激光治疗机控制电路的研究,TN248
基于SOPC的MP3编解码器的设计与实现,TN912.2
基于SOPC原子干涉重力仪AOM驱动系统的设计与实现,TH761.5
HFC接入网中Cable Modem物理层信号处理关键技术研究,TN915.62
用于飞控系统仿真的GPS信号模拟器研究,P228.4
基于运动补偿的视频格式转换算法研究,TP391.41