如何在FPGA中实现图像格式转换

作者：时间：2011-08-18 来源：网络

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本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/191061.htm

图5. 更新缩放功能

　　为进一步定制设计，您可以针对MegaCore 功能来修改参数。Altera 开发的所有视频功能都是可以进行参数赋值的。如图6 所示，利用去隔行器功能，您不但可以选择去隔行算法，还可以选择默认场、直通模式、外部存储器缓冲帧数量、输出帧速率和运动控制补偿等算法。

图6. 参数赋值硬件功能模块

　　Avalon-ST 和Avalon-MM 接口标准的开放即插即用规范意味着您可以先进行图像格式转换设计，然后，采用定制模块来替换Altera 模块。很多设计人员都有适合自己应用的定制算法。为实现定制算法的简单集成，Altera 提供支持Avalon-ST 接口打包器的HDL 模板。打包器包括以下模块：

　　■ VIP 控制数据包解码器——从数据流中解码VIP 控制数据包，将解码后的数据（宽度、高度、隔行信息）作为单独的信号发送给算法功能模块。

　　■ VIP 控制数据包编码器——根据接收到的宽度、高度和隔行信息对VIP 控制数据包编码，将其插入到数据流中。

　　■ VIP 流控制打包器——围绕用户算法进行打包处理，实现 Avalon-ST 与简单读写接口的流控制转换。

　　■ 用户算法内核——HDL 模板在用户算法模块中提供了简单的设计实例。您可以采用自己的算法替代这一模块。

　　图7 所示为HDL 模板的高级结构视图。

图7. Avalon 流HDL 模板

　　Algolith 作为Altera IP 合作伙伴，是视频IP 领域的专业公司，采用了HDL 模板来评估其内核。Algolith 开始时采用Altera 参考设计进行图像格式转换，然后使用自己的专用运动自适应去隔行器替代Altera 去隔行器，并提供给用户，在硬件中进行评估。同样， Algolith 使用Altera 视频设计工作台开发了参考设计，帮助用户评估他们的噪声抑制IP。

　　4 结论

　　Altera 视频工作台为广播基础实施系统实现图像格式转换提供所有必须的关键功能。采用Altera 视频设计工作台和图像格式转换参考设计， FPGA 设计人员现在可以使用以前只有广播ASSP 才能提供的功能，而且还具有灵活性和硬件定制等优势。

　引言

　　服务器、交换机、前端编码器以及专用演播显示器等广播基础设备系统支持各种输入图像格式，在存储、编码和显示之前，通常需要将图像转换为高清晰（HD）或者其他分辨率格式。专用ASSP 虽然满足了这一市场需求，取得了一定的成功，但仍然面临通过采用单芯片方案来满足广播设备供应商各种特殊需求这一挑战。例如，在交换机应用中，总延时非常重要，延时是显示和视频会议系统的关键因素，而图像质量是摄制后期设备最重要的指标。除了这些特殊应用需求，器件还必须能够支持各种帧速率、分辨率和格式。

　　而且，这类设备的设计周期相对较短，当需求变化时，设计人员没有足够的时间等待长周期ASSP 重制的完成。结果，很多优秀的视频技术ASSP 供应商在这一领域未能及时跟上市场的脚步，被消费类电子芯片生产商收购，为消费类市场提供视频处理专业技术。例如， Gennum （VXP）、Genesis、Silicon Optix 和LetIt Wave 分别被Sigma Designs、ST Micro、IDT 和Zoran 收购。

　　在这一ASSP 行业合并和重新定位过程中， FPGA 视频处理功能不断增强，成为定制图像格式转换应用的理想平台。为支持加速实现FPGA 图像格式转换， Altera 开发了本白皮书介绍的1080p 视频设计工作台，帮助系统设计人员轻松开发定制图像格式转换信号链。本文所讨论的图像格式转换参考设计可以作为起点，适当修改后用于定制视频处理应用开发。本设计经过硬件验证，可以提供给授权用户。

　　1 视频设计工作台

　　Altera 视频设计工作台集成了各种工具和构建模块视频功能，有助于加速定制图像格式转换设计的开发和实现。它包括以下组成：

　　■ 构建模块视频知识产权（IP）内核

　　■ 格式转换参考设计，展示FPGA 功能，提供设计起点。

　　■ 低开销开放视频接口，支持混合匹配定制或者商用IP 模块。

　　■ 用于集成处理器和存储器子系统的系统级设计工具

　　■ 可迅速进行原型设计的各种视频开发套件

　　Altera 为视频处理开发了各种构建模块，即，视频和图像处理（VIP）包（参见图1）。在这一开发包的众多功能中，缩放和去隔行是图像格式转换设计最常用的功能。Altera 的VIP 包具有复杂的多相缩放引擎和去隔行功能，可以配置实现运动自适应去隔行功能。其他常用的功能包括色度重新采样、颜色空间转换以及帧速率转换等，这些都含在VIP 包中。可以把这些视频功能结合在一起，开发定制视频格式转换设计。