一种基于FPGA的实时视频图像处理算法

　　视频插值模块实现对视频按比例因子进行双线性插值放大处理。双线性插值算法的基本原理如图5所示，图中的下标i和f表示各自坐标的整数和小数部分。双线性插值是采用可分离的线性插值将4个最近的像素值组合，如式(1)。

　　线性插值的结果与插值的顺序无关。先进行y方向的插值，然后进行x方向的插值，所得结果相同。将式(1)进行分解，则有

　　当输入分辨率有所变化而引起缩放因子变化时，FPGA内的数字逻辑能实时计算出式(2)中的系数xf和yf。而非仅计算几种固定缩放比例，从而提高了算法模块的利用率。

　　若以将摄像机1 024×576分辨率的图转化为1 366×768的图为例，则水平缩放因子sc_x和垂直缩放因子sc_y均为0.75。若将水平因子直接带入编写程序，则会报错。采用浮点数表示法，转换后得到的10位16进制数，计算出系数xf和yf均为h300。

　　在实际设计中，为避免运算过于复杂，把复杂的运算分成几个步骤，分别在不同的时钟周期完成。插值计算的逻辑结构模块如图6所示。

　　系统包含3种不同的时钟频率：原像素点频率clkin、输出像素点频率clkout和系统主时钟频率clksys。令系统主时钟频率为4倍的原像素点频率，则使用Verilog语言及ModelSim SE 10。1 a和Quartus II仿真环境进行编译，得到双线性插值计算模块的仿真波形如图7所示。为程序书写方便，将采集的4个像素值标为a、b、c、d，经过插值模块后的输出像素值为p。从仿真波形可看出，完成了双线性插值计算模块的实现。

　　3 结束语

　　针对大屏幕特点，从拼接控制器入手，提出了一种基于FPGA实现的视频实时处理系统。主要采用双线性插值法，讨论了如何用FPGA实现，并进行逻辑结构的优化，提高系统性能，并对双线性进行仿真，验证了算法在拼接显示系统中的可行性。围绕拼接控制器这个应用方向，还有更多的问题需要进行研究，例如画面自由叠加与漫游，单屏分割，自动图像识别重建等。