FPGA中的图像格式转换技术

"本文主要介绍了如何在FPGA中实现图像格式转换的过程，涉及到的关键技术包括同步视频输入MegaCore功能、Avalon流协议、视频处理数据通路、颜色空间转换、去隔行处理、缩放算法以及帧缓冲。通过这些步骤，可以将不同格式的视频数据如SDI或DVI转换成统一的Avalon-ST协议，以便后续处理。" 在FPGA（Field-Programmable Gate Array）中实现图像格式转换是一项关键任务，尤其在视频处理系统中。此过程通常始于同步视频输入MegaCore功能，该功能专为处理SDI（Serial Digital Interface）或DVI（Digital Visual Interface）等同步视频格式而设计。MegaCore功能将这些原始格式的数据转换为Avalon-ST流控制协议，这是一种适用于高性能数据传输的接口标准，能有效地连接FPGA内部的不同处理模块。 在数据通路中，视频信号首先经历预处理，例如在本例中，对于NTSC格式的输入视频，前三个场会被剪辑以生成720x240的图像。接着，数据从YcbCr颜色空间转换为RGB，之前会先进行色度上采样，使其转换为YCbCr4:4:4格式，以保证色彩信息的完整。上采样过程中，固定Lanczos-2系数的4抽头滤波器被用来提高图像质量。同时，颜色空间转换器应用了取整算法，确保输出为8位位宽数据，适合后续处理。 去隔行处理是图像格式转换中的重要步骤，尤其是对于处理隔行扫描的视频流。在这里，采用了运动自适应算法，以确保在不同采样率下各颜色通道的一致性。去隔行器可以配置为接收逐行或隔行视频，并根据输入视频的格式执行相应的处理。运动自适应去隔行处理需要在外部存储器中缓冲数据，以完成帧速率转换。 接下来，视频流通过参数赋值缩放器进行尺寸调整。该缩放器使用多相算法，具备12个横向和12个纵向的抽头，可以根据实时需求改变输出分辨率。缩放系数的更新通常由Nios II处理器上的软件计算并重新加载，以优化图像质量。 最后，帧缓冲功能会在外部存储器中存储视频数据，为混合多个视频流做准备。合成器将处理后的两路视频流进行缩放和同步，确保突发数据流的平稳处理。在资源有限的情况下，可以对第二个视频流采用简单的最近邻居缩放算法或场合并去隔行算法，以节省FPGA的片内存储器和乘法器资源。 FPGA中的图像格式转换是一个涉及多个复杂步骤的过程，包括视频数据的接收、格式转换、预处理、去隔行、缩放以及帧缓冲。每个环节都至关重要，共同确保了视频数据的有效处理和高效利用。