一種基于FPGA的實(shí)時(shí)視頻圖像處理算法

　　視頻插值模塊實(shí)現(xiàn)對(duì)視頻按比例因子進(jìn)行雙線性插值放大處理。雙線性插值算法的基本原理如圖5所示，圖中的下標(biāo)i和f表示各自坐標(biāo)的整數(shù)和小數(shù)部分。雙線性插值是采用可分離的線性插值將4個(gè)最近的像素值組合，如式(1)。

　　線性插值的結(jié)果與插值的順序無(wú)關(guān)。先進(jìn)行y方向的插值，然后進(jìn)行x方向的插值，所得結(jié)果相同。將式(1)進(jìn)行分解，則有

　　當(dāng)輸入分辨率有所變化而引起縮放因子變化時(shí)，FPGA內(nèi)的數(shù)字邏輯能實(shí)時(shí)計(jì)算出式(2)中的系數(shù)xf和yf。而非僅計(jì)算幾種固定縮放比例，從而提高了算法模塊的利用率。

　　若以將攝像機(jī)1 024×576分辨率的圖轉(zhuǎn)化為1 366×768的圖為例，則水平縮放因子sc_x和垂直縮放因子sc_y均為0.75。若將水平因子直接帶入編寫(xiě)程序，則會(huì)報(bào)錯(cuò)。采用浮點(diǎn)數(shù)表示法，轉(zhuǎn)換后得到的10位16進(jìn)制數(shù)，計(jì)算出系數(shù)xf和yf均為h300。

　　在實(shí)際設(shè)計(jì)中，為避免運(yùn)算過(guò)于復(fù)雜，把復(fù)雜的運(yùn)算分成幾個(gè)步驟，分別在不同的時(shí)鐘周期完成。插值計(jì)算的邏輯結(jié)構(gòu)模塊如圖6所示。

　　系統(tǒng)包含3種不同的時(shí)鐘頻率：原像素點(diǎn)頻率clkin、輸出像素點(diǎn)頻率clkout和系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率clksys。令系統(tǒng)主時(shí)鐘頻率為4倍的原像素點(diǎn)頻率，則使用Verilog語(yǔ)言及ModelSim SE 10。1 a和Quartus II仿真環(huán)境進(jìn)行編譯，得到雙線性插值計(jì)算模塊的仿真波形如圖7所示。為程序書(shū)寫(xiě)方便，將采集的4個(gè)像素值標(biāo)為a、b、c、d，經(jīng)過(guò)插值模塊后的輸出像素值為p。從仿真波形可看出，完成了雙線性插值計(jì)算模塊的實(shí)現(xiàn)。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　針對(duì)大屏幕特點(diǎn)，從拼接控制器入手，提出了一種基于FPGA實(shí)現(xiàn)的視頻實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)。主要采用雙線性插值法，討論了如何用FPGA實(shí)現(xiàn)，并進(jìn)行邏輯結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，提高系統(tǒng)性能，并對(duì)雙線性進(jìn)行仿真，驗(yàn)證了算法在拼接顯示系統(tǒng)中的可行性。圍繞拼接控制器這個(gè)應(yīng)用方向，還有更多的問(wèn)題需要進(jìn)行研究，例如畫(huà)面自由疊加與漫游，單屏分割，自動(dòng)圖像識(shí)別重建等。