基于FPGA的键控系统的研究与实现

论文摘要

随着广播电视制作技术的不断发展,观众对节目质量的要求也越来越高,传统的搭建实景进行拍摄的方式不但耗费大量的时间和人力物力,而且在很多情况下不能满足摄制要求,因此虚拟演播室技术便应运而生,近年来的应用要求也越来越迫切。键控技术作为虚拟演播室中的核心技术成为研发的热点。本文深入探讨了由作者负责研究设计并且实现的基于FPGA（Field Pro- grammable Gate Array）技术的数字键控系统,建立了一个能够有效抠像和合成的稳定软硬件环境,并在实际项目中得到了应用,课题具有理论和实际意义。首先,在分析了传统的抠像技术的基础上提出了一种双前景抠像技术,实现了将前景从任意颜色背景中抠出,并很好的解决了透明物体的抠像。然后,在分析了数字电视信号量化标准之后,指出了传统键控存在的问题,对运算公式进行了改进,并提出两级映射的方式以提高处理的速度和精度。接着,详细讨论了在图像叠加过程中应解决的问题,在分析了数字电视信号数据结构的基础上,提出了对各路信号进行TBC（Time Base Correct）处理的方法,同时解决了对键信号进行有效数据提取的问题,并通过选择插入的方式对辅助数据进行了保护。最后,介绍了数字键控系统的体系结构和键控系统的工作模式,设计并实现了该数字键控系统。经实验测试与分析证明了该系统完全符合数字电视的播出标准。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 虚拟演播室技术简介
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 本文的主要研究工作
• 1.5 论文结构
• 第2章 键控系统的分析
• 2.1 数字键控系统结构
• 2.2 数字键控技术的分类
• 2.2.1 按键源的性质分类
• 2.2.2 按键源图像成分分类
• 2.2.3 按键信号的波形分类
• 2.3 虚拟演播室键控技术的要求
• 2.4 本章小结
• 第3章 色键抠像技术的研究
• 3.1 前景图像的判断
• 3.1.1 基本原理
• 3.1.2 数学模型
• 3.1.3 彩色空间转换
• 3.2 Alpha 键技术的研究
• 3.2.1 基本原理
• 3.2.2 传统的Alpha 键算法及其问题
• 3.2.3 双前景抠像算法的提出
• 3.2.4 算法可行性的证明
• 3.3 本章小结
• 第4章 信号处理机制的改进
• 4.1 数字视频信号量化范围的分析与研究
• 4.2 传统数字线性键的缺陷
• 4.2.1 模拟线性键原理
• 4.2.2 数字线性键原理
• 4.2.3 数字线性键的缺陷
• 4.3 线性键的改进
• 4.3.1 两级映射处理方式的提出
• 4.3.2 改进后的效果分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 图像叠加的实现
• 5.1 数字视频信号结构的分析与研究
• 5.1.1 数字视频信号数据结构分析
• 5.1.2 定时基准信号TRS 的插入作用
• 5.2 数字视频信号的TBC 处理的实现
• 5.2.1 数字视频信号TBC 处理的结构
• 5.2.2 写控制信号的处理
• 5.2.3 读控制信号的处理
• 5.2.4 错误视频数据的修整
• 5.3 有效数据提取的实现
• 5.4 辅助数据处理
• 5.5 本章小结
• 第6章 数字键控系统的实现与实验分析
• 6.1 硬件体系结构和开发环境
• 6.1.1 硬件体系结构
• 6.1.2 硬件开发环境
• 6.2 键控工作模式
• 6.3 图像合成实验分析
• 6.4 信号质量分析
• 6.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果
• 致谢
• 作者简介