视频图像空间域分辨率变换子系统的研究与实现

论文摘要

视频信号处理芯片是数字电视的核心芯片之一,其主要功能是将输入源通过信号处理转换成显示终端所要求的格式,并且实现图像增强、OSD菜单显示等其他辅助功能。随着数字电视的不断发展,该芯片展现出了巨大的市场前景和发展空间。空间域分辨率变换系统负责实现视频信号处理芯片中视频处理的功能,包括帧频提升,去隔行和尺寸缩放三个部分,本文重点研究并讨论了空间域分辨率变换系统中帧频提升子系统和视频缩放子系统的设计与实现。对帧频提升子系统,本文在对多种运动估计算法分析研究的基础上,并从硬件实现的角度考虑,提出了一种基于块匹配的运动补偿算法,该算法在占用较少硬件资源的前提下实现了较佳的性能,文中对其中的运动估计器进行了电路设计与实现。对视频缩放子系统,考虑到实现画中画(PIP)功能的需要,本文分别对尺寸放大和尺寸缩小算法进行了研究与讨论,其中尺寸缩小算法的作用是产生子画面,而尺寸放大算法则是用来产生宽屏主画面。在对多种尺寸缩小算法研究的基础上,本文提出了一种基于图像映射子块的尺寸缩小算法,由该算法得到的图像具有较好的完整性,且算法简单,便于硬件实现。尺寸放大采用的是双三次插值算法,本文通过可配置的电路设计,硬件实现了3种宽屏显示以及这三种显示模式的切换。此外,在视频缩放算法电路实现的基础上,本文提出了实现PIP功能的芯片架构,并进行了可行性的分析与讨论。本文最后对空间域分辨率变换子系统进行了功能仿真与验证,并给出了仿真结果和实现效果图。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 视频信号处理芯片的技术发展趋势
• 1.3 本文研究的内容和发展趋势
• 1.4 本文章节安排
• 第二章 视频图像空间域分辨率变换算法
• 2.1 视频空间域分辨率变换算法
• 2.2 运动补偿帧插值算法
• 2.2.1 帧频提升算法综述
• 2.2.2 基于块匹配的运动估计
• 2.2.3 运动补偿算法设计
• 2.3 尺寸缩小算法
• 2.3.1 尺寸缩小算法综述
• 2.3.2 基于图像映射子块的尺寸缩小算法
• 2.3.3 算法性能分析
• 第三章 空间域分辨率变换子系统的电路设计
• 3.1 帧频提升模块中运动估计器的电路设计
• 3.1.1 运动估计器的实现架构
• 3.1.2 主控制模块
• 3.1.3 数据缓存单元
• 3.1.4 数据准备单元
• 3.1.5 数据处理单元
• 3.1.6 比较单元
• 3.1.7 电路综合结果
• 3.2 尺寸缩小模块的电路设计
• 3.2.1 尺寸缩小模块的实现架构
• 3.2.2 时序控制单元
• 3.2.3 数据存储单元
• 3.2.4 数据计算单元
• 3.2.5 寄存器配置模块的实现
• 3.2.6 电路的综合结果
• 3.3 尺寸放大模块的电路设计
• 3.4 实现画中画功能的视频芯片架构
• 第四章 空间域分辨率变换子系统的仿真与验证
• 4.1 运动估计器的功能仿真验证
• 4.2 尺寸缩小模块的功能仿真验证
• 4.3 尺寸放大模块的仿真验证
• 第五章 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 附录1：图像缩小算法加权系数表
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢