視頻信號(hào)預(yù)處理IP的硬件實(shí)現(xiàn)與軟件驗(yàn)證.pdf

1、隨著便攜式電子設(shè)備的普及，數(shù)碼照相已經(jīng)深入到人們的日常生活中，而消費(fèi)者對(duì)高品質(zhì)圖像的追求，也推動(dòng)了圖像傳感器制造工藝的快速進(jìn)步。近年來(lái)，消費(fèi)類電子設(shè)備上圖像傳感器的分辨率不斷被刷新，500萬(wàn)和800萬(wàn)像素的圖像傳感器已經(jīng)成為中低端消費(fèi)類電子設(shè)備的標(biāo)配，高端消費(fèi)類電子設(shè)備上的圖像傳感器已經(jīng)可以達(dá)到1600萬(wàn)像素。圖像傳感器分辨率的增大造成了圖像數(shù)據(jù)量的增加，為了降低數(shù)據(jù)量增加帶來(lái)的影響，圖像傳感器制造商更多地選擇Bayer Raw格式作為

2、圖像傳感器的輸出，而出于對(duì)成本因素的考慮，芯片設(shè)計(jì)業(yè)者也傾向于將視頻信號(hào)預(yù)處理單元集成在SoC上。
　　現(xiàn)在，視頻信號(hào)預(yù)處理的流程都已經(jīng)十分成熟，主要包括伽瑪校正、噪聲去除、壞點(diǎn)去除、CFA插值、白平衡等步驟。基于產(chǎn)品規(guī)格要求，本文只是對(duì)伽瑪校正、自動(dòng)白平衡和CFA插值進(jìn)行研究并實(shí)現(xiàn)。對(duì)于伽瑪校正，本文介紹了伽瑪校正的概念和作用，研究了伽瑪校正中的指數(shù)運(yùn)算在硬件中如何實(shí)現(xiàn)的問(wèn)題，并在文中提出了一個(gè)查找表和分段折線相結(jié)合的方法，可以

3、大大減少硬件開銷。對(duì)于白平衡，本文介紹了白平衡的概念和作用，分析了灰度世界算法、完美全反射算法和正交組合算法，然后在Nakano的算法基礎(chǔ)上提出了改進(jìn)算法，并用主觀評(píng)價(jià)法對(duì)以上算法進(jìn)行了評(píng)估，最后介紹了基于改進(jìn)算法的硬件實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)于CFA插值，本文介紹了CFA插值的概念和作用，研究了經(jīng)典的雙線性插值算法，還有一些加入了對(duì)圖像邊緣進(jìn)行判斷的算法，比如，一階微分邊緣插值算法、二階微分邊緣插值算法和Adams-Hamilton自適應(yīng)插值算法

4、，然后對(duì)Adams-Hamilton自適應(yīng)插值算法進(jìn)行了一些改進(jìn)，并用主觀評(píng)價(jià)和 PSNR客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的方法對(duì)以上算法進(jìn)行了評(píng)估，最后介紹了基于改進(jìn)算法的硬件實(shí)現(xiàn)方法。
　　在軟件驗(yàn)證方面，本文用C語(yǔ)言和Verilog同時(shí)實(shí)現(xiàn)算法，通過(guò)相互對(duì)比進(jìn)行驗(yàn)證。在硬件實(shí)現(xiàn)方面，本文在xilinx最新的Zynq-7020 FPGA平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了這個(gè)視頻信號(hào)預(yù)處理IP，并用Aptina的AR0542傳感器為IP提供視頻信號(hào)輸入。
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