基于FPGA的視頻縮放算法的研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、隨著信息技術(shù)和多媒體技術(shù)的不斷發(fā)展，如何在各種不同分辨率顯示器上顯示圖像或視頻的問(wèn)題也愈趨重要，因此視頻縮放技術(shù)已經(jīng)成為數(shù)字圖像處理領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。本文研究了現(xiàn)有的一些經(jīng)典的數(shù)字圖像縮放算法，分析了它們?cè)趯?shí)時(shí)視頻處理中存在的優(yōu)勢(shì)與缺點(diǎn)，從而將邊緣自適應(yīng)的算法的優(yōu)勢(shì)與經(jīng)典的拉格朗日插值算法相結(jié)合，得到了能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的實(shí)時(shí)無(wú)級(jí)縮放并且能夠更好的保留邊緣信息的EBL(edge based Lagrange)算法。
　　本文主要工作研

2、究工作如下。
　　1.研究了傳統(tǒng)的非邊緣圖像縮放算法，并對(duì)其進(jìn)行MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)與性能分析。通過(guò)對(duì)非邊緣圖像縮放算法的仿真實(shí)現(xiàn)，分析了該類(lèi)算法的特性，了解了其能夠?qū)崿F(xiàn)圖像的無(wú)級(jí)縮放，同時(shí)由于較低的計(jì)算復(fù)雜度，因而在實(shí)時(shí)視頻縮放硬件系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用;但是，該類(lèi)算法的缺點(diǎn)是會(huì)產(chǎn)生圖像邊緣模糊。
　　2.研究了基于Sobel算子的邊緣自適應(yīng)圖像縮放算法，并對(duì)其進(jìn)行MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)與性能分析。通過(guò)對(duì)基于Sobel算子的

3、邊緣自適應(yīng)縮放算法的仿真實(shí)現(xiàn)，了解了該算法的特性，由于其在進(jìn)行縮放操作前，首先借助邊緣檢測(cè)算子獲取圖像邊緣，將圖像劃分為邊緣和非邊緣區(qū)域，然后對(duì)兩個(gè)區(qū)域采用不同的插值方式進(jìn)行插值，從而有效了保持了圖像的邊緣信息。但是，邊緣自適應(yīng)圖像縮放要實(shí)現(xiàn)2k倍縮放，需要在進(jìn)行了縮放倍率為2和0.5的縮放基礎(chǔ)上進(jìn)行k次迭代來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此該算法無(wú)法實(shí)現(xiàn)任意倍率縮放，同時(shí)由于其運(yùn)算復(fù)雜度較高，無(wú)法實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)視頻縮放處理。
　　3.結(jié)合以上兩類(lèi)算法的優(yōu)勢(shì)

4、，提出了本文的改進(jìn)算法EBL(edge basedLagrange)算法，并對(duì)改進(jìn)后的算法進(jìn)行了MATLAB仿真實(shí)現(xiàn)以及性能對(duì)比。通過(guò)比較非邊緣圖像縮放算法與基于邊緣的圖像縮放算法，充分掌握了兩類(lèi)圖像縮放算法的處理步驟與思路，進(jìn)而將邊緣自適應(yīng)的算法選取原始像素組合的思想與經(jīng)典的拉格朗日算法相結(jié)合，本文提出了根據(jù)目的像素相關(guān)的多組距離鄰近像素組合的相關(guān)性，來(lái)選取目的像素組合的方法，而非直接固定選取距離最鄰近的一組，從而使圖像的邊緣信息也參

5、與計(jì)算，在拉格朗日算法無(wú)級(jí)縮放技術(shù)的基礎(chǔ)之上，實(shí)現(xiàn)了邊緣信息的保留，從而提高了圖像縮放的處理效果。
　　4.設(shè)計(jì)了FPGA圖像縮放處理系統(tǒng)，對(duì)本文改進(jìn)算法進(jìn)行了系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)與驗(yàn)證。本文借助Xilinx的系統(tǒng)開(kāi)發(fā)工具ISE，完成實(shí)時(shí)視頻縮放系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，主要完成了視頻輸入模塊信號(hào)的格式轉(zhuǎn)換與緩存、時(shí)鐘控制、動(dòng)態(tài)配置、視頻縮放處理以及視頻輸出模塊的緩存與格式轉(zhuǎn)換幾個(gè)模塊的設(shè)計(jì)工作，并且并在XilinxFPGA開(kāi)發(fā)板ML605硬件平臺(tái)上進(jìn)行了