《電子技術應用》
您所在的位置:首頁 > 可編程邏輯 > 設計應用 > 基于FPGA的HDTV視頻圖像灰度直方圖統計算法設計
基于FPGA的HDTV視頻圖像灰度直方圖統計算法設計
摘要: 本文介紹了如何在FPGA 中利用Block RAM 的特殊結構實現HDTV 視頻增強算法中灰度直方圖統計。
Abstract:
Key words :

       引言

       隨著HDTV 的普及,以LCD-TV 為主的高清數字電視逐漸進入蓬勃發展時期。與傳統CRT 電視不同的是,這些高清數字電視需要較復雜的視頻處理電路來驅動,比如:模數轉換(A/D Converter)、去隔行(De-interlacer)、視頻縮放(Scaler)和視頻圖像增強(Video Enhancement)等等。由于HDTV 的帶寬較高,720p 信號(1280×720?Hz)的像素速率達到74MHz,因此針對HDTV 的視頻處理算法需要更高性能的器件。采用大規模高工藝的ASIC 芯片是目前這個問題的主要解決方案,Pixelworks、Genesis 等公司均推出了基于大規模ASIC 的解決方案。但是,隨著FPGA 工藝的不斷改善,其性價比與日俱增,尤其是Xilinx、Altera 等廠商紛紛采用90nm 工藝量產后,其價格不斷降低,Xilinx 最新推出的Spartan-3E系列FPGA 120 萬門的售價只有9 美元,已經在小量產品的IC 設計中開始替代結構化ASIC,在數字高清電視這類價格敏感型消費類電子產品中也開始大量采用。

       本文介紹了如何在FPGA 中利用Block RAM 的特殊結構實現HDTV 視頻增強算法中灰度直方圖統計。

 

       灰度直方圖統計

       灰度直方圖統計是圖像處理過程中很常用的一個步驟,簡單來講,就是對一幅圖像各個灰度的像素進行計數,得到一張灰度分布表。例如,8 位量化的灰度圖像統計結果就是256個值,分別代表0-255 每個灰度像素的數量,如圖1 所示為Lena 圖像的灰度直方圖統計結果。直方圖是分析一幅圖像亮度分布特性有力的工具,根據它的結果可以進行諸如灰度拉伸、自動對比度、動態伽馬調整等操作。

Lena 圖像的灰度直方圖統計

圖1 Lena 圖像的灰度直方圖統計

 

       FPGA算法統計

       在計算機或者DSP 上實現直方圖統計時,我們通常會使用數組結構,即在內存中開辟一個整數數組來進行計數,但是在FPGA 中定義數組是非常消耗資源的,尤其是當數組成員的位寬很大時。例如用觸發器來統計256 灰度的720p 圖像的直方圖,將消耗4000 個邏輯單元(每個邏輯單元是一個四輸入查找表),這幾乎消耗了一個Spartan-3E 25 萬門器件(XC3S250E)80%的邏輯資源。

       幸運的是,FPGA 器件提供了一個很好的結構可以處理這類問題,這就是Block RAM。在Altera 和Xilinx 的各型號FPGA 器件上都集成了一種稱為Block RAM 的片上內存,它們以若干Kbits 為一塊,不同型號集成不同數量的塊,例如在Spartan-3E 系列中以18Kbits 為一塊,在規模最小的型號XC3S100E 上集成了4 塊這樣的內存,如圖2 所示:

Spartan-3E 系列FPGA 集成的Block RAM

圖2 Spartan-3E 系列FPGA 集成的Block RAM

       這種內存很容易實現數組類型的結構,而且這種內存被設計成雙端口方式,即可以用兩組獨立的地址數據總線來讀寫,因此可以用不到一塊的Block RAM 就實現256×24 這樣的高位寬計數器陣列來進行HDTV 視頻圖像的直方圖統計,如圖3 所示:

用Block RAM 實現計數器陣列

圖3 用Block RAM 實現計數器陣列

       以Block RAM 的結構為核心,按照以下幾點來設計直方圖統計算法:

       1. Block RAM 使用雙端口方式,端口A 用來將內存單元計數值讀出,端口B 將計數值加一后寫回該內存單元。

       2. 內存的地址在像素有效時由像素灰度值選擇,在行同步期間不計數,在場同步期間使用一個遞增計數器在前256 個時鐘將統計結果輸出,在之后的256 個時鐘將RAM 塊清零。       3. 雙端口讀寫時鐘相位相差180 度,以避免雙端口讀寫沖突。

       4. 數據的讀出、加一和寫入采用了流水線結構以提高性能,所以在地址控制上要進行適當暫存以保證數據同步。

       圖4 為256 級灰度720p 視頻圖像直方圖統計的算法實現功能框圖:

用FPGA 的Block RAM 實現直方圖統計

 

圖4 用FPGA 的Block RAM 實現直方圖統計

 

       結語

       該算法借助FPGA 片上的高性能Block RAM(讀寫速度可以到200 兆以上),可以實現SMPTE 定義的從720p 到1080p 的各種HDTV 視頻圖像的實時直方圖統計,僅占用FPGA不到一百個邏輯單元和一塊Block RAM,是一種性價比較高的FPGA 實現直方圖統計的算法,而且該算法具有很好的通用性,可以應用到各

 

種需要大量高位寬計數器的高速FPGA設計中。

 

       參考文獻:

       1. Xilinx,Spartan-3E FPGA datasheet,2005.3
       2. Xilinx,Using Block RAM in Spartan-3 Generation FPGAs,2005.3

此內容為AET網站原創,未經授權禁止轉載。
主站蜘蛛池模板: 韩国午夜tv免费影院 | a毛片全部免费播放 | 成年人免费网址 | 天堂视频在线免费观看 | 男女爱视频免费高清在线观看 | 2020国产成人精品视频人 | 亚洲区中文字幕 | 日本免费全黄一级裸片视频 | 欧美日韩在线亚洲国产人 | 日韩欧国产精品一区综合无码 | 天天色天天操天天射 | 天天射天天操天天干 | 欧美综合自拍亚洲综合图自拍 | 在线国产二区 | www.三级.com| 天天天天添天天拍天天谢 | 精品中文字幕制服中文 | 久久国产综合精品欧美 | 免费看的一级片 | 日比视频在线观看 | 怡春院日本一区二区久久 | 国产一卡二卡≡卡四卡无人 | 毛片看看 | 国产一区二区精品久久91 | 中文字幕成人在线观看 | 欧美日韩国产在线播放 | 超级碰97 | 精品欧美一区二区在线看片 | 看a网址| 精品久久久久久国产91 | 最新日本免费一区二区三区中文 | 欧美在线观看一区二区 | 午夜性a一级毛片 | caoporm国产精品视频免费 | 国产日本在线 | 网站免费黄色 | 天天摸天天干 | 中国性hd| 日本黄色录像 | 国产99re在线观看只有精品 | 91在线 在线播放 |