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多制式视频显示后处理芯片中图像处理子系统的研究与设计

作　者: 焦洋
导　师: 张之圣
学　校: 天津大学
专　业: 微电子学与固体电子学
关键词: 视频信号处理图像缩放线性插值非线性插值肤色处理
分类号: TP391.41
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 29次
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内容摘要

视频信号处理芯片是数字多媒体的核心芯片之一,其主要用途是将输入的源视频信号通过处理转换为显示设备所要求的规格,包括帧频变换、去隔行、图像缩放、图像增强、OST控制等多种功能。本文针对具体的功能需求,研究设计了包括视频处理核心功能之一的图像缩放,以及图像增强和输出时序控制功能的视频图像处理子系统,支持多种VESA标准制式。本文重点进行了缩放及增强的算法研究与电路设计。在视频图像处理子系统的架构设计中,为减少芯片面积,本文没有使用帧缓存,仅采用少量的单端口RAM作为片内行缓存。子系统设计为不含全局控制功能的结构,各部分均自主按照实际情况以最高效率运行,从而提升了整个系统的工作效率。对于图像缩放部分,对几种线性插值方法进行了分析比较,选用双三次插值作为本文中插值运算的基本算法。针对源图像的宽高比例与显示终端宽高比例不同的问题,本文从人眼观察习惯出发,研究了适用于普屏制式到宽屏制式转换的非线性插值算法,在处理画面长宽比改变的图像缩放时,能够获得比传统方法更好的视觉效果。对图像缩放部分完成了电路设计,支持多种VESA标准制式,支持的最高分辨率为1920x1200,最低分辨率640x400。显示功能为用户可配置,包括线性插值、非线性插值、Letter-box三种模式。在图像增强方面,本文重点研究了对图像中人体皮肤颜色进行处理的肤色调整技术,能够较准确的辨别出图像中颜色为肤色的像素,并按照不同的变化方向及程度对其进行处理,以达到人眼感觉更加舒适的效果。电路设计为参数可配置的模式,肤色调整的方向及程度均可由用户进行输入配置。本文对该图像处理子系统进行了功能仿真验证,得到的时序和仿真效果图均达到了设计目标。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-7
第一章绪论  7-10
  1.1 课题背景  7-8
  1.2 视频后处理芯片发展趋势  8
  1.3 本文研究内容及章节安排  8-10
第二章视频图像处理算法研究  10-30
  2.1 线性插值缩放算法  10-14
  2.2 非线性缩放插值技术  14-24
    2.2.1 非线性缩放原理  15-17
    2.2.2 按列递变的非线性插值  17-18
    2.2.3 采用正弦曲线的非线性插值  18-20
    2.2.4 非线性插值算法的分析与比较  20-24
  2.3 肤色调整技术  24-30
    2.3.1 RGB颜色空间肤色分辨  24-25
    2.3.2 YC_bC_r颜色空间肤色分辨  25-26
    2.3.3 YIQ颜色空间肤色分辨  26-28
    2.3.4 肤色调整方案  28-30
第三章视频图像处理子系统的电路设计  30-66
  3.1 视频图像处理子系统的架构设计  30-35
    3.1.1 整体实现架构  30-31
    3.1.2 工作流程及运行机制  31-32
    3.1.3 系统缓存配置  32-34
    3.1.4 时钟域划分  34-35
  3.2 视频图像处理子系统参数配置单元  35-42
    3.2.1 参数配置单元的工作机制  38
    3.2.2 对参数的具体处理方式  38-41
    3.2.3 参数配置单元的工作流程  41-42
  3.3 水平缓存控制单元  42-50
    3.3.1 水平缓存控制单元整体架构  43-45
    3.3.2 水平缓存写控制单元  45
    3.3.3 水平缓存主控单元  45-46
    3.3.4 水平缓存读控制单元  46-48
    3.3.5 水平缓存移位寄存输出单元  48
    3.3.6 水平缓存RAM读写控制单元  48-49
    3.3.7 水平缓存延时调整模块  49-50
  3.4 插值计算单元  50-54
    3.4.1 水平计算单元算法实现分析  50-52
    3.4.2 水平计算单元内部工作流程  52-54
    3.4.3 垂直插值计算单元  54
  3.5 图像增强单元  54-57
    3.5.1 肤色处理所需参数  55
    3.5.2 内部工作流程  55-57
  3.6 输出时序控制单元  57-66
    3.6.1 功能描述  57-61
    3.6.2 内部实现工作流程  61-66
第四章视频图像处理子系统电路的仿真与验证  66-76
  4.1 图像缩放电路功能仿真验证  66-72
  4.2 图像增强电路功能仿真验证  72-73
  4.3 输出时序控制电路功能仿真验证  73-74
  4.4 视频图像处理子系统功能仿真验证  74-75
  4.5 逻辑综合  75-76
第五章总结与展望  76-78
  5.1 全文总结  76-77
  5.2 展望  77-78
参考文献  78-81
发表论文和参加科研情况说明  81-82
致谢  82

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