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高清3D视频同步合成器关键技术研究

作　者: 黎之乐
导　师: 王兴东
学　校: 上海交通大学
专　业: 电子与信息工程
关键词: 立体电视节目立体视频合成立体视频传输
分类号: TN948.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

立体视频制作技术是当前视频研究中的一个活跃领域,作为一种比普通视频提供更多信息内容和具有更多数据量的数字媒体,因其具有强烈的立体感和纵深感特性越来越受到人们的关注，已有越来越多的国内外学者从事这方面的研究。本课题要研究的内容是设计并实现一套高清3D视频合成器，合成器采用的核心器件为FPGA。立体视频合成采集器主要解决立体电视节目制作过程中，双路视频数据的同步、高清立体视频实时合成、以及高清视频实时翻转合成等问题。常用的立体视频合成功能包括左右放置合成、上下放置合成以及色分合成。左右放置合成功能要求合成画面左半部分视频数据来自左眼视频，右半部分画面来自右眼视频，由于帧存储合成方案需要的存储资源为9.98MB，需求存储资源太大，无法在低端FPGA内实现，且延时高达40毫秒，因此本文提出了一种基于视频行存储的优化合成方案，将存储需求降至8KB，延时降为0.01毫秒；上下放置合成功能要求合成画面上半部分视频数据来自左眼视频，下半部分视频数据来自右眼视频，由于上下放置合成算法对存储空间需求大，因此需要使用外部DDRSDRAM存储器件，本文提出了一种可不间断连续同时读写操作的DDRSDRAM控制方法，非常适合用于视频数据流的处理；色分合成功能要求合成图像红色分量来自左眼视频，蓝绿色彩分量来自右眼视频，本文提出并验证了将浮点数颜色空间转换公式整型化实现的优化实现方案，大大简化了色分合成功能的FPGA实现过程，实现了高清视频图像RGB空间数据与YCbCr空间数据实时相互转换的功能，最大转换效率可达9790万像素点每秒。双路视频视间数据的同步有两种方法，一种是用Genlock同步信号同步两路摄像机的输出信号；另一种是通过立体视频合成采集器内部DDRSDRAM进行双视视频同步。基于DDRSDRAM的双视视频同步方案，可以广泛的扩展立体视频合成采集器的应用范围，大大降低输入视频设备的购置成本。实验结果表明，立体视频合成采集器可以完成立体视频制作过程中，双视视频数据同步、输入高清视频实时翻转、立体视频实时合成等工作，满足设计要求，达到了设计目的。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-11
第一章绪论  11-19
  1.1 课题的意义及国内外研究现状综述  11-15
    1.1.1 立体视频成像原理  11-12
    1.1.2 立体视频片源制作  12
    1.1.3 立体视频显示技术原理  12-14
    1.1.4 立体电视节目制作发展现状  14-15
  1.2 国内外类似 3D 视频制作设备简介  15-16
  1.3 本文研究内容和组织结构  16-19
    1.3.1 本文主要工作和创新点  16-17
    1.3.2 本文的组织结构  17-19
第二章立体视频合成采集器设计目标与硬件平台简介  19-27
  2.1 设计目标  19-21
  2.2 立体视频合成采集器软硬件实现方案分析  21-25
    2.2.1 立体视频合成采集器各功能实现资源需求分析  21-23
    2.2.2 软件实现方案优劣分析  23
    2.2.3 FPGA 实现方案优劣分析  23-24
    2.2.4 方案选择分析及技术难点小结  24-25
  2.3 立体视频合成采集器硬件平台简介  25-26
  2.4 本章小结  26-27
第三章双视立体视频视间数据同步方案问题分析  27-40
  3.1 Genlock 同步方案及问题解析  27-36
    3.1.1 Genlock 输出接口的实现方案简介  27-29
    3.1.2 Genlock 同步方案存在的问题详述  29-31
    3.1.3 Genlock 同步方案小失步延时的危害  31-33
    3.1.4 Genlock 同步方案小失步延时解决方法  33-36
  3.2 DDRSDRAM 同步方案及问题解析  36-39
    3.2.1 DDRSDRAM 同步方案的实现  36-37
    3.2.2 DDRSDRAM 方案与 Genlock 同步方案的对比  37-39
  3.3 本章小结  39-40
第四章立体视频合成功能优化实现及技术难点分析  40-78
  4.1 左右放置合成功能优化实现  40-47
    4.1.1 左右放置合成功能帧存储实现方案的缺陷  40-41
    4.1.2 左右放置合成优化实现方案  41-43
    4.1.3 高清视频实时水平翻转左右放置合成功能优化实现  43-45
    4.1.4 实际合成输出结果  45-47
    4.1.5 优化实现方案存储资源与延时总结  47
  4.2 上下放置合成功能实现及技术创新点分析  47-62
    4.2.1 上下放置合成功能实现方案简介  47-48
    4.2.2 现有 DDRSDRAM 控制器缺陷分析  48-50
    4.2.3 可不间断同时读写 DDRSDRAM 控制器设计与实现  50-54
    4.2.4 可不间断同时读写 DDRSDRAM 控制器性能测试  54-56
    4.2.5 基于可不间断同时读写 DDRSDRAM 控制器上下放置合成实现  56-61
    4.2.6 实际合成输出结果  61-62
    4.2.7 上下放置合成实现小结  62
  4.3 色分合成功能的 FPGA 实现  62-76
    4.3.1 基于浮点数公式 FPGA 实现方案资源需求分析  63-65
    4.3.2 浮点数公式整型化及精度误差分析  65-70
    4.3.3 色分合成功能整型化公式实现  70-74
    4.3.4 色分合成功能输出结果  74-76
    4.3.5 色分合成功能输出小结  76
  4.4 本章小结  76-78
第五章总结与展望  78-81
  5.1 总结  78-79
  5.2 发展展望  79-81
参考文献  81-84
致谢  84-85
攻读硕士学位期间发表的学术论文  85

高清3D视频同步合成器关键技术研究

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