视频后处理算法研究及硬件实现

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随着新型显示设备、新的电视广播格式和各类多媒体设备的发展,市场需要高质量的视频处理技术显示各种信号。视频后处理技术就是通过图像缩放、去隔行等各种视频格式转换,以及图像增强处理,进一步提高观赏的效果。   本文主要针对后处理芯片中的关键技术--缩放和图像增强进行了深入研究。首先论文介绍了视频图像进行缩放的必要性,回顾了学术界的经典图像缩放技术,在比较最近邻域法、双线性插值、矩形窗缩放法、双三次插值等经典缩放技术优缺点的基础上给出双立方插值图像缩放的改进方案:改进的图像缩放引擎在保持双三次插值算法缩放效果的同时,简化了硬件结构。采用上海宏力(GSMC)0.15μm CMOS工艺库,用DC综合评估得到缩放模块占用芯片面积为0.39m㎡,最高工作频率为156MHz。   其次讨论了亮度峰化(Luminance Peaking),数字亮度瞬态增强(DLTI),色度瞬态增强(DCTI),黑/白电平延伸(BLW/WLE),亮度、色调、对比度和饱和度,以及自动对比度、色度调整等视频图像增强技术及其硬件实现方法;并在传统算法的基础上对亮度峰化、数字亮度瞬态增强、自动对比度进行了算法改进。首先在亮度峰化中为了改善峰化质量,需要有效保护轮廓并灵活调节核化门限,为此改进coring模块,使之能更好的保护图像不被过度处理。其次在DLTI中,利用提取亮度信息的高频部分来控制校正信号的幅度,可以得到更好的勾边处理效果。最后在调整图像对比度的处理中,利用直方图统计生成亮度调整曲线来改变图像亮度,并引入色度信息辅助修正直方图的拉伸曲线,调整图像对比度,进一步改善图像效果;通过与线性拉伸相比,本算法在不增加硬件复杂度的基础上,处理效果上得到较明显的提升。   最后简单介绍了FPGA硬件验证平台,以及仿真验证结果分析。软件仿真及FPGA测试显示,论文所述的算法改进提高了图像质量,显示效果良好。
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