目前高清数字电视已经在我国全面普及,4K超高清数字电视将会成为下一个热点。而从高清到超高清的过渡存在一些问题需要解决。首先现有的视频源大多数分辨率较低;其次,超高清视频数据量大,超高清视频在低带宽条件下以低帧率进行传输,而在显示终端以低帧率播放视频时图像容易出现模糊,卡顿等现象。本文重点研究基于FPGA平台的超分辨率和超高清帧率上变换硬件实现技术。针对图像的超分辨率放大,本文基于Xilinx公司Kintex7 FPGA平台实现了2K@25Hz视频到4K@25Hz视频的实时放大。本文首先介绍了基于自相似性原理的超分辨率算法:图像首先经过双线性插值完成初步图像上采样得到低频层图像,接着根据自相似性原理经过搜索和匹配完成图像高频层的提取,最后将低频层图像与高频层图像叠加得到高分辨图像。接着提出了基于块处理的超分辨率系统的硬件系统结构。本系统主要包括超分辨内核模块和参数配置模块。超分辨内核模块将高清图像分成16*16的块,每个图像块经过超分辨内核模块3次小倍数递归放大后得到最终的2倍放大图像块。块处理的递归放大设计降低了系统的带宽需求。超分辨内核模块内部采用流水线处理每一行数据提高了系统计算并行度。然后本文对系统的速度、带宽及资源等性能进行分析,分析表明系统在至少109.35MHz的频率,10368Mbits/s的外存带宽下能够满足设计要求。最后,本文展示了整个系统的FPGA实现结果。针对超高清帧率上变换,本文完成了超高清帧率上变换系统核心模块像元缓存模块的软件验证和系统的FPGA原型验证。本文在Cadence软件平台上完成了像元缓存模块的功能验证和综合。为了保证验证的完整性,采用ICC工具分析了代码的覆盖率。通过RC综合表明,本模块的设计满足300MHz的时钟设计要求。最后为了保证验证的可靠性,本文根据超高清帧率上变换IP核的技术指标设计并实现了基于FPGA平台的硬件验证方案,使用超高清码流仪、FPGA开发板、HDMI接收子板、HDMI发送子板和显示终端搭建了超高清视频帧率上变换系统的FPGA验证平台,完成了代码移植和输入\输出模块、地址管理模块等辅助模块的设计,最终完成了整个超高清视频帧率上变换IP的硬件验证工作。