基于Newton插值算法的实时图像放大系统

摘要

本课题是围绕电视墙系统提出的。主要目的是提高电视墙系统的图像质量,用一种新的放大算法来实现电视墙的图像处理,整个电视墙放大系统自成一体,直接输出到电视墙。本课题的最终目的是要通过实践证明该放大方法是一种有效可行,且性价比较高的电视墙运算放大体统解决方案。在课题研究中,我们采用了软件仿真和硬件实现相结合的方式。在理论研究阶段,我们对与电视墙放大系统的多种图像放大算法进行了研究。我们分析了传统图像放大算法中的重复放大算法、线性插值算法、样条插值算法以及衍生出来的分频样条插值法,比较了其实际效果的好坏以及硬件实现的代价。然后,对本文提出的新图像放大算法——NEWTON插值图像放大法进行了深入研究和优化,分析了运算复杂度和硬件可行性。用MATLAB对该算法进行了软件仿真,以文字和一般图像的放大为例,对新放大算法的放大效果,给出了客观评价结果。从放大图像可以看出NEWTON插值法对于字符和图像的放大都有较好的效果。字符的边缘没有出现模糊或是马赛克,轮廓清晰,黑白分明,这是重复插值和线性插值很难达到的效果。对于图像的放大来说,不论是在高频部分还是在低频部分,该放大算法均能够依据象素变化的特点还原出原始图像的细节,在高频处虽然有些细小的二次函数连接的痕迹,但是对于电视墙这样的大屏幕显示器件来说,这种痕迹完全可以忽略。因此在显示效果的测评上,NEWTON插值法完全能够满足电视墙的要求。本文的方法是针对电视墙的视频放大而设计的,由于视频信号对于分辨率的要求不是很高,因此用专用的dsp芯片运行本算法,可以达到实时处理的要求。以图像放大理论研究为基础,我们设计了一套利用NEWTON插值法为放大算法的电视墙实时图像放大系统的实现方案,视频图像分割以及视频流存储控制

目录

摘要

ABSTRACT

目录

引言

第一章 电视墙的组成和工作原理

1.1 墙体

1.2 视频节目源

1.3 控制器

1.4 音响系统

1.5 数字图像信号处理

第二章 图像放大算法设计

2.1 图像放大算法回顾

2.2 基于三次样条的不均匀插值图像放大方法

2.3 基于 Newton 插值的图像放大

2.3.1 图像放大

2.3.2 差商与Newton 插值公式

2.4 利用 Newton 插值多项式实现图像放大

2.4.1 放大基本原理

2.4.2 放大方法的仿真

2.4.3 实验结果

2.4.4 结果分析

第三章 系统整体方案

3.1 系统功能

3.2 整体方案

3.2.1 信号差分转换和放大

3.2.2 信号存储器及数据流控制模块

3.2.3 数字视频图像处理模块

3.2.4 D/A 转换

3.3 第一种设计方案及分析

3.4 第二种设计方案

3.5 系统设计要求

3.5.1 数据的传输与存储

3.5.2 数据流量与时钟

3.5.3 电源及功率

3.5.4 选用双电源输出芯片:TPS73HD301

第四章 系统硬件设计

4.1 电源设计

4.2 图像插值放大运算器及伺服电路

4.2.1 DSP 芯片介绍

4.2.2 工作时钟

4.2.3 TMS320VC5402 的自举加载

4.3 视频数据流控制电路的设计

4.3.1 视频数据流控制电路与DSP 处理器的协调

4.3.2 子图像选择放大设计

4.3.3 FPGA 程序下载方式及硬件设置

4.4 D/A 转换芯片8134

4.4.1 功能简介

4.4.2 引脚功能简述

4.4.3 工作模式

第五章 视频数据流控制器的软件设计及调试

5.1 程序设计

5.2 程序的仿真与调试

第六章 DSP 程序设计

6.1 面向 DSP 的 C/C++程序设计特点

6.2 程序设计流程

6.3 程序框架

6.3.1 存储配置文件的设置

6.4 FLASH 擦除和读写程序设计

6.4.1 擦除

6.4.2 编程

6.4.3 进入正常读写状态的方法

6.5 DSP 程序设计及分析

第七章 系统调试

7.1 电源调试

7.2 FPGA 调试

7.3 DSP 调试

7.4 该电路板需要改进的几个方面

结束语

参考文献

致谢

附录一:图像仿真程序

附录二:数据流控制程序

附录三:DSP 读写开关程序

附录四:电路原理图

附录五:电路印刷板

个人简历