视频格式转换技术及其VLSI设计研究

摘要

视频格式转换芯片,是数字电视和数字处理电视的核心芯片之一,具有巨大的市场价值.它的主要功能是通过数字信号处理的方法把众多格式的输入信号转换成特定格式的输出信号.主要处理过程包含去隔行、帧频提升、分辨率提升,及各种画质增强.由于视频信号格式的多样性、处理算法的复杂性以及观众对画质的苛刻要求,视频格式转换芯片的研发面临着两方面技术难题:第一,开发兼顾主观效果和硬件开销的优秀视频格式转换算法；第二,设计高性能的VLSI实现方案. 在总结和学习现有技术的基础上,本文从视频格式转换算法研究入手,着重论述了核心算法模块的VLSI实现方案和芯片总体架构的设计方案,并分析了相应的仿真验证结果.主要贡献在于以下几方面: 第一,归纳总结了现有的视频格式转换算法,并在此基础上提出了一种运动自适应去隔行算法. 第二,针对运动自适应去隔行算法的特点,提出了基于运动量存储的数据调度方案和折叠复用式缓存结构,大幅降低了硬件开销、减轻了系统的运算负担. 第三,针对芯片设计难点,提出了两种总体控制策略及相应的芯片架构设计方案,并从鲁棒性、可扩展性和实时处理视频信号的能力等角度,分析对比两种方案的优劣,最终得出结论.

目录

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第一章 引论

1.1数字电视和数字处理电视简介

1.2模拟电视的视觉缺陷

1.3数字视频处理方法简介

1.4视频格式转换芯片及其市场前景

1.5课题研发流程和本文主要内容

1.6章节安排

第二章视频格式转换算法研究

2.1去隔行算法

2.1.1去隔行算法概述

2.1.2线性滤波算法

2.1.3非线性滤波算法

2.1.4本系统所采用的去隔行算法

2.2帧频提升算法

2.2.1帧频提升算法概述

2.2.2非运动补偿算法

2.2.3运动补偿算法

2.3分辨率提升算法

第三章视频格式转换算法模块的实现方案

3.1去隔行处理模块的实现方案

3.1.1模块设计概述

3.1.2去隔行运算核的初步设计方案

3.1.3数据调度方案的优化

3.1.4去隔行运算核的改进方案

3.2带帧频提升功能的去隔行模块实现方案

3.3分辨率提升模块的实现方案

第四章视频格式转换芯片架构设计研究

4.1芯片架构设计概述

4.2片外数据存储设备的选择

4.3基于DMA控制策略的总体架构

4.3.1 DMA控制方式简介

4.3.2提高专用DMA系统传输效率的方法

4.3.3基于DMA控制策略的总体架构

4.3.4专用DMA控制器设计

4.3.5标准RAM接口

4.3.6系统传输时序的仿真验证与分析

4.3.7实时性分析

4.4基于自适应控制策略的总体架构

4.4.1自适应控制策略简介

4.4.2基于自适应控制策略的总体架构

4.4.3基于自适应控制策略的总线仲裁服务系统

4.4.4实时性分析

4.5两种总体架构方案的对比及结论

第五章总体仿真验证与分析

5.1仿真验证方案

5.2仿真验证结果与分析

第六章总结与展望

6.1总结

6.2展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致谢