一種基于FPGA的實時視頻圖像處理算法

　　視頻插值模塊實現對視頻按比例因子進行雙線性插值放大處理。雙線性插值算法的基本原理如圖5所示，圖中的下標i和f表示各自坐標的整數和小數部分。雙線性插值是采用可分離的線性插值將4個最近的像素值組合，如式(1)。

　　線性插值的結果與插值的順序無關。先進行y方向的插值，然后進行x方向的插值，所得結果相同。將式(1)進行分解，則有

　　當輸入分辨率有所變化而引起縮放因子變化時，FPGA內的數字邏輯能實時計算出式(2)中的系數xf和yf。而非僅計算幾種固定縮放比例，從而提高了算法模塊的利用率。

　　若以將攝像機1 024×576分辨率的圖轉化為1 366×768的圖為例，則水平縮放因子sc_x和垂直縮放因子sc_y均為0.75。若將水平因子直接帶入編寫程序，則會報錯。采用浮點數表示法，轉換后得到的10位16進制數，計算出系數xf和yf均為h300。

　　在實際設計中，為避免運算過于復雜，把復雜的運算分成幾個步驟，分別在不同的時鐘周期完成。插值計算的邏輯結構模塊如圖6所示。

　　系統包含3種不同的時鐘頻率：原像素點頻率clkin、輸出像素點頻率clkout和系統主時鐘頻率clksys。令系統主時鐘頻率為4倍的原像素點頻率，則使用Verilog語言及ModelSim SE 10。1 a和Quartus II仿真環境進行編譯，得到雙線性插值計算模塊的仿真波形如圖7所示。為程序書寫方便，將采集的4個像素值標為a、b、c、d，經過插值模塊后的輸出像素值為p。從仿真波形可看出，完成了雙線性插值計算模塊的實現。

　　3 結束語

　　針對大屏幕特點，從拼接控制器入手，提出了一種基于FPGA實現的視頻實時處理系統。主要采用雙線性插值法，討論了如何用FPGA實現，并進行邏輯結構的優化，提高系統性能，并對雙線性進行仿真，驗證了算法在拼接顯示系統中的可行性。圍繞拼接控制器這個應用方向，還有更多的問題需要進行研究，例如畫面自由疊加與漫游，單屏分割，自動圖像識別重建等。