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基于FPGA的视频转换系统设计任勇峰;王大伟;石永亮;于丽娜【摘要】为解决不同视频系统之间显示时序、色彩空间、帧频、分辨率等不一致的问题，设计了一种以FPGA为控制核心， DDR2 SDRAM为高速缓存的视频转换系统，该系统从图形工作站采集到DVI视频，先进入高速缓存模块，然后通过视频转换算法在FPGA内部完成RGB至YCbCr的色彩空间转换，最后控制硬件实现PAL视频输出，实现了由DVI视频向PAL视频的转换。
经长期测试证明：该系统稳定可靠，达到设计要求。
%In order to solve the display between different video systems in consistencies timing,color space,framerate,resolution,etc,a video conversion system was designed,which regards FPGA as the control core,DDR2 SDRAM for cache. the device system collected DVI video from workstation graphics,firstly enters the cache mod⁃ule,and then completes the color space conversion and frame rate conversion via video conversion algorithm within the FPGA,and finally controls hardware PAL video output,completed by the DVI video conversion to PAL video. The long-term test proves:the system is stable and reliable,and meet the design requirements.【期刊名称】《电子器件》【年(卷),期】2016(039)003【总页数】7页(P655-661)【关键词】视频转换;DVI;PAL;高速缓存;转换算法【作者】任勇峰;王大伟;石永亮;于丽娜【作者单位】中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室;中北大学电子测试技术重点实验室，太原030051【正文语种】中文【中图分类】TP274.2随着多媒体信息技术的高速发展，视频技术多元化发展成为趋势，而同时也激化了视频系统之间互联的矛盾。
ffmpeg 转码插帧逻辑FFmpeg是一款功能强大的开源多媒体处理工具，可以用于转码、剪辑、合并等多种操作。
在转码过程中，插帧是一个重要的逻辑，可以提高视频的流畅度和观看体验。
插帧是指在原始视频中插入额外的帧，以增加视频的帧率。
通过插入额外的帧，可以使视频的动作更加平滑，避免画面的卡顿和不连贯。
在FFmpeg中，可以通过设置相关参数来进行插帧的操作。
在进行插帧操作之前，首先需要了解原始视频的帧率。
帧率是指每秒钟显示的静态图像数量，通常以fps（Frames Per Second）表示。
常见的视频帧率有24fps、30fps、60fps等。
如果原始视频的帧率较低，可以通过插入额外的帧来提高帧率。
在FFmpeg中，可以使用以下命令进行插帧操作：```ffmpeg -i input.mp4 -r 60 output.mp4```其中，`-i input.mp4`指定输入文件为input.mp4，`-r 60`指定输出文件的帧率为60fps，`output.mp4`为输出文件名。
通过设置输出文件的帧率为60fps，就可以实现插帧操作。
需要注意的是，插帧操作可能会导致视频的文件大小增加，因为插入额外的帧会增加视频的数据量。
因此，在进行插帧操作时，需要权衡视频质量和文件大小。
除了插帧操作，FFmpeg还提供了丰富的转码功能，可以对视频进行压缩、裁剪、调整分辨率等操作。
通过合理使用FFmpeg的转码功能，可以满足不同场景下对视频的处理需求。
FFmpeg是一款功能强大的多媒体处理工具，插帧是其中重要的逻辑之一。
通过插入额外的帧，可以提高视频的帧率，使视频的动作更加平滑。
在进行插帧操作时，需要注意视频质量和文件大小的权衡，以达到最佳效果。
通过合理使用FFmpeg的转码功能，可以对视频进行多种处理操作，满足不同场景下的需求。
面向异步视频的嵌入式图像处理系统设计作者：郑鑫来源：《现代电子技术》2012年第22期摘要：在此设计出一种基于DSP+FPGA技术的面向异步视频的嵌入式图像处理系统，以一种灵活的架构避免了帧间不同步方法对双口RAM显存的需求，既能够保证图像输出质量，又有利于提升图像处理的性能指标。
系统以FPGA为核心，连接DSP和4片帧存，通过帧存的循环复用将缓存和显存融合起来，省略了数据搬运的环节。
当输入帧频小于输出帧频时，从系统总体的角度分析帧存的状态转换规律；当输入帧频大于输出帧频时，从单个帧存的角度分析帧存的状态转换规律，并给出了可编程逻辑设计的源程序。
该方案已在产品中应用，通过升级能够满足更高的技术要求。
关键词：异步视频；图像处理；嵌入式系统；FPGA；帧存切换中图分类号：TN91934；TP391 文献标识码：A 文章编号：1004373X（2012）22001404收稿日期：20120612 图像处理系统输入视频信息，运行图像处理算法，输出处理后的图像信号，实现目标检测、跟踪、识别等功能。
系统的输入和输出常常是不同的视频格式，二者由于帧频的不同，处于异步的状态。
为了提高异步视频时输出画面的质量，本文展开了深入的研究，设计出一种基于DSP+FPGA技术的面向异步视频的嵌入式图像处理系统，提高了输出图像的视觉效果，结构简洁，具有小巧灵活的优点。
1异步视频的处理方法如果图像处理系统的输入为复合模拟视频，帧频25Hz；输出为XGA格式，帧频60 Hz；一幅输入画面平均产生2.4次输出画面，此时系统处理的就是异步视频，有3种处理方法：帧内不同步方法、帧间不同步方法和准同步方法。
（1）帧内不同步方法。
输出帧以输入帧的帧频进行切换，当一帧输入数据准备好后，输出帧就切换到新一帧的视频数据，不管此时输出帧进行到了哪个时刻。
这种模式中输入帧和输出帧处于帧内的不同步状态，即输出帧的画面可能由非同一幅输入帧画面组成。
当相邻的两帧图像存在较大差异（目标与传感器有较高的相对运动）时，输出帧的画面会出现明显的分界。
视频帧率转换专利技术综述视频帧率转换是一种将视频的帧率从一个数值转换为另一个数值的技术，其主要实现方式是对原始视频进行插帧或者删除帧的处理。
目前，这种技术已经被广泛运用于电视、电影、广告等领域，以提升视频画面质量和观看体验。
下面我将从技术原理、发展趋势和应用场景三个方面来对视频帧率转换的专利技术进行综述。
技术原理：视频帧率转换技术常采用时间域插值或像素域插值的方式进行处理。
时间域插值是指将原始视频的帧率增加或减少，例如将30帧/秒的视频转换为60帧/秒或者15帧/秒；像素域插值是指通过对视频的像素进行重新排序或者补全来实现帧数的变更。
另外，还有一些增加了神经网络算法的视频帧率转换技术，能够更为精确地模拟出新帧。
发展趋势：随着人们对清晰、流畅的视觉效果要求不断提高，视频帧率转换技术也会不断发展和优化。
目前主要的发展趋势包括：1. 提高转换精度和稳定性，避免画面出现抖动或者画面锯齿现象。
2. 将视频镜头特效、人物动作等异于静态的物体进行跟踪和分析，从而在拍摄中自动生成高质量的缺失帧。
3. 进一步优化神经网络算法，提高计算效率和准确度。
4. 将视频帧率转换技术应用于虚拟现实、增强现实等新领域，提高视觉体验感。
应用场景：视频帧率转换技术广泛应用于电影、电视剧、广告、视频直播、游戏等领域，其中主要的应用场景包括：1. 改善视频画面质量和观看体验，例如将低帧率的电视剧转换为高帧率的电影，提高画面流畅度。
2. 在游戏开发中，将低帧率的游戏画面转换为高帧率，提高画面稳定性和玩家体验感。
3. 在视频直播中，将高带宽视频转换为低带宽视频，以适应不同观众的网络带宽需求。
4. 将高帧率视频转换为低帧率视频，以满足节能要求或者延长摄像机电量等。
综上所述，视频帧率转换技术是一种十分重要的视频处理技术，其应用范围和发展前景广泛。
只有通过不断探索和优化，才能更好地满足用户对视频画面质量和观看体验的不断追求。
《单片机原理与接口技术》期中论文论文题目HD-SDI数字视频信号处理及传输的FPGA设计与实现姓名学号学院电气工程学院专业班级2008级通信工程目录引言 (3)1.HD-SD I卡电路结构 (4)2.HD-SD I数字行、场定时关系 (5)3.视频数据的提取及处理 (9)4.DMA控制模块 (13)5.PLX9656局部总线到Avalon总线转换模块 (13)6.实验调试 (14)7.结束语 (15)参考文献: (16)HD-SD I数字视频信号处理及传输的FPGA设计与实现专业：通信工程姓名：黄鑫摘要：设计了一种符合SMPTE292M标准的高清晰度数字电视信号采集传输用的HD-SD I卡,介绍了其电路结构,对HD-SD I中的视频数据、视频定时基准码、行号数据、校验码进行了分析,并就数字视频识别和提取模块、DMA传输模块和PLX9656 局部总线到Avalon总线的转换模块进行了设计。
FPGA采用Altera公司的StratixEP1S25,实验调试结果表明, HD-SD I数字视频信号处理及传输工作稳定可靠。
关键词:高清晰度电视; 比特串行数字接口; HD-SD I; 现场可编程门阵列FPGA design and implementation of HD-SD I digital video signalprocessing and transportAbstract: This paper designed a newly developed SDI card for HDTV of SMPTE292M, and gave the construction of the HD-SD I card’s circuits. Gave detailed analyses of video data, timing reference codes, line number data, DMA transport，conversion between PLX9656 local bus and Avalon bus. This paper also p resented the design of these model.The design adopted Altera’s Stratix EP1S25 as FPGA, and experimental results show that the processing and transport of HD-SD I card isstabilization and trustiness.Key words: HD-SD I; FPGA; bit-serial digital interface引言高清晰度数字电视节目的制作在我国还处于起步阶段。
ffmpeg 动变帧率和固定帧率编码【实用版】目录1.概述2.动变帧率编码3.固定帧率编码4.编码设置5.总结正文1.概述FFmpeg 是一款功能强大的开源音视频处理软件，广泛应用于视频编解码、处理、转换等领域。
在视频编码过程中，帧率是一个重要参数，影响着视频的播放速度和质量。
本文将介绍如何使用 FFmpeg 对动变帧率和固定帧率进行编码。
2.动变帧率编码动变帧率编码是指在编码过程中，根据视频内容的运动情况动态调整帧率。
这种编码方式可以在保证视频质量的同时降低码率，提高压缩效果。
对于运动较大的视频内容，动变帧率编码能够更好地体现其优势。
使用 FFmpeg 进行动变帧率编码，可以通过设置 `vbv_buffer_size` 和 `max_bitrate` 参数实现。
其中，`vbv_buffer_size` 决定了编码器如何调整码率以适应视频内容的变化，取值范围为 0-65535。
取值越小，动态范围越大，但可能导致视频卡顿。
`max_bitrate` 参数则限制了编码器的最大码率，取值越小，压缩效果越好，但可能导致视频质量下降。
示例命令：```ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -b:v 1000k -vbv_buffer_size6 -max_bitrate 1500k output.mp4```3.固定帧率编码固定帧率编码是指在编码过程中，保持帧率不变。
这种编码方式简单易实现，但对运动较大的视频内容可能导致视频卡顿、模糊等问题。
使用 FFmpeg 进行固定帧率编码，只需要设置 `帧率` 参数即可。
帧率的取值应根据视频内容和播放设备来选择，常见的帧率有 24、25、30、50、60 等。
示例命令：```ffmpeg -i input.mp4 -c:v libx264 -b:v 1000k -帧率 25 output.mp4 ```4.编码设置在进行 FFmpeg 编码时，还可以根据需要设置其他参数，如视频编码格式、码率、分辨率等。
应用MMX技术实现数字视频格式的快速转换
曾昭平;张文军
【期刊名称】《计算机工程》
【年(卷),期】2001(027)006
【摘要】详细地介绍了数字视频的格式和适合多媒体计算的MMX技术,并采用MMX技术实现了不同格式的数字视频之间的转换,大大提高了运算速度,在作者自行开发的图象压缩和远程传输系统中获得良好的实时效果.
【总页数】2页(P81-82)
【作者】曾昭平;张文军
【作者单位】上海交通大学图象通信所,;上海交通大学图象通信所,
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.4
【相关文献】
1.一种BT.656到XGA视频格式转换结构的FPGA实现 [J], 王经典;杨爱良
2.一种视频格式转换电路的设计与实现 [J], 柴屹华;葛晨阳;冯华
3.数字视频格式的转换及转码 [J], 冯传岗
4.数字电视中的视频格式转换技术 [J], 刘壮;余健
5.视频格式转换芯片中帧频提升算法及硬件实现 [J], 王南飞;姚素英;陆尧;史再峰因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
研究设计电 子 测 量 技 术ELECT RON IC M EASU REM ENT T ECH N OLOGY 第30卷第8期2007年8月视频格式转换芯片中帧频提升算法及硬件实现*王南飞 姚素英 陆 尧 史再峰(天津大学电信学院专用集成电路设计中心 天津 300072)摘 要:帧频提升算法因算法复杂、运算量大,一直是视频格式芯片硬件实现中的难点所在,针对国内同类型芯片因搜索方法的不足,造成的在某些特殊运动下图像效果差,提出了一种基于全搜索块匹配运动估计的帧频提升算法。
另外通过加权重相关系数,有效地消除了噪声,通过自适应滤波插值算法,使算法具有更广泛的适应性,并且提供一种基于流水线、串并结合和DD A (Dig ital Differ ential A na lyzer,数字微分分析)算法的硬件实现结构。
最后,整个设计通过了FP GA 验证,并且图像效果良好。
关键词:视频格式转换芯片;帧频提升;块匹配;硬件实现;DDA 中图分类号:T N941.3 文献标识码:AHardware implement and algorithm of frame rate up -conversionintegrated in a video format conversion chipWang Nanfei Y ao Suying Lu Y ao Shi Zaifeng(ASIC Des ign C enter,Sch ool of Electronic Information Engineering,T ianjin U nivers ity,Tianjin 300072)Abstract:F rame rate up -co nversio n is alw ays reg arded as the difficulty in the har dw are implement w hen designing the v ideo for mat conversio n chip for its heavy calculat ion and complex algo rithm.T o deal w ith t he sho rtag e of sear ch t echnique in the same ty pe chip,w hich causes unacceptable imag e quality at same special mo ve ty pes,a fr ame r ate up -co nv ersion algo rithm based on ful-l search blo ck matching inter po lation is pr oposed.In additio nal,combining ser ial and par allel and DDA algo rit hm,elim inate no ise is fulfilled by adding weighted co rr elation index ,self -adaptiv e interpolatio n is ado pted to enlar ge mor e use,and t he hardw are implement architecture is used based o n pipelining.F inally,the desig n is validated by F PGA ,and the image is g oo d.Keywords:video fo rmat conver sion chip;f rame rate up -co nv ersio n;blo ck -matching;har dw are implement;DDA*基金项目:天津市科委科技攻关项目(043184511)资助0 引 言随着科技的进步,各种各样的显示器在市场中出现,如PH P 、L CD 、DLP 、CRT 、RPTV 等。
对大多数显示器来讲,视频信号的输入格式与本身规格存在很大差异,为了解决上述格式间的不同,视频格式转换芯片[1]成为显示系统不可缺少的关键芯片。
在帧频提升算法中,传统的场复制,场平均在对运动图像处理时会产生明显的运动抖动和图像的模糊[2],早已不能满足人们对图像质量的要求。
在近些年中,人们不断提出各种基于块匹配运动估计和运动补偿帧插入的帧频提升方法。
国内在该方面目前尚处于起步阶段,普遍采用小匹配块和快速搜索方法,图像效果较差,本文针对这一不足,并综合考虑算法的复杂性、硬件实现难度给出一种基于小匹配块和全搜索块匹配帧频提升算法,有效地改善了图像质量。
另外,在硬件实现上,通过DDA 算法实现对任意比例的帧频变换的控制,采用串并结合的结构大大减小对硬源的利用,最后给出了FPGA 验证结果。
1 基于块匹配运动估计帧频提升算法1.1 块匹配运动估计及搜索方法的选取首先考虑的是匹配块的大小,较小的匹配块产生更多不正确的运动指针,但由于假定匹配块里运动指针一致,所以较大的匹配块不太精确。
设计中采用较小的匹配块,因为较大的匹配块即使采用快速搜索方法,搜索出一个匹配块的运算次数是较小匹配块的5倍以上(如表1,其中d 为搜索范围,N 为匹配块大小),硬件资源消耗太大,根本无法满足视频格式转换芯片芯片级设计要求。
另外,由于#14#王南飞等:视频格式转换芯片中帧频提升算法及硬件实现第8期采用较小匹配块而产生的更多不正确运动指针通过加权重相关系数的方法来减少。
表1 各算法性能比较搜索方法运算个数公式匹配块大小运算个数本设计全搜索(2d +1)2@N2@2100文献3空间递归搜索9@N 3@381大匹配块空间递归搜索9@N8@8576其次是搜索方法的问题,由于采用较小的匹配块,因此一些快速搜索方法[3]在某些特殊运动上很容易陷入局部最佳点,产生更多不正确的运动指针,使得图像效果差。
以空间递归搜索[4]为例,该方法是在假设图像的运动方向一致的情况下,用前一个匹配块的运动指针作参考,只搜索其相邻的9个匹配块,但事实上通常会出现图像中运动方向不同的情况,如背景和物体向相反方向运动,这样反而会产生更多不正确的运动矢量,并且恢复周期非常长。
针对这一问题,设计中采用全搜索的方法。
并且由于匹配块较小,增加的运算量并不多(如表1),但性能上有很大的改进,而且对于各种运动情况下均适用。
1.2 块匹配算法说明在块匹配算法中,每帧图像被分成M @N 匹配块,并假定在一个块中所用像素的运动相同,并将当前帧中的参考块与前一帧中的候选块比较,得到最佳的匹配块。
由于两帧相隔的时间间隔很短(以PAL 制式为例约20m s),也就说明两帧之间匹配块的运动矢量比较小。
没有必要搜索所有的像素,这样需要设定一个水平和垂直的最大搜索范围来减小运算,搜索范围限定在(M +2p )@(N +2q)个像素之中,算法描述如图1。
图1 算法描述定义最佳匹配的搜索判据有以下几种,包括相关函数(Cross -Correlat ion Funct ion,CCF ),均方误差(Mean -Square Error,MSE ),平均绝对差(M ean Absolute Difference,MA D )和绝对差之和(Sum of Absolute Difference,SAD)。
在实际应用中,由于SAD 函数简单,便于硬件实现[5],而且具有令人满意的性能,因此应用最为广泛,设计中也采用这种算法。
公式为:SA D (x,y)=E M-1i=0EN -1j =0|f (i,j ,n)-f (i +x ,j +y ,n -1)|式中:(x,y)为运动指针;-p [x [p ,-q [y [q;搜索窗范围为(M +2p )@(N +2q);f (i,j ,n)表示当前参考块的像素值;f (i +x ,j +y,n -1)表示前一帧搜索窗中候选块的像素值。
1.3 权重相关系数在大面积亮度变化缓慢的地方,本算法匹配块较小,各个匹配块之间亮度值差异可能较小,噪声对上述算法匹配的结果影响很大,可能会产生一些不正确的运动指针。
设计采用加权重相关系数(Weigh ted correlat ion index,WCI)的方法减小噪声的影响[6],降低了块匹配错误出现的概率。
在WCI 中,假定大部分的运动指针都靠近(0,0)点。
其公式如下:W CI (x,y)=SAD (x ,y)(1+K (x 2+y 2)),(vx ,vy )=argmin (WCI (x ,y))。
式中:K 为弹性系数,由实验结果得出,一般在0.01到0.2之间。
(v x ,v y)为运动指针坐标。
选择加权重相关系数后计算出的最小值的块为最佳匹配块。
1.4 自适应中值滤波帧插值非运动补偿的帧插入虽然简单,但没有考虑像素点的运动信息,图像质量不能满足要求。
运动补偿帧插入在运动区域分辨性很高,且能有效地消除闪烁,但仍会造成错误的运动指针和误差[7]。
设计中采用自适应中值滤波的方法,如图1,以插补帧中需要插补的块为中点,在当前帧和前一帧相应位置的周围搜索匹配块,进行插补,能够最大程度的减小错误的运动指针所带来的误差。
如图1所示,由上述算法得到的运动指针,在假设指针场是平滑的情况下,采用中值滤波得到其平均值。
公式如下:f p (x,y,n -12)=f (x +v x 2,y +v y 2,n -1)+f (x -v x 2,y -v y2,n)2另外,由于匹配块,搜索块等受大小限制,任何算法都会在某些特殊运动,和运动非常剧烈等极端情况下产生不匹配的情况,本算法虽然在绝大部分情况下均能适用,但仍不能排除某些极端情况的产生,因此本算法采用和场间均值加权的方法得到最终像素值,使得本算法具有广泛的适用性。
公式如下:#15#f (x,y,n-12)=(1-A )f av g(x,y,n-12)+A f p (x,y,n-12)式中:fav g(x,y,n-12)=f (x,y,n -1)+f (x ,y ,n)2A 是由在搜索范围里,匹配块的匹配程度所确定的。
2 帧频提升算法的硬件实现2.1 帧频提升模块的体系结构总体结构如图2,总体分为控制单元,RA M组模块和算法模块。
其中算法模块负责块匹配的运算。
RAM 组模块和片外SDRAM 共同组成存储子系统,缓存数据并提供算法模块所需的数据。
控制单元负责数据的组织,输出控制以及控制核心算法部分的运算,实现对任意比率帧频变换的控制。
图2 模块总体结构2.1.1 以改进的DDA 算法为基础的控制策略DDA 算法[8]是以输出频率为分母,输入频率为分子组成DDA 因子c ,如从50H z 到60H z 的帧频提升,c 为50/60,此系数由系统在进行对输入格式的判定之后给出。
