例说FPGA连载70：AV视频采集之去隔行处理实现

rousong1989

例说FPGA连载70：AV视频采集之去隔行处理实现

特权同学，版权所有

配套例程和更多资料下载链接：

http://pan.baidu.com/s/1c0nf6Qc

该模块的功能框图如图12.37所示。由dbcheck_ctrl.v模块产生的视频流在该模块内先是通过fifo缓存，同时进行时钟域变化，输出持续的1280字节的一行数据；接着进入移位寄存器缓存一行的视频流；最后通过插值算法产生插值行的数据；最终，原始行和插值行一共输出的完整视频流将送到后续模块继续处理。

图12.37 去隔行插值模块功能框图

关于这里的“去隔行处理”，可能有些人还是“云里雾里”，不知道为什么需要“去隔行”。没关系，我们先来普及一下基本概念。

首先来阐明两个基本概念：隔行扫描和逐行扫描。

隔行扫描指显示屏在显示一幅图像时，先扫描奇数行，全部完成奇数行扫描后再扫描偶数行，因此每幅图像需扫描两次才能完成，造成图像显示画面闪烁较大。隔行扫描就是每一帧被分割为两场，每一场包含了一帧中所有的奇数扫描行或者偶数扫描行，通常是先扫描奇数行得到第一场，然后扫描偶数行得到第二场。我们前面给出的ITU656视频格式里面包含的奇场和偶场视频流，其示意如图12.38所示。

图12.38 ITU656奇偶行格式

每一帧图像由电子束顺序地一行接着一行连续扫描而成，这种扫描方式称为逐行扫描。

隔行扫描最大的问题是容易出现行间闪烁、并行现象或垂直边缘锯齿效应，影响人眼观看的视觉效果。在开发过程中，笔者也遇到了一些采集的PAL隔行扫描还原时的问题。在摄像头采集的图像静止不动的时候，可以说画面蛮清晰漂亮的，但是画面中的物品如果频繁的运动，如手在镜头前晃动，其轨迹就会有明显的边缘锯齿感，静止时如图12.39右侧很正常的清晰，而一旦运动时就如图12.39左侧的锯齿效果。

图12.39 去隔行前后比对

要解决这个问题，其实也不难，问题就是出在隔行扫描的帧频率太慢，奇场和偶场加起来每秒才25Hz，而且奇场偶场的数据是在分别不同的时间进行采集的。因此，当物体运动时在视觉效果上看起来就会有锯齿感。

那么，解决的办法有一个：去隔行处理。所谓去隔行，就是用单独的一个奇场还原奇场偶场都有的完整图像，单独的一个偶场也还原奇场偶场都有的完整图像，这样在每秒看到的就是50Hz的图像，从人眼视觉敏感度上来说，就根本很难感觉到锯齿感了。说得难听点，去隔行就是想办法欺骗人的眼睛。

在xilinx的 《xapp294_04.pdf》中提到的4:2:2到4:4:4转换的算法有三种：其一如Equation1所示，简单用最近的两个数据的算术平均来重构图像；其二和其三分别如Equation2和Equation3所示，称之为并行FIR滤波方法。

公式2、3涉及FIR滤波，显然实现起来需要付出比较大的资源和面积（换句话说，也就是money），但是效果肯定更佳。而公式1相对简单实现，我们对最后的图像还原效果要求也不算太高，选择了公式1来实现。而最终实现的效果也还是可以，足够欺骗群众的眼睛了。

该模块中，插值行运算有以下代码实现。

    //插值行数据输出

always @(posedge clk or negedge rst_n)

    if(!rst_n) sfdoutbr <= 8'd0;

    else if(kf_db[0] || sfout_db[0])

    sfdoutbr <={1'b0,kf_db[7:1]}+{1'b0,sfout_db[7:1]}+1'b1;    //末尾进位

    else sfdoutbr <={1'b0,kf_db[7:1]}+{1'b0,sfout_db[7:1]};    //末尾无进位

assign sfdoutb = sfdoutbr;

这里的运算实际上直接将插值行上、下行对应位置的数据求和取平均值（通过右移一位实现）了。