一種基于FPGA的電子穩(wěn)像系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)

　　1.2 去隔行支持

　　PAL制電視信號(hào)采用隔行掃描機(jī)制，采用人眼的視覺(jué)暫留來(lái)實(shí)現(xiàn)兩場(chǎng)1/50s掃描312.5行的圖像構(gòu)成625行(一幀)圖像。而標(biāo)準(zhǔn)的VGA顯示模式采用逐行掃描方式，在一個(gè)掃描周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)圖像的完全掃描。因此需要對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行去隔行處理。視頻信號(hào)在經(jīng)過(guò)緩沖后，按照取樣時(shí)鐘把經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換的數(shù)字信號(hào)送入存儲(chǔ)器緩存，通過(guò)數(shù)據(jù)內(nèi)插的方法進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)展，即相鄰行之間按照一定的算法進(jìn)行加權(quán)，從而得到內(nèi)插行的數(shù)據(jù)，再以適當(dāng)?shù)乃俣茸x取處理后的數(shù)據(jù)，即可實(shí)現(xiàn)倍行頻/倍場(chǎng)頻的掃描。倍行頻掃描可以消除行間的閃爍現(xiàn)象，倍場(chǎng)頻掃描雖然行掃描頻率不變，但是場(chǎng)頻加倍，即能消除行間閃爍現(xiàn)象，還可以消除場(chǎng)間的大面積閃爍。去隔行問(wèn)題的實(shí)質(zhì)就是在每一場(chǎng)中填補(bǔ)被跳過(guò)的那些行，其過(guò)程如圖2所示。

　　實(shí)際上為實(shí)現(xiàn)去隔行已經(jīng)提出了很多簡(jiǎn)單的濾波器。一種選擇是用同一場(chǎng)中的垂直內(nèi)插值，這是個(gè)一維二倍上轉(zhuǎn)換的問(wèn)題。理想的垂直濾波器是一個(gè)半帶低通濾波器。然而，這個(gè)濾波器要求無(wú)限長(zhǎng)度沖擊響應(yīng)是不可實(shí)現(xiàn)的。實(shí)際應(yīng)用中使用的是短得多的濾波器。最簡(jiǎn)單的是行平均，它用丟失行的上一行和下一行的平均來(lái)估計(jì)該丟失行。在圖2中，對(duì)于第t場(chǎng)，D=(C+E)/2。由于沒(méi)有使用時(shí)域?yàn)V波，所以它沿時(shí)間頻率軸具有全通特性。為了改進(jìn)性能，另一種選擇是使用更長(zhǎng)的垂直內(nèi)插濾波器，其頻率響應(yīng)更接近理想的半帶低通濾波器。對(duì)于第t場(chǎng)的行，滿意的內(nèi)插方法是D=(A+7C+7E+G)/16。以上兩種方法都是只用了垂直內(nèi)插。一種替代方法是使用時(shí)間內(nèi)插。值得注意的是，對(duì)于一場(chǎng)中每個(gè)丟失行，在同一幀的另一場(chǎng)中有一個(gè)對(duì)應(yīng)行。一個(gè)簡(jiǎn)單的時(shí)間內(nèi)插方案是復(fù)制此對(duì)應(yīng)行，即D=K，J=C。這種方法稱為場(chǎng)合并。因?yàn)槊恳粋€(gè)去隔行幀都由合并兩場(chǎng)獲得,但是這兩場(chǎng)的時(shí)間內(nèi)插是相反的(對(duì)于某些特殊圖案可能會(huì)產(chǎn)生視覺(jué)人為失真)。由于只在時(shí)間方向上進(jìn)行了濾波，因此在垂直方向上是全通的。

　　為了改進(jìn)性能，可以使用一種對(duì)稱的濾波器，例如，對(duì)前一場(chǎng)和后一場(chǎng)中的對(duì)應(yīng)行去平均以獲得當(dāng)前場(chǎng)中丟失的行，即D=(K+R)/2。這種方法稱為場(chǎng)平均。然而這種辦法內(nèi)插任何一場(chǎng)需要涉及三個(gè)場(chǎng)，需要兩幀存儲(chǔ)器。與場(chǎng)合并的方法相比，在存儲(chǔ)器容量和延時(shí)上有不可忽視的增加。為了在時(shí)間和空間人為失真方面達(dá)到折衷，較好的方法是既用垂直內(nèi)插也用時(shí)間內(nèi)插。例如，通過(guò)對(duì)同一場(chǎng)中上一個(gè)和下一個(gè)像素以及前一場(chǎng)和后一場(chǎng)取平均進(jìn)行內(nèi)插的辦法得到一個(gè)丟失的像素。綜上所述，當(dāng)成像的景物在相鄰兩場(chǎng)之間靜止時(shí)，在奇數(shù)場(chǎng)中丟失的偶行數(shù)應(yīng)該與前一個(gè)和后一個(gè)偶場(chǎng)中對(duì)應(yīng)的偶數(shù)行完全一樣。因此時(shí)間內(nèi)插將產(chǎn)生精確的估計(jì)。另一方面，當(dāng)景物中存在運(yùn)動(dòng)時(shí)，相鄰場(chǎng)中對(duì)應(yīng)行可能不在同一個(gè)物體位置上，時(shí)間內(nèi)插將產(chǎn)生不可接受的人為失真。而同時(shí)使用空間和時(shí)間平均的方法將產(chǎn)生不太嚴(yán)重的人為失真，但在存儲(chǔ)器容量和反應(yīng)時(shí)間方面作出犧牲。

　　通過(guò)上述方案的對(duì)比及系統(tǒng)的具體要求，設(shè)計(jì)中采用了場(chǎng)合并的辦法，具體實(shí)現(xiàn)由幀存控制器完成。