一种视频格式与画质处理的FPGA系统及方法技术方案

一种视频格式与画质处理的FPGA系统及方法，对视频图像信号进行格式转换；将转换后的视频流信号进行画质提升；将画质提升后的视频流输入到SD卡，或者将画质提升后的视频流进行转换成符合HDMI的视频显示标准的视频流后输出。本发明专利技术有针对性地对中波及短波的红外视频信号进行画质处理，既实现了红外图像显示画质提升，又保证了不同波段的红外探测器视频的实时处理，并且能根据中波及短波视频信号的特点，实现输出不同格式的显示信号对处理后的中波及短波红外视频图像进行显示。相比于现有技术，本发明专利技术具备更好的实时性，能支持多波段的输入处理及不同格式输出显示。输入处理及不同格式输出显示。

【技术实现步骤摘要】
一种视频格式与画质处理的FPGA系统及方法


[0001]本专利技术属于红外探测器视频格式与图像处理
，具体涉及一种视频格式与画质处理的FPGA系统及方法。

技术介绍

[0002]红外线辐射在自然界中无处不在，任何温度高于绝对零度的物体都不断地发射红外线。红外焦平面探测器对特定波段的红外辐射非常敏感，因此可以利用红外焦平面探测器进行成像。与可见光成像相比，红外成像技术具有探测距离长、穿透能力强、能在夜间和恶劣环境下工作等独特优势。因此，红外成像技术在工业、安防、医药等领域得到了广泛的应用。
[0003]然而，由于受到半导体材料和制造工艺的限制，红外焦平面探测器成像具有分辨率低、对比度低、细节少、噪声高、视频格式不定等特点，因此，在红外探测器成像系统中，实现不同波段红外探测器的视频格式转换及画质提升尤为重要。

技术实现思路

[0004]为克服探测器视频成像缺陷，本专利技术的目的是提供一种视频格式与画质处理的FPGA系统及方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
[0006]一种视频格式与画质处理的FPGA系统，包括输入模块、画质提升模块以及输出处理模块；
[0007]其中，输入模块，用于对接收到的红外探测器的视频图像信号进行格式转换，并将转换后的视频流信号输入到画质提升模块中；
[0008]画质提升模块，用于对接收到的视频图像进行画质提升后的视频流输出到输出处理模块；
[0009]输出处理模块，用于将接收到的视频流输入到SD卡，或者将接收到的视频流进行转换成符合HDMI的视频显示标准的视频流后输出到显示器。
[0010]进一步的，输入处理模块包括异步FIFO子模块、轮询读取子模块及行场生成子模块；
[0011]异步FIFO子模块，用于接收红外探测器的160M时钟下的四路并行视频流，并将160M时钟下的四路并行视频数据流转为40M时钟下的一路串行红外视频数据流，再将40M时钟下的一路串行红外视频数据流传输到画质提升模块；
[0012]轮询读取子模块，用于接收红外探测器的160M时钟下的四路并行视频流，并将160M时钟下的四路并行视频数据采用轮询信号通过轮询的方式实现四路并行到一路串行的视频数据转换，并将转换后的一路串行的视频数据传输到画质提升模块；
[0013]行场生成子模块，用于将接收到的160M时钟下输入视频的行同步信号和场同步信号进行跨时钟域处理，然后通过行信号、场信号的上升沿计数生成40M时钟的新行场，并将
新的行场输入到画质提升模块。
[0014]进一步的，将外部探测器输入的160M时钟下行同步信号和场同步信号进行跨时钟域处理，然后通过行同步信号和场同步信号的上升沿计数生成40M时钟的新行场。
[0015]进一步的，轮询信号是一个位宽为2的计数器，当计数器值为0的时，读取第一路并行视频流，当计数器值为1读取第二路并行视频流，当计数器值为2时，读取第三路并行视频流，当计数器值为3时，读取第四路并行视频流。
[0016]进一步的，画质提升模块包括非均匀性校正子模块、坏元替换子模块、中值滤波子模块、反锐化掩膜子模块、动态范围转换子模块、Sobel边缘增强子模块以及Gamma校正子模块；
[0017]其中，非均匀性校正子模块，用于对40M时钟下的一路串行红外视频数据流中的10帧数据采用MATLAB计算，得到校正参数，对于对40M时钟下的一路串行红外视频数据流中的10帧以后的数据进行校正，得到校正后的视频图像数据并输入到坏元替换子模块中；
[0018]坏元替换子模块，用于将接收到的校正后的视频图像数据利用FIFO缓存每两行，实现窗口运算，并将窗口运算的结果通过6级比较电路输出3*3窗口的中值；然后对窗口的中值进行检测，若窗口中心点的值与窗口中其余点的均值之差大于第一阈值，则将窗口中心点的值替换为窗口的中值，并将窗口的中值输出到反锐化掩膜模块中；若窗口中心点的值与窗口中其余点的均值之差小于等于第一阈值，则将窗口的中值的输出到反锐化掩膜模块中；
[0019]反锐化掩膜子模块，用于将窗口的中值缓存四行，实现5*5的窗口运算，然后通过累加器计算，得到窗口卷积总和，再根据窗口卷积总和利用除法器，得到高斯滤波结果，通过窗口的中值减去高斯滤波结果，得到高频图像，将高频图像乘以系数，得到反锐化掩膜运算后的视频数据值，并将反锐化掩膜运算后的视频数据值输入到动态范围转化子模块中；
[0020]动态范围转化子模块，用于对反锐化掩膜运算后的视频数据值的像素点出现次数进行统计，并将统计结果存在四个BRAM中，然后在行场消隐期内分别对这四个BRAM进行遍历，找到第二阈值下的视频数据值中像素最大值和视频数据值中像素最小值，根据视频数据值中像素最大值与视频数据值中像素最小值，得到8位输出值，并将8位输出值输入到CLAHE子模块中；
[0021]CLAHE子模块，用于将8位输出值采用CLAHE算法进行运算，得到图像的亮度值，并将图像的亮度值输入到边缘增强子模块；
[0022]边缘增强子模块，用于对图像的亮度值进行Sobel算子处理，得到边缘增强后的亮度值，并将边缘增强后的亮度值输入到Gamma校正子模块中；
[0023]Gamma校正子模块，用于对边缘增强后的亮度值进行调节，调节到满足需求，并将调节后的亮度值输送到输出处理模块。
[0024]一种视频格式与画质处理的方法，包括以下步骤：
[0025]对视频图像信号进行格式转换；
[0026]将转换后的视频流信号进行画质提升；
[0027]将画质提升后的视频流输入到SD卡，或者将画质提升后的视频流进行转换成符合HDMI的视频显示标准的视频流后输出。
[0028]进一步的，对视频图像信号进行格式转换，包括以下步骤：
[0029]将160M时钟下的四路并行视频数据流转为40M时钟下的一路串行红外视频数据流；
[0030]将160M时钟下的四路并行视频数据采用轮询信号通过轮询的方式实现四路并行到一路串行的视频数据转换；
[0031]将160M时钟下输入视频的行同步信号和场同步信号进行跨时钟域处理，然后通过行信号、场信号的上升沿计数生成40M时钟的新行场。
[0032]进一步的，将转换后的视频流信号进行画质提升，包括以下步骤：
[0033]对40M时钟下的一路串行红外视频数据流中的10帧数据采用MATLAB计算，得到校正参数，对于对40M时钟下的一路串行红外视频数据流中的10帧以后的数据进行校正，得到校正后的视频图像数据；
[0034]将校正后的视频图像数据利用FIFO缓存每两行，实现窗口运算，并将窗口运算的结果通过6级比较电路输出3*3窗口的中值；然后对窗口的中值进行检测，若窗口中心点的值与窗口中其余点的均值之差大于第一阈值，则将窗口中心点的值替换为窗口的中值；
[0035]将窗口的中值缓存四行，实现5*5的窗口运算，然后通过累加器计算，得到窗口卷积总和本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种视频格式与画质处理的FPGA系统，其特征在于，包括输入模块、画质提升模块以及输出处理模块；其中，输入模块，用于对接收到的红外探测器的视频图像信号进行格式转换，并将转换后的视频流信号输入到画质提升模块中；画质提升模块，用于对接收到的视频图像进行画质提升后的视频流输出到输出处理模块；输出处理模块，用于将接收到的视频流输入到SD卡，或者将接收到的视频流进行转换成符合HDMI的视频显示标准的视频流后输出到显示器。2.根据权利要求1所述的视频格式与画质处理的FPGA系统，其特征在于，输入处理模块包括异步FIFO子模块、轮询读取子模块及行场生成子模块；异步FIFO子模块，用于接收红外探测器的160M时钟下的四路并行视频流，并将160M时钟下的四路并行视频数据流转为40M时钟下的一路串行红外视频数据流，再将40M时钟下的一路串行红外视频数据流传输到画质提升模块；轮询读取子模块，用于接收红外探测器的160M时钟下的四路并行视频流，并将160M时钟下的四路并行视频数据采用轮询信号通过轮询的方式实现四路并行到一路串行的视频数据转换，并将转换后的一路串行的视频数据传输到画质提升模块；行场生成子模块，用于将接收到的160M时钟下输入视频的行同步信号和场同步信号进行跨时钟域处理，然后通过行信号、场信号的上升沿计数生成40M时钟的新行场，并将新的行场输入到画质提升模块。3.根据权利要求2所述的视频格式与画质处理的FPGA系统，其特征在于，将外部探测器输入的160M时钟下行同步信号和场同步信号进行跨时钟域处理，然后通过行同步信号和场同步信号的上升沿计数生成40M时钟的新行场。4.根据权利要求2所述的视频格式与画质处理的FPGA系统，其特征在于，轮询信号是一个位宽为2的计数器，当计数器值为0的时，读取第一路并行视频流，当计数器值为1读取第二路并行视频流，当计数器值为2时，读取第三路并行视频流，当计数器值为3时，读取第四路并行视频流。5.根据权利要求1所述的视频格式与画质处理的FPGA系统，其特征在于，画质提升模块包括非均匀性校正子模块、坏元替换子模块、中值滤波子模块、反锐化掩膜子模块、动态范围转换子模块、Sobel边缘增强子模块以及Gamma校正子模块；其中，非均匀性校正子模块，用于对40M时钟下的一路串行红外视频数据流中的10帧数据采用MATLAB计算，得到校正参数，对于对40M时钟下的一路串行红外视频数据流中的10帧以后的数据进行校正，得到校正后的视频图像数据并输入到坏元替换子模块中；坏元替换子模块，用于将接收到的校正后的视频图像数据利用FIFO缓存每两行，实现窗口运算，并将窗口运算的结果通过6级比较电路输出3*3窗口的中值；然后对窗口的中值进行检测，若窗口中心点的值与窗口中其余点的均值之差大于第一阈值，则将窗口中心点的值替换为窗口的中值，并将窗口的中值输出到反锐化掩膜模块中；若窗口中心点的值与窗口中其余点的均值之差小于等于第一阈值，则将窗口的中值的输出到反锐化掩膜模块中；反锐化掩膜子模块，用于将窗口的中值缓存四行，实现5*5的窗口运算，然后通过累加
器计算，得到窗口卷积总和，再根据窗口卷积总和利用除法器，得到高斯滤波结果，通过窗口的中值减去高斯滤波结果，得到高频图像，将高频图像乘以系数，得到反锐化掩膜运算后的视频数据值，并将反锐化掩膜运算后的视频数据值输入到动态范围转化子模块中；动态范围转化子模块，用于对反锐化掩...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘龙军，雷瑞棋，刘万成，杨依宁，李宇海，李岚坤，郑南宁，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十三研究所，
类型：发明
国别省市：