基于FPGA的多制式视频转换系统 - FPGA/ASIC技术 -
分析了视频转换中的关键技术，即，视频扫描转换和视频图像处理的基本原理，并给出了一种实际的实现方案，构建了以FPGA为控制核心的视频转换硬件系统。利用FPGA对整个系统进行编程配置，灵活地对系统进行控制，实现从非标准视频制式到标准视频制式以及标准制式之间的相互转换。
关键词：视频转换，前向通道，后向通道，内插，FPGA
1 引 言
多媒体电视系统作为多媒体技术的重要分支，尤其是多媒体电视节目制作的技术设备，已经发展到相当高的水平。在满足实时输入、输出的条件下，视频数据流压缩比的降低，使图像的技术质量得以提高。目前，在军事、工业和医学领域还存在着大量的非标准的视频系统，而高清晰度的图像质量在这些领域又是必不可少的。因此，标准视频信号转换和处理系统应运而生。现存较多的是以单片机为控制核心的标准视频制式TV－VGA之间的视频转换系统。由于单片机处理时有特有的指令周期，且外围I／O引脚较少、不能灵活配置〔4〕，这类系统转换速度较慢，功能比较单一，图像质量不太高。而现场可编程逻辑器件FPGA正好能弥补单片机的这些缺憾，实现多种制式视频信号之间的实时、高质量的视频图像转换。
2 视频转换原理
众所周知，标准VGA显示模式采用的是逐行扫描方式，在一个帧扫描周期内实现对图像的完全扫描。而标准的电视视频信号（PAL，NTSC，SECAN）采用隔行扫描机制，依次对奇数场和偶数场的奇数行和偶数行进行扫描，利用人眼的视觉暂留来实现两场1／50s扫描312．5行的图像构成625行（一帧）图像。另一方面，由于不同的视频制式的场频和行频存在很大的差异，要实现不同视频系统之间的图像信号的存储、处理和显示，就必须采用不同的处理方法。标准视频转换系统的基本原理就是非标准的视频信号经模数转换成数字信号后，通过行存储器和场存储器的缓存，完成采样图像的场频调整、信号加权直至数字信号处理，实现视频信号的转换和图像的数字化处理。
2．1 视频扫描转换的原理
视频扫描变换是建立在数字信号处理技术基础上的。不同制式的视频信号通过扫描变换来获取所需的行场图像信号。视频信号在经过缓冲、嵌位后，按照取样时钟把经过模数转换的数字信号送入存储器缓存。通过数据的内插方法进行数据扩展，即，相邻行之间的数据按照一定的算法加权，得到内插行的数据，或者相邻场／帧数据经过加权实现内插帧的数据。再以适当的速率读取处理后的数据，就可以实现倍行频／倍场频的扫描。倍行频扫描可以消除行间的闪烁现象，倍场频扫描虽然行扫描频率不变，但是场频加倍，既能消除行间的闪烁现象，还可以消除场间的大面积闪烁。同样，可以通过对扫描数据的重排来完成逐行扫描到隔行扫描的实现（两者的扫描行频都加倍，只是数据的读取顺序不变）。图1为扫描变换的原理图。
