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基于FPGA的数字高清视频键控系统的研究与设计
摘要
数字高清视频键控技术在电视制作、电影制作等领域发挥着重要作用，其中FPGA作为硬件实现平台吸引了越来越多的关注。本文以数字高清视频键控技术为基础，研究并设计了一套基于FPGA的数字高清视频键控系统，通过分析系统的软硬件构架、关键技术和实现流程等方面，试图为基于FPGA的视频处理技术的发展提供一些参考和借鉴。
关键词：FPGA；数字高清视频；键控技术；硬件实现；设计
ABSTRACT
Digitalhigh-definitionvideokeyingtechnologyplaysanimportantroleinTVproduction,filmproductionandotherfields,andFPGA,asahardwareimplementationplatform,hasattractedmoreandmoreattention.Basedondigitalhigh-definitionvideokeyingtechnology,thispaperstudiesanddesignsasetofFPGA-baseddigitalhigh-definitionvideokeyingsystem.Throughtheanalysisofthesystem'ssoftwareandhardwarearchitecture,keytechnologiesandimplementationprocess,thispaperattemptstoprovidesomereferenceandreferenceforthedevelopmentofFPGA-basedvideoprocessingtechnology.
Keywords:FPGA;digitalhigh-definitionvideo;keyingtechnology;hardwareimplementation;design
1.引言
随着数字技术迅速发展，数字高清视频逐渐成为电视制作、电影制作等领域的主流，其中数字高清视频键控技术在视频合成、背景替换、特效制作等方面发挥着重要作用。随着FPGA的发展，其硬件实现平台的高效性和灵活性已经得到广泛认可，越来越多的数字高清视频键控技术也开始采用FPGA作为其硬件实现平台。因此，研究基于FPGA的数字高清视频键控系统已经成为一个热门方向。
2.基于FPGA的数字高清视频键控系统的软硬件构架
2.1系统的硬件构架
数字高清视频键控系统的硬件构架主要包括视频输入模块、键控模块和视频输出模块三个部分。其中，视频输入模块主要是用来采集330Mbps，8位/10位的数字高清视频信号，以及HDMI/DVI等接口的模拟信号，从而完成视频信号的数字化处理。
键控模块主要包括两个方面的内容：背景提取和前景合成。背景提取模块主要用来提取视频信号中的背景信息，而前景合成模块则将所要合成的前景信息与已提取的背景信息进行合成，从而达到所希望达到的效果。
视频输出模块主要用来输出生成的新视频信号，同时还可以用来进行调试输出。
2.2系统的软件构架
数字高清视频键控系统的软件构架采用B/S模式，其中B端采用FPGA作为实现平台，而S端则采用PC机来实现。具体来说，S端主要包括用户输入界面、控制程序、视频处理程序以及图像处理算法库等部分。
用户输入界面采用QT框架进行实现，从而实现友好直观的用户接口。控制程序主要用来编写视频处理算法，从而实现所希望达到的效果。视频处理程序主要负责视频信号的输入和输出，以及画面处理、色彩校准等功能的完成。图像处理算法库主要包括矩阵运算、图像变换、DCT/IDCT等算法。
3.系统的实现流程
数字高清视频键控系统的实现流程主要包括信号输入、信号处理、键控处理以及信号输出四个阶段。
首先，在信号输入阶段，数字高清视频键控系统需要将输入的无剪辑的原始视频信号进行压缩编码并进行内存存储。接着，在信号处理阶段，需要对存储的视频信号进行图像处理和色彩校准等操作，并将处理后的信号存储到系统的内存设备中。
在信号处理完成后，数字高清视频键控系统需要开始进行键控处理。在键控处理阶段，需要采用背景提取和前景合成两个模块来完成。其中，背景提取模块主要用来提取背景信息，而前景合成模块则用来生成所希望的效果。此外，在键控处理阶段还需要进行图层叠加等处理，以达到所希望达到的效果。
最后，在信号输出阶段，数字高清视频键控系统需要将处理后的信号进行压缩编码，并实现数字信号的输出。同时，在输出完成后还需要进行一系列的后续处理（如信号上传、数据处理等），以达到系统整体优化的效果。
4.系统的关键技术
数字高清视频键控系统作为一个复杂的系统，需要应用多种关键技术来实现。下面列举一些数字高清视频键控系统的关键