基于FPGA的视频图像分割技术—系统设计.doc

毕业论文：基于fpga的视频图像分割技术—系统设计摘要随着多媒体技术的发展,视频图像得到了广泛应用.而视频分割技术更是为视频理解、视频编码等领域广泛应用.所谓视频分割就是把视频中重要的或人们感兴趣的物体或对象(videoobject,vo)与背景分割开来,或者说就是要划出分别具有一致属性的一个个区域,同时区分背景区域和前景区域.早期的多画面分割器设计使用了很多的模拟器件，这时的电路开发周期长，产品的调试，修改升级比较困难，成本较高。在这里采用fpga芯片,完成图像的处理和硬件电路各个部分工作的协调，从而提高系统的集成度和性能。本论文首先根据视频信号的处理过程和典型视频图像处理系统的构成提出了基于fpga的视频图像处理系统总体框图，主要由视频信号输入模块,视频信号处理模块和视频信号输出模块3个部分组成。然后分别具体介绍每个模块的结构功能：视频输入模块采用视频解码芯片ad9983a将采集的多路模拟视频信号转换成8位rgb数字信号送到fpga,实现高分辨率视频图像的采集;视频处理模块主要由lattice公司的ecp2m系列lfe2m20se芯片完成,根据需要对输入的数字视频信号进行处理，完成视频信号的分割与合成;视频输出模块将fpga处理后的信号经过ch7301视频编码芯片驱动输出到显示器。图像分割算法繁多，运动图像的分割可先分解为一帧帧图像，然后利用时-空图像的灰度和梯度信息进行分割。本文利用mailab，实现了简单背景下一帧图像的分割。关键词：现场可编程逻辑门阵列；视频信号；图像分割与合成abstractanddrivetheoutputtoamonitor.目录摘要2abstract3引言5第一章视频图像处理的整体设计71视频信号概述72视频图像分割处理系统设计12第二章具体电路设计分析131视频源132视频输入模块162.2.1模数转换器ad9983162.2.2存取视频数据203视频处理模块262.3.1主控fpga262.3.2flash302.3.3clk时钟电路342.4输出模块352.4.1ch7301352.4.2dvi425电源模块432.5.1芯片54386432.5.2spx2930442.5.3ld1117降压器446整个电路原理图46第三章视频分割原理481采集视频信号483.2阈值分割算法483.2.1图像二值化483.2.2双峰法493.2.3最大方差自动取阈值（自适应二值化)493.3边缘检测514运动图像分割523.4.1差分法533.4.2基于块的运动分析54结语57参考文献58致谢59附录60英语文献翻译62引言随着生活水平的提高，大量多媒体设备进入人们的日常生活。如何方便快捷、成本低廉地从视频中提取感兴趣的画面，是许多人经常面对的问题。。像素越小，单位面积上的像素数目就越多，由其构成的图像就越清晰。电视系统中把构成一幅图像的各像素传送一遍称为进行了一个帧处理，或称为传送了一帧。将组成一帧图像的像素，按顺序转换成电信号的过程称为扫描。在pal制中，图像扫描是隔行的，即一帧图像分两次扫描，扫描到的两幅图像分别称作奇数场和偶数场。视频图像信号的处理过程就是拍摄视频信号的逆过程。摄像头输出的是标准pal制电视信号。摄像头通过光电转换实现图像到视频信号的转换，也就是扫描的过程。摄像头每扫描一行图像，加入一个行脉冲，每扫描完一场图像加入一个场同步信号。同时为了保证扫描逆程光栅不显示，应加入和同步信号同周期的消隐信号。对视频信号进行处理，需要先进行a/d转换、行/场同步信号的分离等步骤。采用专用的视频信号进行转换，然后再启用工具处理数字图像信号并得到需要的结果。最后将结果用适当的方式进行传输。视频信号处理流程如下图1．2所示。图1.2视频信号处理基本流程pal制电视信号转化为数字视频信号后，控制信号有三个：场参考电压信号vref，行参考电压信号href，奇偶场信号odd。vref高电平表示有效图像信号。odd信号高电平表示为奇数场，低电平表示偶数场。href信号表示一行有效的图像数据，一行图像数据包括720个像素。1．2视频图像分割处理系统设计系统结构如图1.3所示，从系统结构图可以看出，系统主要包括视频信号输入模块，视频信号处理模块和视频信号输出模块等3个部分组成。各个模块主要功能为：视频输入模块将采集的多路视频信号转换成数字信号送到fpga；视频处理模块主要由fpga完成，根据需要对输入的数字视频信号进行处理；视频输出模块将fpga处理后的信号输出到显示器。实际电路板如下图所示：第二章具体电路设计分析1视频源本电路由两个vga接口输入模拟视频信号，vga接口是一种d型接口，上面共有15针空，分成三排，每排五个。vga接口是显卡上应用最为广泛的接口类型，多数的显卡都带有此种接口。接口实物图及引脚定义如