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摘 要： 为了改善实时图像输出质量，研究基于SDI接口的增强显示系统软硬件设计。利用模块化思想提出一个基于SDI接口输出的硬件架构，以FPGA作为处理核心，通过2片SRAM的双缓存结构实现图像的乒乓控制，使输出图像满足SDI接口协议。在此提出了灰度拉伸、伪彩色处理以及画幅缩放3种实时图像增强算法。通过实验测试，系统工作稳定、实时性好，加入增强算法后图像对比度增强，极大增强了人眼的视觉效果。
关 键 词： SDI； 模块化； 图像增强算法； 伪彩； 画幅缩放
1004?373X（2013）10?0098?04
0 引 言
SDI接口（Serial Digital Interface）是直接通过采用数字化的方法对视频信号进行控制、处理和传输，将数字视频或者音频信号按有效行场方式通过单芯同轴电缆传输，而后将数字信号直接接入后续的处理系统，避免传统的模拟信号因A/D和D/A转换带来的图像细节和质量损失，也使得设备间的交互变得更加简单方便。SDI接口传输速率高、适应性强、即插即用、对环境要求不高以及应用范围广等特点，目前SDI已经作为国内很多战略靶场军工图像设备的一种协议标准。
目前在民用方面，SDI接口作为一种标准视频传输接口已被世界上多数视频设备厂商接受并采纳，涉足数字摄像领域、电视电影及专业的演播室等领域。世界知名的索尼、松下等公司生产的视频设备均支持SDI接口协议。
参考 文 献
王明臣，姜秀华，张永辉.数字电视与高清晰度电视[M].北京：中国广播电视出版社，2002.
Anon. Serial digital interface [EB/OL]. [2008?09?22]. http：//www.en.wikipedia.org/wiki.
[3] Xilinx， Inc. Virtex?II Platform FPGAs datasheet [R]. USA： Xilinx， Inc.，
[4] 祈超.SDI视频接口转换与采集系统的设计与实现[D].长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，2010.
[5] 徐正先.浅谈SDI信号及其测试[J].视听界：广播电视技术，2013（1）：32?34.
[6] 董素玲，王真.HDMI到HD?SDI接口转换在高清视频系统中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报，2011，11（2）：39?41.
关 键 词： SDI； 模块化； 图像增强算法； 伪彩； 画幅缩放
1004?373X（2013）10?0098?04
0 引 言
SDI接口（Serial Digital Interface）是直接通过采用数字化的方法对视频信号进行控制、处理和传输，将数字视频或者音频信号按有效行场方式通过单芯同轴电缆传输，而后将数字信号直接接入后续的处理系统，避免传统的模拟信号因A/D和D/A转换带来的图像细节和质量损失，也使得设备间的交互变得更加简单方便。SDI接口传输速率高、适应性强、即插即用、对环境要求不高以及应用范围广等特点，目前SDI已经作为国内很多战略靶场军工图像设备的一种协议标准。
目前在民用方面，SDI接口作为一种标准视频传输接口已被世界上多数视频设备厂商接受并采纳，涉足数字摄像领域、电视电影及专业的演播室等领域。世界知名的索尼、松下等公司生产的视频设备均支持SDI接口协议。
1 系统硬件结构
系统结构如图1所示，主要由Camera Link接口、千兆网接口、大容量SRAM存储器、FPGA芯片、SDI接口芯片以及SDI接口监视器等构成。这里FPGA是整个系统的核心逻辑，采用XILINX公司的V2系列XC2V4000FFG1152芯片[3]，该芯片有1 152个IO引脚，4 MB的系统门单元，120个乘法器，12个数字时钟管理器，824个用户可定义IO，120×18 b的块RAM。丰富的硬件资源给输入图像的显示和增强处理提供了可靠保证。该系统的基本工作过程首先接收Camera Link接口或千兆网接口的图像数据，经过专用接口转换芯片将数据转换成TTL或者CMOS格式，传送给FPGA，在FPGA内部经过实时图像处理、协议转换，输出符合SDI接口芯片的数据，经过接口芯片的并串转换，实时输出SDI标清图像数据。2 图像增强算法
2.1 灰度拉伸算法
根据上面的公式可看出，在进行拉伸变换时，需要用到基本的乘除法运算，这在Xilinx公司FPGA内部实现起来较困难，最为常用的做法是调用FPGA内部的乘除法IP核，这样可以极大提高FPGA的工作效率。根据上面的公式，若想实现算法，还需要知道当前帧图像数据的灰度最小值和最大值。FPGA工作是以时钟为基础的，具有实时性，如果想获得当前帧的灰度最值，需要对图像数据进行缓存处理，然后二次提取最值。在程序实现上，为了简便起见，在此利用前一帧数据的灰度最大值和最小值来代替当前帧的最大值最小值。这样对当前帧遍历求取最值，然后应用到下一帧图像中去，这里认为前后帧相关性比较大，不会对算法造成很大影响。2.2 伪彩处理
经黑白相机输入的图像数据经过协议转换处理后得到的是SDI接口视频YCbCr格式中亮度Y分量，这时将CbCr在程序里填充80h，就构成YcbCr信号，而后用于输出显示，为了增强显示效果，颜色更加能丰富人眼的视觉效果，下面给出一个算法将灰度转换为伪彩色。3 实验结果及分析
将硬件系统和相机连接，该相机基本参数是320×256分辨率，14 b像素深度，帧频25/50可调。通过PC机的RS 232串口连接转一个转换设备，使之满足RS 422差分协议，以便发送命令给硬件系统和返回硬件系统状态。4 结 语
本文设计了一种基于SDI接口输出的图像显示系统，在FPGA里面封装了灰度拉伸、伪彩色处理以及画幅拉伸增强算法函数，几种算法可以单独调用，也可以串行一块工作。实验结果表明，该系统可以很稳定地将Camera Link接口或者千兆网口输入图像经协议转换为标清SDI输出，并可以把灰度很低的图像进行对比度增强，极大增强了人眼的视觉效果，由于SDI转换协议以及各个增强算法都在FPGA内部实现，完全可以达到资源优化利用和实时性要求。参考 文 献
王明臣，姜秀华，张永辉.数字电视与高清晰度电视[M].北京：中国广播电视出版社，2002.
Anon. Serial digital interface [EB/OL]. [2008?09?22]. http：//www.en.wikipedia.org/wiki.
[3] Xilinx， Inc. Virtex?II Platform FPGAs datasheet [R]. USA： Xilinx， Inc.，
摘自：本科毕业论文www.udooo.com
2003.[4] 祈超.SDI视频接口转换与采集系统的设计与实现[D].长春：中国科学院长春光学精密机械与物理研究所，2010.
[5] 徐正先.浅谈SDI信号及其测试[J].视听界：广播电视技术，2013（1）：32?34.
[6] 董素玲，王真.HDMI到HD?SDI接口转换在高清视频系统中的应用[J].徐州建筑职业技术学院学报，2011，11（2）：39?41.