| dc.description.abstract | Video skalering er en prosess brukt for å endre oppløsningen på en video. Dette er mye brukt i profesjonelle kringkastningssystem som skal støtte mange forskjellige typer brukerutstyr med ulik oppløsning. Siden profesjonelt kringkastningsutstyr krever å kunne operere med en kontinuerlig driftstid uten feil på systemet, er en maskinvare-basert løsning å foretrekke over en programvare-basert, da denne ofte har en høyere ytelse og bedre stabilitet. Denne masteroppgaven fokuserer på å designe og implementere en maskinvare-basert video skaleringskrets, og verifisere denne. Designmålet er å kunne kjøre kretsen på så høy frekvens med så lav forsinkelse som mulig, mens samtidig å kunne ha et lavt ressursbruk.
I denne masteroppgaven har en skalererkrets som støtter nærmeste-nabo og bi-lineær interpolasjon blitt designet og implementert. Resultatene fra syntesetestingen viste at skaleringskretsen oppfylte spesifikasjonene som var satt. Den opererte med en maksimumsfrekvens på over 300 MHz for begge interpolasjonsalgoritmene, mens den kun brukte 1% av ressursene som var tilgjengelig på en Intel Arria 10 FPGA. Med et 4-linjers bufferminne er forsinkelsen gjennom kretsen fire piksellinjer.
Den objektive bildekvalitetstesten ga et lavere resultat for den maskinvare-baserte skalereren sammenlignet med referansealgoritmene. Derimot kunne man fra de subjektive testene ikke se noen tydelig forskjell på resultatene sammenlignet med referansen. Dette hinter til en mulighet for at de dårlige objektive resultatene kom fra at pikslene ble flyttet på i posisjon, og ikke at pikslene i seg selv hadde feil fargeverdi.
UVVM ble brukt til å verifisere under-modulene i designet, og en Avalon-ST VIP ble implementert for dette formålet. Dessverre på grunn av tidsmangel, ble ikke toppnivået av designet fullført, noe som gjorde at man ikke kunne bruke UVVM til å verifisere skaleringsalgoritmene.
Ut ifra resultatene kunne man konkludere med at hadde toppnivået på skaleringskretsen blitt fullført, så kunne dette designet ha skalert video med opp til 4k oppløsning og 30Hz bildefrekvens. | |
| dc.description.abstract | Video scaling is a process used to change the resolution of a video. This is widely used in broadcast systems to be able to support multiple devices using different resolution. Since broadcast systems relies on a continuous non-faulty operation, a hardware-based implementation is preferred over a software-based one, as this often has better performance and stability. The focus on this thesis is to implement a hardware-based video scaler, with a focus on resource usage, latency and maximum frequency, and to verify the implemented design using best practice methods.
A scaler with support for nearest-neighbor and bilinear interpolation was implemented in this thesis. The results from the synthesis test shows that the design meets its performance requirements. Both interpolation methods were able to operate at a maximum frequency above 300 MHz, while only using 1% of the resources of an Intel Arria 10 FPGA, and with a 4-line framebuffer the latency is four lines of pixels.
The objective image quality test shows lower performance of the implemented scaler algorithms compared to the reference algorithms, however the subjective test shows little or no difference, raising the suspicion that the lower objective results are a result of shifting in pixel positions, not incorrect pixel color values.
UVVM was used to verify the sub-modules of the design, and an Avalon-ST VIP was implemented for this purpose. Unfortunately, due to time limitations, the top level of the design were not completed, preventing the use of the Avalon-ST VIP for verification of the scaler algorithms.
With completion of the top level of the design, this video scaler would be able to handle scaling of video up to a resolution of 4k with a 30Hz framerate. | |
