实时超高清FRC中片上存储模块的设计与实现

发布时间：2017-08-16 00:06

  本文关键词：实时超高清FRC中片上存储模块的设计与实现

  更多相关文章： 超高清 帧率变换 片上存储 地址映射 握手协议 流水线

【摘要】：近年来，人们对高品质视觉享受的主观需求和半导体技术快速发展的客观条件共同促进了超高清电视产业的蓬勃发展。然而，由于当前传输系统带宽的限制，超高清电视节目只能以较低的帧率传输。与此同时，大屏幕显示设备的刷新率又有较大的提升，视频帧率低于屏幕刷新率，这一失配直接导致图像出现拖影、停顿、模糊等现象，显示效果不佳。视频帧率变换技术作为重要的视频后处理手段，可以有效的提升显示视频的帧率，在高刷新率的显示屏上提高图像的主观质量。本文详细设计和实现了超高清帧率变换系统中的核心子模块——片上存储模块。 在超高清帧率变换系统中，如何有效的降低片外视频数据访问量是一个核心问题。在本文实现的系统中，通过采用片上存储模块来减小片外数据访问量，满足超高清视频的数据需求。本文首先从视频数据吞吐量和时钟周期等方面的需求出发，将各种访问请求中的单元块划分为若干序列，设计了相应的优化RAM排布方式，并设计了视频源、外存设备和片上存储三者间的数据映射关系，进而在设计带宽约束下，提出了片上存储模块的整体设计方案，满足了超高清帧率变换的数据需求。然后分别沿读写两条通路详细阐述了数据更新、访问请求控制和数据后处理三大部分的详细设计和实现。 为了提升系统性能，本文还对片上存储模块作了进一步的优化，重点设计了节省时钟周期的模块间握手协议，提出了提高模块吞吐量的内部模块流水线排布方法；通过融合8bit视频源和10bit视频源的存储方式，复用了大量硬件电路，，减小了系统的面积；通过设计新的访问策略提高了SDRAM的访问效率。 最后，本文在Cadence软件平台上完成了设计的综合和验证，给出了设计的详细测试验证方案，分别从模块级验证和系统级验证两个不同层次全面验证了片上存储模块的功能。综合和验证结果表明，本设计的最高工作频率可以满足300MHz的要求，在65nmCMOS工艺下模块数字逻辑消耗资源门数为226.71K，总占用面积约为7.86mm2。
【关键词】：超高清 帧率变换 片上存储 地址映射 握手协议 流水线
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TN949.197;TP333
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-10
• 图目录10-11
• 表目录11-13
• 第1章 绪论13-17
• 1.1 研究背景13
• 1.2 研究现状13-15
• 1.3 论文研究的目的和意义15-16
• 1.4 论文的主要内容及组织结构16-17
• 第2章 超高清 FRC 的设计与架构17-31
• 2.1 超高清FRC的算法介绍17-23
• 2.1.1 基于块搜索的运动估计17-19
• 2.1.2 矢量后处理19-21
• 2.1.3 运动补偿内插21
• 2.1.4 场景分析机制21-23
• 2.2 超高清 FRC 的硬件架构23-30
• 2.2.1 超高清 FRC 系统的整体架构23-24
• 2.2.2 超高清 FRC 的外存访问带宽需求分析及解决方案24-28
• 2.2.3 超高清 FRC 的系统频率需求分析及解决方案28-30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 超高清 FRC 中片上存储模块的设计31-63
• 3.1 片上存储模块的整体架构31-34
• 3.2 RAM 阵列34-40
• 3.2.1 图像在 RAM 中的存储方法35-36
• 3.2.2 读写需求分析及 RAM 阵列参数的确定36-38
• 3.2.3 RAM 的寻址规则及容量38-39
• 3.2.4 RAM 阵列的读写控制39-40
• 3.3 数据更新控制模块40-49
• 3.3.1 预载逻辑控制模块41-45
• 3.3.2 数据片外存储格式45
• 3.3.3 外存地址计算模块45-46
• 3.3.4 AXI 总线控制模块46-47
• 3.3.5 数据读写控制模块47-49
• 3.4 访问请求控制模块49-60
• 3.4.1 序列划分模块49-50
• 3.4.2 坐标映射模块50-55
• 3.4.3 图像边界限幅模块55-56
• 3.4.4 搜索区坐标计算模块56-60
• 3.4.5 片选和地址计算模块60
• 3.5 数据对齐和滤波模块60-62
• 3.5.1 数据对齐模块60-61
• 3.5.2 亚像素处理模块61-62
• 3.6 本章小结62-63
• 第4章 超高清 FRC 片上存储模块的相关优化63-73
• 4.1 时序和吞吐量优化63-68
• 4.1.1 片上存储模块与控制与分析模块间握手的优化63-65
• 4.1.2 片上存储模块与内插模块间握手的优化65-66
• 4.1.3 片上存储模块内部流水线设计66-67
• 4.1.4 优化效果分析67-68
• 4.2 面积优化68-70
• 4.2.1 基于统一存储方式的面积优化方法68-70
• 4.2.2 优化效果分析70
• 4.3 DDR SDRAM 访问策略优化70-71
• 4.3.1 改进的 DDR SDRAM 访问策略70-71
• 4.3.2 优化效果分析71
• 4.4 本章小结71-73
• 第5章 超高清 FRC 中片上存储模块的实现与验证73-85
• 5.1 超高清 FRC 测试系统的构成73-74
• 5.2 超高清 FRC 片上存储模块的模块级验证74-78
• 5.2.1 模块级验证平台74-75
• 5.2.2 模块级验证节点分布75-76
• 5.2.3 模块级验证结果分析76-78
• 5.3 超高清 FRC 片上存储模块的系统级验证78-83
• 5.3.1 系统级验证平台78-80
• 5.3.2 系统级验证节点分布80
• 5.3.3 系统级验证结果分析80-83
• 5.4 模块综合结果分析83-84
• 5.5 本章小结84-85
• 第6章 总结与展望85-87
• 6.1 本文总结85
• 6.2 展望85-87
• 参考文献87-91
• 附录：缩略语91-92
• 致谢92-93
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文93-95

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前6条

1 陆海斌,章毓晋;基于视频编辑模型的视频淡入、淡出和叠化的检测[J];电子与信息学报;2002年04期

2 刘国栋;刘炳国;陈凤东;胡涛;;亚像素定位算法精度评价方法的研究[J];光学学报;2009年12期

3 覃毅力;韦安明;张韬;;超高清电视关键技术探析[J];广播与电视技术;2013年05期

4 杨碧天,丁国祥,王煦法;一种镜头淡入淡出检测算法[J];计算机工程与应用;2005年06期

5 杨爱萍;董翠翠;侯正信;李娜;;基于多帧运动估计的帧率提升算法[J];计算机应用研究;2012年10期

6 侯秋菊;沈海华;;IP可重用的AMBA AXI总线验证平台设计与实现[J];计算机工程与设计;2008年07期

本文编号：680507