CN107547904A - 一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法及装置 - Google Patents
一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法及装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法及装置,涉及视频数据处理领域。转换方法包括:利用矩阵转换公式,将RGB444格式数据转换为YUV444格式数据;将YUV444格式数据转换为YUV420格式数据,并分别利用16个FIFO来存储Y分量、8个FIFO存储U分量、8个FIFO存储V分量,存储队列依次记为Y_FIFO、U_FIFO及V_FIFO;依次读取所述S2中的16个Y_FIFO、8个U_FIFO及8个V_FIFO,分别得到256个Y分量、64个U分量以及64个V分量;将所述S3中读出的256个Y分量、64个U分量及64个V分量依次传输到视频压缩IP,完成8x8block的转换。本发明打破了现有视频数据转换存在的局限性,降低了项目成本和***复杂度。
Description
技术领域
本发明涉及视频数据处理领域,具体来说涉及一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法及装置。
背景技术
在数字视频处理中,视频压缩技术是一项关键的技术,视频压缩在减少视频序列码率的同时保持了复原图像的质量,便于在给定的通信信道上实时传输。现场可编程门阵列FPGA是利用小型查找表来实现组合逻辑功能,这种结构允许无限次的重新编程,对于视频***的硬件实现来说FPGA比传统的通用集成电路或专用集成电路更为优越。
现有技术中,参照附图1所示,利用FPGA进行视频数据压缩的方法为,FPGA接收显卡输出的RGB视频数据,经过视频压缩,降低原始视频的数据量,并按照以太网协议打包,通过网卡进行发送。其压缩流程是首先将显卡输出的RGB444数据转换为YUV444数据,为进一步降低视频数据量,再将YUV444数据转换为YUV420数据,按照8x8block的方式输入给视频压缩IP,完成数据压缩。其中,RGB444数据到YUV420数据的转换以及8x8block的转换是利用FPGA内部的IP完成,但是FPGA内部的IP需要额外购买,使用中存在很大的局限性,并且增加了项目成本,提高了***复杂度。
为解决现有技术中RGB444到YUV420 8x8block转换的局限性,本发明设计一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法及装置。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法,将显卡输出的RGB444数据转换为YUV420数据,并按照8x8block的方式输入给视频压缩IP,提高***的灵活性,降低***复杂度。
为解决上述技术问题,本发明采用如下技术方案予以实现:
一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法,所述转换方法包括下述步骤:
S1、利用矩阵转换公式,通过乘法器将RGB444格式数据转换为YUV444格式数据;
S2、将YUV444格式数据转换为YUV420格式数据,并分别利用16个FIFO来存储Y分量、8个FIFO存储U分量、8个FIFO存储V分量,存储队列依次记为Y_FIFO、U_FIFO及V_FIFO;
S3、依次读取所述S2中的16个Y_FIFO、8个U_FIFO及8个V_FIFO,分别得到256个Y分量、64个U分量以及64个V分量;
S4、将所述S3中读出的256个Y分量、64个U分量及64个V分量依次传输到视频压缩IP,完成8x8block的转换。
基于上述方案,本发明做如下优化:
作为优化,在所述S1中,将RGB444格式转换为YUV444格式的矩阵转换公式为:
Y=0.257*R+0.504*G+0.098*B+16
U=-0.148*R-0.291*G+0.439*B+128
V=0.439R-0.368*G-0.071*B+128
作为优化,在所述S2中,将Y分量写入Y_FIFO中的方法是,按照Y分量所在的行号N依次写入第((N%16)+1)个Y_FIFO中;将U分量写入U_FIFO中的方法是,对于偶数列和偶数行的U分量,根据U分量所在的行号N,依次写入第((N/2)%16)+1)个U_FIFO中,奇数行或奇数列的U分量不写入U_FIFO;将V分量写入V_FIFO中的方法是,对于偶数列和偶数行的V分量,根据V分量所在的行号N,依次写入第((N/2)%16)+1)个V_FIFO中,奇数行或奇数列的V分量不写入V_FIFO。
本发明的另一目的在于提供一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换装置,所述转换装置包括:
RGB444至YUV444转换单元,用于利用矩阵转换公式将RGB444格式数据转换为YUV444格式数据;
YUV444至YUV420转换单元,用于将YUV444格式数据转换为YUV420格式数据,并分别利用16个FIFO来存储Y分量,8个FIFO存储U分量,8个FIFO存储V分量,存储队列依次记为Y_FIFO、U_FIFO及V_FIFO;
分量读取单元,用于依次读取所述YUV444至YUV420转换单元中的16个Y_FIFO、8个U_FIFO及8个V_FIFO,分别得到256个Y分量、64个U分量及64个V分量;
分量传输单元,用于将分量读取单元中读出的256个Y分量、64个U分量及64个V分量依次传输到视频压缩IP,完成8x8block的转换。
作为优化,所述RGB444至YUV444转换单元中,用于将RGB444格式转换为YUV444格式的矩阵转换公式为:
Y=0.257*R+0.504*G+0.098*B+16
U=-0.148*R-0.291*G+0.439*B+128
V=0.439R-0.368*G-0.071*B+128
作为优化,在所述的YUV444至YUV420转换单元中,用于将Y分量写入Y_FIFO中的方法是,按照Y分量所在的行号N依次写入第((N%16)+1)个Y_FIFO中;用于将U分量写入U_FIFO中的方法是,对于偶数列和偶数行的U分量,根据U分量所在的行号N,依次写入第((N/2)%16)+1)个U_FIFO中,奇数行或奇数列的U分量不写入U_FIFO;用于将V分量写入V_FIFO中的方法是,对于偶数列和偶数行的V分量,根据V分量所在的行号N,依次写入第((N/2)%16)+1)个V_FIFO中,奇数行或奇数列的V分量不写入V_FIFO。
发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果,而不是发明所有的全部效果,上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果:
本发明实施例的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法及装置,利用矩阵变换以及逻辑控制和FIFO阵列转换,实现RGB444到YUV420数据8x8block转换,完成视频数据的压缩处理,整个处理过程只占用很少的FPGA逻辑资源,节省了使用FPGA内部IP进行转换的购买成本,打破了现有转换方式存在的局限性,***设计实现更加灵活简单,且大大降低了项目成本和***复杂度,提高了工作效率。
附图说明
图1是现有技术中基于FPGA的视频压缩流程框图;
图2是本申请实施例提供的基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法的流程图;
图3是本申请实施例提供的8x8block转换示意图;
图4是本申请实施例提供的基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法的逻辑框图;
图5是本申请实施例提供的基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换装置的结构示意图;
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
为了方便对实施例的理解,对实施例中涉及的缩略词和关键术语予以解释和说明。
RGB444:显卡输出的像素数据,每一个像素点都由R、G、B三种数值组成,分别表示红、绿、蓝三种颜色;
YUV444:由RGB444数据经过矩阵变换得到,分量Y表示亮度信号,分量U、V表示两个色差信号;
YUV420:由YUV444数据得来,保留YUV444数据中所有的Y分量不变,只保留偶数行和偶数列的U、V数据;
8x8block:输入给视频压缩IP的数据块,数据块的长、宽都为8;
IP:IP核,Intellectual Property core,全称知识产权核,是指某一方提供的,形式为逻辑单元、芯片设计的可重用模块;
Y_FIFO:存储Y分量的FIFO;
U_FIFO:存储U分量的FIFO;
V_FIFO:存储V分量的FIFO。
如图2至图4所示,本实施例提供的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法,其步骤包括,
S1、利用矩阵转换公式,通过乘法器将RGB444格式数据转换为YUV444格式数据;
S2、将YUV444格式数据转换为YUV420格式数据,并分别利用16个FIFO来存储Y分量、8个FIFO存储U分量、8个FIFO存储V分量,存储队列依次记为Y_FIFO、U_FIFO及V_FIFO;
S3、依次读取所述S2中的16个Y_FIFO、8个U_FIFO以及8个V_FIFO,分别得到256个Y分量、64个U分量及64个V分量;
S4、将所述S3中读出的256个Y分量、64个U分量及64个V分量依次传输到视频压缩IP,完成8x8block的转换。
具体而言,在所述S1中,通过RGB2YUV模块进行像素数据从RGB444格式到YUV444格式的转换,具体实现方法根据下述矩阵转换公式进行转换:
Y=0.257*R+0.504*G+0.098*B+16
U=-0.148*R-0.291*G+0.439*B+128
V=0.439R-0.368*G-0.071*B+128
为方便使用硬件语言实现上述公式,对上述公式进行如下变换,即等式两边都扩大1024倍,得到:
Y<<10=(263*R)+(516*G)+(100*B)+16384
U<<10=(-152*R)-(298*G)+(450*B)+131072
V<<10=(450*R)-(377*G)-(73*B)+131072
因为负数的乘法在计算机中用补码的形式实现,因此将上述公式转换为:
Y<<10=(12'h107*R)+(12'h204*G)+(12'h064*B)+20'h04000
U<<10=(12'hF68*R)+(12'hED6*G)+(12'h1C2*B)+20'h20000
V<<10=(12'h1C2*R)+(12'hE87*G)+(12'hFB7*B)+20'h20000
用乘法器计算完成上述公式后,公式两边同时除以1024,得到YUV444数据:
Y=((12'h107*R)+(12'h204*G)+(12'h064*B)+20'h04000)>>10
U=((12'hF68*R)+(12'hED6*G)+(12'h1C2*B)+20'h20000)>>10
V=((12'h1C2*R)+(12'hE87*G)+(12'hFB7*B)+20'h20000)>>10
进一步的,在得到YUV444数据之后,为减少视频的数据量,且不影响压缩后的视频效果,在S2中将YUV444格式数据转换为YUV420格式数据,实现方法是利用图4逻辑框图中的FIFO阵列写控制模块来实现,该模块通过计数的方式得知当前像素点所在的列号和行。其中,
对于Y分量,按照Y分量所在的行号N将其依次写入第((N%16)+1)个Y_FIFO中;
对于U分量,偶数列和偶数行的U分量,根据其所在的行号N,将其依次写入第(((N/2)%16)+1)个U_FIFO中,奇数行或奇数列的U分量不写入U_FIFO;
对于V分量,偶数列和偶数行的V分量,根据其所在的行号N,将其依次写入第(((N/2)%16)+1)个V_FIFO中,奇数行或奇数列的V分量不写入V_FIFO。
进一步的,在S3中,利用图4逻辑框图中的FIFO阵列读控制模块,依次读第1-16个Y_FIFO,分别读16次,得到256个Y分量,再依次读第1-8个U_FIFO,分别读8次,得到64个U分量,再依次读第1-8个V_FIFO,分别读8次,得到64个V分量。
图5所示为本申请实施例提供的基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换装置示意图,所述转换装置包括:
RGB444至YUV444转换单元,用于利用矩阵转换公式将RGB444格式数据转换为YUV444格式数据;
YUV444至YUV420转换单元,用于将YUV444格式数据转换为YUV420格式数据,并分别利用16个FIFO来存储Y分量,8个FIFO存储U分量,8个FIFO存储V分量,存储队列依次记为Y_FIFO、U_FIFO及V_FIFO;
分量读取单元,用于依次读取所述YUV444至YUV420转换单元中的16个Y_FIFO、8个U_FIFO及8个V_FIFO,分别得到256个Y分量、64个U分量及64个V分量;
分量传输单元,用于将分量读取单元中读出的256个Y分量、64个U分量及64个V分量依次传输到视频压缩IP,完成8x8block的转换。
具体而言,在RGB444至YUV444转换单元中,通过RGB2YUV模块进行像素数据从RGB444格式到YUV444格式的转换,具体实现方法根据下述矩阵转换公式进行转换:
Y=0.257*R+0.504*G+0.098*B+16
U=-0.148*R-0.291*G+0.439*B+128
V=0.439R-0.368*G-0.071*B+128
进一步的,为减少视频的数据量,且不影响压缩后的视频效果,YUV444至YUV420转换单元将YUV444格式数据转换为YUV420格式数据,具体通过FIFO阵列写控制模块,采用计数的方式得到当前像素点所在的列号和行。其中,对于Y分量,按照Y分量所在的行号N将其依次写入第((N%16)+1)个Y_FIFO中;对于U分量,偶数列和偶数行的U分量,根据其所在的行号N,将其依次写入第(((N/2)%16)+1)个U_FIFO中,奇数行或奇数列的U分量不写入U_FIFO;对于V分量,偶数列和偶数行的V分量,根据其所在的行号N,将其依次写入第(((N/2)%16)+1)个V_FIFO中,奇数行或奇数列的V分量不写入V_FIFO。
进一步的,所述分量读取单元利用FIFO阵列读控制模块依次读第1-16个Y_FIFO,分别读16次,得到256个Y分量,再依次读第1-8个U_FIFO,分别读8次,得到64个U分量,再依次读第1-8个V_FIFO,分别读8次,得到64个V分量。
在本发明实施例中,利用矩阵变换以及逻辑控制和FIFO阵列转换,实现RGB444到YUV420数据8x8block转换,完成视频数据的压缩处理,节省了使用FPGA内部IP进行转换的购买成本,大大降低了项目成本和***复杂度,提高了***设计的灵活性。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限定本发明,对于本技术领域的技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下所作的任何修改、改进和等同替换等,均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法,其特征在于,所述转换方法包括下述步骤:
S1、利用矩阵转换公式,通过乘法器将RGB444格式数据转换为YUV444格式数据;
S2、将YUV444格式数据转换为YUV420格式数据,并分别利用16个FIFO来存储Y分量、8个FIFO存储U分量、8个FIFO存储V分量,存储队列依次记为Y_FIFO、U_FIFO及V_FIFO;
S3、依次读取所述S2中的16个Y_FIFO、8个U_FIFO以及8个V_FIFO,分别得到256个Y分量、64个U分量及64个V分量;
S4、将所述S3中读出的256个Y分量、64个U分量及64个V分量依次传输到视频压缩IP,完成8x8block的转换。
2.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法,其特征在于,所述S1中,将RGB444格式转换为YUV444格式的矩阵转换公式为:
Y=0.257*R+0.504*G+0.098*B+16
U=-0.148*R-0.291*G+0.439*B+128
V=0.439R-0.368*G-0.071*B+128。
3.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法,其特征在于,所述S2中,将Y分量写入Y_FIFO中的方法是,按照Y分量所在的行号N依次写入第((N%16)+1)个Y_FIFO中。
4.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法,其特征在于,所述S2中,将U分量写入U_FIFO中的方法是,对于偶数列和偶数行的U分量,根据U分量所在的行号N,依次写入第((N/2)%16)+1)个U_FIFO中,奇数行或奇数列的U分量不写入U_FIFO。
5.根据权利要求1所述的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换方法,其特征在于,所述S2中,将V分量写入V_FIFO中的方法是,对于偶数列和偶数行的V分量,根据V分量所在的行号N,依次写入第((N/2)%16)+1)个V_FIFO中,奇数行或奇数列的V分量不写入V_FIFO。
6.一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换装置,其特征在于,所述转换装置包括:
RGB444至YUV444转换单元,用于利用矩阵转换公式将RGB444格式数据转换为YUV444格式数据;
YUV444至YUV420转换单元,用于将YUV444格式数据转换为YUV420格式数据,并分别利用16个FIFO来存储Y分量,8个FIFO存储U分量,8个FIFO存储V分量,存储队列依次记为Y_FIFO、U_FIFO及V_FIFO;
分量读取单元,用于依次读取所述YUV444至YUV420转换单元中的16个Y_FIFO、8个U_FIFO及8个V_FIFO,分别得到256个Y分量、64个U分量及64个V分量;
分量传输单元,用于将分量读取单元中读出的256个Y分量、64个U分量及64个V分量依次传输到视频压缩IP,完成8x8block的转换。
7.根据权利要求6所述的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换装置,其特征在于,所述RGB444至YUV444转换单元中,用于将RGB444格式转换为YUV444格式的矩阵转换公式为:
Y=0.257*R+0.504*G+0.098*B+16
U=-0.148*R-0.291*G+0.439*B+128
V=0.439R-0.368*G-0.071*B+128。
8.根据权利要求6所述的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换装置,其特征在于,在所述的YUV444至YUV420转换单元中,用于将Y分量写入Y_FIFO中的方法是,按照Y分量所在的行号N依次写入第((N%16)+1)个Y_FIFO中。
9.根据权利要求6所述的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换装置,其特征在于,在所述的YUV444至YUV420转换单元中,用于将U分量写入U_FIFO中的方法是,对于偶数列和偶数行的U分量,根据U分量所在的行号N,依次写入第((N/2)%16)+1)个U_FIFO中,奇数行或奇数列的U分量不写入U_FIFO。
10.根据权利要求6所述的一种基于FPGA的视频压缩中YUV数据8x8block转换装置,其特征在于,在所述的YUV444至YUV420转换单元中,用于将V分量写入V_FIFO中的方法是,对于偶数列和偶数行的V分量,根据V分量所在的行号N,依次写入第((N/2)%16)+1)个V_FIFO中,奇数行或奇数列的V分量不写入V_FIFO。
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