专利名称：一种具缩放功能的yuv转rgb电路设计方法
技术领域：
本发明涉及一种具縮放功能的YUV转RGB电路设计方法，属于色彩空间转换的硬 件电路实现领域。
背景技术：
YUV格式也称YCbCr格式，是一种色彩编码方法，具有多种编码格式，被大多数的
视频编解码标准采用。常见的VGA显示设备处理的是RGB格式的视频数据。YUV与RGB之
间可以相互转换，下面给出YUV转RGB计算公式 R = Y+l. 13983*VG = Y-0. 39465*U-0. 58060*V B = Y+2. 03211*U 可见，YUV转RGB需要浮点运算，对嵌入式CPU要求较高，难以快速处理，达到视频 显示性能要求。 另外，各视频编解码标准的分辨率与VGA控制器的常用分辨率也未必相同，如我 国自主音视频标准AVS的一种分辨率为720X576，对这样的片源，若要完整显示，必须针对 显示设备的分辨率进行縮放，此部分縮放工作若要由软件实现，同样需要较高的处理能力， 而一般的嵌入式处理器难以达到实时处理要求。
发明内容
本发明提出了一种具縮放功能的YUV转RGB电路设计方法。内容包括 (1)根据待处理的YUV视频数据组织格式，从存取效率角度确定YUV转RGB的单元
宏块尺寸，用硬件读取存取器中的YUV数据； (2)对单元宏块中每像素，经过YUV2RGB硬件模块处理得到每像素的RGB值； (3)根据YUV图像数据分辨率与目标显示设备分辨率的对应关系，对每像素的坐
标进行縮放计算，使YUV图像能完整适配到目标显示设备上。 (4)将RGB数据写入縮放后的显存坐标地址，由显示设备读取显示； (5)计算下一YUV宏块地址，若一帧数据未处理完，跳到(1)，否则结束本次转换操作。 步骤(1) (5)均采用有限状态机控制。 本发明采用纯硬件实现具縮放功能的YUV转RGB电路，显著降低YUV视频数据流 縮放适配到基于RGB格式的显示设备上的时间。
图1是本发明涉及的硬件功能电路框图 图2是YUV420格式的Y、 U、 V三分量在存储器中存储时各字节标识图
图3是采用本发明涉及的方法，设计的基于avalon总线接口的具縮放功能的YUV转RGB硬件IP核在实际系统中的连接图
具体实施例方式
本实现例具体说明如何应用本发明方法设计avalon总线接口的具縮放功能的 YUV转RGB硬件IP核。本实例处理的是AVS视频解码器输出的YUV420格式数据，分辨率为720X576，目
标显示设备为标准VGA控制器，分辨率为640 X 480。 (1)从存储效率角度确定单元宏块尺寸，并读入一个宏块数据。 AVS解码器输出的YUV420格式数据按照平面方式存储，即Y， U， V三分量分别存储，
且数据按4 : 1 : l采样。采用的NiosII处理器平台上，存储器接口是4字节位宽，因而
单元宏块大小选为16 : 4 : 4，每次存取操作均取32bit(4字节)数据。经6次总线读操
作，读入24字节数据，各字节标识如图2所示。 (2)对16个Y像素点结合U， V数据，并行经过YUV2RGB硬件转换模块，计算对应 的RGB值，对应关系如下 YOO， UO， VO — RGBOO， YOl， UO， VO — RGBOl， YIO， UO， VO — RGBIO， Yll， UO， VO — RGBll， Y02， Ul， VI — RGB02， Y03， Ul， VI — RGB03， Y12， Ul， VI — RGB12， Y13， Ul， VI — RGB13， Y04， U2， V2 — RGB04， Y05， U2， V2 — RGB05， Y14， U2， V2 — RGB14， Y15， U2， V2 — RGB15， Y06，U3，V3 —RGB06，Y07，U3，V3 —RGB07，Y16，U3，V3 —RGB16，Y17，U3，V3 —RGB17
(3)计算每像素在目标显示器上的的坐标 按图像完整适配原则对YUV图像坐标做縮放。本例中，YUV数据分辨率为 720X576，目标分辨率为640X480，因而縮放比例为scale = 480/576，考虑到硬件不方便 处理浮点数据，因而采取了先放大，计算后再縮小的方法，定义方法倍数为1024，即2的10 次方，此时縮放计算公式为Xvga = ((Xyuv*480*(l << 10))/576+(1 << 9)) > > 10 ; (公式中考虑了四舍五入原则) 对每像素点的X、 Y坐标均縮放得到其在VGA显示上的坐标。 (4)有限状态机控制下，将像素的RGB值写入縮放后的坐标位置 (5)判断是否处理完全部单元宏块，若未处理完，则调整宏块首地址，对此例即是
Y地址加8，U，V地址各加4，有限状态机FSM控制流程跳转到(1);若处理完毕，则模块完成
操作，设置状态寄存器或产生中断信号等。 (6)外部总线接口模块 在核心电路外围添加标准总线接口 ，本例采用的是avalon总线，即可构建知识产 权IP核。 本例实际操作流程如下软件设置Y，U，V数据首地址，启动硬件；硬件逐个处理每 个单元宏块，从外部存储器中读入YUV数据，YUV数据转换为RGB数据后写入VGA显存；VGA 读取显存数据显示图像。 整个实例系统连接关系如图3所示。
权利要求
一种具缩放功能的YUV转RGB电路设计方法，其特征在于(1)根据待处理的YUV数据组织格式，从存取效率角度确定YUV转RGB的单元宏块尺寸，用硬件读入存取器中的YUV数据；(2)对单元宏块中每像素，经过YUV2RGB硬件模块处理得到每像素的RGB值；(3)根据YUV图像数据分辨率与目标显示设备分辨率的对应关系，对每像素的坐标进行缩放计算，使YUV图像能完整适配到目标显示设备上；(4)将RGB数据写入缩放后的显存坐标地址，由显示设备读取显示；(5)计算下一YUV宏块地址，若一帧数据未处理完，跳到(1)，否则结束本次转换操作。步骤(1)~(5)均采用有限状态机控制。
2. —种根据权利要求1所述方法设计具縮放功能的YUV转RGB硬件知识产权模块(IP 核)的方法，其特征在于(1) 核心电路采用权利要求1中(1) (5)所述方法(2) 采用主流片上总线接口 (如wishbone, avalon， amba等)，设计硬件DMA方式从外 部存储器中读取YUV数据，经YUV2RGB转换及坐标縮放变换后，写出RGB数据到显示控制器 的显存中。
全文摘要
一种具缩放功能的YUV转RGB电路设计方法，属于色彩空间转换的硬件电路实现领域。本发明的技术方案是(1)根据待处理的YUV视频帧数据组织格式，从存取效率角度确定YUV转RGB的单元宏块，用硬件读取存储器中的YUV数据；(2)对单元宏块，经过YUV2RGB硬件模块转换得到每像素的RGB值；(3)对每像素的坐标进行缩放计算，以适配显示设备；(4)将RGB数据写入缩放后的显存坐标地址，由显示设备读取显示；(5)计算下一YUV宏块地址，直至一帧数据全部处理完。本发明采用有限状态机控制各功能部件实现具缩放功能的YUV转RGB电路，显著降低YUV数据流缩放适配到基于RGB格式的显示设备上的时间。
文档编号H04N9/64GK101795417SQ20091025369
公开日2010年8月4日 申请日期2009年12月3日 优先权日2009年12月3日
发明者于国苹, 任怀鲁, 刘家良, 张德学, 桑圣峰, 陈新华 申请人:山东科技大学