インテル® FPGA ビデオ & 画像処理 スイート

ガンマ補正

ガンマ補正は、送信先のディスプレイの情報に基づいて、ピクセル値を特定の範囲に制限する必要がある場合に使用します。ディスプレイの中には、ビデオ信号の電圧に対する反応が非線形なものがあり、その結果、ディスプレイを補正するためにピクセル値の再マッピングが必要になります。ガンマ補正は、Avalon-MM インターフェイスのルックアップ・テーブルを使用して、ピクセル値を変更後の値にマッピングします。

ガンマ補正の例として、0 ～ 255 の 8 ビットカラー値を持つ Y'CbCr 入力がガンマ補正に渡され、16 ～ 240の範囲に収まるように値を再マッピングして、クロックドビデオ出力に送信されます。

アルファブレンディング・ミキサーとミキサー II

アルファブレンディング・ミキサー・コアとミキサー II コアは、それぞれ最大 12 枚または 4 枚のイメージレイヤーをミックスする機能を持ち、Avalon-MM インターフェイスを通じてランタイム・コントロールが可能です。Nios II プロセッサーから Avalon-MM インターフェイスを介してアクセスすると、表示される各レイヤーの位置やレイヤーの重ね合わせ順序を動的に制御することができます (ミキサー I のみ)。ミキサー I のアルファブレンディング機能は、透明または半透明のピクセルの表示をサポートしています (ミキサー I のみ)。

Mixer II コアには、バックグラウンド レイヤーとして使用するテスト パターン ジェネレータが内蔵されています。これにより、4つ の入力のうち 1 つはテストパターン・ジェネレーター・コアからの入力である必要がないため、利点があります。また、ミキサー II は 4K ビデオに対応しているのも特徴です。

ミキサーコアの使用例をブロック図で示すと、クロックドビデオ入力が入力 0 にアクティブなビデオフィードを提供し、内蔵のテスト・パターン・ジェネレータによって提供される背景レイヤーと、会社のロゴのような静的なグラフィックを読み取るフレーム・リーダー・コアが入力 1 にあります。これらのフィードがミックスされて、グラフィック付きのビデオ画像とテストパターン・ジェネレータによる背景が表示されます。

ミキサーの入力は、入力と出力のそれぞれのフレームレートと入力レイヤーのオフセットが、データの枯渇やビデオのロックにつながらないことが確認できない限り、フレームバッファーから直接入力することをお勧めします。

クリッパー II

クリッパーコアは、ビデオフィードの固定された部分を撮影して転送する場合に使用します。クリッパーコアはコンパイル時に設定したり、Nios II プロセッサーや他の周辺機器から Avalon-MM インターフェイスを介して更新することができます。クリッパーは、エッジからのオフセットまたは固定の矩形領域のいずれかでクリッピング方法を設定することができます。

例として、クリッパーの 2 つのインスタンスが、それぞれのビデオ入力から 400 x 400 ピクセルの領域を取り出しています。これらの 2 つのクリップされたビデオフィードは、他のグラフィックや背景としての内蔵テスト・パターン・ジェネレータとともに、ミキサーコアで混合されます。ミキサーにはビデオ入力の位置を調整する機能があるので、必要に応じてフレームバッファーを追加すれば、2 つのクリップされたビデオフィードを並べて配置することができます。

色空間シーケンサー

色空間シーケンサーは、ビデオシステム内の色空間要素を再配置するために使用します。色空間の直列伝送から並列伝送への変換　(またはその逆)、ビデオチャンネルの「複製」(セカンダリー・ビデオ・モニター・サブシステムの駆動など)、ビデオチャンネルの「分割」(フレームリーダーから 4 つのプレーンとして出力される 3 つの RGB プレーンからアルファプレーンを分離する場合など) などに使用できます。

色空間シーケンサーの例として、色空間を直列にして映像を入出力する必要がある 2D FIR フィルタービデオ IP コアを示します。ビデオをクロックドビデオ出力に希望のフォーマットで送信するためには、色空間シーケンサーで色空間を並列に変換する必要があります。

コントロール・シンクロナイザー

コントロール・シンクロナイザーは、Nios II プロセッサーやその他の周辺機器などの Avalon-MM マスター・コントローラーと組み合わせて使用します。コントロール・シンクロナイザーは、1　つまたは複数のビデオ　IP　ブロックのランタイム構成の変更を、変更中のビデオデータに合わせて同期させるために使用します。構成の変更は、ビデオフレームが以前のフォーマットでビデオ IP コアを通過している間に、ビデオ IP コアの上流で行われることがあります。シームレスな移行を実現し、画面上のグリッチを回避するために、コントロール・シンクロナイザーを使用して、新しい入力ビデオ・フレーム・データがコアに到着するタイミングに合わせて、構成の切り替えを行います。

コントロール・シンクロナイザーの例として、Nios II プロセッサーでテスト・パターン・ジェネレータを構成し、フレームサイズを 720p から 1080p に変更する例を示します。コントロール・シンクロナイザーは、ビデオ・フレーム・データがまもなく変更されるという通知を Nios II プロセッサーから受け取りますが、新しいフレームがフレームバッファーを通過してコントロール・シンクロナイザーに到達するまで、クロックドビデオ出力の再構成を保留します。コントロール・シンクロナイザーは、フレームの制御データパケットを読み込んで新しい設定に対応しているかどうかを判断し、クロックドビデオ出力コアを新しい設定に更新することで、ビデオ出力の解像度変更をシームレスに行います。

フレームバッファー (I と II)

フレームバッファーおよびフレーム・バッファー II コアは、プログレッシブおよびインターレース・ビデオ・フィールドをバッファリングするために使用され、ダブルまたはトリプル・バッファリングをサポートし、フレームをドロップしたりリピートしたりするためのさまざまなオプションがあります。ビデオのインターレース解除や、ビデオのフレームレートの変更、場合によってはビデオのミキシングなどの場合に、フレームバッファーが必要となりいます。

フレームバッファーの使用例として、クロックドビデオ入力コアが　30 fps のビデオを受信し、60 fps に変換する必要がある場合を示します。フレーム・バッファー・コアは、複数のフレームをバッファリングするために使用され、リピーティング・フレームをサポートしているため、フレームレートは 60 fps に変換され、クロックドビデオ出力コアを通じて送信されます。

スケーラー II

スケーラー II コアは、ビデオフレームのサイズを拡大または縮小するために使用されます。スケーラー II コアは、ビデオフレームを拡大・縮小する際に使用され、最近傍傍法、バイリニア法、バイキュービック法、ポリフェーズ/ランチョス法などの複数のアルゴリズムをサポートしています。スケーリングに使用されるビデオラインのバッファリングにはオンチップメモリーが使用され、スケーリング比率が高いほどより多くのメモリーが必要となります。

スケーラー II コアの例では、クロックドビデオ入力から 720 p のビデオ・フレーム・サイズを受け取り、それを 1080 p にスケーリングしてクロックドビデオ出力に送信しています。

テスト・パターン・ジェネレーター II

テスト・パターン・ジェネレータ・コアを使用すると、ビデオ・インターフェイスをすばやくテストするために、多数の画像を生成することができます。このコアは、さまざまな画像サイズや、RGB および YCbCr のカラーフォーマットに対応しています。

テスト・パターン・ジェネレータ・コアとクロックドビデオ出力コアを併用することで、システムのビデオ・インターフェイスを迅速に検証することができます。希望のビデオ仕様があれば、わずか数分でデザインを完成させ、インターフェイスが外部ディスプレイに画像を生成できるかどうかをすばやく検証することができます。

トレース・システム

トレースシステムは、デザインに挿入された Avalon-ST ビデオモニターコアにアクセスし、ビデオ診断情報を得るために使用します。複数のビデオモニターコアを使用して、トレース・システム・コントローラーに接続することができます。トレースシステムは、JTAG コネクタやインテル® FPGA Download Cable インターフェイスなどのデバッグ・インターフェイスを使用してホストに接続します　(使用可能な場合)。

この例では、色空間シーケンサーの前後に Avalon-ST のビデオモニターコアを数個挿入して、トレースシステムを使用しています。ビデオモニターは、ここでは JTAG 経由でアクセスするトレースシステムに接続されています。