一种双三次插值实时超分辨率VLSI设计

作     者：张思言 杜周南 任一心 邓涛 唐曦 ZHANG Siyan;DU Zhounan;REN Yixin;DENG Tao;TANG Xi

作者机构：西南大学物理科学与技术学院重庆400715 

基　　金：国家重点研发计划项目(2023YFB2905403) 重庆市教委科学技术研究重点项目(KJZD-K202100204) 重庆市自然科学基金项目(CSTB2023NSCQ-MSX0120) 

出 版 物：《西南大学学报（自然科学版）》 (Journal of Southwest University(Natural Science Edition))

年 卷 期：2024年第46卷第4期

页      码：202-212页

摘      要：视频超分辨率技术具有广阔的应用前景,但基于深度学习方法的算法复杂度过高,难以实现实时计算.因此,近年来研究者们开始探索基于现场可编程逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)的超分辨率算法加速器,以利用FPGA的优势来提高算法的性能和能耗,实现实时的视频超分辨率.设计了一种基于FPGA的高效高速双三次线性插值超大规模集成电路(Very Large Scale Integration Circuit,VLSI)架构,可用于4倍实时视频超分辨率.该FPGA架构解决了实现双三次插值过程中所需的复杂内存访问模式的问题,并提出了一种基于乒乓操作的数据重排硬件设计,将算法输出的特定顺序数据重新以行为主进行排列,使得硬件能够直接或较为简单地对接HDMI等视频接口.此外,采用状态机、流水线等方式降低设计功耗和减少时序违例,使得整个硬件设计可以更高频率运行.本研究在Zynq-7020 FPGA上实现了硬件架构,能够实时将qHD(960×540)的视频超采样为UHD(3840×2160)高清视频.实验结果表明,该硬件设计只需缓存1行图像像素,延迟仅为9.6μs,帧率达到192.9 Hz,成功实现实时处理.游戏图像数据集的测试结果表明,该设计峰值信噪比最高可达35.67 dB,结构相似度达到96.3%.

主 题 词：双三次插值 实时超分辨率 现场可编程逻辑门阵列 超大规模集成电路 

学科分类：08[工学] 081202[081202] 0812[工学-测绘类] 

D　O　I：10.13718/j.cnki.xdzk.2024.04.019

馆 藏 号：203127444...