FPGA based video scaling for broadcast systems

Video skalering er en prosess brukt for å endre oppløsningen på en video. Dette er mye brukt i profesjonelle kringkastningssystem som skal støtte mange forskjellige typer brukerutstyr med ulik oppløsning. Siden profesjonelt kringkastningsutstyr krever å kunne operere med en kontinuerlig driftstid uten feil på systemet, er en maskinvare-basert løsning å foretrekke over en programvare-basert, da denne ofte har en høyere ytelse og bedre stabilitet. Denne masteroppgaven fokuserer på å designe og implementere en maskinvare-basert video skaleringskrets, og verifisere denne. Designmålet er å kunne kjøre kretsen på så høy frekvens med så lav forsinkelse som mulig, mens samtidig å kunne ha et lavt ressursbruk. I denne masteroppgaven har en skalererkrets som støtter nærmeste-nabo og bi-lineær interpolasjon blitt designet og implementert. Resultatene fra syntesetestingen viste at skaleringskretsen oppfylte spesifikasjonene som var satt. Den opererte med en maksimumsfrekvens på over 300 MHz for begge interpolasjonsalgoritmene, mens den kun brukte 1% av ressursene som var tilgjengelig på en Intel Arria 10 FPGA. Med et 4-linjers bufferminne er forsinkelsen gjennom kretsen fire piksellinjer. Den objektive bildekvalitetstesten ga et lavere resultat for den maskinvare-baserte skalereren sammenlignet med referansealgoritmene. Derimot kunne man fra de subjektive testene ikke se noen tydelig forskjell på resultatene sammenlignet med referansen. Dette hinter til en mulighet for at de dårlige objektive resultatene kom fra at pikslene ble flyttet på i posisjon, og ikke at pikslene i seg selv hadde feil fargeverdi. UVVM ble brukt til å verifisere under-modulene i designet, og en Avalon-ST VIP ble implementert for dette formålet. Dessverre på grunn av tidsmangel, ble ikke toppnivået av designet fullført, noe som gjorde at man ikke kunne bruke UVVM til å verifisere skaleringsalgoritmene. Ut ifra resultatene kunne man konkludere med at hadde toppnivået på skaleringskretsen blitt fullført, så kunne dette designet ha skalert video med opp til 4k oppløsning og 30Hz bildefrekvens