8.5 子模块分析之VDIC

（一）概述

VDIC的全称是Video De-Interlacing or Combining Block，看名字就知道有两个含义：去隔行和合并。

VDIC有两个操作模式：

1）去隔行：将一个隔行视频流转换成逐行视频；

2）合并：合并两个视频/图像位面和一个背景色。

VDIC将隔行数据去隔行后产生逐行数据，用来适应显示逐行数据的设备。对于VDIC操作来说，有三个操作域是重要的：F(n-1)域，F(n)域和F(n+1)域。F(n-1)域接收从CSI接口或者channel 1来的数据，然后将数据保存在FIFO1中。F(n)域中的数据从channel 2中获取，并且F(n)域中至少三个数据线里面的数据将要保存到Line Store memory中。F(n+1)域中的数据从channel 3中获取，然后保存到FIFO3中。FIFO控制器从这些FIFO中读取数据，然后将它们以像素格式保持对齐并保存在buffer中。然后buffer里面的数据传输到Line Padding Controller(LPC)中。这个LPC衬垫会丢失一帧的开始和结束那一行数据。之后DI子模块来进行处理过程，然后数据将要发送到IC或者内存中。

（二）VDIC特点

1）去隔行：

水平方向上最大分辨率是968像素；

最大像素率为75100MP/s

支持YUV422和YUV420格式

2）CSIFIFO模式

3）合并

（三）Deinterlacer(DI)子模块

从上面的介绍，可以看出来，DI是这个VDIC模块中的核心，DI的内部模块如下所示：

3.1 Vertical Filter Block (di_vfilt)

di_vfilt执行空间垂直方向上的像素过滤功能。这是一个四抽头垂直滤波，公式如下所示：

vfilt_out = (-3.0*pix1 + 19.0*pix2 + 19.0*pix3 – 3.0*pix4)/32.0

其中，pix1,pix2, pix3, pix4是连续的四行中同一水平位置上的四个像素点。

vfilt_out是计算出来的像素值（在pix2和pix3之间）。

3.2 Motion Calculator Block (di_mcalc)

di_mcalc模块计算任意给定像素的移动数量根据前一个，当前，后一个域中的像素值。

移动估计的公式是：

m= SAT(Ks*(|e-w|/(|e-w|+|n-s|+SPA_DETAIL)))

其中：

m是需要预测的像素的移动估计值（位于0～1之间）；

n代表要预测的像素上面一行的像素；

s代表要预测的像素下面一行的像素；

e代表上一个域中同一个空间位置上需要预测的像素；

w代表下一个域中同一个空间位置上需要预测的像素；

Ks是倾斜控制，并且决定了算法从nomotion (m=0) 切换到fullmotion(m=1)的速度。

SPA_DETAIL是一个常数，等于50；

SAT()是一个饱和函数，最大输出为1.

（关于饱和函数，我参考的是matlab中的saturationfunction，

s=saturation('LinearInterval',[a,b]);        %得到一个saturationfunction

y=evaluate(s,x);                             %返回x在saturate后的函数值。

函数关系为：当a<=x<b时y= x，当x<a时y= a，当x>=b时y= b。

详情,可参阅help For Example: s=saturation('LinearInterval',[-1,1]);s即为一个从-1到1的线性饱和函数，当x超出[-1,1]的范围,evaluation(s,x)返回值为-1和1，当x位于[-1,1)范围内,evaluation(s,x)返回值等于x。）

然后，经过一系列原因的简化（具体看芯片手册吧，实在翻译不下去了。。。），最终，移动估计简化成：

m等于|e-w|的低4位和|n-s|的[6:3]位组成的数值。

移动估计有三种模式可选，在IPUx_VDI_C寄存器的VDI_MOT_SEL位中指定，如果要修改这一位的值的话，它会在处理下一帧数据的时候生效。

这一位中的解释如下：

当VDI_MOT_SEL== 2’b00的时候，使用low motion，值为sat([0,15],delta_t-8)；

当VDI_MOT_SEL== 2’b01的时候，m_calc= 0, (no motion - use weave)；

当VDI_MOT_SEL== 2’b10的时候，使用highmotion，值为min(15,delta_t)；

3.3 Spatial Motion Filter (di_sfilt)

di_sfilt模块展开相邻5个像素的移动估计信号，公式如下：

Mspread= MAX(m3, (0.5*m1 + m2 + m3 + m4 + 0.5*m5)/4.0)

其中，m3是当前像素的移动估计值；

m2是上一个像素的移动估计值；

m4是下一个像素的移动估计之；

m1是上上一个像素的移动估计值；

m5是下下一个像素的移动估计值。

3.4 Interpolated Pixel Calculator Block (di_interp)

di_interp模块根据di_sfilt模块计算出来的移动估计值Mspread和周围四个像素值（n,s, e, w）加权计算出一个以内插值替换的方法得到的像素值。

计算过程如下：

if (Mspread <= 0.5) { i = (1-2*Mspread)*(e+w)/2 + 2*Mspread*vfilt_out ;} else { i = vfilt_out ;}

这里，i代表以内插值替换的方法得到的像素值，n,s, e, w在3.2 Motion Calculator Block (di_mcalc)中介绍了。

3.5 Median Filter Block (di_med)

di_med模块的作用是求出n,s, e, w 和I五个像素值的中值。如果参数集合中包含偶数个数字，MEDIAN函数将返回位于中间的两个数的平均值，中值与平均值是不同的，区分如下：

平均值：平均值是算术平均数，由一组数相加然后除以这些数的个数计算得出。例如，2、3、3、5、7和10的平均数是30除以6，结果是5。

中值：中值是一组数中间位置的数；即一半数的值比中值大，另一半数的值比中值小。例如，2、3、3、5、7和10的中值是4。

在这里需要注意的是，这里并不是真正的从5个值中取中值，它实际上是一个更有效的从3个值中取中值的一个函数，公式如下所示：

3.6 Soft Switch Block (di_sswitch)

最终的去隔行输出数据是中值和vfilt_out值的混合值，（假定n,s这两个像素值与e,w这两个像素值是不相关的，不相关的含义是指：(max(n,s)< min(e,w)) 或者(min(n,s)> max(e,w))）。

计算公式如下：

if (Mspread <= 0.5 || not(F)) { pix_out = med ;} else { /* Mspread > 0.5 */ pix_out = (1-2*(Mspread-0.5))*med + 2*(Mspread-0.5)*vfilt_out ;}

（四）DMA only Mode

在DMA only模式下，数据只能够从IDMAC中传过来。

（五）Real Time Mode

在Real Time模式下，F(n-1)中的数据是从CSI中传送过来的，CSI来想FIFO1中写数据，然后DI子模块从F(n-1)中读取数据进行处理。

（六）CSI only Mode

在CSI only模式下，VDIC不进行任何处理，作为一个FIFO来使用。从CSI来的数据写到FIFO1中，然后IDMAC从FIFO1中读取数据。FIFO3和Line store memory都没有使用同时DI子模块是关闭状态。

（七）使用VDIC的Combining功能

VDIC能够进行两个位面的合并操作。

1）这两个位面都必须位于同一个颜色空间。

2）支持使用统一的背景图来覆盖一个位面。

3）这两个位面的大小不必一致。

4）每一个输出像素的合并操作需要一个单循环。

5）支持Alpha操作（global或者local）。

6）支持Color keying。

位面的位置和大小是可以通过编程控制的。如下图所示：

当使用local alpha的话，local alpha的数据应当从VDIC的channel3中来。

合并公式是：

OP= BG*(1 - alpha) + FG*alpha

OP代表输出像素，FG代表从channel3中来的前背景输入像素，BG代表从channel1中来的后背景输入像素，alpha是global or local transparency。（不会翻译了。。。）

（八）VDIC缺点

1）最大的输出像素频率为100MP/s。

2）输出像素格式和输入像素格式相同，都为YUV422或YUV420。

3）VDIC能够处理去隔行或者合并操作，但是它不能同时进行这两个操作。