酷！在Zynq上实现Ultra HDR视频系统

作者：haoxingheng

在过去，高质量的图像系统主要考虑两个关键点：（1）高清，也就是分辨率高；（2）更多细节和更高帧率，减少运动模糊和输出延时，主要依赖于Sensor的像素读出速度。现在一些视频系统希望利用一个Sensor，就能清楚看到高对比度情况下阴影处和高亮处的细节，实现 “Ultra HDR”。为满足这种需求，日前“Pinnacle Imaging Systems”推出了其“Ultra HDR”视频IP解决方案。（图1 基于ZC706开发板的演示套件）

Ultra HDR的自适应tone mapping可获得高达115dB的信噪比，支持最高120fps图像输入（每帧融合四次曝光图像），可实时输出高达1080P 60fps tone mapping后的图像。

“虽然大多数的图像传感器所能获得的动态范围都是有限的，但是我们坚信相机最终是可以提供人眼所能看到的相同对比度范围的，因此我们用基于人类视觉的理论模型来实现这一技术。正是这种独特的方法，使得我们的Ultra HDR技术可以提供高保真、高对比度的视频质量。”Pinnacle Imaging Systems董事长兼CEO Alfred Zee介绍说。

Pinnacle Imaging Systems的Ultra HDR技术解决了许多HDR影像相关的复杂技术问题，并在低、中、高端图像传感器应用上进行了充分验证，包括：

自动去鬼影（Ghost Removal）和减光晕（Halo Reduction）：对HDR多次曝光进行运动补偿，包括帧与帧之间的相机运动和运动目标；

局部自适应Tone Mapping：根据每一帧阴影区和高亮区的情况自动调整Tone Mapping参数，以确保输出的视频看上去更加自然；

自动白平衡控制：在任何场景和任何光照条件下都自动计算出合适的白平衡设置值；

自动曝光控制：根据自动或手动选择的兴趣区域实时计算和调整Sensor的曝光时间实现精确曝光；

暗部曝光偏置选择：在自动曝光模式下通过Shadow Tracking实现tone mapping 偏置调整来保证最佳的暗部细节和数据保护，这在监控应用中是一个关键需求。

Pinnacle Imaging的IP已经在FPGA上完成验证，现在可以方便的移植到ASIC、DSP+SoC或ISP等系统上。“我们看到了摄像机和消费类设备对加入HDR功能日益增长的市场需求” Pinnacle Imaging Systems业务拓展总监Ron Tussy说：“在汽车、安全和监控领域的测距、识别等，或者是其他要求视频从极暗到极亮区域都能获得较好效果的应用里，我们特有“embedded HDR tone mapping”是提高图像性能的一项基础关键技术。”

Pinnacle提供基于Xilinx ZC706开发板的Ultra HDR参考设计，而ZC706开发套件基于Xilinx Zynq Z-7045 SoC，下图2是系统实现框图。

图2 基于Z7045 SoC的Pinnacle Imaging Systems Ultra HDR参考设计

宽动态（Ultra HDR）技术在视频监控、交通运输、汽车图像系统、可穿戴相机系统和视觉应用系统中都有着广泛需求，并呈现出越来越快的增长趋势。抢占市场，把Ultra HDR技术用到你的设计中，你准备好了吗？