近年來，由于人們對數字視頻處理技術的要求不斷提高，越來越多的數字視頻處理系統開始采用FPGA+DSP的體系架構。在這一架構中，FPGA的作用是對視頻數據進行較低階的預處理，如縮放、銳化、平滑、色度空間轉換等，DSP的作用是在預處理的基礎上對視頻數據進行高階處理，如編碼、識別等。由于數字視頻處理系統對實時性的要求較高，因此FPGA子系統的處理速度越快、處理效率越高，則預處理所需的時間就越短，DSP子系統就有充足的時間對視頻數據進行更復雜的處理，系統的整體性能就越強。在設計實際的FPGA子系統時，提出了流水線(Pipeline)方法，有效地提升了系統的處理速度和執行效率。
1 流水線方法
　　流水線處理由通常的流水作業法而來，它是指將待處理的任務分解為相互有關而又相對獨立的、可以順序執行的子任務。也就是說整個處理過程被劃分為一組串行連接的子過程，以完成相應的子任務。在數字視頻處理系統中，FPGA所承擔的運算大部分是加法，以3變量相加的任務為例，傳統的設計方法" title="設計方法">設計方法是直接構建一個3輸入的加法器，一次性計算出結果，而流水線設計方法則是先構建兩個2輸入的加法器，再將這兩個加法器級聯形成一個2級流水線系統，經過兩次計算得到最終結果，兩者的設計思想如圖1所示。

　　流水線有兩大優點：第一，采用流水線技術" title="流水線技術">流水線技術的系統可以工作在更高的時鐘頻率" title="時鐘頻率">時鐘頻率下。在實際的FPGA系統中，系統所能承受的最高時鐘頻率受限于系統中的組合邏輯模塊的最大" title="最大">最大延時。圖1中(a)系統的工作時鐘不能超過1/Ta(Ta為加法器A的延時)，(b)系統的工作時鐘不能超過1/Tb。由于加法器B的結構比加法器A簡單，所以必然有Tb2 基于流水線方法的色度空間轉換
2.1 算法原理
　　在數字視頻處理系統中，色度空間的轉換被大量應用，如RGB空間與YC_bC_r空間的相互轉換，RGB空間與HSI空間的相互轉換等，這類轉換所需的運算量不大，但所要處理的視頻流的數據量很大，且對實時性要求較高，非常適合用流水線技術來實現。其中8bit YC_bC_r信號到RGB信號的轉換關系如式(1)所示。
　　
　　在FPGA中直接構建加（減）法器很容易，但要構建小數乘法器則較為復雜，通常的做法是變小數運算為整數運算，變乘除運算為移位運算。基于這一思想，式(1)中YC_bC_r分量到G分量的轉換公式中的小數系數可用式(2)來代替。
　　
　　所以YC_bC_r分量到G分量的轉換關系就可以近似的寫為式(3)：
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　　在數字電路中，乘以2相當于變量左移一位，除以2相當于變量右移一位，因此YC_bC_r分量到G分量轉換電路的原始硬件結構框圖如圖2所示。圖2所示電路中最復雜的模塊為5變量加法器，設其最大處理延時為T₁，則電路的最高輸入時鐘頻率不超過1/T₁。

2.2 流水線設計
　　流水線技術的核心思想就是將低速的復雜模塊拆分為多個高速的簡單模塊。圖2中的多變量加法器屬于復雜模塊，應將其拆分為多個兩變量加法器的級聯，如圖3所示。在圖3中，YC_bC_r分量到G分量轉換任務由9個兩變量加法器組成的4級流水線來完成，輸入數據在時鐘的驅動下依次經過4級流水線的處理，即可得到所需的處理結果。

　　圖3中每一級流水線所用到的加法器均為19位兩變量加法器，設其最大處理延時為T2，則電路的最高輸入時鐘頻率不超過1/T2。在實際運算過程中，前級流水線經過T2延時后得出當前輸入的計算結果并將其送入次級流水線后，可以直接對下一組輸入數據進行計算，整個系統的工作流程可用表1來表示。
　　由表1可見，在經過最初的4T2延時后，每經過一個T2時間，就會有一組處理后的結果輸出，這一指標將大大優于采用非流水線結構的電路。

2.3 仿真測試
　　利用Altera公司的Quartus II平臺對圖2和圖3的設計方案進行仿真測試，得到的結果如表2所示。由表2不難發現，應用流水線技術后，系統所能承受的最大輸入時鐘頻率提高了1倍，系統的運行速度和執行效率均獲得大幅提升。