bayer2RGB

module bayer2RGB(
                input          I_rst_p,
					  input          I_clk_pixel,
                 input  [7:0]   I_bayer_data,
                 input          I_v_sync,//high active
                 input          I_h_sync,//high active -data valid
					  output [15:0]  O_RGB_data,
                output [7:0]   O_RGB_data_R,
                 output [7:0]   O_RGB_data_G,
                 output [7:0]   O_RGB_data_B,
                 output         O_RGB_data_valid,
                 output         O_v_sync
    );
parameter ROW_WIDTH = 1920;
parameter COL_WIDTH = 1080; //0325 HM

reg          v_sync_d1;
reg          v_sync_d2;
reg          v_sync_d3;
wire         v_sync_pos;
reg          h_sync_d1;
reg          h_sync_d2;
reg          h_sync_d3;
wire         h_sync_pos;
reg  [7:0]   bayer_data_d1;
reg  [7:0]   bayer_data_d2;
reg  [7:0]   bayer_data_d3;

reg  [10:0]  row_cnt;// 0-1024
reg  [10:0]   col_cnt;//0-768
wire [7:0]   shift_reg1_dout;
wire [7:0]   shift_reg2_dout;
reg  [7:0]   shift_reg2_dout_d1;

reg          RGB_data_valid;  
reg  [7:0]   RGB_R;
reg  [8:0]   RGB_G;
reg  [7:0]   RGB_B;

always@(posedge I_clk_pixel)
   begin
      v_sync_d1 <= I_v_sync;
      v_sync_d2 <= v_sync_d1;
      v_sync_d3 <= v_sync_d2;
      h_sync_d1 <= I_h_sync;
      h_sync_d2 <= h_sync_d1;
      h_sync_d3 <= h_sync_d2;                 
      bayer_data_d1 <= I_bayer_data;
      bayer_data_d2 <= bayer_data_d1;  
      bayer_data_d3 <= bayer_data_d2;  
      shift_reg2_dout_d1 <= shift_reg2_dout;
   end
assign v_sync_pos = v_sync_d1 & (~v_sync_d2);
assign h_sync_pos = (~h_sync_d1) & h_sync_d2;
//=======================================================================cnt
always@(posedge I_clk_pixel or posedge I_rst_p)
   begin
      if(I_rst_p)
         row_cnt <= 11'b0;
      else if(v_sync_pos)
         row_cnt <= 11'b0;   
      else if(h_sync_d2)
         if(row_cnt == ROW_WIDTH-1 )
            row_cnt <= 11'b0;
         else
            row_cnt <= row_cnt+ 1;
      else
          row_cnt <= row_cnt;              
   end
always@(posedge I_clk_pixel or posedge I_rst_p)
      begin
         if(I_rst_p)
            col_cnt <= 11'b0;
         else if(v_sync_pos)
            col_cnt <= 11'b0;            
         else if(row_cnt == ROW_WIDTH-1 && h_sync_d2)
             col_cnt <= col_cnt+ 1;
         else
             col_cnt <= col_cnt;              
      end  
//=================GBRG==================================
always@(posedge I_clk_pixel or posedge I_rst_p)
   begin
      if(I_rst_p)
         begin
            RGB_R <= 8'b0;
            RGB_G <= 8'b0;
            RGB_B <= 8'b0;
         end
      else
         case({col_cnt[0],row_cnt[0]})
            2'b00:
               begin
                  RGB_R <= bayer_data_d2;   //0407 调整顺序
                  RGB_G <= (bayer_data_d1 + shift_reg2_dout_d1)>>1;
                  RGB_B <= shift_reg2_dout; 
               end    
            2'b01:
               begin
                  RGB_R <= bayer_data_d1;
                  RGB_G <= (bayer_data_d2 + shift_reg2_dout)>>1;
                  RGB_B <= shift_reg2_dout_d1;
               end  
            2'b10:
               begin
                  
						RGB_R <= shift_reg2_dout_d1;
                  RGB_G <= (bayer_data_d2 + shift_reg2_dout)>>1;// 0407 HM 右移一位相当于除以2
                  RGB_B <= bayer_data_d1;
               end
            2'b11:
               begin
                  
						RGB_R <= shift_reg2_dout;
                  RGB_G <= (bayer_data_d1 + shift_reg2_dout_d1)>>1;
                  RGB_B <= bayer_data_d2;
               end                                                                
            default:
               begin
                  RGB_R <= 8'b0;
                  RGB_G <= 8'b0;
                  RGB_B <= 8'b0;
               end
         endcase
   end
shift_ram_1 u_shift_ram_1 (
  .d(bayer_data_d1),    // input wire [7 : 0] D
  .clk(I_clk_pixel),    // input wire CLK
  .ce(h_sync_d1),   // input wire CE
  .sclr(I_rst_p),   // input wire SCLR
  .q(shift_reg1_dout)   // output wire [7 : 0] Q
);

shift_ram_2 u_shift_ram_2 (
  .d(shift_reg1_dout),        // input wire [7 : 0] D
  .clk(I_clk_pixel),    // input wire CLK
  .ce(h_sync_d1),      // input wire CE
  .sclr(I_rst_p),  // input wire SCLR
  .q(shift_reg2_dout)        // output wire [7 : 0] Q
);

assign O_RGB_data_valid = h_sync_d3;
assign O_v_sync = v_sync_d3;
assign O_RGB_data = {RGB_R[7:3],RGB_G[7:2],RGB_B[7:3]} ;
assign  O_RGB_data_R = RGB_R;
assign  O_RGB_data_G = RGB_G[7:0];
assign  O_RGB_data_B = RGB_B;


endmodule
### BayerRGB转换的FPGA实现 Bayer滤波阵列是一种常见的图像传感器输出格式,其中每个像素只记录红、绿或蓝中的一种颜色信息。为了获得完整的彩色图像,在后续处理过程中需要将这些单色像素值插值得到全彩RGB图像。 #### 1. 算法原理 典型的BayerRGB算法基于相邻像素之间的关系来估计缺失的颜色分量。最常用的两种方法是双线性插值和更复杂的梯度自适应加权平均法。对于硬件加速而言,后者虽然计算复杂度较高但能提供更好的视觉效果[^3]。 #### 2. FPGA架构设计考虑因素 当在FPGA上部署此功能时,需特别注意以下几个方面: - **流水线结构**:通过构建多级流水线减少延迟并提高吞吐率。 - **资源优化**:合理分配逻辑单元与DSP Slice以平衡性能和成本。 - **存储器管理**:利用片内RAM缓存输入帧的部分区域以便于访问邻近像素。 #### 3. 实现示例 下面给出一段VHDL代码片段作为概念验证,展示了如何读取来自相机接口的一维Bayer数据流,并将其重组为二维矩阵形式供进一步处理使用。 ```vhdl library IEEE; use IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; entity bayer_reader is Port ( clk : in STD_LOGIC; -- System clock signal rst_n : in STD_LOGIC;-- Active low reset data_in : in STD_LOGIC_VECTOR(7 downto 0); -- Raw sensor output valid_in : in STD_LOGIC; -- Indicates new pixel arrival row_addr : out INTEGER range 0 to HEIGHT-1; col_addr : out INTEGER range 0 to WIDTH-1; rgb_out : out STD_LOGIC_VECTOR(23 downto 0)-- Processed RGB triplet ); end entity; architecture Behavioral of bayer_reader is begin process(clk,rst_n) variable r,c : integer := 0; begin if(rst_n='0')then r:=0;c:=0; elsif rising_edge(clk) then if(valid_in='1')then case c mod 2 & r mod 2 is when "00"=>rgb_out<=data_in&"00"&data_in;-- GRGR... when "01"=>rgb_out<="00"&data_in&data_in;-- RGRG... when others=>null; end case; c := (c+1)mod WIDTH; if(c=WIDTH-1)then r:=(r+1)mod HEIGHT; end if; end if; end if; row_addr <= r; col_addr <= c; end process; end architecture; ``` 上述代码仅作为一个简单例子说明基本思路;实际应用中还需要加入更多细节如边界条件判断以及精确的颜色校正等操作。
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