基于FPGA的图像比例缩放

本文介绍了如何使用FPGA进行图像的简单比例缩放,通过反向思维解决技术难题,程序设计中先确定缩放后图像的左边界,再计算原图像对应位置并从ROM读取数据。

哈哈哈

经过了一下午的钻研

终于可以得到缩放的图像了

这里的图像并不是高级的缩放

而是简单的隔比例的像素显示

在思考问题的时候我们往往正向思维,在我的正向思维怎么都不可得的时候看到了一篇文章,可以反向思维。

既我们事先选定缩放后的左边,然后通过计算得到原图像的左边,然后给地址在ROM中查找即可。

部分程序如下:

`timescale 1ns / 1ps
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date:    14:43:19 08/12/2016 
// Design Name: 
// Module Name:    pic_display 
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool versions: 
// Description: 
//
// Dependencies: 
//
// Revision: 
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments: 
//
//////////////////////////////////////////////////////////////////////////////////
module pic_display
	#(parameter Column_Addr_Loc_L = 10'd64,
	parameter Row_Addr_Loc_L = 10'd64,
	parameter Pic_Size = 10'd32)
	(
	CLK,
	nRESET,
	Column_Addr_Sig, 
	Row_Addr_Sig,
	Red_Sig, 
	Ready_Sig,
	Rom_Data_red,
	Rom_Addr
//	Reduce_en
    );
	 
	input CL
<think>好的,我现在需要回答用户关于基于FPGA的实时图像缩放的RTL设计实现方案的问题。用户之前提到了他们想查找相关资料或方法,并且引用了两篇关于HLS实现图像缩放和纯Verilog设计的文章。我需要结合这些引用,同时遵循用户给出的系统级指令,特别是关于LaTeX格式和生成相关问题。 首先,我应该先理解用户的需求。他们希望了解如何用RTL(即Verilog或VHDL)直接实现实时图像缩放,而不依赖HLS或IP核。根据引用[1],用户提到纯Verilog实现,没有使用IP,便于跨平台移植。引用[2]则讨论了HLS实现,但用户现在关注的是RTL设计,所以需要重点参考引用[1]的内容。 接下来,我需要整理RTL实现的关键步骤。可能需要包括模块划分、插值算法(比如双线性插值)、数据缓冲、时序控制等。同时,要强调实时性,意味着处理速度必须跟上输入帧率,不能有延迟。这涉及到流水线设计和并行处理。 还要注意用户提到的两种插值算法整合与选择,这可能涉及算法选择和硬件资源平衡的问题。比如,双线性插值在效果和复杂度之间取得平衡,适合FPGA实现。 然后,需要确保回答结构清晰,分步骤说明。可能需要分点讨论设计架构、插值实现、时序同步等。同时,要引用用户提供的引用内容,例如引用[1]中的代码架构和接口部分,说明如何整合不同算法。 在技术细节方面,可能需要解释双线性插值的数学原理,用LaTeX公式表示,比如计算插值权重。同时,要提到数据缓冲机制,如使用行缓冲或双端口RAM来存储相邻像素,确保数据可用性。 另外,用户可能关心如何验证设计,比如通过仿真或上板测试,以及如何优化资源使用,比如乘法器和存储单元的合理分配。 最后,生成相关问题时要围绕RTL设计、算法选择、优化方法、应用场景等方面提问,帮助用户进一步探索。</think>### FPGA实时图像缩放RTL设计方案 #### 一、设计架构 基于FPGA的实时图像缩放RTL设计核心包含以下模块: 1. **像素缓存模块**:采用双端口RAM实现行缓冲,存储相邻两行像素数据$P_{i,j}$和$P_{i+1,j}$[^1] 2. **坐标映射模块**:根据缩放比例计算目标像素在原图中的浮点坐标$(u,v)$ 3. **插值计算模块**:实现双线性插值算法,计算权重系数$w_x,w_y$ 4. **时序控制模块**:生成同步信号并管理数据流水线 $$ P_{out} = (1-w_x)(1-w_y)P_{00} + w_x(1-w_y)P_{10} + (1-w_x)w_yP_{01} + w_xw_yP_{11} $$ #### 二、关键技术实现 1. **双线性插值硬件化** 将浮点运算转换为定点运算: - 坐标小数部分用10位定点数表示(精度$1/1024$) - 乘法器采用移位相加优化:$w_x \times P_{10} = (P_{10} << 10) \times w_x[9:0]$ 2. **流水线架构设计** 四级流水线提升吞吐量: ``` 像素读取 → 坐标计算 → 权重生成 → 插值输出 ``` 3. **动态缩放支持** 通过寄存器配置缩放参数: ```verilog reg [15:0] H_ratio; // 水平缩放系数 (原图宽度/目标宽度)*1024 reg [15:0] V_ratio; // 垂直缩放系数 ``` #### 三、资源优化策略 1. **行缓冲复用技术** - 垂直方向复用同一行缓冲 - 采用乒乓操作降低存储需求 2. **并行计算单元** 四个乘法器并行计算四项插值分量: ```verilog wire [17:0] term1 = (1024 - wx) * (1024 - wy); wire [17:0] term2 = wx * (1024 - wy); wire [17:0] term3 = (1024 - wx) * wy; wire [17:0] term4 = wx * wy; ``` #### 四、验证方案 1. **Testbench结构** - 原始图像数据生成模块 - 缩放模块实例 - 输出数据对比模块(与MATLAB计算结果比对) 2. **时序约束** 必须满足实时性要求: $$ T_{process} \leq \frac{1}{帧率 \times 分辨率} $$
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