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FPGA纯verilog代码实现图像缩放,两种插值算法任意尺寸缩放,提供3套工程源码

9527华安 2023-04-20 原文

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1、设计思路和架构

本设计将常用的双线性插值和邻域插值算法融合为一个代码中,通过输入参数选择某一种算法;代码使用纯verilog实现,没有任何ip,可在Xilinx、Intel、国产FPGA间任意移植;代码以ram和fifo为核心进行数据缓存和插值实现,设计架构如下:

视频输入时序要求如下:

输入像素数据在dInValid和nextDin同时为高时方可改变;
视频输出时序要求如下:

输出像素数据在dOutValid 和nextdOut同时为高时才能输出;

2、纯verilog代码搭建,不带任何ip

代码使用纯verilog实现,没有任何ip,可在Xilinx、Intel、国产FPGA间任意移植;
图像缩放的实现方式很多,最简单的莫过于Xilinx的HLS方式实现,用opencv的库,以c++语言几行代码即可完成,关于HLS实现图像缩放请参考我之前写的文章HLS实现图像缩放
网上也有其他图像缩放例程代码,但大多使用了IP,导致在其他FPGA器件上移植变得困难,通用性不好;
相比之下,本设计代码就具有通用性;
代码架构如图;

其中顶层接口部分如下:

3、双线性插值和邻域插值算法

本设计将常用的双线性插值和邻域插值算法融合为一个代码中,通过输入参数选择某一种算法;
具体选择参数如下:

input  wire i_scaler_type //0-->bilinear;1-->neighbor

通过输入i_scaler_type 的值即可选择;

输入0选择双线性插值算法;
输入1选择邻域插值算法;

关于这两种算法的数学差异,请参考我之前写的文章HLS实现图像缩放

4、vivado和matlab联合仿真及结果

第一步:网上下载一张1280X720的图片,并用matlab将图片转换为RGB格式的txt文档;
第二步:在vivado下设计tstbench,将RGB格式的txt文档作为视频输入源给到图像缩放模块,并将缩放后的图像数据写入输出txt文档;
第二步:用matlab将输出txt文档转换为图片,并于原图一并输出显示以做比较;
根据以上方法得到以下仿真结果:
双线性插值算法原图1280X720缩小到800x600如下:

邻域插值算法原图1280X720缩小到800x600如下:

双线性插值算法原图1280X720放大到1920x1080如下:

邻域插值算法原图1280X720放大到1920x1080如下:

5、工程代码1:720P原始摄像头采集显示

三套工程的设计架构都一样,如下:

开发板:Xilinx Kintex7开发板;
开发环境:Vivado2019.1;
输入:OV5640摄像头,分辨率1280x720p;
输出:HDMI,1080P分辨率下的720P有效区域显示;
工程作用:采集原始的720P图像,以便和后面的缩小效果作比较;
工程BD如下:

其中FDMA控制器配置如下:

FDMA架构实现了视频到DDR3的三帧缓存读写,关于FDMA,请参考我之前写的文章FDMA视频到DDR3的三帧缓存
工程代码架构如下:

工程的资源消耗和功耗如下:

6、工程代码2:720P缩小到800x600P显示

开发板:Xilinx Kintex7开发板;
开发环境:Vivado2019.1;
输入:OV5640摄像头,分辨率1280x720p;
输出:HDMI,1080P分辨率下的800x600有效区域显示;
工程作用:1280x720原图缩小到800x600,并和原图作比较;
工程设计框架、BD、工程代码架构和工程1一样,FDMA配置如下:

7、工程代码3:720P缩放大1920x1080P显示

开发板:Xilinx Kintex7开发板;
开发环境:Vivado2019.1;
输入:OV5640摄像头,分辨率1280x720p;
输出:HDMI,1080P分辨率下的800x600有效区域显示;
工程作用:1280x720原图放大到1920x1080,并和原图作比较;
工程设计框架、BD、工程代码架构和工程1一样,FDMA配置如下:

8、上板调试验证并演示

板子连接如下:

工程1:原图1280x720输出效果如下:

工程2:原图1280x720缩小到800x600输出效果如下:

工程3:原图1280x720放大到1920x1080输出效果如下:

动态视频演示如下:

FPGA纯verilog代码实现图像缩放

9、福利:工程源码获取

福利:工程代码的获取
代码太大,无法邮箱发送,以某度网盘链接方式发送,
资料获取方式:私,或者文章末尾的V名片。
网盘资料如下:

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