基于FPGA的RGB图像转Ycbcr实现,包括tb测试文件以及MATLAB辅助验证

1.算法运行效果图预览

将FPGA的数据导入到matlab进行显示

2.算法运行软件版本

Vivado2019.2

matlab2022a

3.算法理论概述

      基于FPGA的RGB图像转Ycbcr转换的实现，主要是通过数字电路的设计，利用硬件并行处理的能力，快速完成图像数据的转换。

        RGB和YcbCr都是色彩空间的一种表示方式。RGB是依据人眼识别的颜色定义的一种颜色标准，R（红）、G（绿）、B（蓝）三种颜色可以混合出所有颜色。而YCbCr是一种色彩空间，主要用于数字图像和视频处理，Y表示亮度分量，Cb和Cr表示色度分量。

RGB转YCbCr的转换公式如下：

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B

Cb = -0.169R - 0.331G + 0.5B + 128

Cr = 0.5R - 0.419G - 0.081B + 128

以上公式是基于以下定义：

Y是亮度分量，表示图像的明亮程度。

Cb是蓝色色度分量，表示蓝色和洋红色的强度。

Cr是红色色度分量，表示红色和青色的强度。

      在FPGA上实现RGB到YCbCr的转换，可以通过硬件描述语言（如VHDL或Verilog）编写一个数字电路模块。这个模块接收RGB图像数据作为输入，然后根据上述公式计算出对应的YCbCr值，并输出。

具体的实现过程可能包括以下几个步骤：

定义一个适当的数据路径和寄存器来存储RGB图像数据和计算过程中的中间值。

设计适当的组合逻辑或时序逻辑来实现上述公式的计算。这可能包括一些基本的数学运算，如加法和乘法。

设计控制逻辑来控制整个转换过程，包括数据的输入和输出。

在FPGA上实现这个模块，并进行适当的测试以确保其正常工作。

       这种转换在视频编解码器中非常常见，因为YCbCr格式对人类的视觉系统更有利，能够更好地压缩图像数据。对于需要实时处理大量图像数据的应用，如视频流处理，利用FPGA的并行处理能力可以大大提高处理速度。

4.部分核心程序

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2023/08/01  
// Design Name: 
// Module Name: RGB2gray
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//
 
module test_image;
 
reg i_clk;
reg i_rst;
reg [7:0] Rbuff [0:100000];
reg [7:0] Gbuff [0:100000];
reg [7:0] Bbuff [0:100000];
reg [7:0] i_Ir,i_Ig,i_Ib;
wire [7:0] o_Y,o_Cr,o_Cb;
integer fids1,dat1,fids2,dat2,fids3,dat3,jj=0;
 
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
 
initial 
begin
	fids3 = $fopen("D:\\FPGA_Proj\\FPGAtest\\code\\b.bmp","rb");
	dat3 = $fread(Bbuff,fids3);
	$fclose(fids3);
end
 
 
 
initial 
begin
i_clk=1;
i_rst=1;
#1200;
i_rst=0;
end 
 
always #5  i_clk=~i_clk;
 
always@(posedge i_clk) 
begin
	i_Ir<=Rbuff[jj];
	i_Ig<=Gbuff[jj];
	i_Ib<=Bbuff[jj];
	jj<=jj+1;
end
 
 
 
main_gray main_gray_u(
.i_clk    (i_clk),
.i_rst    (i_rst),
.i_image_R      (i_Ir),
.i_image_G      (i_Ig),
.i_image_B      (i_Ib),
.o_Y            (o_Y),// Y 
.o_Cr           (o_Cr),// Y 
.o_Cb           (o_Cb)// Y 
);
 
 
。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。
 
 
integer fout3;
initial begin
 fout3 = $fopen("Cb.txt","w");
end
 
always @ (posedge i_clk)
 begin
    if(jj<=66616)
	$fwrite(fout3,"%d\n",o_Cb);
	else
	$fwrite(fout3,"%d\n",0);
end
endmodule