FPGA设计中 Verilog HDL实现基本的图像滤波处理仿真

眼镜一米二

叁芯智能科技FPGA就业班06月开班中

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      今天给大侠带来FPGA设计中用Verilog HDL实现基本的图像滤波处理仿真，话不多说，上货。

1、用matlab代码，准备好把图片转化成Vivado Simulator识别的格式，即每行一个数据：




源码：

img = imread('E:\matlab\Images\2016-09-05-211710.jpg');        
         if size(img,3)==3           
         img = rgb2gray(img);        
         end        
         height = size(img, 1);        
         width = size(img, 2);        
         s = fopen('image2mem.txt','wb'); %opens the output file        
         cnt = 0;        
         for r=1:height               
              for c=1:width                        
                   cnt = cnt + 1;                        
                   grey=img(r,c);                        
                   greyb = dec2bin(grey,8);                        
                   Outbyte =greyb(1:8);



                   if (Outbyte(1:4) == '0000')fprintf(s,'0%X',bin2dec(Outbyte));                        
                   else fprintf(s,'%X',bin2dec(Outbyte));   end                        
                   if (mod(cnt,1) == 0)fprintf(s,'\r\n');   end               
               end        
         end        
         figure,imshow(img);        
         fclose(s);


2、EdgeSobel的Verilog源代码：



源码：

`timescale 1ns/1ps

module EdgeSobel(

           input clk,

           input [7:0] inData,

           input [11:0]x,

           input [11:0]y,

           output [7:0] outData

        );   

        

        parameter pixel_depth=8;

        parameter frame_width=640;

        parameter block_width=3;

        parameter block_height=3;

        parameter shiftRegSize=pixel_depth*((block_height-1)*frame_width+block_width);

        reg[shiftRegSize-1:0] shiftReg;

        wire [block_width*block_height*pixel_depth-1:0] Window;  

        initial begin shiftReg=10264'b0;end

        always@(posedge clk)if((x<640)&&(y<480))shiftReg<={shiftReg,inData};

        genvar i,j;

        generate

        for(i = 0; i < block_height; i = i + 1) begin : array

                for(j = 0; j < block_width; j = j + 1)

                begin : vector

                        assign Window[pixel_depth*(i * block_width + j)+:pixel_depth] =shiftReg[pixel_depth*(i*frame_width+j)+:pixel_depth];

                end

        end

        endgenerate

        wire [7:0] average;

        assign average =

           (Window[7:0]+Window[15:8]+Window[23:16]+

                //Window[31:24]+Window[39:32]+Window[47:40]+

                Window[31:24]+Window[39:32]+Window[47:40]+

                Window[55:48]+Window[63:56]+Window[71:64])/9 ;

        wire signed [pixel_depth+1:0] Gx;

        wire signed [pixel_depth+1:0] Gy;

        wire [pixel_depth+1:0] Gxabs;

        wire [pixel_depth+1:0] Gyabs;

        wire [pixel_depth+1:0] G;

        assign Gx =   shiftReg[pixel_depth*(0*frame_width+2)+:pixel_depth]

                                +2*shiftReg[pixel_depth*(1*frame_width+2)+:pixel_depth]

                                +  shiftReg[pixel_depth*(2*frame_width+2)+:pixel_depth]

                                -  shiftReg[pixel_depth*(0*frame_width+0)+:pixel_depth]

                                -2*shiftReg[pixel_depth*(1*frame_width+0)+:pixel_depth]

                                -  shiftReg[pixel_depth*(2*frame_width+0)+:pixel_depth];

                                

        assign Gy =   shiftReg[pixel_depth*(2*frame_width+0)+:pixel_depth]

                                +2*shiftReg[pixel_depth*(2*frame_width+1)+:pixel_depth]

                                +  shiftReg[pixel_depth*(2*frame_width+2)+:pixel_depth]

                                -  shiftReg[pixel_depth*(0*frame_width+0)+:pixel_depth]

                                -2*shiftReg[pixel_depth*(0*frame_width+1)+:pixel_depth]

                                -  shiftReg[pixel_depth*(0*frame_width+2)+:pixel_depth];   

                                

        assign Gxabs = (Gx>0)?Gx-Gx);

        assign Gyabs = (Gy>0)?Gy-Gy);

        assign G = Gxabs+Gyabs;

        //assign outData = average;    //平滑

        assign outData = G[9:2];     //边缘检测

        

endmodule

3、仿真文件：EdgeSobel_tb.v




源码：

`timescale 1ns / 1ps

module edgesobel_tb;

        reg clk;

        reg [7:0]  inData;

        reg [19:0] cnt;

        reg [9:0] row;

        wire [7:0] outData;

        reg [7:0] image [307199:0];

        integer file_id;

        reg [4:0] frame_cnt;

        initial

        begin

                $readmemh("E:/matlab/Vivado/image2mem.txt", image);

                file_id = $fopen("E:/matlab/Vivado/mem2image.txt","w");

                clk = 0;

                cnt = 0;

                row = 0;

                frame_cnt = 0;

        end

        EdgeSobel u_2

                        (

                        .clk(clk),

                        .x(1),

                        .y(1),

                        .inData(inData),

                        .outData(outData)

                        );

        always #1 clk = ~clk;

        always@(posedge clk)

        begin

                if(cnt == 307200)   

                        begin

                                cnt = 0;

                                row = 0;

                                frame_cnt = frame_cnt + 1;

                        end   

                else

                        inData = image[cnt];

                        cnt = cnt+1;

                        if(frame_cnt==1)

                                begin

                                        $fwrite(file_id, "%d ", outData);

                                        if(((cnt % 640)==0) &&(cnt>0))

                                                begin

                                                        $fwrite(file_id,"\r\n");

                                                        row = row + 1;

                                                end;

                                end

        end

        

endmodule

4、把输出的txt文件转化成图片Matlab程序：

A=importdata('E:\matlab\Vivado\mem2image.txt');

A=A./255;

imshow(A);

注意这里的A是double类型的，直接进行imshow会全白，要转化到0-1：A=A./255，或者把double类型转化为整形。

后续会持续更新，带来Vivado、 ISE、Quartus II 、candence等安装相关设计教程，学习资源、项目资源、好文推荐等，希望大侠持续关注。
大侠们，江湖偌大，继续闯荡，愿一切安好，有缘再见！