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基于FPGA的RGB到YCrCb颜色空间转换

时间:2015-11-18  来源:扁平线圈电感厂家  点击:


(1)直接用编程语言描述乘法运算,由综合工具自动实现,用该方法描述,实现简单,但是耗用比较多的逻辑资源。

(2)利用查找表的方式实现乘法运算,事先把要相乘数据的所有结果算出来存到ROM中,根据输入数据的值读取相应的结果,当用该方法相乘数据位数比较多时,会占用大量的存储空间。

(3)用FPGA中内嵌的乘法器实现,该方法实现简单,当用VHDL语言实现时,调用相应的乘法模块即可。

本文采用第三种方法,用专用乘法器来实现转换公式中的乘法运算。Xilinx的Virtex 4系列FPGA芯片内嵌的乘法器为Xtreme DSPTM Slice-DSP48 Slice其工作频率高达500 MHz,支持多种独立的功能,包括乘法器、乘累加器(MAC)、后接加法器的乘法器、三输入加法器、桶形移位寄存器、宽路线多路复用器、大小及比较器或宽 计数器。本文将运用DSP48 Slice模块实现乘加运算,在电路结构图的虚线框中,乘法和加法的运算将用单个DSP48 Slice模块实现。这样将会减少转换关系式中加法器的数量,节约逻辑资源,在程序中可以用元件例化语句调用DSP48 Slice模块,实现方法简单,程序简洁。为了满足浮点数和运算精度的要求,适合在FPGA中实现,将式(2)改写为:



式 中的除法运算可以通过截断低位数据的方法实现,在截断数据时,对截去小数部分判断,采用4舍5人的方法,当截去部分的最高位是1时,有进位,最高位是0 时,直接舍去。用VHDL语言描述式(3)的转换算法,输入R’,G’,B’是8位无符号二进制数,进行加减运算时,需要做符号位补位。



在每个运算部件(包括乘法和加减法器)的输出以及系统的输入/输出之间加上缓存寄存器,实现流水线设计,能提高资源利用率,加快运算速度,寄存器级数由运算延时大小决定。在输出端用计数器控制运算开始时的噪音输出。箝位电路控制输出数据范围满足颜色空间的要求。

4 仿真结果

在Xilinx的Virtex4-FX平台实现现图1的电路结构,用ISE软件仿真。资源使用情况如下:



时序仿真结果如图2所示。



通过图2可以验证转换算法的正确性。在使能信号en有效后,经过6个时钟的运算时延,输出端有转换结果输出,输出结果四舍五入,误差0.5,比以往算法提高了变换结果的精度。

5结 语

通 过对转换算法的研究,推导出适合在FPGA上实现的新算法,算法优点突出。算式中乘法器采用DSP48 Slice模块实现,提高了转换算法的运算速度。从综合报告可以看出,除了使用5个DSP48s外,其他资源使用的比较少。运算速度最大能够达到189 MHz,能够充分满足运算量大,实时性要求高的应用。

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