实验四 图像处理实验报告
目录
实验目的
在实验三的基础上，将图片显示在显示器上，并进行灰度处理。
实验内容
原理描述
1. 图片的分辨率、尺寸和位深度
- 分辨率：每英寸内有多少个像素点（如dpi、lpi、ppi），决定了图像细节度。
- 尺寸：图片的像素长和宽，如640×480表示宽640像素、高480像素。
- 位深度：每个像素用多少位(bit)表示，如24位能表示2^24种颜色。
2. 图片数据导入方法
- 方法一：用Matlab将图片转为三维矩阵，提取RGB分量，按GRB565格式拼接，写入.coe文件。
- 方法二：用BMP2Mif等工具将图片直接转为.coe文件。
- 过程：
- 用BMP2Mif生成.coe文件。
- 在Vivado生成ROM IP核，导入.coe。
- 设置RGB格式，VGA扫描显示图像。
3. VGA显示与灰度处理原理
- 通过VGA协议分时扫描输出RGB信号。
- 用IP核ROM存放图片像素数据，VGA扫描时顺序读出。
- 灰度处理：将彩色像素转为灰度级像素，简化显示效果。
Verilog HDL设计源代码
module vga_tu(
input clock,
output reg [3:0] red, // R
output reg [3:0] green, // G
output reg [3:0] blue, // B
output hsync, // 行同步信号
output vsync // 场同步信号
);
reg [9:0] hcount; // 行计数
reg [9:0] vcount; // 场计数
wire hcount_ov; // 是否完成一行
wire vcount_ov; // 是否完成一场
wire dat_act; // 是否在显示区域
reg vga_clk; // VGA时钟分频
reg clk_tmp;
// VGA时序参数
parameter hsync_end = 10'd95,
hdat_begin = 10'd143,
hdat_end = 10'd783,
hpixel_end = 10'd799,
vsync_end = 10'd1,
vdat_begin = 10'd34,
vdat_end = 10'd514,
vline_end = 10'd524;
// 时钟分频
always @(posedge clk_tmp)
vga_clk <= ~vga_clk;
always @(posedge clock)
clk_tmp <= ~clk_tmp;
// 行扫描
always @(posedge vga_clk) begin
if (hcount_ov)
hcount <= 10'd0;
else
hcount <= hcount + 10'd1;
end
assign hcount_ov = (hcount == hpixel_end);
// 场扫描
always @(posedge vga_clk) begin
if (hcount_ov) begin
if (vcount_ov)
vcount <= 10'd0;
else
vcount <= vcount + 10'd1;
end
end
assign vcount_ov = (vcount == vline_end);
assign dat_act = ((hcount >= hdat_begin) && (hcount < hdat_end)) &&
((vcount >= vdat_begin) && (vcount < vdat_end));
assign hsync = (hcount > hsync_end);
assign vsync = (vcount > vsync_end);
// 判断是否在图片显示区域
wire now_show;
assign now_show = ((hcount <= 199 + hdat_begin) && (hcount >= 0) && (vcount <= 125 + vdat_begin) && (vcount >= 0));
// 导入IP核
reg [14:0] addra;
wire [15:0] douta;
blk_mem_gen_0 your_instance_name (
.clka(vga_clk),
.addra(addra), // 像素点计数
.douta(douta) // 图片颜色信息
);
// R灰度处理
wire [15:0] R_grey;
assign R_grey = {douta[15:11], douta[15:11], 1'b0, douta[15:11]};
// 图片显示及灰度处理
always @(posedge vga_clk) begin
if(dat_act) begin // 在显示区域
if(now_show) begin // 在图片显示区域
red <= R_grey[15:12];
green <= R_grey[10:7];
blue <= R_grey[4:1];
if(addra == 25200 - 1) // 图片大小为250x600
addra <= 0;
else
addra <= addra + 1;
end
end
end
endmodule
XDC文件配置
set_property PACKAGE_PIN D8 [get_ports {blue[3]}]
set_property PACKAGE_PIN D7 [get_ports {blue[2]}]
set_property PACKAGE_PIN C7 [get_ports {blue[1]}]
set_property PACKAGE_PIN B7 [get_ports {blue[0]}]
set_property PACKAGE_PIN A6 [get_ports {green[3]}]
set_property PACKAGE_PIN B6 [get_ports {green[2]}]
set_property PACKAGE_PIN A5 [get_ports {green[1]}]
set_property PACKAGE_PIN C6 [get_ports {green[0]}]
set_property PACKAGE_PIN A4 [get_ports {red[3]}]
set_property PACKAGE_PIN C5 [get_ports {red[2]}]
set_property PACKAGE_PIN B4 [get_ports {red[1]}]
set_property PACKAGE_PIN A3 [get_ports {red[0]}]
set_property PACKAGE_PIN E3 [get_ports clock]
set_property PACKAGE_PIN B11 [get_ports hsync]
set_property PACKAGE_PIN B12 [get_ports vsync]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {blue[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {blue[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {blue[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {blue[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports clock]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports vsync]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {green[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {green[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {green[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {green[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {red[3]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {red[2]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {red[1]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports {red[0]}]
set_property IOSTANDARD LVCMOS33 [get_ports hsync]
下板测试
- 灰度处理前：
- 灰度处理后：
实验体会
- 学会了导入IP核，以及图片数据在FPGA中的读取与VGA显示原理。
- 掌握了使用BMP2Mif等工具一键生成.coe文件，极大方便了图片数据的转换和导入。
- 实验过程中需不断试错、调参和验证，培养了耐心和工程实操能力。
- 抓住课堂时间高效完成实验，有助于巩固理论知识，提高实践效率。