闲庭信步使用SV搭建图像测试平台：第十九课——YCbCr图像转RGB图像

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上篇我们讲解了RGB图像如何转YCbCr格式的图像，图像图YCbCr格式下完成了处理，最终可能还是要转回RGB图像的格式。

这个其实很简单，也有现成的公式，比如下面这个公式。

我们在我们在img_process_pkt包的image_process类中新建一个ycbcr2rgb的task，直接把公式实现一下。

仿真文件tb_image_sim如下，先将RGB图像数据转换成YCbCr格式，然后再将YCbCr格式的图片转换回RGB的格式，然后分别保存RGB每个通道的图片和RGB的图片。

最后我们双击sim文件夹下的top_tb.bat文件，完成系统的自动化仿真。

打开image文件夹，发现生成的图像并不是我们期望的图片。

再看看单通道的图片，也都不太正常的样子。

出现了问题就要分析，回头再看看公式，如下所示，以R为例，如果两项之和大于255或者小于0，超出了图像8位无符号位的范围，而我们在task中没有考虑超出范围的情况，可能会造成结果溢出，造成图像不正常。还有一点，就是数据格式的隐形转换，虽然y，cb，cr和R，G，B等数据都是8位无符号数据，但是由于系数有小数，系统很明显会转换成有符号实数进行计算。

我们可以先把范围限定一下，如下所示：

再看看生成的图像，除了红色通过有些改进，其它通道变得更加糟糕了，RGB图像也是一样。

这说明了什么呢？说明并不只是最后结果有问题，而是中间的计算也存在的问题。为了方便，我们是直接使用的小数进行实数的运算，而在可综合FPGA的RTL代码中，根本不可能这样运算的。这样运算的后果就是如果某一步结果超出了范围，就会照成最终结果的不可控。可以这样理解，还是以R的求解为例，如果相加的两项有一项都超出了0-255的范围，那这项的值其实就已经不对了，更不要说两项都超出范围，甚至G的三项都超出范围，这就是我们常说的一步错，步步错。

那问题应该如何解决呢？要按照可综合FPGA的RTL代码的思维进行设计，先对公式合并化简到如下的形式。

中间的结果用无符号数进行保存，并对位数进行适当的扩展，然后所有正项分别相加，所有负向也分别相加，最后根据正负项的大小进行相应的加减和范围的判断，总而言之，就是每一步的运算都是可控的。如下所示。

我们再看看转换后生成的图片，都正常了。

本篇的内容，看似简单，但是非常的重要，因为涉及到了软件编程中数据范围的控制，当然在FPGA的硬件编程中，时刻都要关注数据是否会规定的范围，这也是软件编程和硬件编程的一个重大的区别。