FPGA图像处理——YCbCr灰度转换

之前的单通道灰度转换作为一个图像处理FPGA框架搭建完成后的一个简单效果的测试，其图像的层次感有待提高，图像处理灰度转换用的更多的还是YCbCr。
一、YCbCr
YCbCr或Y’CbCr有的时候会被写作：YCBCR或是Y’CBCR，Y’为颜色的亮度(luma)成分、而CB和CR则为蓝色和红色的浓度偏移量成份。Y就是所谓的亮度(luminance)，表示光的浓度且为非线性，使用伽马修正(gamma correction)编码处理。人的肉眼对视频的Y分量更敏感，因此在通过对色度分量进行子采样来减少色度分量后，肉眼将察觉不到的图像质量的变化，因此后面的图像处理使用灰度图像都是基于Y分量图像。以后这个YCbCr工程将被作为图像处理的模板。
RGB转YCbCr：

二、MATLAB图像处理
代码：

效果图：

这张图目测Y分量和G分量差别不大，理论上Y分量图像的层次感是最好的，在其他更加精致的图像上能比较明显的观察到，但由于我比较喜欢这张图，就放这张图的效果图好了。
三、FPGA实现
工程设计图和上一个单通道是一致的，都是简单的图像变换，时序上只要求信号同步。将上个单通道输出部分重新编写即可。
1.由于FPGA无法进行浮点数运算，需要将浮点数进行转换。

将浮点数乘以256后，向右移位8位（相当于除以256），再把123写进括号即为YCbCr最终的Verilog表达式。
2.RGB转YCbCr
（1）接收数据，有tft传过来的数据为RGB565，通过低位补零转为RGB888

                                           //组合逻辑无时延
	assign R0 = {TFT_rgb[15:11],3'd0};
	assign G0 = {TFT_rgb[10:5],2'd0};
	assign B0 = {TFT_rgb[4:0],3'd0};
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（2）首先进行上述运算的第一步，乘法运算256对应系数

													//时序逻辑，延时clk1
	always@(posedge clk or negedge rst_n)
	begin
		if(!rst_n) begin
		  {R1,G1,B1} <= {16'd0, 16'd0, 16'd0};
        {R2,G2,B2} <= {16'd0, 16'd0, 16'd0};
        {R3,G3,B3} <= {16'd0, 16'd0, 16'd0};
		end
		else begin
			{R1,G1,B1} <= {{R0 * 16'd77},  {G0 * 16'd150}, {B0 * 16'd29 }};    //Y   =   0.299*R + 0.587*G + 0.114*B
			{R2,G2,B2} <= {{R0 * 16'd43},  {G0 * 16'd85},  {B0 * 16'd128}};    //Cb  =   0.586*(B-Y) + 128 = -0.172*R - 0.339*G + 0.511*B + 128
			{R3,G3,B3} <= {{R0 * 16'd128}, {G0 * 16'd107}, {B0 * 16'd21 }};		//Cr  =   0.713*(R-Y) + 128 =  0.511*R - 0.428*G - 0.083*B + 128	
		end
	end
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（3）把YCbCr常数项128加入

									//第二次延时clk1
	always @(posedge clk or negedge rst_n) 
	begin
		 if(!rst_n)begin
			  Y1  <= 16'd0;
			  Cb1 <= 16'd0;
			  Cr1 <= 16'd0;
		 end
		 else begin
			  Y1  <= R1 + G1 + B1;                          //        Y   =   ( 77*R  +  150*G  +   29*B) >> 8
			  Cb1 <= B2 - R2 - G2 + 16'd32768; //128扩大256倍//        Cb  =   (-43*R  -   85*G  +  128*B + 32768) >> 8
			  Cr1 <= R3 - G3 - B3 + 16'd32768; //128扩大256倍//        Cr  =   (128*R  -  107*G  -   21*B + 32768) >> 8
		 end
	end
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（4）除以256即右移8位，即用一个8位数取16位数据的高8位

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	always @(posedge clk or negedge rst_n) 
	begin
		 if(!rst_n)begin
			  Y_out  <= 8'd0;
			  Cb_out <= 8'd0;
			  Cr_out <= 8'd0;
		 end
		 else begin
			  Y_out  <= Y1[15:8];  
			  Cb_out <= Cb1[15:8];
			  Cr_out <= Cr1[15:8];
		 end
	end	
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（5）到此处，YCbCr格式数据得到了，只用Y分量，取Y分量的高位565值，最终输出ycbcr_rgb

assign 	ycbcr_rgb = {Y_out[7:3],Y_out[7:2],Y_out[7:3]};
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到这里，到这里对于信号ycbcr已经得到，中间三个时序变化，延时3个clk，控制信号也要同步
（6）把控制信号进行同步（手法！！！！！）

always @(posedge clk or negedge rst_n) begin
    if(!rst_n) begin
       TFT_de_r  <= 3'b0;
       TFT_hs_r  <= 3'b0;
       TFT_vs_r  <= 3'b0;
		 TFT_pwm_r <= 3'b0;
       TFT_begin_r <= 3'b0;
		 TFT_clk_r   <= 3'b0;
	 end
    else begin  
     TFT_de_r <= {TFT_de_r[1:0], TFT_de};          //延时一个时钟_ _ de  延时两个时钟_ de de 延时三个时钟de de de
     TFT_hs_r <= {TFT_hs_r[1:0], TFT_hs};
     TFT_vs_r <= {TFT_vs_r[1:0], TFT_vs};
	  TFT_pwm_r <= {TFT_pwm_r[1:0], TFT_pwm};          //延时一个时钟_ _ de  延时两个时钟_ de de 延时三个时钟de de de
     TFT_begin_r <= {TFT_begin_r[1:0], TFT_begin};
     TFT_clk_r <= {TFT_clk_r[1:0], TFT_clk};
	  
    end
end
//取最高位，即完成控制信号的同步延时三个clk时钟
	assign ycbcr_de = TFT_de_r[2];
	assign ycbcr_hs = TFT_hs_r[2];
	assign ycbcr_vs = TFT_vs_r[2];	
	assign ycbcr_pwm = TFT_pwm_r[2];
	assign ycbcr_begin = TFT_begin_r[2];
	assign ycbcr_clk = TFT_clk_r[2];
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3.rtl视图

4.开发板验证图