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【连载7.2】【VGA+USB】RGB888转YCbCr444算法实现

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详见07_ HDL_VIP_Examples下“01_VIP_OV7725_Gray”工程。

 

Okay,正式开始HDL-VIP旅程,这一节将以一个最简单的例程为例,再次确定Video_Image_Processor的框架。但是注意:

  1. 对于灰度相机(MT9M001 AR0144 MT9B034等)直接输出的灰度数据,因此没有这一工程。

  2. 对于彩色相机比如OV7725,首先要有RGB888才能转换YCbCr,因此这一工程事在前面Bayer转RGB的工程(02_VGA_OV7725_Sensor1_RAW640480)基础上进行扩展的。

    OK,开工,这一节我们直接讲RGB888转YCbCr444图像格式转换算法。

7.2.1 RGB888转YCbCr介绍

虽说OV7725可以通过寄存器的设置,直接输出YCbCr444格式的视频流,但为了研究图像处理,以及最基本的视频格式转换,Bingo有意执行一次RGB888转YCbCr444操作(并且直接输出的YCbCr一个时钟2个像素,不能满帧率跑)。

关于YCbCr(YUV)格式视频流的介绍,详见Bingo的博文,地址如下:

http://www.cnblogs.com/crazybingo/archive/2012/06/07/2540595.html

http://www.cnblogs.com/crazybingo/archive/2012/06/08/2541700.html

http://www.cnblogs.com/crazybingo/archive/2011/03/27/1996946.html

RGB转YCbCr,实际上只是色度空间的转换,前者为三原色色度空间,后者为亮度与色差,具体的公式可见板卡资料包中的OV7725 Camera Module Software Application Notes》pdf的page5。OV7725相机的软件应用手册详细给出了RGB与YCbCr色度空间转换公式,其中RGB转YCbCr的公式如下所示:

1.jpg

由于Verilog HDL无法进行浮点运算,因此使用扩大256倍,再向右移8Bit的方式,来转换公式,如下所示:

2.jpg

此时,剩下的问题就是如何将上面的公式移植到FPGA中去。FPGA内嵌了乘法器,移位寄存器,加法器,如果直接用表达式描述上面的运算,理论上也是能计算出结果的;但是这不是我们的峰哥,因为代价是效率、资源;同时当表达式小于0的时候,运算结果出错!!!

因此,在正式进行算法移植前,我们需要进行运算的拆分,同时进行一定的变换。过程中为了防止过程中出现负数,先将128提取到括号内,如下:

3.jpg

 

  1. 乘除常数不用这么麻烦,比如0.299R可以转换为(R>>2) + (R>>4) - (R>>6)=0.296875R,就是几个移位相加,占用不了多少资源,速度还快。0.296875R对于8bits的运算最够了,如果需要更高的精度,可以多加几个移位项。