FPGA中Bayer到YCbCr图像格式转换的设计

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FPGA数字图像处理基础：色彩空间转换(Verilog)

FPGA数字图像处理基础：色彩空间转换(Verilog)01图像色彩空间概述色彩本质上是不同频率的光，人眼对于不同频率光线的不同感受产生主观感知，从而得以区分不同的颜色。

尽管从客观上而言，色彩仅仅是不同频率的光，但从视觉角度而言，不同颜色的认知难度很大，因此引入色彩空间(Color Space)以便图像色彩的深入研究。

常见的色彩空间主要有：RGB、YUV(YCbCr)、Lab、HSV和CMY(CMYK)等。

1.1 RGB空间RGB空间是基于人眼识别的颜色所定义的色彩空间，以红(R，Red)、绿(G，Green)、蓝(B，Blue)三种基本色为基础进行不同程度的叠加而成。

红、绿、蓝作为三原色按亮度分别划分为256个等级，从而可以表示一千六百多万种不同的颜色，且每种颜色是唯一的。

RGB色彩空间的丰富性使其成为数字图像处理与显示的重要格式。

通常可将RGB色彩空间模型建立在笛卡尔坐标系中，采用空间坐标的形式表示出超过人眼分辨程度数量的颜色信息。

3.2 RGB生成灰度图像Verilog代码本节分析基于FPGA实现RGB生成灰度图算法，在Vivado和Matlab联合仿真的基础上，对Verilog转换实现结果在Matlab中展示，验证代码的可行性。

3.2.1 预处理操作类似于RGB转为YCbCr，由RGB生成灰度图中同样存在小数乘法与加法运算，FPGA不擅长小数处理，因此采用扩大2^n倍后向右移n位进行实现，具体实现方法如下：RGB生成灰度图算法：Gray = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B将方程扩大256倍后右移8位，算法依然等价：Gray= 256*(0.299*R + 0.587*G + 0.114*B)>>8算法推导得：Gray= (77*R + 150*G + 29*B)>>8算法转化为FPGA擅长的乘法与移位运算。

3.2.2 Verilog代码基于Matlab与Verilog联合仿真工程，添加格式转换模块cx_RGB_gray构建顶层top模块，对top进行仿真。

bayer 格式转换算法

bayer 格式转换算法随着科技的发展，数据格式转换在各行各业中发挥着越来越重要的作用。

在众多格式转换算法中，巴雅尔格式转换算法（Bayer Format Conversion Algorithm）因其高效、实用的特点而备受瞩目。

本文将详细介绍巴雅尔格式转换算法的基本原理、步骤、优势与局限性，以及实际应用案例。

一、简介：巴雅尔转换算法的背景和应用领域巴雅尔格式转换算法起源于数字图像处理领域。

在数字图像处理中，不同传感器和图像采集设备可能采用不同的数据存储格式，如RAW、JPEG、TIFF 等。

这些格式之间相互转换的需求催生了巴雅尔格式转换算法的研究与开发。

此外，巴雅尔格式转换算法也可应用于其他数据格式之间的转换，如音频、视频等领域。

二、巴雅尔格式转换算法的基本原理巴雅尔格式转换算法主要基于两个核心思想：颜色空间转换和数据量缩放。

首先，根据输入数据的颜色空间（如RGB、YUV等）将其转换为适用于后续处理的色彩空间，如Lab色彩空间。

接着，根据目标格式的要求，对数据进行量化和缩放，以满足不同格式间的数据量差异。

三、算法步骤详解1.颜色空间转换：将输入数据的颜色空间转换为Lab色彩空间。

Lab色彩空间具有良好的色彩分离特性，有利于后续处理。

2.数据量缩放：根据目标格式的要求，对Lab色彩空间中的数据进行量化和缩放。

这一步骤的目的是保持数据之间的相对关系不变，同时满足目标格式的要求。

3.转换后的数据重组：将经过颜色空间转换和数据量缩放的像素数据重新组织，形成目标格式所需的数据结构。

4.数据输出：将重组后的数据输出，完成格式转换。

四、巴雅尔格式转换算法的优势与局限性1.优势：- 高效：巴雅尔格式转换算法在保证数据质量的前提下，具有较高的转换速度。

- 通用：该算法可适用于多种数据格式之间的转换，如图像、音频、视频等。

- 易于实现：算法结构清晰，便于编程实现和优化。

2.局限性：- 色彩丢失：在颜色空间转换过程中，可能出现部分色彩信息的丢失。

基于FPGA+DSP技术的Bayer格式图像预处理

ｔａｉｉｎｌＤＳｉａｅｐｏｓｉｇｓｓｅ，ｔｓｓｔｍｅｓｔｅＸＣ３Ｓ１００Ｓｒａ・ｅｉｓａｄＴＭＳ３０ＤＭ６ＰｏａｈｉｖｒｄｔｏａＰｍｇｒｃｅｓｎｙｔｍｈｉｙｓｅｕｓｈ５ｐａｔｎ３ｓｒｅｎ２４２ＤＳｔｃｅｅ
处理的实时性。
关键词：Ｂｙｒ格式：双线性插值法；ｌ度信号；ａｅ，亮ＴＭ￥２ＤＭ６２３０４
中图分类号：Ｎ１．Ｔ９１７
文献标识码：Ａ
文章编号：１７ — ２６２１）００４ — ３６４６３（００１— １５０
ＣＹ７Ｃ６３ｗｈｃｓｓｐｏｔｄＵＳ．Ｉｈ８０１ｉｈｉｕｐｒｅＢ２０．ｎｔｅＦＰＧＡ，ｔｅＢａｒｏｍａａｅｓｇａａｔｒｄｆｏＣＯＭＳｓｎｏｒｉｏｅｅｏｈｙｅｒｔｉｇｉｎｌｃｐｕｅｒｍｆｍｅｓｓｃｎｖｒｄｔｔ
ＲＧＢｆｒｔａａｂａｆｉｎａｎｅｐｌｔｎ，ａｄｉｃｎｅｔｄｔｕｍｉａｃｉｎ１ＥｘｅｍｅｔｌｅｕｔｈｗｔａｈｏｍａｔｙｗｙｏｌｅｒｔｒｏａｉｄｂｉｉｏｎｓｏｖｒｏＹｌｉｎｎｅｓｇａ．ｐｒｎａｓｌｓｏｈｔｅｅｉｒｓｔｓｓｅｃｎｈｎｌｐｔ０ｌｏｉｅｓｏｅｏｕｉｎＢａｅｇ，ａｄｅｅｔａｌｏ２Ｍｂｓｏａｄｄｈｔｒｎｍｉｔｅｙｔｍａａｄｅｕｏ５０ｍｉｉｎｐｘｌｆｒｓｌｔｙｒｉｌｏｍａｅｎｖｎｕｌｔ０／ｆｂｎｗｉｔｏｔｓｔｈｙａ

基于FPGA的图像颜色空间变换设计

Altera为配置Cyclone IIFPGA提供了低成本的串行配置器件。这些串行配置器件定价为批量应用，成本是相应Cyclone IIFPGA的10%。四个串行配置器件(1Mbit、4Mbit、16Mbit和64Mbit)提供了节省空间的8脚和16脚SOIC封装。器件中任何不用于配置的存储器可用于一般存储，进一步增强其价值。本课题正是基于提高图像处理速度和系统后续扩展性的考虑，对基于FPGA的图像处理算法进行研究，并采用FPGA来验证。在图像处理系统中，由于几乎所有像素都采用的是相同的操作，存在固有的并行性，完全切合FPGA的功能特点，所以把数据处理量大而运算相对简单的前端图像处理部分利用FPGA来完成，从而大大加快图像处理的速度，真正实现实时图像处理。
未来，新理论与算法的研究，处理算法更复杂、更智能，处理软件更加标准化和人性化。另外结合人和动物的视觉特性、心理学特性的研究进展和成果，近年来出现了一些研究热点，如小波分析、分形几何、遗传算法、模糊技术、人工神经网络等。处理器件向低成本、低电压、微功耗、微封装和环保型发展，处理系统向更快速度、更高密度、更大容量的系统级方向迈进。
The paper introduces the FPGA-based color space conversion design, the current image information processing is widely used in programmable logic device design and image processing technology, to overcome the long-term performing image processing on a computer dependent and the process slow shortcomings, and limited headroom poor lack the speed and design flexibility.The system Altera's Cyclone II FPGA family as the core control device, mainly to complete the video image color space conversion.In video compression,transmission and otherapplications often need toachieve mutualconversionRGBandYCbCrcolor space.Hereis derivedanewalgorithmforrealizationfrom RGBtoYCbCrcolorspace conversionin theFPGA.The hardware designisan important part ofthe over all design,hardwarelinkintoperipheral circuit section:EEPROMcircuit, SDRAMcircuit,crystal oscillator circuit,power supply circuit;the main chipparts:FPGAchip, VGAcircuit, JTAGcircuit..The whole design is on Altera's Quartus II development environment was logic synthesis and simulation. Simulation results show that the use of FPGA processing the image data is not only able to get good treatment effect, achieve higher operating frequency, processing speed is much higher than the software method of processing images, can meet the requirements of real-time image processing.

一种基于FPGA的图像格式转换设计

２１ＹＣｒ：：转Ｙｂｒ：：设计原理．Ｃｂ４２２ＣＣ４４４在ＤＤ摄像机、Ｖ、数字电视等消费类视频产品中，
常用的色彩编码方案是ＹｂｒＣＣ，其中Ｙ是亮度分量，Ｃｂ是蓝色色度分量，而Ｃｒ是指红色色度分量。人的肉眼对视频的Ｙ分量更敏感，因此，通过对色度分量进行子采样来减少分量后，肉眼将觉察不到图像质量
ＶｒＩｇＨ语言设计出相应的硬件模块，后结合ＭＴＡｅ＿ＤＬｏ最ＡＬＢ工具对硬件模块处理后的数据做了相应
的仿真。仿真结果表明，该设计对分辨率低于６０４０的图像数据能够很好的满足其实时性要求，４ｘ８
（ｏｌｅｆｌｃｒａａｄＩｆｒｔｎＥｇｎｅｉｇＨｕａｉｅｓｙＣａｇｈ０２ＣｉａＣｌｇｅｔｃｌｎｏｍａｉｎｉｅｒ，ｎｎＵｎｖｒｉ，ｈｎｓａ４８，ｈｎ）ｅｏＥｉｎｏｎｔ１０
计算机系统应用
２０１０年第１转换设计Ｐ
朱喜（南大学电气与信息工程学院长沙４１０２湖０８）
杨小宁郑善贤王炼红
摘
要：为了实现图像的实时处理，常采用现场可编程门阵列（ＰＡ对采集到的图像数据首先进行格式转换处ＦＧ）理。本文以对ＭｉｒｎＭＴＶ１传感器的三种图像格式输出的处理为例，首先就ＹＣ４２２转ｃｏ９１２Ｃｂｒ：：ＹＣ４４４，Ｒ５５转Ｒ８８ａｅＣｂｒ：：ＧＢ６ＧＢ８，Ｂｙｒ格式转ＲＢ８Ｇ８８及降噪的原理进行了介绍，然后应用

基于fpga的视频格式转换系统的设计与实现

本课题主要是以分辨率为 720×576、场频为 50Hz 的隔行扫描的模拟视频转换成分辨率为 1024×768、帧频和场频均为 60Hz 的逐行视频为例，对系统的设计与实现进行了研究。首先对视频进行去隔行处理，本系统选用的是空间插值算法中的行复制法，该算法与其它算法相比较，更易于硬件实现。然后是视频的帧率提升，把隔行扫描的 50Hz 的场频变换到逐行扫描的 60Hz 的帧频，由于它们之间存在着帧差，又不是整数倍关系，本系统采用的是分段插帧法，及每五帧为一组进行线性插帧，同时进行相应的时域提升，在 SRAM 的配合与 FPGA 的控制下将 50Hz 的场频转换成 60Hz 的帧频。最后是分辨率的转换，本系统以分辨率为 720×576 转换成分辨率为 1024×768 为例，使用双线性插值算法在适当的像素点之间进行相应的插值，以达到分辨率放大的目的。
本系统主要采用了 Altera 公司生产的高性能、低成本 Cyclone II 系列 FPGA 芯片 EP2C8F256C6 来实现视频格式转换的。首先在 Altera 公司开发的软件 Quartus II 9.0 中进行各处理算法程序的编写，然后通过 JTAG 端口将程序保存到外部的 EEPROM 里，系统工作时再对 EEPROM 中的程序进行调用。与以往视频格式转换系统相比，这种方案可以应对不同的视频格式进行相应参数修改，同时，还可以很方便地对程序算法进行更改。
分类号
密级
基于 FPGA 的视频格式转换系统的设计与实现
研究生姓名：柏化春指导教师姓名、职称：朱晓青教授学科专业：控制理论与控制工程研究方向：智能系统
湖南工业大学二〇一三年五月三十日
I
II
III

FPGA中Bayer到YCbCr图像格式转换的设计

嘲ＰＡｓ＆ＡＰ
【本文献信息】李进文，安博文．ＦＰＧＡ中Ｂａｙｅｒ到ＹＣｂＣｒ图像格式转换的设计［Ｊ］。电视技术，２０１３，３７（２３）
ＦＰＧＡ中Ｂａｙｅｒ到ＹＣｂＣｒ图像格式转换的设计
李进文，安博文
【Ｋｅｙｗｏｒｄｓ】ＦＰＧＡ；Ｂａｙｅｒｐａｔｔｅｎ；ｒＣＯ］Ｏｒｐｌａｃｅ；ｉｍａｇｅｓｅｎｓｏｒ
通常摄像机、计算机等设备都采用ＲＧＢ色彩空间显科技（ＭｉｃｒｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ）公司的ＭＴ９Ｐ００１（１／２．５一Ｉｎｃｈ
示所用的颜色。如果ＲＧＢ格式的图像不进行转换，直接５一ＭｅｇａｐｉｘｅｌＣＭＯＳＤｉｇｉｔａｌＩｍａｇｅＳｅｎｓｏｒ）芯片。ＭＴ９ＰＯ０１传输和处理，会占用大量的带宽和存储空间，不利于传输是５００万有效像素的数字图像传感器芯片，其最高有效分与处理。另一方面由于人眼对亮度的变化相对比对色度辨率为２５９２Ｈ× １９４４Ｖ，每一个像素的色彩分辨率为ｌ２的变化更为敏感，减少带宽引起的颜色损失很小，人眼几位，能捕获连续视频和按顺序的单帧图像信息，可实现物乎感觉不出来 ¨ 。因此在对图像数据的高速传输与处理体的光电信号转换。ＦＰＧＡ模块实现对前端ＣＭＯＳＳｅｎｓｏｒ系统中，一般采用ＹＣｂＣｒ色彩空间图像。传输的Ｂａｙｅｒ格式数据进行处理，并转换成ＹＣｂＣｒ格式数近年来，随着ＣＭＯＳ工艺的不断发展，ＣＭＯＳ图像传据，最终送至后端视频处理系统进行相关处理。

用FPGA实现色空间RGB到YCbCr的转换

系统的设计和结构。另外．由于ＲＢ色空间已被Ｇ
行各种转换，以便在进行算法和其它处理以前，
所有的输入都被转换成同一种色空间。这些转换
设计对于图像处理和滤波等是很有用的，基本其
功能就是把一种色空间转换到另一种色空间。本
ＹＱＹＶＹｂｒＩ、Ｕ、ＣＣ，这三种色空间互相关联又有所区别。ＰＬＮＳＡ、ＴＣ以及ＳＣＥＡＭ系统的视频标
准都使用ＹＶ色空间。在黑白电视系统中仅使Ｕ
用亮度Ｙ信息；色电视系统中，彩除使用亮度Ｙ信息外，还使用颜色信息Ｕ、ＮＳＶ。ＴＣ系统的视频
度。因此，了加快操作速度，多视频标准都使为很用亮度信息和两个色差信息。最通用的色空间是
能多。ＲＢ色空间是一种简单实用的色空间，Ｇ被
普遍地使用在计算机系统和因特网中，它使得颜色从一个平台到另外一个平台的映射不会严重丢失颜色信息。ＲＢ是一种相加成像系统，Ｇ由红绿蓝三种基色叠加能产生各种需要的颜色。经过伽马校正后，被表示为ＲＢＧ。每个元素的范围从０到２５８ｉ，５（ｂｔ三个元素均为０时，）产生黑色；均
Ｊｕｎｏ￣ｈｎｏｌｅｏｒｄｆＮａｇＣｌｇｅ
Ｎ．ｍ３ｏ６７）
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用ＦＧＰＡ实现色空间ＲＢ到ＹｂｒＧＣＣ的转换

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本文∙ ( F 更新日期：要：提出了一RGB 格式法恢复真彩色题名】FPG 作者】李进机构】上海刊名】《电关键词】现场文摘】提出er 到RGB 格算法恢复真彩化数字逻辑结YCbCr 格式下载地址】点文导航：
(1) 现场可编程PGA 中Ba 2016-02-08一种基于FPG 式转换阶段，色图像；在R GA 中Bayer 进文安博文海海事大学信电视技术》20场可编程逻辑了一种基于格式转换阶段彩色图像；在结构进行硬件式转换的正确点此下载全文程逻辑门阵列,ayer 到Y 8 浏览次数：GA 平台的B 对CMOS 传RGB 到Y
r 到YCbCr 图信息工程学院 013年第2辑门阵列拜耳FPGA 平台的段，对CMOS 在RGB 到YC 件描述语言设计确性。

文
拜耳格式,色彩YCbCr 图34
Bayer 到YC 传感器输出的图像格式转换上海201323期 54-56耳格式色彩空的Bayer S 传感器输出CbCr 色彩空计。

实验仿真彩空间,图像
像格式转CbCr 格式数的Bayer 格式换的设计 306 6页共4空间图像传到YCbCr 格式出的Bayer 格空间转换阶段真结果验证了转换的设计数据转换的设式数据采用3页传感器式数据转换的格式数据采用，结合色彩空了系统设计的计
设计方法。

在3X3双线性插的设计方法。

用3X3双线空间转换公式的可行性及B Bay 插值在B 性插式，Baye。