基于FPGA的圖像裁剪電路的設(shè)計與實現(xiàn)

2 設(shè)計實現(xiàn)
2．1 SDRAM控制模塊的設(shè)計
預(yù)處理的圖像需要放在存儲器中，對于大部分的FPGA來說器件內(nèi)部都含有4k的內(nèi)存，但考慮到圖像的容量及今后對動態(tài)圖像處理功能的擴展，本設(shè)計選用了存儲容量為8M外存的SDRAM。8M的SDRAM在存儲空間上劃分了4個BANK區(qū)塊，每個BANK有16位數(shù)據(jù)寬。SDRAM雖然存儲的容量大，但是其內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對該器件的讀寫使用必須設(shè)計專門的控制器進行控制操作。由于本設(shè)計采用的圖像色彩為30位，RGB各10位，顯然用一個16位寬度BANK不能存儲一個像素，因此采用了2個BANK合并存儲像素，如圖2。這樣一來，在SDRAM控制電路上需要仿真成四個虛擬的數(shù)據(jù)端口(兩個寫端口+兩個讀端口)，在同一時刻將一個像素RGB從兩個BANK中同時寫入或讀出，合并之后形成一個完整的數(shù)據(jù)。

根據(jù)這樣的存取原則，一個具有640×480個像素、色彩為30位的圖像，就需要同時BANKl和BANK2中存入640×480個16位的信息，SDRAM控制模塊讀入數(shù)據(jù)的端口程序如下所示，讀出數(shù)據(jù)同理。
SDRAM_Control_4PortSDRAM0(
．WRl_DATA({R[9：0]，G[9：5]})，
．WRl(E N)，
．WRl_ADDR(0)，----BANKl的地址
．WRl_MAX_ADDR(640*480)，
．WRl_LENGTH(9'h100)，
．WRl_LOAD(RST_0)，
．WR1_CLK(P1X_CLK)，
．WR2_DATA({G[4：0]，B[9：0]})，
．WR2(E N)，
．WR2_MAX_ADDR(22'h100000+640*480)，
．WR2_LENGTH(9'hl00)，
．WR2_LOAD(RST_0)，
．WR2_CLK(PIX_CLK)；
2．2 圖像裁剪模塊
在圖像的裁剪處理上，有兩種方案可選，第一種為線性插值算法。這是一種廣泛使用的圖像插值算法，通常使用8鄰域采樣加權(quán)產(chǎn)生新像素：

第二種為抽取算法，即通過變換分辨率的方法實現(xiàn)，例如將原來的640×480的分辨率變換為320×240或120×60的分辨率，這樣圖像的寬高比近似為4：3或16：8。比較兩種算法，第二種算法通過直接丟棄部分原始數(shù)據(jù)達到分辨率的壓縮，雖然有圖像信息損失，但在圖像顯示滿足要求的前提下，這種電路的實現(xiàn)更加便捷、方便，因此本設(shè)計采用了第二種算法。
2．2．1 像素的抽取
根據(jù)VGA的顯示原理，儲存在SDRAM中的640×480個像素，受顯示控制電路中行同步信號的控制，每個行周期讀出640個像素，并同步顯示。采用抽取法實現(xiàn)分辨率的壓縮，必須丟棄行和列的部分像素。以變換320×240分辨率為例，具體的設(shè)計方法是，將分辨率為640×480的原圖像每隔一行進行行標(biāo)記，在標(biāo)記的行里，每隔1個像素進行列標(biāo)記，最后將行列都被標(biāo)記過的像素取出，提供給顯示控制電路。
由于SDRAM存儲器本身具有逐行讀取、讀取顯示同步的特點，為了達到對行像素的隔行提取，本設(shè)計采用快讀慢顯的方式。例如原640× 480的分辨率采用25MHz的頻率作為SDRAM數(shù)據(jù)讀取頻率和VGA的像素顯示頻率，現(xiàn)在采用50MHz作為SDRAM數(shù)據(jù)讀取頻率，VGA的像素顯示頻率仍然采用25MHz，即讀取兩行，保存一行并顯示。在提取的行像素里每隔1個像素對列像素進行提取，則得到所需要的行列像素。