基于fpga的图像处理之3x3_5x5算子模板中值排序
本文的思路框架：
①本文介绍3x3算子模块和5x5算子模块中，矩阵转化成串行数据后，对其排序，并获取矩阵中值数据；
②本例程中采用的FPGA设计技巧，可用于借鉴，一是采用for循环实现串行数据转化并行数据；二是采用两级for循环实现矩阵中数据的比较；
③本文比较采用纯逻辑方式进行比较，一个时钟输出数据，并且提供了3x3和5x5的矩阵算子模板使用的逻辑资源，需斟酌考虑使用，也就是所谓的面积和速度之间的平衡选择
1、排序算法（组合逻辑实现）
①通过for循环实现串行数据转换并行数据，用于下一级模块的比较，此处使用i计数；
②将i从最大值递减，确保当前矩阵最后一个数据输入；
③引入j,用于相邻的两组数据输入比较，将较小值赋值给中间值，进入下一级循环
integer i, j;
always@(*)
begin
for (i = 0; i < MATRIX_DATA_NUM; i = i + 1)
begin
image_array[i+1] = i_image_matrix_data[i*SIGNAL_DATA_WIDTH +: SIGNAL_DATA_WIDTH];
end
for (i = MATRIX_DATA_NUM; i > 0; i = i - 1)
begin
for (j = 1 ; j < i; j = j + 1)
begin
if (image_array[j] < image_array[j + 1])
begin
image_sort_temp = image_array[j];
image_array[j] = image_array[j + 1];
image_array[j + 1] = image_sort_temp;
end
end
end
end
2、不同算子模块的资源比较
3x3算子模块的中值排序资源使用
5x5算子模块的中值排序资源使用
3、中值排序算法仿真验证
`ifdef MATRIX_3x3
parameter MATRIX_DATA_NUM = 9 ;
parameter SIGNAL_DATA_WIDTH = 8 ;
parameter MATRIX_DATA_WIDTH = SIGNAL_DATA_WIDTH * MATRIX_DATA_NUM ;
reg [MATRIX_DATA_WIDTH-1:0] i_image_matrix_data ;
wire [SIGNAL_DATA_WIDTH-1:0] o_image_median_data ;
initial begin
#(CLK_PERIOD_50M * 10000);
i_image_matrix_data = { 8'd31,8'd22,8'd23,
8'd24,8'd25,8'd26,
8'd27,8'd28,8'd39};
#(CLK_PERIOD_50M * 1000);
i_image_matrix_data = { 8'd51,8'd42,8'd43,
8'd44,8'd45,8'd46,
8'd47,8'd48,8'd59};
#(CLK_PERIOD_50M * 1000);
$stop;
end
`endif
`ifdef MATRIX_5x5
parameter MATRIX_DATA_NUM = 25 ;
parameter SIGNAL_DATA_WIDTH = 8 ;
parameter MATRIX_DATA_WIDTH = SIGNAL_DATA_WIDTH * MATRIX_DATA_NUM ;
reg [MATRIX_DATA_WIDTH-1:0] i_image_matrix_data ;
wire [SIGNAL_DATA_WIDTH-1:0] o_image_median_data ;
initial begin
#(CLK_PERIOD_50M * 10000);
i_image_matrix_data = { 8'd31,8'd22,8'd23,8'd42,8'd13,
8'd24,8'd25,8'd26,8'd55,8'd2,
8'd27,8'd28,8'd39,8'd68,8'd3,
8'd12,8'd38,8'd49,8'd78,8'd59,
8'd17,8'd15,8'd99,8'd18,8'd9};
#(CLK_PERIOD_50M * 1000);
i_image_matrix_data = { 8'd31,8'd22,8'd23,8'd42,8'd13,
8'd84,8'd25,8'd26,8'd55,8'd2,
8'd87,8'd78,8'd29,8'd68,8'd3,
8'd85,8'd71,8'd89,8'd78,8'd59,
8'd82,8'd72,8'd88,8'd18,8'd9};
#(CLK_PERIOD_50M * 1000);
$stop;
end
`endif
仿真结果
