FPGA学习笔记——图像处理之对比度调节（线性调节）
目录
一、任务
二、线性调节
1.表达式
三、代码
1.v文件
（1）contrast_adjust
（2）Contrast.v
2.仿真文件
（1）tb.v
（2）video_source.v
四、实验现象
一、任务
将下面这幅图片进行对比度调节，用线性调节。
二、线性调节
1.表达式
Pout = (Pin - C) * α + C
Pin ：输入像素值（0-255）
Pout ：输出像素值
C ：对比度中心值（通常为128）
α ：对比度调节系数
α > 1：增强对比度
α = 1：无变化
0 < α < 1：降低对比度
思路：根据表达式，可以进行流水线操作，先进行减法，再进行乘法，最后进行加法。
三、代码
1.v文件
（1）contrast_adjust
`timescale 1ns / 1ps
module contrast_adjust(
input clk ,
input rst_n ,
input [7:0] pixel_in ,
input [7:0] contrast_va , //对比系数(0-255，128=1.0)
output reg [7:0] pixel_out );//Pout = (Pin - C) * α + Creg [16:0] temp0_data; //第一级流水线reg [16:0] temp1_data; //第二级流水线reg [9:0] temp2_data; //第三级流水线reg [8:0] temp3_data; //第四级流水线//-----第一级流水线-----------------------always @(posedge clk)beginif(!rst_n)temp0_data <= 0;elsetemp0_data <= pixel_in - 8'd128;end//-----第二流水线------------------------------------always @(posedge clk)beginif(!rst_n)temp1_data <= 0;elsetemp1_data <= temp0_data * contrast_va;end//-------第三级流水线---------------------------------------------always @(posedge clk) beginif(!rst_n)temp2_data <= 0;elsetemp2_data <= temp1_data[16:7] + 8'd128;end//-----第四级流水线-------------------------always @(posedge clk) beginif(!rst_n)temp3_data <= 0;else if(temp2_data[9]==1)temp3_data <= 0;elsetemp3_data <= temp2_data[8:0];end//----第五级流水线-----------------------------always @(posedge clk) beginif(!rst_n)pixel_out <= 0;else if(temp3_data[8]==1)pixel_out <= 8'hff;elsepixel_out <= temp3_data[7:0];endendmodule（2）Contrast.v
`timescale 1ns / 1ps
module Contrast(
input clk ,
input rst_n ,
input [7:0] contrast_va ,
input [23:0] i_rgb888 ,
input i_vsync ,
input i_hsync ,
input i_vaild ,
output [23:0] o_rgb888 ,
output o_vsync ,
output o_hsync ,
output o_vaild );reg [4:0] i_vsync_r;reg [4:0] i_hsync_r;reg [4:0] i_vaild_r;contrast_adjust contrast_adjust_u(
. clk (clk) ,
. rst_n (rst_n) ,
. pixel_in (i_rgb888[23:16]) ,
. contrast_va (contrast_va) , //对比系数(0-255，128=1.0)
. pixel_out (o_rgb888[23:16]));contrast_adjust contrast_adjust_u1(
. clk (clk) ,
. rst_n (rst_n) ,
. pixel_in (i_rgb888[15:8]) ,
. contrast_va (contrast_va) , //对比系数(0-255，128=1.0)
. pixel_out (o_rgb888[15:8]));contrast_adjust contrast_adjust_u2(
. clk (clk) ,
. rst_n (rst_n) ,
. pixel_in (i_rgb888[7:0]) ,
. contrast_va (contrast_va) , //对比系数(0-255，128=1.0)
. pixel_out (o_rgb888[7:0]));//同步打拍，否则图像会平移
always @(posedge clk) begini_vsync_r <= {i_vsync_r[3:0],i_vsync};i_hsync_r <= {i_hsync_r[3:0],i_hsync};i_vaild_r <= {i_vaild_r[3:0],i_vaild};
endassign o_vsync = i_vsync_r[4];
assign o_hsync = i_hsync_r[4];
assign o_vaild = i_vaild_r[4];endmodule2.仿真文件
（1）tb.v
`timescale 1ns / 1ps
module tb();reg clk = 0;
reg rst_n = 0;
wire [23:0] i_rgb888;
wire [23:0] o_rgb888;
wire i_vaild;
wire o_vaild;always #10 clk = ~clk;
initial begin#100;rst_n = 1;
endContrast Contrast_u(
. clk (clk) ,
. rst_n (rst_n) ,
. contrast_va (200) ,
. i_rgb888 (i_rgb888) ,
. i_vsync () ,
. i_hsync () ,
. i_vaild (i_vaild) ,
. o_rgb888 (o_rgb888) ,
. o_vsync () ,
. o_hsync () ,
. o_vaild (o_vaild) );video_source video_source_u(
. pclk (clk) ,
. rstn (rst_n) ,
//----图像输出----------------------
. source_de_o (i_vaild) ,
. source_data_o (i_rgb888),
//----图像输入----------------------
. de_i (o_vaild) ,
. data_i (o_rgb888));endmodule（2）video_source.v
`timescale 1ns / 1ps
`define VIDEO_1280_720
module video_source#(
parameter VSYNC=720,HSYNC=1280,DELAY1=50_000_000 //鍥惧儚澶勭悊寤惰繜)(
input pclk ,
input rstn ,
//----鍥惧儚杈撳嚭----------------------
output reg source_de_o ,
output [23:0] source_data_o,
//----鍥惧儚杈撳叆----------------------
input de_i ,
input [23:0] data_i);
//1280X720 74.25MHZ
`ifdef VIDEO_1280_720
parameter H_ACTIVE = 1280;// 琛屾暟鎹湁鏁堟椂闂?
parameter H_FRONT_PORCH = 110; // 琛屾秷闅愬墠鑲╂椂闂?
parameter H_SYNC_TIME = 40; // 琛屽悓姝ヤ俊鍙锋椂闂?
parameter H_BACK_PORCH = 220; // 琛屾秷闅愬悗鑲╂椂闂?
parameter H_POLARITY = 1; // 琛屽悓姝ユ瀬鎬?
parameter V_ACTIVE = 720; // 鍒楁暟鎹湁鏁堟椂闂?
parameter V_FRONT_PORCH = 5; // 鍒楁秷闅愬墠鑲╂椂闂?
parameter V_SYNC_TIME = 5; // 鍒楀悓姝ヤ俊鍙锋椂闂?
parameter V_BACK_PORCH = 20; // 鍒楁秷闅愬悗鑲╂椂闂?
parameter V_POLARITY = 1; // 鍦哄悓姝ユ瀬鎬?
`endiflocalparam addr_size=HSYNC*VSYNC*3+54; //鎬诲瓧鑺傛暟
//鏂囦欢鍚?
integer bmp_file_id;
integer bmp_dout_id;
//鏂囦欢鍙ユ焺
integer h;
reg [7:0] rd_data [addr_size-1:0]; //鏍规嵁鑷繁鍥剧墖澶у皬 BMP鏍煎紡涓猴細浣嶅浘鏂囦欢澶达紙14瀛楄妭锛?+浣嶅浘淇℃伅澶达紙40瀛楄妭锛?+瀹為檯鍍忕礌鐐瑰崰鍐呭瓨
reg [7:0] wr_data [addr_size-1:0];
integer i=0;
integer addr_rd=54;
integer addr_wr=54;initial beginbmp_file_id = $fopen("D:/intelFPGA_lite/haiyunjiexun/text_Vivado/image_isp/image_1.bmp","rb"); //鎵撳紑鍘熷鍥惧儚bmp_dout_id = $fopen("D:/intelFPGA_lite/haiyunjiexun/text_Vivado/image_isp/image_1_out.bmp","wb"); //鎵撳紑杈撳嚭鍥惧儚h = $fread(rd_data,bmp_file_id); //璇诲彇bmp鏂囦欢 璇诲彇鍒扮殑鏁版嵁灏嗕細渚濇鏀惧叆rd_data涓?$fclose(bmp_file_id); //璇诲彇瀹屾瘯#DELAY1 ; //鍥惧儚澶勭悊寤惰繜for(i = 0; i < addr_size; i = i + 1)begin //鍥惧儚鏁版嵁鍐欏叆鏂囦欢if(i < 54)$fwrite(bmp_dout_id, "%c", rd_data[i]);//娉ㄦ剰鍙傛暟%celse $fwrite(bmp_dout_id, "%c", wr_data[i]);//娉ㄦ剰鍙傛暟%cend$fclose(bmp_dout_id);#100;$stop ;end//----璇诲嚭鍥惧儚鏁版嵁--------------------------------
always@(posedge pclk)beginif(source_de_o) beginif(addr_rd >= addr_size-3)addr_rd<=54;elseaddr_rd<=addr_rd+3;end
endassign source_data_o={rd_data[addr_rd],rd_data[addr_rd+1],rd_data[addr_rd+2]}; //R + G + B//----鍐欏叆鍥惧儚鏁版嵁--------------------------------
always@(posedge pclk)beginif(de_i) beginif(addr_wr >= addr_size-3)addr_wr<=54;elseaddr_wr<=addr_wr+3;end
endalways@(posedge pclk)beginwr_data[addr_wr]=data_i[23:16]; //鍐欏叆瀛樺偍鍣?wr_data[addr_wr+1]=data_i[15:8];wr_data[addr_wr+2]=data_i[7:0];
endlocalparam H_TOTAL_TIME=H_ACTIVE+H_FRONT_PORCH+H_SYNC_TIME+H_BACK_PORCH;
localparam V_TOTAL_TIME=V_ACTIVE+V_FRONT_PORCH+V_SYNC_TIME+V_BACK_PORCH;
reg [31:0] cnt_v; //鍦哄悓姝ヨ鏁板櫒
reg [31:0] cnt_h; //琛屽悓姝ヨ鏁板櫒always@(posedge pclk)beginif(!rstn)source_de_o<=0;else if(( cnt_h > (H_SYNC_TIME + H_BACK_PORCH -1)) && (cnt_h <= (H_SYNC_TIME + H_BACK_PORCH + H_ACTIVE -1)) && (cnt_v > (V_SYNC_TIME + V_BACK_PORCH-1)) && (cnt_v <= (V_SYNC_TIME + V_BACK_PORCH + V_ACTIVE-1)))source_de_o<=1;elsesource_de_o<=0;
endalways@(posedge pclk)beginif(!rstn)cnt_h<=0;else if(cnt_h == H_TOTAL_TIME-1)cnt_h<=0;elsecnt_h<=cnt_h+1;
endalways@(posedge pclk)beginif(!rstn)cnt_v<=0;else if(cnt_h == H_TOTAL_TIME-1)beginif(cnt_v == V_TOTAL_TIME-1)cnt_v<=0;elsecnt_v<=cnt_v+1;end
endendmodule四、实验现象
以上就是图像处理之对比度调节（线性调节）。（如果有错误的地方，还请大家指出来，谢谢！）