FPGA入门进阶及图像处理算法开发教程_fpga图像算法

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既然选择了 VIP Board Big，便不顾风雨兼程，一路走下去……

基于 VIP_Board Big 的 FPGA 入门进

阶及图像处理算法开发教程

编者姓名

CrazyBingo

官方网站

www.crazyfpga.com（CrazyBingo 资料下载地址）

淘宝网址

crazyfpga.taobao.com/

官方公众号

crazyfpga 或 FPGA 视频图像算法之旅

官方 QQ 群

248619895（FPGA 摄像头开发联盟）

官方邮箱

crazyfpga@vip.qq.com

文档名称

《基于 VIP_Board Big 的 FPGA 入门进阶

及图像处理算法开发教程》

拟定日期

2014.03.07

档案概要

完美是没有极限的，稳定是没有终点的！

修订记录

见下页……（郑重声明，如有 BUG，欢迎指出！！！）

版权归 Bingo 所有，抄袭请注明出处！

既然选择了 VIP Board Big，便不顾风雨兼程，一路走下去……

1. 执笔挥霍，写在前面的话....................................................................... 1

2. VIP_Board Big 板卡资料介绍................................................................. 6

2.1. VIP_Board Big 套件清单.................................................................. 7

2.2. VIP_Board Big 资料介绍.................................................................. 9

2.3. VIP_Board Big 例程介绍................................................................ 11

2.4. VIP_Board Big 工程目录介绍........................................................ 12

3. VIP_Board Big 板卡功能介绍及测试................................................... 14

3.1. VIP_Board Big 板卡硬件资源介绍................................................ 14

3.2. VIP_Board Big 板卡测试................................................................ 17

4. HDL-Logic 基本外设开发设计详解 ..................................................... 22

4.1. Counter_Design ............................................................................... 23

4.2. 各种 LED 驱动显示实验 ................................................................ 26

4.2.1. 8 位独立 LED 显示设计实验 .................................................. 26

4.2.1. 基于 74HC595 的串转并 8 位 LED 显示实验 ....................... 29

4.2.2. 8 位 LED 灯跑马灯设计实验 .................................................. 36

4.2.3. 8 位 LED 灯呼吸灯设计实验 .................................................. 40

4.3. 独立/矩阵键盘的 FPGA 驱动实现 ................................................ 46

4.3.1. 4 位独立按键驱动设计方案 1................................................. 46

4.3.2. 4 位独立按键驱动设计方案 2................................................. 53

4.3.3. 4*4 矩阵键盘驱动设计方案.................................................... 56

4.4. “Hello World”的 LCD1602 显示驱动实现 .................................... 65

4.4.1. LCD1602 硬件电路设计.......................................................... 66

4.4.2. LCD1602 驱动时序设计.......................................................... 68

4.5. 优化设计 FPGA 全局时钟管理模块 ............................................. 79

4.5.1. 异步复位、同步释放............................................................... 79

既然选择了 VIP Board Big，便不顾风雨兼程，一路走下去……

4.5.2. 无 PLL 的全局时钟管理模块设计 ......................................... 81

4.5.3. 基于 PLL 的全局时钟管理模块设计 ..................................... 83

4.6. 基于 FPGA 与 PC 通信的 UART 串口设计 .................................. 85

4.6.1. 串口介绍................................................................................... 85

4.6.2. 串口电路的设计....................................................................... 87

4.6.3. 精准波特率的生成................................................................... 89

4.6.4. 串口通信的 HDL 实现 ............................................................ 92

4.7. VGA 驱动显示及字符显示测试 .................................................. 102

4.7.1. VGA/HDMI 硬件电路介绍 ................................................... 102

4.7.2. 640*480@60Hz VGA/HDMI 显示测试 ................................ 105

4.7.3. 1280*720@60Hz VGA/HDMI 显示测试 .............................. 109

4.7.4. “Hello World” VGA/HDMI 字符显示实验 ........................... 112

4.7.5. ROM 松鼠 VGA/HDMI 字符显示实验 ............................... 120

4.8. SDRAM_VGA_Display_Test640480 ............................................ 121

4.9. CMOS_OVxxxx_RGB640480 ...................................................... 131

4.9.1. OV7725 Sensor 介绍 .............................................................. 131

4.9.2. SCCB（I2C）初始化时序介绍 ............................................ 136

4.9.3. OV7725 寄存器介绍 .............................................................. 138

4.9.4. CMOS 摄像头视频图像采集接口设计 ................................ 142

4.9.5. 基于 SDRAM 的 OV7725 视频图像显示设计..................... 151

4.10. 本章总结........................................................................................ 154

5. HDL-VIP CMOS 视频图像算法处理 ................................................. 155

5.1. Bingo 版 HDL-VIP 时序约定 ....................................................... 155

5.1.1. VIP_Image_Processor 接口约定............................................ 156

5.1.2. VIP_Image_Processor 时序约定............................................ 158

5.2. RGB888 转 YCbCr444 算法的 HDL-VIP 实现 ........................... 160

5.2.1. RGB888 转 YCbCr 介绍 ........................................................ 160

5.2.2. RGB888 转 YCbCr 的 HDL 实现.......................................... 161

5.2.3. RGB888 转 YCbCr 功能测试 ................................................ 166

既然选择了 VIP Board Big，便不顾风雨兼程，一路走下去……

5.3. YCbCr422 转 RGB888 的 HDL-VIP 实现 ................................... 169

5.3.1. ITU-R BT.656 格式简说 ....................................................... 169

5.3.2. YUV/YCbCr 视频格式简说 .................................................. 171

5.3.3. YUV422 格式的配置与拼接捕获 ......................................... 171

5.3.4. YUV422 转 YUV444 的 HDL-VIP 实现 .............................. 173

5.3.5. YUV444 转 RGB888 的 HDL-VIP 实现 ............................... 175

5.3.6. YCbCr422 转 RGB888 功能测试 .......................................... 180

5.4. 灰度图像的均值滤波算法的 HDL-VIP 实现.............................. 183

5.4.1. 均值滤波算法介绍................................................................. 183

5.4.2. 3*3 像素阵列的 HDL 实现 ................................................... 183

5.4.3. Mean_Filter 均值滤波算法的实现 ........................................ 189

5.5. 灰度图像的中值滤波算法的 HDL-VIP 实现.............................. 194

5.5.1. 中值/均值滤波对比 ............................................................... 194

5.5.2. 中值滤波算法的 HDL 实现 .................................................. 195

5.6. 灰度图像的 Sobel 边缘检测算法的 HDL-VIP 实现 .................. 202

5.6.1. 边缘检测算法介绍................................................................. 202

5.6.2. Sobel 边缘检测算法研究 ...................................................... 203

5.6.3. Sobel 边缘检测算法的 HDL 实现 ........................................ 205

5.6.4. 动态 Sobel 阀值的 HDL 实现 ............................................... 210

5.6.5. Sobel 与其他边缘检测算法的对比 ...................................... 214

5.7. 灰度图像的 Sobel→腐蚀运算算法的 HDL-VIP 实现 ............... 218

5.7.1. 腐蚀运算算法介绍................................................................. 218

5.7.2. 腐蚀运算算法的 HDL 实现 .................................................. 219

5.8. 灰度图像的 Sobel→腐蚀运算→膨胀运算算法的 HDL-VIP 实现

224

5.8.1. 膨胀运算算法介绍................................................................. 224

5.8.2. 膨胀运算算法的 HDL 实现 .................................................. 225

5.9. Bayer 阵列 RGB888 恢复算法的 HDL-VIP 实现 ....................... 230

5.9.1. 写在前面的话......................................................................... 230

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