FPGA图像处理-均值滤波

简介

上一篇博客介绍了如何在FPGA中利用shift-ram实现行缓存，然后得到3x3卷积模板，这回就来利用这个3x3窗口进行均值滤波。
均值滤波是典型的线性滤波算法，它是指在图像上对目标像素给一个模板，该模板包括了其周围的临近像素（以目标象素为中心的周围 8 个像素，构成一个滤波模板，即去掉目标像素本身），再用模板中的全体像素的平均值来代替原来像素值。

output = (p11 + p12 + p13 + p21 + p23 + p31 + p32 + p33) / 8
根据公式，可以将其分解为三级流水线：

• 第一级处理3x3窗口每一行的加法
• 第二级处理全部加法
• 第三级处理移位，即除以8

模块简介

为了简单起见，输入输出都是valid+data形式：

module mean_filter(input clk,input rst_n,input iValid,input [7:0] iData,output oValid,output [7:0] oData
);

均值滤波算法的实现

获取3x3卷积模板

上一篇博客有介绍如何获取3x3卷积模板，感兴趣的可以看看
需要注意获取3x3卷积模板消耗了2时钟周期。

filter_3x3 inst_filter_3x3(.clk      (clk),.rst_n    (rst_n),.iValid   (iValid),.iData    (iData),.oValid   (filter_oValid),.oData_11 (filter_11), .oData_12 (filter_12), .oData_13 (filter_13),.oData_21 (filter_21), .oData_22 (filter_22), .oData_23 (filter_23),.oData_31 (filter_31), .oData_32 (filter_32), .oData_33 (filter_33)
);

第一级流水线：处理窗口每一行的和

// 3x3模板的每一行的和
reg [10:0] add_1, add_2, add_3;always @(posedge clk, negedge rst_n) beginif(!rst_n) beginadd_1 <= 0;add_2 <= 0;add_3 <= 0;end else beginadd_1 <= filter_11 + filter_12 + filter_13;add_2 <= filter_21 + filter_23;             // 中心值不参与运算add_3 <= filter_31 + filter_32 + filter_33;end
end

第二级流水线：将窗口每一行的和相加得到总和

// 3x3模板的总和
reg [10:0] add_all;// step2 加法运算，总和
always @(posedge clk, negedge rst_n) beginif(!rst_n)add_all <= 0;elseadd_all <= add_1 + add_2 + add_3;
end

第三级流水线：移位得到均值结果

// 3x3模板总和/8
reg [7:0] mean_value;// 右移3位即除以8，得出均值
always @(posedge clk, negedge rst_n) beginif(!rst_n)mean_value <= 0;elsemean_value <= add_all[10:3];
end

获取3x3卷积模板消耗了2时钟周期，均值滤波消耗了3时钟周期，所以输出值延后输入值5个时钟周期，oValid信号也要进行延迟，比iValid慢5个时钟周期。

testbench

和之前类似，仿真3行像素，每行640个像素点。

`timescale 1ps/1ps
module mean_filter_tb;reg clk = 1'b1;always #10 clk = ~clk;reg rst_n = 1'b0;reg iValid = 1'b0;reg [7:0] iData = 0;wire oValid;wire [7:0] oData;initial begin#20 rst_n <= 1'b1;#20 iValid <= 1'b1;// 第一行数据repeat(640) beginiData <= $random;#20;endiValid <= 1'b0;// 第二行数据#100 iValid <= 1'b1;repeat(640) beginiData <= $random;#20;endiValid <= 1'b0;// 第三行数据#100 iValid <= 1'b1;repeat(640) beginiData <= $random;#20;end#500 $stop;endmean_filter inst_mean_filter(.clk    (clk),.rst_n  (rst_n),.iValid (iValid),.iData  (iData),.oValid (oValid),.oData  (oData));
endmodule

波形分析

第一行前3个像素为36,129,9

第二行前3个像素为235,248,242

第三行前三个像素为121,205,146

第一个完整模板的均值：(36 + 129 + 9 + 235 + 242 + 121 + 205 + 146) / 8 = 140
模板中间的像素248不参与计算，当146进入模板后的第五个时钟周期，输出了140，验证正确。
下一个均值：(129 + 9 + 99 + 248 + 137 + 205 + 146 + 69) / 8 = 130
模板中间的242不参与计算，可以看到，140后面输出的就是130，验证正确。

本文来自互联网用户投稿，文章观点仅代表作者本人，不代表本站立场，不承担相关法律责任。如若转载，请注明出处。 如若内容造成侵权/违法违规/事实不符，请点击【内容举报】进行投诉反馈！