基于FPGA的色彩空間轉換系統(tǒng)設計

蘇瑩++楊文寧

摘 要：在視頻圖像獲取的過程中，采集的圖像通常是RGB色彩空間表示，但在實際的圖像處理中為了降低帶寬、壓縮存儲要將RGB圖像轉化為YCbCr色度空間的圖像。本篇論文用FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心芯片，同時結合解碼芯片TVP5150和編碼芯片ADV7123共同完成色彩空間的轉換并通過VGA顯示結果。

關鍵詞：RGB YCbCr FPGA 色彩空間轉換

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0023-01

1 常見色彩空間

我們主要介紹RGB和YCbCr色彩空間。RGB色彩空間是一種常用的色彩空間。它可以實現不同平臺的映射而不嚴重損失顏色信息。任何一種顏色都可以由三基色紅、綠、藍混合疊加而成。RGB三個分量彼此相互獨立，三個分量的值越小所代表的亮度越低。RGB色彩空間它所占用的帶寬和存儲量是很大的，如果使用該色彩空間進行圖像傳輸，非常不利于圖像的處理。所以引入另一種色彩空間YCbCr。該格式的色彩空間是演播室編碼方案中使用的顏色模型。Y，Cb，Cr分別代表亮度、藍色色度分量和紅色色度分量。YCbCr色彩空間有以下優(yōu)勢。首先它的構成原理符合人類的視覺感知過程，再次它可以實現亮度和色度的分離，由于人眼對亮度的變化更敏感，所以我們在傳輸圖像時減小帶寬的同時引起的顏色損失小，人眼幾乎無法察覺。

2 總體設計方案

系統(tǒng)的總體設計框圖如圖1所示。

基于FPGA的色彩空間的轉換過程可以描述為：首先通過CCD攝像頭進行視頻圖像采集，采集來的RGB圖像為NTSC或PAL制式的，接著我們會把視頻數據送到解碼芯片TVP5150，它會將信號變?yōu)镮TU-R BT.656格式的數據流。我們選取的TVP5150芯片是和FPGA主控芯片集成在一個開發(fā)板上，它的功耗非常低，芯片小巧利于便攜。視頻解碼芯片在對視頻信號處理之前總線會對其進行配置。從解碼芯片出來的信號便進入FPGA芯片，進行串并轉換、解交織等操作最終實現色彩空間的轉換。最后信號送到ADV7123芯片進行編碼，并通過D/A轉換芯片在VGA顯示器上顯示出來。

3 仿真與硬件驗證

硬件部分我們采用了Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，該芯片內部含有豐富的可編程邏輯資源，可以非常方便的完成相關乘法器的例化。在使用乘法器IPCore時，我們需要進行優(yōu)化設置。硬件部分包括CCD攝像頭、FPGA主控芯片、視頻解碼芯片TVP5150、視頻編碼芯片ADV7123等。最終將VGA線和顯示器的VGA口相連接，便可以通過顯示屏觀察結果。

硬件實物圖如圖2所示。

軟件部分采用Quartusii 9.1進行Verilog語言的編寫，并進行時序仿真。進行時序仿真的結果圖3所示。

4 結語

生活中存在多種色彩空間，它們各自具有不同的特點。但是在很多情況下我們又得在它們之間進行轉換，這無論對于科研研究還是消費市場都是很有必要的。本篇論文是通過硬件實現的RGB色彩空間到YCbCr色彩空間的轉換，采用的Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，利用其內部豐富的可編程邏輯資源實現空間的轉換，并采用Quartusii 9.1進行軟件編程與仿真，驗證了模塊的功能。

參考文獻

[1] 唐曉燕，賈鋒，韓磊.基于FPGA的視頻顏色空間轉換電路設計[J].電子與電腦，2006（8）：47-49.

[2] 吳康，劉耀元，胡民山.用FPGA實現色彩空間RGB到YCbCr的轉換[J].南昌高專學報，2007，22（6）：140-142.

[3] 宋冠群，段哲民，馮飛.基于FPGA的色度空間轉換設計[J].電子測量技術，2007，30（1）：178-180.

[4] 周錢生，戴麟.快速查找表優(yōu)化視頻解碼中YCbCr到RGB的轉換[J].現代電子技術，2007，30（15）：167-169.endprint

摘 要：在視頻圖像獲取的過程中，采集的圖像通常是RGB色彩空間表示，但在實際的圖像處理中為了降低帶寬、壓縮存儲要將RGB圖像轉化為YCbCr色度空間的圖像。本篇論文用FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心芯片，同時結合解碼芯片TVP5150和編碼芯片ADV7123共同完成色彩空間的轉換并通過VGA顯示結果。

關鍵詞：RGB YCbCr FPGA 色彩空間轉換

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0023-01

1 常見色彩空間

我們主要介紹RGB和YCbCr色彩空間。RGB色彩空間是一種常用的色彩空間。它可以實現不同平臺的映射而不嚴重損失顏色信息。任何一種顏色都可以由三基色紅、綠、藍混合疊加而成。RGB三個分量彼此相互獨立，三個分量的值越小所代表的亮度越低。RGB色彩空間它所占用的帶寬和存儲量是很大的，如果使用該色彩空間進行圖像傳輸，非常不利于圖像的處理。所以引入另一種色彩空間YCbCr。該格式的色彩空間是演播室編碼方案中使用的顏色模型。Y，Cb，Cr分別代表亮度、藍色色度分量和紅色色度分量。YCbCr色彩空間有以下優(yōu)勢。首先它的構成原理符合人類的視覺感知過程，再次它可以實現亮度和色度的分離，由于人眼對亮度的變化更敏感，所以我們在傳輸圖像時減小帶寬的同時引起的顏色損失小，人眼幾乎無法察覺。

2 總體設計方案

系統(tǒng)的總體設計框圖如圖1所示。

基于FPGA的色彩空間的轉換過程可以描述為：首先通過CCD攝像頭進行視頻圖像采集，采集來的RGB圖像為NTSC或PAL制式的，接著我們會把視頻數據送到解碼芯片TVP5150，它會將信號變?yōu)镮TU-R BT.656格式的數據流。我們選取的TVP5150芯片是和FPGA主控芯片集成在一個開發(fā)板上，它的功耗非常低，芯片小巧利于便攜。視頻解碼芯片在對視頻信號處理之前總線會對其進行配置。從解碼芯片出來的信號便進入FPGA芯片，進行串并轉換、解交織等操作最終實現色彩空間的轉換。最后信號送到ADV7123芯片進行編碼，并通過D/A轉換芯片在VGA顯示器上顯示出來。

3 仿真與硬件驗證

硬件部分我們采用了Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，該芯片內部含有豐富的可編程邏輯資源，可以非常方便的完成相關乘法器的例化。在使用乘法器IPCore時，我們需要進行優(yōu)化設置。硬件部分包括CCD攝像頭、FPGA主控芯片、視頻解碼芯片TVP5150、視頻編碼芯片ADV7123等。最終將VGA線和顯示器的VGA口相連接，便可以通過顯示屏觀察結果。

硬件實物圖如圖2所示。

軟件部分采用Quartusii 9.1進行Verilog語言的編寫，并進行時序仿真。進行時序仿真的結果圖3所示。

4 結語

生活中存在多種色彩空間，它們各自具有不同的特點。但是在很多情況下我們又得在它們之間進行轉換，這無論對于科研研究還是消費市場都是很有必要的。本篇論文是通過硬件實現的RGB色彩空間到YCbCr色彩空間的轉換，采用的Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，利用其內部豐富的可編程邏輯資源實現空間的轉換，并采用Quartusii 9.1進行軟件編程與仿真，驗證了模塊的功能。

參考文獻

[1] 唐曉燕，賈鋒，韓磊.基于FPGA的視頻顏色空間轉換電路設計[J].電子與電腦，2006（8）：47-49.

[2] 吳康，劉耀元，胡民山.用FPGA實現色彩空間RGB到YCbCr的轉換[J].南昌高專學報，2007，22（6）：140-142.

[3] 宋冠群，段哲民，馮飛.基于FPGA的色度空間轉換設計[J].電子測量技術，2007，30（1）：178-180.

[4] 周錢生，戴麟.快速查找表優(yōu)化視頻解碼中YCbCr到RGB的轉換[J].現代電子技術，2007，30（15）：167-169.endprint

摘 要：在視頻圖像獲取的過程中，采集的圖像通常是RGB色彩空間表示，但在實際的圖像處理中為了降低帶寬、壓縮存儲要將RGB圖像轉化為YCbCr色度空間的圖像。本篇論文用FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心芯片，同時結合解碼芯片TVP5150和編碼芯片ADV7123共同完成色彩空間的轉換并通過VGA顯示結果。

關鍵詞：RGB YCbCr FPGA 色彩空間轉換

中圖分類號：TN911 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2014）09（a）-0023-01

1 常見色彩空間

我們主要介紹RGB和YCbCr色彩空間。RGB色彩空間是一種常用的色彩空間。它可以實現不同平臺的映射而不嚴重損失顏色信息。任何一種顏色都可以由三基色紅、綠、藍混合疊加而成。RGB三個分量彼此相互獨立，三個分量的值越小所代表的亮度越低。RGB色彩空間它所占用的帶寬和存儲量是很大的，如果使用該色彩空間進行圖像傳輸，非常不利于圖像的處理。所以引入另一種色彩空間YCbCr。該格式的色彩空間是演播室編碼方案中使用的顏色模型。Y，Cb，Cr分別代表亮度、藍色色度分量和紅色色度分量。YCbCr色彩空間有以下優(yōu)勢。首先它的構成原理符合人類的視覺感知過程，再次它可以實現亮度和色度的分離，由于人眼對亮度的變化更敏感，所以我們在傳輸圖像時減小帶寬的同時引起的顏色損失小，人眼幾乎無法察覺。

2 總體設計方案

系統(tǒng)的總體設計框圖如圖1所示。

基于FPGA的色彩空間的轉換過程可以描述為：首先通過CCD攝像頭進行視頻圖像采集，采集來的RGB圖像為NTSC或PAL制式的，接著我們會把視頻數據送到解碼芯片TVP5150，它會將信號變?yōu)镮TU-R BT.656格式的數據流。我們選取的TVP5150芯片是和FPGA主控芯片集成在一個開發(fā)板上，它的功耗非常低，芯片小巧利于便攜。視頻解碼芯片在對視頻信號處理之前總線會對其進行配置。從解碼芯片出來的信號便進入FPGA芯片，進行串并轉換、解交織等操作最終實現色彩空間的轉換。最后信號送到ADV7123芯片進行編碼，并通過D/A轉換芯片在VGA顯示器上顯示出來。

3 仿真與硬件驗證

硬件部分我們采用了Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，該芯片內部含有豐富的可編程邏輯資源，可以非常方便的完成相關乘法器的例化。在使用乘法器IPCore時，我們需要進行優(yōu)化設置。硬件部分包括CCD攝像頭、FPGA主控芯片、視頻解碼芯片TVP5150、視頻編碼芯片ADV7123等。最終將VGA線和顯示器的VGA口相連接，便可以通過顯示屏觀察結果。

硬件實物圖如圖2所示。

軟件部分采用Quartusii 9.1進行Verilog語言的編寫，并進行時序仿真。進行時序仿真的結果圖3所示。

4 結語

生活中存在多種色彩空間，它們各自具有不同的特點。但是在很多情況下我們又得在它們之間進行轉換，這無論對于科研研究還是消費市場都是很有必要的。本篇論文是通過硬件實現的RGB色彩空間到YCbCr色彩空間的轉換，采用的Alera公司的FPGA芯片EP2C8Q208C8N作為核心處理芯片，利用其內部豐富的可編程邏輯資源實現空間的轉換，并采用Quartusii 9.1進行軟件編程與仿真，驗證了模塊的功能。

參考文獻

[1] 唐曉燕，賈鋒，韓磊.基于FPGA的視頻顏色空間轉換電路設計[J].電子與電腦，2006（8）：47-49.

[2] 吳康，劉耀元，胡民山.用FPGA實現色彩空間RGB到YCbCr的轉換[J].南昌高專學報，2007，22（6）：140-142.

[3] 宋冠群，段哲民，馮飛.基于FPGA的色度空間轉換設計[J].電子測量技術，2007，30（1）：178-180.

[4] 周錢生，戴麟.快速查找表優(yōu)化視頻解碼中YCbCr到RGB的轉換[J].現代電子技術，2007，30（15）：167-169.endprint