FPGA高端項(xiàng)目：Xilinx Zynq7020 系列FPGA純verilog圖像縮放工程解決方案 提供3套工程源碼和技術(shù)支持

1、前言

沒(méi)玩過(guò)圖像縮放都不好意思說(shuō)自己玩兒過(guò)FPGA，這是CSDN某大佬說(shuō)過(guò)的一句話，鄙人深信不疑。。。目前市面上主流的FPGA圖像縮放方案如下：
1：Xilinx的HLS方案，該方案簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，但只能用于Xilinx自家的FPGA；關(guān)于HLS實(shí)現(xiàn)圖像縮放請(qǐng)，參考我之前寫的文章HLS實(shí)現(xiàn)圖像縮放點(diǎn)擊查看：HLS圖像縮放
2：非純Verilog方案，大部分代碼使用Verilog實(shí)現(xiàn)，但中間的fifo或ram等使用了IP，導(dǎo)致移植性變差，難以在Xilinx、Altera和國(guó)產(chǎn)FPGA之間自由移植；
3：純Verilog方案，也就是本方案，一個(gè)字：牛逼！！！

本文使用Xilinx的Zynq7020系列FPGA純verilog代碼實(shí)現(xiàn)圖像縮放，視頻源有兩種，分別對(duì)應(yīng)開發(fā)者手里有沒(méi)有攝像頭的情況，一種是使用廉價(jià)的OV5640攝像頭模組；如果你的手里沒(méi)有攝像頭，或者你的開發(fā)板沒(méi)有攝像頭接口，則可使用代碼內(nèi)部生成的動(dòng)態(tài)彩條模擬攝像頭視頻；視頻源的選擇通過(guò)代碼頂層的define宏定義進(jìn)行，默認(rèn)使用ov5640作為視頻源；圖像縮放模塊支持領(lǐng)域插值和雙線性插值2種算法，通過(guò)模塊頂層參數(shù)選擇，默認(rèn)使用雙線性插值；縮放后的圖像使用我常用的FDMA圖像緩存架構(gòu)進(jìn)出DDR3等存儲(chǔ)設(shè)備進(jìn)行圖像的三幀緩存，縮放后的視頻最好進(jìn)行緩存操作，因?yàn)榭s放后原本的視頻時(shí)序已經(jīng)被打亂，不緩存的話直接讀出基本是錯(cuò)誤且不對(duì)齊的數(shù)據(jù)，輸出的圖像是亂碼；從DDR3讀出視頻經(jīng)過(guò)VGA時(shí)序生成標(biāo)準(zhǔn)的VGA時(shí)序視頻，最后用純verilog顯示的HDMI輸出模塊送顯示器顯示即可；針對(duì)目前市面上主流的FPGA，本純verilog圖像縮放方案一共移植了17套工程源碼，本博文介紹其中基于Xilinx Zynq7020系列FPGA的3套工程，詳情如下：

這里說(shuō)明一下提供的3套工程源碼的作用和價(jià)值，如下：

工程源碼1：圖像不縮放操作
ov5640或者動(dòng)態(tài)彩條輸入，HDMI輸出，圖像經(jīng)過(guò)圖像縮放模塊，但并不做縮放操作，即圖像進(jìn)入圖像縮放模塊前的分辨率為1280x720，圖像經(jīng)過(guò)圖像縮放模塊出來(lái)后的分辨率依然為1280x720，目的是讓讀者知道圖像縮放模塊的用法，為后面的縮小和放大等操作打好基礎(chǔ)；

工程源碼2：圖像縮小操作
ov5640或者動(dòng)態(tài)彩條輸入，HDMI輸出，圖像經(jīng)過(guò)圖像縮放模塊，并進(jìn)行縮小操作，即圖像進(jìn)入圖像縮放模塊前的分辨率為1280x720，圖像經(jīng)過(guò)圖像縮放模塊出來(lái)后的分辨率為800x600，目的是讓讀者知道圖像縮放模塊縮小操作的用法，以便能夠移植和設(shè)計(jì)自己的項(xiàng)目；

工程源碼3：圖像放大操作
ov5640或者動(dòng)態(tài)彩條輸入，HDMI輸出，圖像經(jīng)過(guò)圖像縮放模塊，并進(jìn)行放大操作，即圖像進(jìn)入圖像縮放模塊前的分辨率為1280x720，圖像經(jīng)過(guò)圖像縮放模塊出來(lái)后的分辨率為1920x1080，目的是讓讀者知道圖像縮放模塊放大操作的用法，以便能夠移植和設(shè)計(jì)自己的項(xiàng)目；

本博客詳細(xì)描述了FPGA高端項(xiàng)目：Xilinx Zynq7020 系列的純verilog圖像縮放工程解決方案的設(shè)計(jì)方案，工程代碼可綜合編譯上板調(diào)試，可直接項(xiàng)目移植，適用于在校學(xué)生、研究生項(xiàng)目開發(fā)，也適用于在職工程師做學(xué)習(xí)提升，可應(yīng)用于醫(yī)療、軍工等行業(yè)的高速接口或圖像處理領(lǐng)域；
提供完整的、跑通的工程源碼和技術(shù)支持；
工程源碼和技術(shù)支持的獲取方式放在了文章末尾，請(qǐng)耐心看到最后；

版本更新說(shuō)明

此版本為第3版，之前根據(jù)讀者的建議，對(duì)第1版工程做了改進(jìn)和更新形成如下的第2版：
1：增加了輸入視頻動(dòng)態(tài)彩條的選擇，有的讀者說(shuō)他手里沒(méi)有OV5640攝像頭或者攝像頭原理圖和我的不一致，導(dǎo)致在移植過(guò)程中困難很大，基于此，增加了動(dòng)態(tài)彩條，它由FPGA內(nèi)部產(chǎn)生，不需要外接攝像頭就可以使用，使用方法在后文有說(shuō)明；
2：優(yōu)化了FDMA，之前的FDMA內(nèi)AXI4的數(shù)據(jù)讀寫突發(fā)長(zhǎng)度為256，導(dǎo)致在低端FPGA上帶寬不夠，從而圖像質(zhì)量不佳，基于此，將FDMA內(nèi)AXI4的數(shù)據(jù)讀寫突發(fā)長(zhǎng)度改為128；
3：優(yōu)化了HDMI輸出模塊，之前用的自定義IP，有讀者說(shuō)IP無(wú)法更新，雖能正常使用，但看源碼不方便，基于此，將HDMI輸出模塊改為純verilog實(shí)現(xiàn)的，直接了當(dāng)；
4:更新了輸出時(shí)序模塊，我的輸出時(shí)序模塊采用1080P背景中顯示有效區(qū)域圖像的方式，之前的版本，除有效區(qū)域圖像外，其他區(qū)域是花屏的，有讀者說(shuō)看著不舒服，基于此，將，除有效區(qū)域圖像外的圖像優(yōu)化為黑色，即黑色背景中顯示有效區(qū)域圖像的方式，在后面有貼圖；
現(xiàn)在根據(jù)讀者的建議，又對(duì)第2版工程做了改進(jìn)和更新形成如下的第3版：
1：優(yōu)化了圖像縮放模塊代碼結(jié)構(gòu)，將原來(lái)的跨時(shí)鐘域FIFO納入圖像縮放模塊內(nèi)部，并添加了新的頂層接口和配置參數(shù)，使能原來(lái)復(fù)雜的頂層接口和參數(shù)變得十分簡(jiǎn)潔；
2：新增了純verilog實(shí)現(xiàn)的異步FIFO，代碼里可選Xilinx的FIFO IP核，也可選verilog實(shí)現(xiàn)的異步FIFO，通過(guò)頂層參數(shù)選擇，這樣就使得圖像縮放模塊移植性和通用性更強(qiáng)；
3：新增了一套工程源碼，該工程主要針對(duì)高分辨率輸入視頻的圖像縮放的項(xiàng)目需求，新增的工程采用高達(dá)1920x1080@60Hz的HDMI輸入視頻進(jìn)行圖像縮放操作；
4：工程整體使用難度大大降低，由于優(yōu)化了圖像縮放模塊和整體代碼架構(gòu)，加之將原來(lái)很多參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)一的設(shè)置，代碼量和行數(shù)減少了近45%，僅需修改集合參數(shù)就能快速實(shí)現(xiàn)工程的移植和修改；

給讀者的一封信

FPGA作為當(dāng)今熱門行業(yè)，入行門檻很高，工資待遇不錯(cuò)，一時(shí)間引無(wú)數(shù)英雄盡折腰，但很多初學(xué)者甚至工程師都還有很多誤區(qū)，現(xiàn)給讀者一封信如下：
1、矮要承認(rèn)挨打站穩(wěn)
要學(xué)FPGA，甚至吃這碗飯，每個(gè)人都是從零基礎(chǔ)開始的，你對(duì)自己有自信，認(rèn)為你行，就自學(xué)；你不自信，就找別人學(xué)；和古代拜師學(xué)藝是一回事兒；首先思維要符合邏輯；
2、基礎(chǔ)問(wèn)題需要自己解決
最基礎(chǔ)的知識(shí)，比如：verilog語(yǔ)法、vivado工具使用、模電數(shù)電基礎(chǔ)常識(shí)、電腦使用、計(jì)算機(jī)基本結(jié)構(gòu)。。。這些基礎(chǔ)知識(shí)在網(wǎng)上都是免費(fèi)的，既有文字資料也有視頻資料；這些基礎(chǔ)知識(shí)你一定要具備，因?yàn)檫@是你能獲得的性價(jià)比最高的東西了，首先它免費(fèi)；其次它簡(jiǎn)單，只需要你花時(shí)間，不需要花腦子；最后它重要，這是你干FPGA的基礎(chǔ)；
3、有了源碼等于零
你可能認(rèn)為，我有了源碼就能做項(xiàng)目了，我可以肯定的告訴你，該醒醒了；原子彈的詳細(xì)原理和原料配方甚至生產(chǎn)工藝流程在網(wǎng)上都是公開的，為啥全世界就那聯(lián)合國(guó)幾大流氓能造出來(lái)的？同樣的，源碼給你，你看得懂嗎？你知道怎么用嗎？看不懂不會(huì)用的源碼，跟廢物有什么區(qū)別？你需要的是源碼+工程，最完美的是源碼+工程+技術(shù)支持；有了源碼，就有了可開發(fā)的底層架構(gòu)，有了工程就知道源碼或者模塊怎么使用，有了技術(shù)支持就可以根據(jù)源碼修改開發(fā)自己的項(xiàng)目；
4、先學(xué)會(huì)爬在學(xué)會(huì)跑
對(duì)于初學(xué)者，沒(méi)有資格研究代碼，你首先需要做的是對(duì)工程進(jìn)行復(fù)現(xiàn)；比如給你一個(gè)圖像的工程，你首先在自己的開發(fā)板上復(fù)現(xiàn)這個(gè)工程的功能，然后再去閱讀理解代碼，然后對(duì)代碼的功能部分做小幅修改，比如改一下接口，增加幾個(gè)輸出接口，比如加一個(gè)LED輸出；小幅修改后再慢慢增加修改幅度，以符合自己的需求；
5、學(xué)FPGA要不求甚解
學(xué)FPGA要不求甚解，甚至不需要理解，這句話咋聽著有點(diǎn)不符合邏輯呢？對(duì)于很多功能性模塊而言，你不需要理解它怎么實(shí)現(xiàn)的，你只需要知道怎么使用它，比如一個(gè)圖像縮放模塊，這種東西都是很老的知識(shí)，以你目前的知識(shí)水平，該模塊的代碼你怎么看也看不懂的，但你只要知道怎么使用它就行了，知道怎么使用，就能做項(xiàng)目，就能在公司呆下去了，原因很簡(jiǎn)單，老板招你來(lái)是干活兒的，不是招你來(lái)學(xué)習(xí)的，那是學(xué)校的事兒；如果要等什么都懂了才干活兒，那公司早垮了，學(xué)FPGA就是在實(shí)踐中學(xué)習(xí)，先上前線去干活，邊干邊學(xué)，在實(shí)踐中遇到問(wèn)題，并主動(dòng)去查資料問(wèn)大佬理解問(wèn)題，才是成長(zhǎng)最快的，而不是一味的咬文嚼字刨根問(wèn)底；

FPGA就業(yè)高端項(xiàng)目培訓(xùn)計(jì)劃

鑒于目前的FPGA就業(yè)和行業(yè)現(xiàn)狀，本博推出了FPGA就業(yè)高端項(xiàng)目培訓(xùn)：純verilog圖像縮放 工程解決方案的計(jì)劃，該計(jì)劃旨在讓一部分人先學(xué)會(huì)FPGA純verilog圖像縮放，提高從業(yè)者的技術(shù)水平和工資待遇，詳細(xì)計(jì)劃如下：

FPGA就業(yè)高端項(xiàng)目培訓(xùn)計(jì)劃細(xì)節(jié)：
1、我發(fā)你上述17套工程源碼和對(duì)應(yīng)的工程設(shè)計(jì)文檔網(wǎng)盤鏈接，你保存下載，作為培訓(xùn)的核心資料；
2、你根據(jù)自己的實(shí)際情況安裝好對(duì)應(yīng)的開發(fā)環(huán)境，然后對(duì)著設(shè)計(jì)文檔進(jìn)行淺層次的學(xué)習(xí)；
3、遇到不懂的隨時(shí)問(wèn)我，包括代碼、職業(yè)規(guī)劃、就業(yè)咨詢、人生規(guī)劃、戰(zhàn)略規(guī)劃等等；
4、每周末進(jìn)行一次騰訊會(huì)議，我會(huì)檢查你的學(xué)習(xí)情況和面對(duì)面溝通交流；
5、你可以移植代碼到你自己的FPGA開發(fā)板上跑，如果你沒(méi)有板子，你根據(jù)你自己的需求修改代碼后，編譯工程，把bit發(fā)我，我?guī)湍阆螺d到我的板子上驗(yàn)證；

免責(zé)聲明

本工程及其源碼即有自己寫的一部分，也有網(wǎng)絡(luò)公開渠道獲取的一部分(包括CSDN、Xilinx官網(wǎng)、Altera官網(wǎng)等等)，若大佬們覺得有所冒犯，請(qǐng)私信批評(píng)教育；基于此，本工程及其源碼僅限于讀者或粉絲個(gè)人學(xué)習(xí)和研究，禁止用于商業(yè)用途，若由于讀者或粉絲自身原因用于商業(yè)用途所導(dǎo)致的法律問(wèn)題，與本博客及博主無(wú)關(guān)，請(qǐng)謹(jǐn)慎使用。。。

2、相關(guān)方案推薦

我這里已有的FPGA圖像縮放方案

我的主頁(yè)目前有FPGA圖像縮放專欄，改專欄收錄了我目前手里已有的FPGA圖像縮放方案，從實(shí)現(xiàn)方式分類有基于HSL實(shí)現(xiàn)的圖像縮放、基于純verilog代碼實(shí)現(xiàn)的圖像縮放；從應(yīng)用上分為單路視頻圖像縮放、多路視頻圖像縮放、多路視頻圖像縮放拼接；從輸入視頻分類可分為OV5640攝像頭視頻縮放、SDI視頻縮放、MIPI視頻縮放等等；以下是專欄地址：
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本方案在Xilinx Kintex7 系列FPGA上的應(yīng)用

本方案適應(yīng)于所有FPGA平臺(tái)，針對(duì)目前市面上主流的FPGA，本博將本方案分別移植到了Xilinx 的Artix7、Kintex7、Zynq7020、紫光同創(chuàng)、高云等平臺(tái)，本文講述的是在Xilinx Zynq7020 系列FPGA上的應(yīng)用，想要直接應(yīng)用于Xilinx Kintex7 系列FPGA的讀者，可以參考我之前寫得博客，以下是博客地址：
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本方案在Xilinx Artix7 系列FPGA上的應(yīng)用

本方案適應(yīng)于所有FPGA平臺(tái)，針對(duì)目前市面上主流的FPGA，本博將本方案分別移植到了Xilinx 的Artix7、Kintex7、Zynq7020、紫光同創(chuàng)、高云等平臺(tái)，本文講述的是在Xilinx Zynq7020 系列FPGA上的應(yīng)用，想要直接應(yīng)用于Xilinx Artix7 系列FPGA的讀者，可以參考我之前寫得博客，以下是博客地址：
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本方案在國(guó)產(chǎn)FPGA紫光同創(chuàng)系列上的應(yīng)用

本方案適應(yīng)于所有FPGA平臺(tái)，針對(duì)目前市面上主流的FPGA，本博將本方案分別移植到了Xilinx 的Artix7、Kintex7、Zynq7020、紫光同創(chuàng)、高云等平臺(tái)，本文講述的是在Xilinx Zynq7020 系列FPGA上的應(yīng)用，想要直接應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)FPGA紫光同創(chuàng)系列FPGA的讀者，可以參考我之前寫得博客，以下是博客地址：
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本方案在國(guó)產(chǎn)FPGA高云系列上的應(yīng)用

本方案適應(yīng)于所有FPGA平臺(tái)，針對(duì)目前市面上主流的FPGA，本博將本方案分別移植到了Xilinx 的Artix7、Kintex7、Zynq7020、紫光同創(chuàng)、高云等平臺(tái)，本文講述的是在Xilinx Zynq7020 系列FPGA上的應(yīng)用，想要直接應(yīng)用于國(guó)產(chǎn)FPGA高云系列FPGA的讀者，可以參考我之前寫得博客，以下是博客地址：
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3、設(shè)計(jì)思路框架

設(shè)計(jì)框圖

本博客提供4套vivado工程源碼，設(shè)計(jì)框圖如下：

本設(shè)計(jì)的圖像緩存在Zynq7020 PS側(cè)DDR3中，需要調(diào)用Zynq7軟核完成DDR3的配置；

視頻源選擇

視頻源有兩種，分別對(duì)應(yīng)開發(fā)者手里有沒(méi)有攝像頭的情況，一種是使用廉價(jià)的OV5640攝像頭模組；如果你的手里沒(méi)有攝像頭，或者你的開發(fā)板沒(méi)有攝像頭接口，則可使用代碼內(nèi)部生成的動(dòng)態(tài)彩條模擬攝像頭視頻；視頻源的選擇通過(guò)代碼頂層的define宏定義進(jìn)行，默認(rèn)使用ov5640作為視頻源；視頻源的選擇通過(guò)代碼頂層的`define宏定義進(jìn)行；如下：

選擇邏輯代碼部分如下：

選擇邏輯如下：
當(dāng)(注釋) define COLOR_TEST時(shí)，輸入源視頻是ov5640攝像頭；
當(dāng)(不注釋) define COLOR_TEST時(shí)，輸入源視頻是動(dòng)態(tài)彩條；

ov5640 i2c配置及采集

視頻源有兩種，分別對(duì)應(yīng)開發(fā)者手里有沒(méi)有攝像頭的情況，一種是使用廉價(jià)的OV5640攝像頭模組；如果你的手里沒(méi)有攝像頭，或者你的開發(fā)板沒(méi)有攝像頭接口，則可使用代碼內(nèi)部生成的動(dòng)態(tài)彩條模擬攝像頭視頻；視頻源的選擇通過(guò)代碼頂層的define宏定義進(jìn)行，默認(rèn)使用ov5640作為視頻源；ov5640需要i2c配置才能使用，需要i2c配置分辨率，然后將DVP接口的兩個(gè)時(shí)鐘一個(gè)像素的GRB565視頻數(shù)據(jù)采集為一個(gè)時(shí)鐘一個(gè)像素的RGB565或者RGB888視頻數(shù)據(jù)；ov5640i2c配置及采集代碼如下：

ov5640配置和采集模塊頂層參數(shù)如下：

module helai_ov5640_rx #(parameter DELAY        = 1    ,	// 有的攝像頭使用轉(zhuǎn)接板與FPGA開發(fā)板連接，可能需要考慮上電延時(shí)，不需要是設(shè)為0parameter DEVID        = 8'h78, // i2c 從機(jī)器件地址parameter IMAGE_WIDTH  = 1280 ,	// ov5640輸出視頻寬度parameter IMAGE_HEIGHT = 720  ,	// ov5640輸出視頻高度parameter RGB_TYPE     = 1'd0	// 設(shè)為0-->輸出RGB565；設(shè)為1-->輸出RGB888	
)(input         clk_25m     ,	// 固定輸入 25M 時(shí)鐘input         rst_n       ,	// 低電平復(fù)位output        cmos_scl    ,	// ov5640的scl接口inout         cmos_sda    ,	// ov5640的sda接口input         cmos_pclk_i ,	// ov5640的pclk接口input         cmos_href_i ,	// ov5640的href接口input         cmos_vsync_i,	// ov5640的vsync接口input  [7:0]  cmos_data_i ,	// ov5640的data接口output        cmos_xclk_o ,	// ov5640的xclk接口，如果你的攝像頭自帶晶振，則此信號(hào)不需要output [23:0] ov5640_rgb  ,	// 輸出的RGB視頻像素?cái)?shù)據(jù)output        ov5640_de   ,	// 輸出的RGB視頻像素?cái)?shù)據(jù)有效信號(hào)output        ov5640_vs   ,	// 輸出的RGB視頻場(chǎng)同步信號(hào)output        ov5640_hs   ,	// 輸出的RGB視頻行同步信號(hào)output        cfg_done      // ov5640配置完成拉高信號(hào)
);

ov5640配置和采集模塊的例化請(qǐng)參考工程源碼的頂層代碼；

動(dòng)態(tài)彩條

如果你的手里沒(méi)有ov5640，或者你得開發(fā)板沒(méi)有ov5640接口，則可使用代碼內(nèi)部生成的動(dòng)態(tài)彩條模擬攝像頭視頻；視頻源的選擇通過(guò)代碼頂層的define宏定義進(jìn)行，動(dòng)態(tài)彩條可配置為不同分辨率的視頻，視頻的邊框?qū)挾?#xff0c;動(dòng)態(tài)移動(dòng)方塊的大小，移動(dòng)速度等都可以參數(shù)化配置，我這里配置為辨率1280x720，動(dòng)態(tài)彩條模塊代碼位置和頂層接口和例化如下：


動(dòng)態(tài)彩條模塊的例化請(qǐng)參考工程源碼的頂層代碼；

圖像縮放模塊詳解

圖像縮放模塊功能框圖如下，由跨時(shí)鐘FIFO、插值+RAM陣列構(gòu)成，跨時(shí)鐘FIFO的目的是解決跨時(shí)鐘域的問(wèn)題，比如從低分辨率視頻放大到高分辨率視頻時(shí)，像素時(shí)鐘必然需要變大，這是就需要異步FIFO了，插值算法和RAM陣列具體負(fù)責(zé)圖像縮放算法層面的實(shí)現(xiàn)；

插值算法和RAM陣列以ram和fifo為核心進(jìn)行數(shù)據(jù)緩存和插值實(shí)現(xiàn)，設(shè)計(jì)架構(gòu)如下：

圖像縮放模塊代碼架構(gòu)如下：模塊的例化請(qǐng)參考工程源碼的頂層代碼；

圖像縮放模塊FIFO的選擇可以調(diào)用工程對(duì)應(yīng)的vivado工具自帶的FIFO IP核，也可以使用純verilog實(shí)現(xiàn)的FIFO，可通過(guò)接口參數(shù)選擇，圖像縮放模塊頂層接口如下：

module helai_video_scale #(//---------------------------Parameters----------------------------------------parameter FIFO_TYPE          =	"xilinx",		// "xilinx" for xilinx-fifo ; "verilog" for verilog-fifoparameter DATA_WIDTH         =	8       ,		//Width of input/output dataparameter CHANNELS           =	1       ,		//Number of channels of DATA_WIDTH, for color imagesparameter INPUT_X_RES_WIDTH  =	11      		//Widths of input/output resolution control signals	
)(input                            i_reset_n         ,    // 輸入--低電平復(fù)位信號(hào)input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_src_video_width ,	// 輸入視頻--即縮放前視頻的寬度input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_src_video_height,	// 輸入視頻--即縮放前視頻的高度input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_des_video_width ,	// 輸出視頻--即縮后前視頻的寬度input  [INPUT_X_RES_WIDTH-1:0]   i_des_video_height,	// 輸出視頻--即縮后前視頻的高度input                            i_src_video_pclk  ,	// 輸入視頻--即縮前視頻的像素時(shí)鐘input                            i_src_video_vs    ,	// 輸入視頻--即縮前視頻的場(chǎng)同步信號(hào),必須為高電平有效input                            i_src_video_de    ,	// 輸入視頻--即縮前視頻的數(shù)據(jù)有效信號(hào),必須為高電平有效input  [DATA_WIDTH*CHANNELS-1:0] i_src_video_pixel ,	// 輸入視頻--即縮前視頻的像素?cái)?shù)據(jù)input                            i_des_video_pclk  ,	// 輸出視頻--即縮后視頻的像素時(shí)鐘,一般為寫入DDR緩存的時(shí)鐘output                           o_des_video_vs    ,	// 輸出視頻--即縮后視頻的場(chǎng)同步信號(hào),高電平有效output                           o_des_video_de    ,	// 輸出視頻--即縮后視頻的數(shù)據(jù)有效信號(hào),高電平有效output [DATA_WIDTH*CHANNELS-1:0] o_des_video_pixel 		// 輸出視頻--即縮后視頻的像素?cái)?shù)據(jù)
);

FIFO_TYPE選擇原則如下：
1：總體原則，選擇"xilinx"好處大于選擇"verilog"；
2：當(dāng)你的FPGA邏輯資源不足時(shí)，請(qǐng)選"xilinx"；
3：當(dāng)你圖像縮放的視頻分辨率較大時(shí)，請(qǐng)選"xilinx"；
4：當(dāng)你的FPGA沒(méi)有FIFO IP或者FIFO IP快用完了，請(qǐng)選"verilog"；
5：當(dāng)你向自學(xué)一下異步FIFO時(shí)，，請(qǐng)選"verilog"；
6：不同F(xiàn)PGA型號(hào)對(duì)應(yīng)的工程FIFO_TYPE參數(shù)不一樣，但選擇原則一樣，具體參考代碼；

2種插值算法的整合與選擇
本設(shè)計(jì)將常用的雙線性插值和鄰域插值算法融合為一個(gè)代碼中，通過(guò)輸入?yún)?shù)選擇某一種算法；
具體選擇參數(shù)如下：

input  wire i_scaler_type //0-->bilinear;1-->neighbor

通過(guò)輸入i_scaler_type 的值即可選擇；

輸入0選擇雙線性插值算法；
輸入1選擇鄰域插值算法；

代碼里的配置如下：

圖像縮放模塊使用

圖像縮放模塊使用非常簡(jiǎn)單，頂層代碼里設(shè)置了四個(gè)參數(shù)，如下：

上圖視頻通過(guò)圖像縮放模塊但不進(jìn)行縮放操作，旨在掌握?qǐng)D像縮放模塊的用法；如果需要將圖像放大到1080P，則修改為如下：

當(dāng)然，需要修改的不僅僅這一個(gè)地方，FDMA的配置也需要相應(yīng)修改，詳情請(qǐng)參考代碼，但我想要證明的是，圖像縮放模塊使用非常簡(jiǎn)單，你都不需要知道它內(nèi)部具體怎么實(shí)現(xiàn)的，上手就能用；

圖像緩存

Xilinx系列FPGA工程使用我常用的FDMA架構(gòu)，紫光同創(chuàng)系列FPGA工程使用我常用的HDMA架構(gòu)，高云系列FPGA工程使用自家?guī)У腎P架構(gòu)；圖像緩存的作用是將圖像送入DDR中做3幀緩存再讀出顯示，目的是匹配輸入輸出的時(shí)鐘差和提高輸出視頻質(zhì)量，關(guān)于FDMA，請(qǐng)參考我之前的博客，博客地址：點(diǎn)擊直接前往
FDMA圖像緩存架構(gòu)在Block Design中如下：

需要注意的是，Xilinx系列的Artix7、Kintex7以及紫光和高云工程都使用DDR3作為緩存，Zynq7020工程使用PS端的DDR3作為緩存；Artix7、Kintex7工程調(diào)用MIG IP實(shí)現(xiàn)DDR3讀寫；Zynq7020工程調(diào)用Zynq軟核實(shí)現(xiàn)DDR3讀寫；

視頻輸出

視頻從FDMA讀出后，經(jīng)過(guò)VGA時(shí)序模塊和HDMI發(fā)送模塊后輸出顯示器，代碼位置如下：

VGA時(shí)序配置為1920X1080，HDMI發(fā)送模塊采用verilog代碼手寫，可以用于FPGA的HDMI發(fā)送應(yīng)用，關(guān)于這個(gè)模塊，請(qǐng)參考我之前的博客，博客地址：點(diǎn)擊直接前往

PL端邏輯工程源碼架構(gòu)

Xilinx Zynq7020 系列FPGA工程源碼架構(gòu)具有高度相似性，以工程9為例截圖如下：

PS端SDK軟件工程源碼架構(gòu)

Xilinx Zynq7020 系列FPGA純verilog圖像縮放工程沒(méi)有用官方推薦的VDMA方案，而是用了自定義的FDMA方案，雖然不需要SDK配置，但FDMA的AXI4接口時(shí)鐘由Zynq提供，所以需要運(yùn)行SDK程序才能啟動(dòng)Zynq，從而為PL端邏輯提供時(shí)鐘；由于不需要SDK配置，所以SDK軟件代碼就變得極度簡(jiǎn)單，只需運(yùn)行一個(gè)“Hello World”即可，如下：

4、vivado和matlab聯(lián)合仿真

需要注意的是，方針的目的是為了驗(yàn)證，這一步我已經(jīng)替你們做完了，所以讀者不再需要單獨(dú)仿真，如果讀者是在需要自己仿真玩玩兒，需要自己寫仿真代碼；vivado和matlab聯(lián)合仿真詳細(xì)步驟如下：
第一步：網(wǎng)上下載一張1280X720的圖片，并用matlab將圖片轉(zhuǎn)換為RGB格式的txt文檔；
第二步：在vivado下設(shè)計(jì)tstbench，將RGB格式的txt文檔作為視頻輸入源給到圖像縮放模塊，并將縮放后的圖像數(shù)據(jù)寫入輸出txt文檔；
第二步：用matlab將輸出txt文檔轉(zhuǎn)換為圖片，并于原圖一并輸出顯示以做比較；
根據(jù)以上方法得到以下仿真結(jié)果：
雙線性插值算法原圖1280X720縮小到800x600如下：

鄰域插值算法原圖1280X720縮小到800x600如下：

雙線性插值算法原圖1280X720放大到1920x1080如下：

鄰域插值算法原圖1280X720放大到1920x1080如下：

5、工程代碼9詳解：掌握?qǐng)D像縮放模塊用法

開發(fā)板FPGA型號(hào)：Xilinx–Zynq7020–xc7z020clg400-2；
開發(fā)環(huán)境：Vivado2019.1；
輸入：OV5640攝像頭或動(dòng)態(tài)彩條，分辨率1280x720；
輸出：HDMI，1080P分辨率下的720P有效區(qū)域顯示；
輸入輸出縮放方案：輸入1280x720–>輸出1280x720；
工程作用：掌握?qǐng)D像縮放模塊的用法，為后面的縮小和放大等操作打好基礎(chǔ)；
工程Block Design請(qǐng)參考第3章節(jié)“設(shè)計(jì)思路框架”的“圖像緩存”小節(jié)內(nèi)容；
工程代碼架構(gòu)請(qǐng)參考第3章節(jié)“設(shè)計(jì)思路框架”的“PL端邏輯工程源碼架構(gòu)”和“PS端SDK軟件工程源碼架構(gòu)”小節(jié)內(nèi)容；
工程的資源消耗和功耗如下：該工程使用的是純verilog fifo方案；

6、工程代碼10詳解：掌握?qǐng)D像縮小操作

開發(fā)板FPGA型號(hào)：Xilinx–Zynq7020–xc7z020clg400-2；
開發(fā)環(huán)境：Vivado2019.1；
輸入：OV5640攝像頭或動(dòng)態(tài)彩條，分辨率1280x720；
輸出：HDMI，1080P分辨率下的800x600有效區(qū)域顯示；
輸入輸出縮放方案：輸入1280x720–>輸出800x600；
工程作用：掌握?qǐng)D像縮放模塊縮小操作的用法，以便能夠移植和設(shè)計(jì)自己的項(xiàng)目；
工程Block Design請(qǐng)參考第3章節(jié)“設(shè)計(jì)思路框架”的“圖像緩存”小節(jié)內(nèi)容；
工程代碼架構(gòu)請(qǐng)參考第3章節(jié)“設(shè)計(jì)思路框架”的“PL端邏輯工程源碼架構(gòu)”和“PS端SDK軟件工程源碼架構(gòu)”小節(jié)內(nèi)容；
工程的資源消耗和功耗如下：該工程使用的是純verilog fifo方案；

7、工程代碼11詳解：掌握?qǐng)D像放大操作

開發(fā)板FPGA型號(hào)：Xilinx–Zynq7020–xc7z020clg400-2；
開發(fā)環(huán)境：Vivado2019.1；
輸入：OV5640攝像頭或動(dòng)態(tài)彩條，分辨率1280x720；
輸出：HDMI，1080P分辨率下的1920x1080有效區(qū)域顯示；
輸入輸出縮放方案：輸入1280x720–>輸出1920x1080；
工程作用：掌握?qǐng)D像縮放模塊放大操作的用法，以便能夠移植和設(shè)計(jì)自己的項(xiàng)目；
工程Block Design請(qǐng)參考第3章節(jié)“設(shè)計(jì)思路框架”的“圖像緩存”小節(jié)內(nèi)容；
工程代碼架構(gòu)請(qǐng)參考第3章節(jié)“設(shè)計(jì)思路框架”的“PL端邏輯工程源碼架構(gòu)”和“PS端SDK軟件工程源碼架構(gòu)”小節(jié)內(nèi)容；
工程的資源消耗和功耗如下：該工程使用的是Xilinx fifo ip方案；

8、工程移植說(shuō)明

vivado版本不一致處理

1：如果你的vivado版本與本工程vivado版本一致，則直接打開工程；
2：如果你的vivado版本低于本工程vivado版本，則需要打開工程后，點(diǎn)擊文件–>另存為；但此方法并不保險(xiǎn)，最保險(xiǎn)的方法是將你的vivado版本升級(jí)到本工程vivado的版本或者更高版本；

3：如果你的vivado版本高于本工程vivado版本，解決如下：

打開工程后會(huì)發(fā)現(xiàn)IP都被鎖住了，如下：

此時(shí)需要升級(jí)IP，操作如下：

FPGA型號(hào)不一致處理

如果你的FPGA型號(hào)與我的不一致，則需要更改FPGA型號(hào)，操作如下：



更改FPGA型號(hào)后還需要升級(jí)IP，升級(jí)IP的方法前面已經(jīng)講述了；

其他注意事項(xiàng)

1：由于每個(gè)板子的DDR不一定完全一樣，所以MIG IP需要根據(jù)你自己的原理圖進(jìn)行配置，甚至可以直接刪掉我這里原工程的MIG并重新添加IP，重新配置；
2：根據(jù)你自己的原理圖修改引腳約束，在xdc文件中修改即可；
3：純FPGA移植到Zynq需要在工程中添加zynq軟核；

9、上板調(diào)試驗(yàn)證并演示

準(zhǔn)備工作

需要如下器材設(shè)備：
1、FPGA開發(fā)板；
2、OV5640攝像頭或HDMI輸入設(shè)備，比如筆記本電腦，兩者都沒(méi)有則使用動(dòng)態(tài)彩條；
2、HDMI連接線和顯示器；

工程9輸出演示

工程9輸出演示，我將動(dòng)態(tài)彩條原圖1280x720和ov5640攝像頭原圖1280x720輸出的視頻剪輯整理后如下：
視頻前半段為動(dòng)態(tài)彩條原圖1280x720輸出；
視頻前后段為ov5640攝像頭原圖1280x720輸出；

工程10輸出演示

工程10輸出演示，我將動(dòng)態(tài)彩條原圖1280x720縮小到800x600和ov5640攝像頭原圖1280x720縮小到800x600輸出的視頻剪輯整理后如下：
視頻前半段為動(dòng)態(tài)彩條原圖1280x720縮小到800x600輸出；
視頻前后段為ov5640攝像頭原圖1280x720縮小到800x600輸出；

工程11輸出演示

工程11輸出演示，我將動(dòng)態(tài)彩條原圖1280x720放大到1920x1080和ov5640攝像頭原圖1280x720放大到1920x1080輸出的視頻剪輯整理后如下：
視頻前半段為動(dòng)態(tài)彩條原圖1280x720放大到1920x1080輸出；
視頻前后段為ov5640攝像頭原圖1280x720放大到1920x1080輸出；

10、福利：工程源碼獲取

福利：工程代碼的獲取
代碼太大，無(wú)法郵箱發(fā)送，以某度網(wǎng)盤鏈接方式發(fā)送，
資料獲取方式：私，或者文章末尾的V名片。
網(wǎng)盤資料如下：