基于FPGA的视频图像实时增强处理系统设计
项目所使用的图像增强算法介绍
图像增强算法旨在改善图像的视觉效果，使其更加清晰。本项目涉及多种算法，例如快速中值滤波算法，它能有效去除图像中的椒盐噪声。
以下为中值滤波算法的 Verilog 代码示例：
module median_filter (
input wire clk,
input wire rst,
input wire [7:0] pixel_in,
output reg [7:0] pixel_out
);
reg [7:0] buffer [0:8];
integer i;
always @(posedge clk or posedge rst) begin
if (rst) begin
for (i = 0; i < 9; i = i + 1) begin
buffer[i] <= 8'b0;
end
end else begin
for (i = 0; i < 8; i = i + 1) begin
buffer[i] <= buffer[i + 1];
end
buffer[8] <= pixel_in;
end
end
always @(*) begin
reg [7:0] sorted [0:8];
integer j, k;
for (j = 0; j < 9; j = j + 1) begin
sorted[j] = buffer[j];
end
for (j = 0; j < 8; j = j + 1) begin
for (k = j + 1; k < 9; k = k + 1) begin
if (sorted[j] > sorted[k]) begin
reg [7:0] temp;
temp = sorted[j];
sorted[j] = sorted[k];
sorted[k] = temp;
end
end
end
pixel_out = sorted[4];
end
endmodule
该模块包含时钟信号 clk 和复位信号 rst。复位时初始化缓存数组 buffer。在时钟上升沿，新像素值移入缓存，并通过排序取中间值实现中值滤波效果。
算法的 FPGA 顶层架构设计、各功能模块设计、模块间接口设计讲解
顶层架构规划了各功能模块的协同工作方式，通常包括图像采集模块、算法处理模块、图像输出模块等。
以模块间接口设计为例，需确保数据位宽一致。假设采集模块输出为 8 位，接口定义如下：
module top_module (
input wire clk,
input wire rst,
input wire [7:0] pixel_from_capture,
output wire [7:0] pixel_to_display
);
wire [7:0] processed_pixel;
median_filter u1 (
.clk(clk),
.rst(rst),
.pixel_in(pixel_from_capture),
.pixel_out(processed_pixel)
);
assign pixel_to_display = processed_pixel;
endmodule
顶层模块连接了 median_filter 模块，将采集像素传递给滤波模块处理，结果再输出至显示模块。
整体算法的各模块集成、仿真、实际调试
集成各模块后，需在 ModelSim 中进行仿真验证。以下是中值滤波模块的测试平台代码：
module tb_median_filter;
reg clk;
reg rst;
reg [7:0] pixel_in;
wire [7:0] pixel_out;
median_filter uut (
.clk(clk),
.rst(rst),
.pixel_in(pixel_in),
.pixel_out(pixel_out)
);
initial begin
clk = 0;
forever #5 clk = ~clk;
end
initial begin
rst = 1;
pixel_in = 8'b0;
#10;
rst = 0;
pixel_in = 8'd10;
#10;
pixel_in = 8'd20;
#100;
$stop;
end
endmodule
