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YCbCr属于YUV中的一种颜色空间格式，其中“Y”表示明亮度（Luminance或Luma），也就是灰阶值；而“U”和“V” 表示的则是色度（Chrominance或Chroma）。在 RGB 颜色空间中，红，绿，蓝是基本元素。RGB 格式是显示器通常使用的格式。
YUV色彩模型来源于RGB模型，该模型的特点是将亮度和色度分离开，从而适合于图像处理领域。
YUV与RGB之间的转换公式如下：
Y = 0.299*R + 0.587*G + 0.114*B
U = -0.147*R – 0.289*G + 0.436*B = 0.492*(B – Y)
V = 0.615*R – 0.515*G – 0.100*B = 0.877*(R – Y)
R = Y + 1.140*V
G = Y – 0.394*U – 0.581*V
B = Y + 2.032*U
YCbCr模型来源于YUV模型，YCbCr是 YUV 颜色空间的偏移版本。
YCbCr与RGB的转换公式如下：
Y = 0.257*R + 0.504*G + 0.098*B + 16
Cb = -0.148*R – 0.291*G + 0.439*B + 128
Cr = 0.439*R – 0.368*G – 0.071*B + 128
R = 1.164*(Y – 16) + 1.596*(Cr – 128)
G = 1.164*(Y – 16) – 0.813*(Cr – 128) – 0.392*(Cb – 128)
B = 1.164*(Y – 16) + 2.017*(Cb – 128)
由于笔者曾经在做OV5640实验时把输出的数据配成YCbCr格式，做完图像处理后，需要显示器显示，所以又把YCbCr格式的数据转换成RGB。根据公式用代码实现，FPGA没有浮点运算，这里先把公式左右两边同时左移10位即放大1024倍，然后再进行计算。代码采用流水线的方式，使用时可以一直把使能信号置1，输入到输出的过程，共消耗3个时钟周期。这里可以根据3个时钟延时对同步信号进行对应的延时。以下为代码：
YCbCr2RGB.v
1 //************************************************************************** 2 // *** file name : YCbCr2RGB.v 3 // *** version : 1.0 4 // *** Description : YCbCr2RGB 5 // *** Blogs : https://www.cnblogs.com/WenGalois123/ 6 // *** Author : Galois_V 7 // *** Date : 2019.3.15 8 // *** Changes : Initial 9 //************************************************************************** 10 `timescale 1ns/1ps 11 module YCbCr2RGB 12 ( 13 input i_sys_clk , 14 input i_convert_en , 15 input [7:0] i_y_data , 16 input [7:0] i_cr_data , 17 input [7:0] i_cb_data , 18 output reg [7:0] o_red , 19 output reg [7:0] o_green , 20 output reg [7:0] o_blue 21 ); 22 reg [7:0] r_y_data ; 23 reg [7:0] r_cb_data ; 24 reg [7:0] r_cr_data ; 25 reg [17:0] r_r_ypart ; 26 reg [17:0] r_r_crpart ; 27 reg [17:0] r_g_ypart ; 28 reg [17:0] r_g_crpart ; 29 reg [17:0] r_g_cbpart ; 30 reg [17:0] r_b_ypart ; 31 reg [17:0] r_b_cbpart ; 32 reg [20:0] r_r_sum ; 33 reg [20:0] r_g_sum ; 34 reg [20:0] r_b_sum ; 35 36 always@(posedge i_sys_clk) 37 begin 38 if(i_convert_en) 39 begin 40 r_y_data <= i_y_data; 41 r_cr_data <= i_cr_data; 42 r_cb_data <= i_cb_data; 43 end 44 end 45 /******************************************************************************\ 46 calculate R = 1.164*(Y-16) + 1.596*(Cr-128) ;all data shift left ten places 47 \******************************************************************************/ 48 always@(posedge i_sys_clk) 49 begin 50 if(i_convert_en) 51 begin 52 r_r_ypart <= 10'd168 * i_y_data; //0.164*1024 = 168 53 r_r_crpart <= 10'd610 * i_cr_data; //0.594*1024 = 610 54 r_r_sum <= ((r_y_data + r_cr_data)<<10) + r_r_ypart + r_r_crpart - 228262; 55 end 56 end 57 /******************************************************************************\ 58 calculate G = 1.164*(Y-16) - 0.813*(Cr-128) - 0.392*(Cb-128) 59 \******************************************************************************/ 60 always@(posedge i_sys_clk) 61 begin 62 if(i_convert_en) 63 begin 64 r_g_ypart <= 10'd168 * i_y_data; //0.164*1024 = 168 65 r_g_crpart <= 10'd832 * i_cr_data; //0.813*1024 = 832 66 r_g_cbpart <= 10'd401 * i_cb_data; //0.392*1024 = 401 67 r_g_sum <= r_y_data << 10 + r_g_ypart - r_g_crpart - r_g_cbpart + 138740; 68 end 69 end 70 /******************************************************************************\ 71 calculate B = 1.164*(Y-16) + 2.017*(Cb-128) 72 \******************************************************************************/ 73 always@(posedge i_sys_clk) 74 begin 75 if(i_convert_en) 76 begin 77 r_b_ypart <= 10'd168 * i_y_data; //0.164*1024 = 168 78 r_b_cbpart <= 10'd17 * i_cb_data; //0.017*1024 = 17 79 r_b_sum <= (r_y_data <<10) + (r_cb_data << 11) + r_b_ypart + r_b_cbpart - 283574; 80 end 81 end 82 /******************************************************************************\ 83 output R 84 \******************************************************************************/ 85 always@(posedge i_sys_clk) 86 begin 87 if(i_convert_en) 88 begin 89 if(r_r_sum[20]) 90 begin 91 o_red <= 'd0; 92 end 93 else if(r_r_sum[19:10]>255) 94 begin 95 o_red <= 8'hff; 96 end 97 else 98 begin 99 o_red <= r_r_sum[17:10]; 100 end 101 end 102 end 103 /******************************************************************************\ 104 output G 105 \******************************************************************************/ 106 always@(posedge i_sys_clk) 107 begin 108 if(i_convert_en) 109 begin 110 if(r_g_sum[20]) 111 begin 112 o_green <= 'd0; 113 end 114 else if(r_g_sum[19:10]>255) 115 begin 116 o_green <= 8'hff; 117 end 118 else 119 begin 120 o_green <= r_g_sum[17:10]; 121 end 122 end 123 end 124 /******************************************************************************\ 125 output B 126 \******************************************************************************/ 127 always@(posedge i_sys_clk) 128 begin 129 if(i_convert_en) 130 begin 131 if(r_b_sum[20]) 132 begin 133 o_blue <= 'd0; 134 end 135 else if(r_b_sum[19:10]>255) 136 begin 137 o_blue <= 8'hff; 138 end 139 else 140 begin 141 o_blue <= r_b_sum[17:10]; 142 end 143 end 144 end 145 146 endmodule
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