基于FPGA的中值滤波设计————（1）图片数据TXT读写

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我是靠谱客的博主活泼鼠标，最近开发中收集的这篇文章主要介绍基于FPGA的中值滤波设计————（1）图片数据TXT读写，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

书接上回http://t.csdn.cn/Q1zZThttp://t.csdn.cn/Q1zZT 其中讲述的是matlab将彩色图像数据读写到TXT当中。

这部分主要是关于FPGA设计的内容，为了方便理解所以单独成为一个系列。在本文这一章主要讲解FPGA对图像数据读写。在后面会陆续讲解中值滤波，小伙伴们别急，一口是吃不成大佬的。

一、明确图像存储在txt当中的格式

首先我们来复习一下，前面我们不是说到，利用matlab将彩色图像数据以16进制写入到txt当中，且写入的形式如下：

这里的0x11是图层1的第一个数，往下0x02依次为图层1的第二个数；

0x2a是图层2的第一个数，往下0x2b依次为图层2的第二个数；

0x2f是图层3的第一个数，往下0x20依次为图层3的第二个数；

TXT中数的深度就是图层的大小row*col，数的宽度就是三个像素，每个像素点8bit，总共24bit，例如这里的第一个数112a2f，就是24bit的位宽。

二、FPGA读写txt文件

接下来我们就利用verilog将txt文件里的数据读到FPGA当中，FPGA当中数据处理完后，再将数据写入txt当中。整体的数据流程框图如下：

主要是通过激励文件的里的函数调用来读写图像数据，然后将数据输入到mid_top（中值滤波顶层模块）进行处理。

1）读txt数据

为了方便讲解，我就先将我自己的tb（test benches，测试激励）文件读写拆分，直接上代码

`timescale 1ns/1ps
parameter picture_size = 71200 ;
integer fp_r;
reg rst_n;
reg clk;
reg [23:0] data_in;
reg [31:0] count;

initial
begin

    fp_r=$fopen("*/*/*.txt","r");//以读的方式打开*.txt文件
    rst_n=1'b0;
    clk=1'b0;
    #20
    rst_n=1'b1;
    #63000
    $stop;
end
initial
    forever
         #5 clk=!clk;

always@(posedge clk)
begin
     if(!rst_n)
        begin
            data_in<=24'd0;
            count<=0;
        end
     else if(count<=picture_size)
            begin
                $fscanf(fp_r,"%hn",data_in);//每次读一行
                count<=count+1'b1;
            end
    else
        begin
            $fclose(fp_r)'//关闭已打开的文件
        end
       
end

先仔细的讲解一下，后面遇到相同的就不做解释了，首先

`timescale 1ns/1ps

代表的是对仿真时间规定，这里就是单位为ns，精度为ps，比如后面initial部分里面的#20、#5等代表的就是20ns和5ns。

然后是常量定义：

parameter picture_size = 71200 ;

这里的picture_size大小可以根据大家自己的图层大小定义，比如我的图层大小就是356*200=71200；定义这个常量就是为了把txt里面的所有图像数据通过计数的方式一个一个读出来。

接下来就是五个寄存器：

integer fp_r;
reg rst_n;
reg clk;
reg [23:0] data_in;
reg [31:0] count;

位宽分别为32、1、1、24、32，没错是五个，integer形式的定义也是寄存器只不过是整型的有符号，规定为32位且这个位宽不可更改，而reg定义的是无符号的寄存器，位宽可设置，不设置时默认位1bit。

然后是运用$fopen函数打开想要读的文件夹：

initial
begin

    fp_r=$fopen("*/*/*.txt","r");//以读的方式打开*.txt文件
    rst_n=1'b0;
    clk=1'b0;
    #20
    rst_n=1'b1;
    #63000
    $stop;
end

在这里的("*/*/*.txt"）大家可以根据自己的TXT文件所在目录和文件名进行更改，且注意斜杠“”“/”和文件目录的斜杠“”是不一样的。利用$fopen函数把文件以读的方式打开，存储在了fp_r当中。然后定义了复位rst_n、时钟clk的初始值0，#20ns 过后复位rst_n变为1启动程序，再过#63000ns停止激励仿真程序，63000的停止时间也可以修改。

接着就是时钟脉冲的翻转设置：

initial
    forever
         #5 clk=!clk;

时钟脉冲初始值在上面设置了是0，然后每隔5ns翻转一次，在0和1之间有周期性的变换，就形成了时钟脉冲。

最后是利用$fscanf函数通过时钟驱动寄存器输出TXT每一行的24bit数据：

always@(posedge clk)
begin
     if(!rst_n)
        begin
            data_in<=24'd0;
            count<=0;
        end
     else if(count<=picture_size)
            begin
                $fscanf(fp_r,"%hn",data_in);//每次读一行
                count<=count+1'b1;
            end
    else
        begin
            $fclose(fp_r)'//关闭已打开的文件
        end
       
end

当计数器count计数到picture_size常量也就是图层大小时候通过$fclose关闭打开的txt文件。这里需要注意的是，读的时候是以"%hn"也就是16进制的方式读数据，一个时钟读一行，因为我们写进去的是16进制形式，记住写入TXT是什么数据形式（是h还是d等），读的时候也需要更改相应的形式。

总结一下，上面的一系列代码实现的功能，主要就是将*.txt的图像数据通过一个一个clk时钟周期读入到data_in当中存储和输出，data_in就可以通过实例化输出到mid_top当中做中值滤波处理。

2）将处理后的数据写入txt

这部分的写代码就和读数据的代码高度相似了，直接上代码：

`timescale 1ns/1ps
parameter picture_size = 71200 ;
integer fp_w;
reg rst_n;
reg clk;
reg [31:0] count_out;

wire [23:0] data_out;
wire flag;

initial
begin

    fp_w=$fopen("*/*/*.txt","w");//以写的方式打开*.txt文件
    rst_n=1'b0;
    clk=1'b0;
    #20
    rst_n=1'b1;
    #63000
    $stop;
end
initial
    forever
         #5 clk=!clk;

always@(posedge clk)
begin
     if(!rst_n)
        begin
            count_out<=0;
        end
     else if((count_out<=picture_size-1)&flag)
            begin
                $fwrite(fp_w,"%hn",data_out);//每次写一行
                count_out<=count_out+1'b1;
            end
    else if(count_out==picture_size)
        begin
            $fclose(fp_w)'//关闭已打开的文件
        end
       
end

讲一下跟读数据不同的地方，第一处就是加入了两个wire型的数据：

wire [23:0] data_out;
wire flag;

这两个信号就来自mid_top模块，data_out代表是图像处理后的像素数据，flag代表data_out数据的有效性，通俗的说就是告诉别的模块，我这个模块（mid_top）像素中值滤波滤完成了一个像素，你把这个像素拿去做其他处理吧。

然后第二处就是以写"w"的方式打开一个*.txt，并将它放入fp_w里，如果指定的目录里没有这个txt，它会新建一个。

最后不同的地方就是always功能块里面的：

always@(posedge clk)
begin
     if(!rst_n)
        begin
            count_out<=0;
        end
     else if((count_out<=picuture_size-1)&flag)
            begin
                $fwrite(fp_w,"%hn",data_out);//每次写一行
                count_out<=count_out+1'b1;
            end
    else if(count_out==picture_size)
        begin
            $fclose(fp_w)'//关闭已打开的文件
        end
       
end

意思其实也很简单，当falg信号有效就是为1的时候且count_out计数小于图层大小时，开始利用$fwrite函数将data_out数据一个一个的写入txt当中，当写完了所有像素也就是count_out=picture_size之后，就关闭打开的文件，停止写。

3）仿真测试

来看看实际的仿真结果：