FPGA双线性插值图像缩放详细讲解，上板验证稳定通过，提供两套工程源码

news2024/11/14 14:51:23

开局直接放大招：提供源码及工程；
重点讲解双线性插值图像缩放；
此功能模块使用HLS实现，并已封装导出IP，可在工程中添加并使用，可提供HLS工程源码；
若是用verilog实现双线性插值图像缩放，是一项及其复杂的事情，且不能做到任意比例，网上也有源码，不信你可以去下载并验证，肯定做不到任意比例缩放；这样一来，HLS则成为了更好的选项，偷偷告诉你，HLS几行代码就搞定了；关于这个ip可以看我前面的文章HLS实现双线性插值图像缩放
前面文章里的IP适用于zynq系列机器，这里讲的这个IP适用于7系列机器；
前面废话太多了，直接上工程：
工程1:1080P缩小至720P；
开发板：Xilinx Kintex7 开发板；
开发环境：vivado2019.1；
输入：HDMI-1080P；
输出：HDMI-720P；
工程架构如下：
在这里插入图片描述
用电脑输出1080P视频模拟输入；
输入HDMI视频经IT6802解码为VGA格式的RGB视频流，关于IT6802的芯片解读和寄存器配置，请参考我前面的文章IT6802的芯片解读和寄存器配置
然后用Xilinx官方IP将VGA格式的RGB视频流转为AXIS视频流；
经自定义双线性插值图像缩放IP VIDEO SCALER将原视频缩小至720P；
后面就是Xilinx的图像处理套路了，什么VDMA之类的，这里就不多说了；
BD工程如下：
在这里插入图片描述
代码架构如下：
在这里插入图片描述
SDK软件文件如下：
在这里插入图片描述
VDMA配置c代码如下：

#include "xil_io.h"
#include "xparameters.h"
#include "helai_vdma.h"

#define VDMA_BASEADDR	XPAR_AXI_VDMA_0_BASEADDR
#define VIDEO_BASEADDR0 0x80000000
#define VIDEO_BASEADDR1 0x81000000
#define VIDEO_BASEADDR2 0x82000000

#define H_ACTIVE	1920
#define V_ACTIVE	1080
#define H_STRIDE	1920

u32 i=0;
#define SUM   H_ACTIVE*V_ACTIVE*4 //color back 1920*1080*4

void helai_vdma(){
	//set color back to black
	for(i=0;i<SUM;i++){
		Xil_Out16((VIDEO_BASEADDR0 + i), 0x00);
		Xil_Out16((VIDEO_BASEADDR1 + i), 0x00);
		Xil_Out16((VIDEO_BASEADDR2 + i), 0x00);
	}
	//VDMA_WRITE
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x030), 0x108B);// enable circular mode
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0AC), VIDEO_BASEADDR0);	// start address
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0B0), VIDEO_BASEADDR1);	// start address
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0B4), VIDEO_BASEADDR2);	// start address
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0A8), (H_STRIDE*3));		// h offset (H_STRIDE* 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0A4), (H_ACTIVE*3));		// h size (H_ACTIVE * 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x0A0), V_ACTIVE);			// v size (V_ACTIVE)
	//VDMA_READ
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x000), 0x8B); 		// enable circular mode
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x05c), VIDEO_BASEADDR0); 	// start address
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x060), VIDEO_BASEADDR1); 	// start address
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x064), VIDEO_BASEADDR2); 	// start address
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x058), (H_STRIDE*3)); 		// h offset (H_STRIDE * 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x054), (H_ACTIVE*3)); 		// h size (H_ACTIVE * 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA_BASEADDR + 0x050), V_ACTIVE); 			// v size (V_ACTIVE)
}

主函数c代码如下：

#include <stdio.h>
#include "xgpio.h"
#include "oak_iic.h"
#include "unistd.h"
#include "helai_vdma.h"
#include "helai_color_back.h"
#include "xvideo_scaler.h"

XVideo_scaler K7_XVideo_scaler;
XGpio_Config *XGpioCfg;
XGpio led_gpio;
#define	AXI_GPIO_DEVICE_ID	XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID

int main(){
	XGpioCfg = XGpio_LookupConfig(AXI_GPIO_DEVICE_ID);
	XGpio_CfgInitialize(&led_gpio, XGpioCfg, XGpioCfg->BaseAddress);
	XGpio_SetDataDirection(&led_gpio, 1, 0);	//output
	XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0);
	oak_i2c_init(IT6802_IIC_BASEADDR, 100000, 0x90>>1, IIC_REG_LEN8, IIC_DATA_LEN8);
	IT6802_Init(IT6802_IIC_BASEADDR);
	XVideo_scaler_Initialize(&K7_XVideo_scaler, XPAR_VIDEO_SCALER_0_DEVICE_ID);
	XHls_video_scaler_setup(1080,1920,540,960);
	helai_vdma();
	while(1){
		usleep(500000);
		XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 1);
		usleep(500000);
		XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0);
	}
}

工程2:1080P缩小至960x540并用video mixer二分屏显示；
开发板：Xilinx Kintex7 开发板；
开发环境：vivado2019.1；
输入：HDMI-1080P；
输出：HDMI-960x540二分屏显示；
工程架构如下：
在这里插入图片描述

用电脑输出1080P视频模拟输入；
输入HDMI视频经IT6802解码为VGA格式的RGB视频流，关于IT6802的芯片解读和寄存器配置，请参考我前面的文章IT6802的芯片解读和寄存器配置
然后调用两个Xilinx官方IP将VGA格式的RGB视频流转为两路AXIS视频流；
调用两个自定义双线性插值图像缩放IP VIDEO SCALER将原视频缩小至720P；
后面就是Xilinx的图像处理套路了，什么VDMA之类的，这里就不多说了；这里是两路视频，所以IP要用两个
BD工程如下：
在这里插入图片描述
代码架构如下：
在这里插入图片描述
SDK软件文件如下：
在这里插入图片描述
VDMA配置c代码如下：

#include "xil_io.h"
#include "xparameters.h"
#include "helai_vdma.h"

#define VDMA0_BASEADDR	XPAR_AXIVDMA_0_BASEADDR
#define VDMA1_BASEADDR	XPAR_AXIVDMA_1_BASEADDR

//1frame video = 960*540*3=0x17bb00
#define VIDEO0_BASEADDR0 0x80000000
#define VIDEO0_BASEADDR1 0x81000000
#define VIDEO0_BASEADDR2 0x82000000

#define VIDEO1_BASEADDR0 0x83000000
#define VIDEO1_BASEADDR1 0x84000000
#define VIDEO1_BASEADDR2 0x85000000

#define H_ACTIVE	960
#define V_ACTIVE	540
#define H_STRIDE	960

void helai_vdma(){
	//VDMA0
	//VDMA_WRITE
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x030), 0x108B);// enable circular mode
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x0AC), VIDEO0_BASEADDR0);	// start address
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x0B0), VIDEO0_BASEADDR1);	// start address
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x0B4), VIDEO0_BASEADDR2);	// start address
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x0A8), (H_STRIDE*3));		// h offset (H_STRIDE* 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x0A4), (H_ACTIVE*3));		// h size (H_ACTIVE * 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x0A0), V_ACTIVE);			// v size (V_ACTIVE)
	//VDMA_READ
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x000), 0x8B); 		// enable circular mode
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x05c), VIDEO0_BASEADDR0); 	// start address
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x060), VIDEO0_BASEADDR1); 	// start address
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x064), VIDEO0_BASEADDR2); 	// start address
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x058), (H_STRIDE*3)); 		// h offset (H_STRIDE * 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x054), (H_ACTIVE*3)); 		// h size (H_ACTIVE * 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA0_BASEADDR + 0x050), V_ACTIVE); 			// v size (V_ACTIVE)

	//VDMA1
	//VDMA_WRITE
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x030), 0x108B);// enable circular mode
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x0AC), VIDEO1_BASEADDR0);	// start address
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x0B0), VIDEO1_BASEADDR1);	// start address
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x0B4), VIDEO1_BASEADDR2);	// start address
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x0A8), (H_STRIDE*3));		// h offset (H_STRIDE* 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x0A4), (H_ACTIVE*3));		// h size (H_ACTIVE * 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x0A0), V_ACTIVE);			// v size (V_ACTIVE)
	//VDMA_READ
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x000), 0x8B); 		// enable circular mode
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x05c), VIDEO1_BASEADDR0); 	// start address
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x060), VIDEO1_BASEADDR1); 	// start address
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x064), VIDEO1_BASEADDR2); 	// start address
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x058), (H_STRIDE*3)); 		// h offset (H_STRIDE * 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x054), (H_ACTIVE*3)); 		// h size (H_ACTIVE * 3) bytes
	Xil_Out32((VDMA1_BASEADDR + 0x050), V_ACTIVE); 			// v size (V_ACTIVE)
}

主函数c代码如下：

#include <stdio.h>
#include "xgpio.h"
#include "oak_iic.h"
#include "unistd.h"
#include "helai_vdma.h"
#include "helai_color_back.h"
#include "xvideo_scaler.h"
#include "helai_mixer.h"

XVideo_scaler K7_XVideo_scaler0,K7_XVideo_scaler1;
XGpio_Config *XGpioCfg;
XGpio led_gpio;
#define	AXI_GPIO_DEVICE_ID	XPAR_GPIO_0_DEVICE_ID

int main(){
	XGpioCfg = XGpio_LookupConfig(AXI_GPIO_DEVICE_ID);
	XGpio_CfgInitialize(&led_gpio, XGpioCfg, XGpioCfg->BaseAddress);
	XGpio_SetDataDirection(&led_gpio, 1, 0);	//output
	XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0);
	oak_i2c_init(IT6802_IIC_BASEADDR, 100000, 0x90>>1, IIC_REG_LEN8, IIC_DATA_LEN8);
	IT6802_Init(IT6802_IIC_BASEADDR);

	XVideo_scaler_Initialize(&K7_XVideo_scaler0, XPAR_VIDEO_SCALER_0_DEVICE_ID);
	XHls_video_scaler_setup(&K7_XVideo_scaler0,1080,1920,540,960);
	XVideo_scaler_Initialize(&K7_XVideo_scaler1, XPAR_VIDEO_SCALER_1_DEVICE_ID);
	XHls_video_scaler_setup(&K7_XVideo_scaler1,1080,1920,540,960);
	helai_vdma();
	helai_mixer();
	while(1){
		usleep(500000);
		XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 1);
		usleep(500000);
		XGpio_DiscreteWrite(&led_gpio, 1, 0);
	}
}

上板调试：
给出工程2的调试输出视频：

hdmi_scaler_mixer2

福利：提供源码及工程；

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