基于FPGA的图像最近邻插值算法verilog实现,包括tb测试文件和MATLAB辅助验证

1.算法运行效果图预览

将FPGA数据导入matlab显示图片，效果如下：

2.算法运行软件版本

vivado2019.2，matlab2022a

3.算法理论概述

图像插值是一种图像处理技术，用于通过已知的像素值来估计未知位置的像素值。最邻近插值（Nearest Neighbor Interpolation）是其中最简单的一种插值方法。在这种方法中，未知位置的像素值被赋予与其最邻近的已知像素相同的值。最邻近插值算法的原理非常简单。对于目标图像中的每个像素点，计算其在源图像中对应的位置。由于源图像和目标图像的分辨率可能不同，因此这个位置可能不是整数坐标。最邻近插值算法会选择距离这个位置最近的整数坐标处的像素值，作为目标像素点的值。

最近邻插值，是指将目标图像中的点，对应到源图像中后，找到最相邻的整数点，作为插值后的输出。如下图所示：

目标图像中的某点如果投影到原图像中的位置为点P,则此时取P最邻近点Q11，即 f ( P ) = f ( Q 11 ) f(P)=f(Q11) f(P)=f(Q11)。

具体实现时，首先要确定目标图像的每个像素点在源图像中对应的位置，由于源图像和目标图像的分辨率可能不同，因此这个位置可能不是整数坐标。最邻近插值算法会选择距离这个位置最近的整数坐标处的像素值，作为目标像素点的值。

在应用中，最邻近插值算法被广泛用于图像缩放等处理中。虽然其插值质量可能不如其他更复杂的插值算法，但由于其计算量小、实现简单，因此在许多实时图像处理应用中仍然被广泛使用。

4.部分核心程序

100

101

102

103

104

105

106

107

108

109

110

111

112

113

114

115

116

117

118

119

120

121

122

123

124

`timescale 1ns / 1ps
//
// Company: 
// Engineer: 
// 
// Create Date: 2022/07/28 01:51:45
// Design Name: 
// Module Name: test_image
// Project Name: 
// Target Devices: 
// Tool Versions: 
// Description: 
// 
// Dependencies: 
// 
// Revision:
// Revision 0.01 - File Created
// Additional Comments:
// 
//
  
  
module test_image;
  
reg i_clk;
reg i_clk_4;
reg i_clk_2;
  
reg i_rst;
reg i_en;
reg [7:0] image_buff [0:100000];
  
wire [7:0] o_image;
  
integer fids,jj=0,dat;
  
//D:\FPGA_Proj\FPGAtest\codepz
  
initial 
begin
    fids = $fopen("D:\\FPGA_Proj\\FPGAtest\\code\\data.bmp","rb");
    dat  = $fread(image_buff,fids);
    $fclose(fids);
end
  
initial 
begin
i_clk=1;
i_clk_4=1;
i_clk_2=1;
i_rst=1;
#2000;
i_rst=0;
end
  
always #40  i_clk=~i_clk;
always #10  i_clk_4=~i_clk_4;
always #20  i_clk_2=~i_clk_2;
  
reg [7:0] II0;
always@(posedge i_clk) 
begin
     if(i_rst)
     begin
     II0<=0;
     jj<=0;
     end
     else
     begin
     if(jj<=66536+1078 & jj>=1079)
     i_en<=1'b1;
     else
     i_en<=1'b0;
     II0<=image_buff[jj];
     jj<=jj+1;
     end
end
  
  
tops tops_u(
.i_clk              (i_clk),
.i_clk_4            (i_clk_4),
.i_clk_2            (i_clk_2),
.i_rst              (i_rst),
.i_en               (i_en),
.i_I0               (II0),
.o_image            (o_image)
);
  
reg[19:0]cnts;
always @(posedge i_clk_4 or posedge i_rst)
begin
     if(i_rst)
     begin
         cnts<=20'd0;
     end
else begin
         cnts<=cnts+20'd1;
     end
end 
  
  
  
integer fout1;
integer fout2;
initial begin
  fout1 = $fopen("flager.txt","w");
end
  
  
always @ (posedge i_clk_4)
 begin
    if(cnts <= 66514*4)
    begin
    $fwrite(fout1,"%d\n",o_image);
    end
    else
    begin
    $fwrite(fout1,"%d\n",0);
    end
     
end
  
endmodule