1.前言

表示图像颜色的方法除了RGB颜色模型之外，还有一些别的颜色模型，这些颜色模型被叫做色彩空间，色域空间，或颜色空间。
常见的颜色空间有RGB，YIQ，HSV，YCbCr。
RGB图像又称真彩色图像，R、G、B分别代表红、绿、蓝3种不同的颜色。

YIQ空间对应NTSC模型，广泛应用于美国等国家的电视信号。Y表示亮度(luminance)，I表示色度(hue)，Q表示饱和度(saturation)。
HSV模型通常用于选择颜色，其中H表示颜色的种类即色度，S表示饱和度，V表示亮度。

YCbCr模型广泛用于数字视频，Y表示亮度，Cb、Cr分别为蓝色分量和红色分量相对于参考值的坐标。

2.框图

在testbench中主要有4个模块，一个是图像输入模块driver，一个是图像输出模块monitor。Driver模块负责把bmp位图转换成RGB并行数据，Monitor模块负责把RGB并行数据转成bmp位图并存储下来。
RGBtoYC模块把RGB格式转换成YC422格式，YCtoRGB模块把YC 422格式转换成RGB 格式，转换公式基于BT709 limitRGB公式。

3.图像输入和图像输出

图像输入模块和图像输出模块分别负责将bmp位图转换成RGB/hs/vs/de格式数据，以及将RGB/hs/vs/de格式数据转换成bmp位图输出。参考《ModelSim仿真图像输入和输出》 https://blog.csdn.net/cjie221/article/details/88385506。

4. RGBtoYC模块

该模块负责将RGB格式数据转换成YCbCr422格式输出。VS，HS，DE延时5个时钟周期后输出。转换公式采用BT709标准，limitRGB公式。按照BT709标准，转换前后RGB, YC的数值范围都在16_{235，但如果RGB范围在0}255，转换后YC的范围也在0~255。
Y709 = 0.213R′ + 0.715G′ + 0.072B′
Cb = –0.117R′– 0.394G′ + 0.511B′ + 128
Cr = 0.511R′– 0.464G′– 0.047B′ + 128
在数字电路中浮点数计算需转换成整数方式计算，所以需对公式做一下变换才可以通过数字电路实现。转换公式如下，需把系数放大256倍转换成整数。
//---------------------------------------------------------
// => Y709 =55/256R’+183/256G’+18/256B’;
// => Cb =-30/256R’-101/256G’+131/256B’+32768/256;
// => Cr =131/256R’-119/256G’-12/256B’+32768/256;
// --------+128为四舍五入操作-----------------------------
// => Y709 =(55R’+183G’+18B’+128)>>8;
// => Cb =(-30R’-101G’+131B’+32768+128)>>8;
// => Cr =(131R’-119G’-12B’+32768+128)>>8;
//---------------------------------------------------------

5. YCtoRGB模块

该模块负责将YCbCr422格式数据转换成RGB格式输出。VS，HS，DE延时5个时钟周期后输出。转换公式采用BT709标准，limitRGB公式。同样按照BT709标准，转换前后RGB, YC的数值范围都在16_{235，但如果YC范围在0}255，转换后RGB的范围也在0~255。
r = y+1.540*(cr-128);
g = y-0.459*(cr-128)-0.183*(cb-128);
b = y+1.816*(cb-128);
同理也要把浮点数转换成整数，转换公式如下，需把系数放大256倍转换成整数。
//-----------------------------------------------------------------
// --> r=(256y+394.24cr-50462.72)/256;
// --> g=(256y-117.504cr-46.848cb+21037.056)/256;
// --> b=(256y+464.896cb-59506.688)/256;
// --------+128为四舍五入操作-----------------------------
// --> r=(256y+394cr-50463+128)>>8;
// --> g=(256y-118cr-47cb+21037+128)>>8;
// --> b=(256y+465cb-59507+128)>>8;
//---------------------------------------------------------

6.仿真

整体功能比较简单，利用modelsim仿真工具即可实现。如果已安装modelsim，通过直接双击运行.bat文件即可开始。本文中利用图像仿真的基础平台，在此基础上加入了RGB to YCbCr422的色域空间转换模块。
仿真代码及工程已上传。 https://download.csdn.net/download/cjie221/11015267
声明：本设计只作为个人学习交流使用，不做商业用途。

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