把lena图像（256*256像素）顺时针旋转90度设计Verilog代码modelsim仿真_电路方案

名称：把lena图像（256*256像素）顺时针旋转90度设计Verilog代码modelsim仿真

软件：modelsim

语言：Verilog

代码功能：

把lena图像（256*256像素）顺时针旋转90度

要求用verilog语言描述电路，实现把lena图像（也可以是其他图像）（256*256像素）顺时针旋转90度。

FPGA代码Verilog/VHDL代码资源下载：www.hdlcode.com

演示视频：

设计文档：

设计说明

要求用verilog语言描述电路，实现把lena图像（也可以是其他图像）（256*256像素）顺时针旋转90度。

首先需要了解一下BMP图片文件的文件编码格式，BMP文件格式。

BMP文件的数据按照从文件头开始的先后顺序分为四个部分：

1.?bmp文件头(bmp?file?header)：提供文件的格式、大小等信息（14字节）

2.位图信息头(bitmap?information)：提供图像数据的尺寸、位平面数、压缩方式、颜色索引等信息（40字节）

3.调色板(color?palette)：可选，如使用索引来表示图像，调色板就是索引与其对应的颜色的映射表

4.位图数据(bitmap?data)：就是图像数据（大小由图像尺寸决定）

本设计采用24位图像的BMP格式，即R、G、B三种颜色各用8个bit来表示，这样的图像我们称为真彩色，这种情况下是不需要调色板的，也就是位图信息头后面紧跟的就是位图数据了。因此，位图文件从文件头开始偏移54个字节就是位图数据了。

了解了这些基础知识后就可以开始设计了。

设计思路：首先将BMP文件通过verilog内部的fopen函数读取，并存储在内部RAM中，然后用fopen函数新建一个txt文件，用于保存旋转后的数据，旋转前需要将54个字节的头文件保持不变，先直接写入txt文件中，然后对剩余数据进行旋转处理。剩余数据大小为256*256像素，每个像素为24位，原图的数据顺序为按行扫描，即第一行，第二行。。。一直到最后一行，要实现旋转，只需要按反方向的列扫描，即读第最后列，倒数第二列。。。一直到第一列。将处理后的数据也存入txt文件中，这样就可以得到旋转后的数据。

首先将待处理的BMP文件通过verilog内部的fopen函数读取bmp文件，本设计以lina照片为例，通过以下代码实现bmp数据的读取和缓存于pci_RAM中。

随后，需要新建一个名称为lina.txt文件，并将BMP文件的前54个字节保存到lina.txt中，由于读取的文件是以24bit为单位保存在pic_RAM中，因此保存pic_RAM的前18地址内的数据即可，具体实现如下：

接下来需要写图像数据旋转控制代码，为使代码可综合，本设计避免采用for循环设计，而是采用时序电路设计方法，通过状态机来控制。

首先定义5个状态，状态名称分别为s_start、s_loop_j、s_comper_j、s_comper_i、s_end，

其中s_start为起始状态，将数据和计数器清零，s_loop_j是像素旋转算法执行状态，该状态按倒叙读列的方法读取pic_RAM里面所存的图像数据，并将它保存到新的lina.txt文件中，s_comper_j是对应列中数据读取次数计数，若列次数达到256则转到下一列（s_comper_i状态），否则继续该列的数据处理（s_loop_j状态）。s_comper_i状态和s_comper_j状态类似，在该状态下对列数就行计数，一直需要计数到256，若计数达到，则表示数据处理完毕，转到s_end状态。

源代码编写完成后，仿真时还需编写测试代码（testbench），testbench需要为被测模块提供测试输入，在本设计中设计输入为clk信号，故testbench如下，模拟产生了一个50MHz的时钟输入到BMP_ctrl模块，BMP_ctrl模块即我们设计的图片旋转控制代码。

打开modelsim软件，新建工程，将上述BMP_cerl代码和testbench代码加入，得仿真图如下：

下图可看到j计数到255后，i加1。State状态在该处跳转到状态3，即s_comper_i状态，而后再返回s_loop_j状态（状态1）。

下图为i累加到255后，状态跳转到4（end状态），表示数据转换完成。

数据转换完成后会在仿真文件夹内生成lena.txt文件，打开改文件如下图所示：

其中可以看到前54字节为头文件，后面数据为24位图像文件。得到txt数据后并不能直接显示为图片，这是因为txt是以ASCII码格式保存得数据，而BMP图片是二进制数据，因此需要进行格式转换，这里我们用到了这个工具软件，用该软件打开txt文件进行格式转换，如下图所示：

转换完成后另存为BMP格式就行了，下面两幅图为转换前后的对比图，左侧为原图，右侧为旋转之后的图：

???????????

部分代码展示:

module?BMP_ctrl(
input?clk
);
parameter?size=65554;
reg?[23:0]?pic_RAM[0:size-1];//定义存储picture的内部RAM
reg?[23:0]?data;
integer?file;
integer?pciture;
integer?pciture_rd;
initial?begin
pciture=$fopen("lena.bmp","rb");//打开图片，以2进制读的方式
pciture_rd=$fread(pic_RAM,pciture);//将图片数据存在pic_RAM
$fclose(pciture);
file?=$fopen("lena.txt","wb");//新建txt文件
//将BMP文件的前54个字节保存到txt
//18个24bit数据，即54字节
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[0]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[1]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[2]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[3]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[4]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[5]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[6]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[7]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[8]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[9]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[10]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[11]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[12]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[13]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[14]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[15]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[16]);
$fwrite(file,"%h",pic_RAM[17]);
end

点击链接获取代码文件：http://www.hdlcode.com/index.php?m=home&c=View&a=index&aid=1128