例说FPGA：可直接用于工程项目的第一手经验【3.0】

12.ycbcr2rgb.v模块代码解析

该模块的内部功能框图如图12-40所示。YCrCb输入视频流经过该模块内部缓存排序、乘累积运算（放大256倍）、加法运算以及溢出与缩小（256倍）处理后，输出RGB视频流。

在视频图像显示、处理时，采用的颜色空间主要有RGB和YCrCb两种。RGB基于三基色原理，颜色实现简单，在计算机、电视机显示系统中应用广泛。YCrCb将颜色的亮度信号与色度信号分离，易于实现压缩，方便传输和处理。在视频压缩、传输等应用中经常需要实现RGB与YCbCr颜色空间的相互变换。

在RGB颜色空间中，自然界所有颜色都可以用红（R）、绿（G）、蓝（B）三种颜色的不同强度组合而重现。RGB的取值范围分别为0~255。

RGB生成颜色容易实现，被广泛应用在计算机、彩色电视机的显示系统中。但是RGB表示颜色的效率并不是很高，3个颜色分量同等重要，而且亮度信息存在于所有颜色分量中，当需要对像素点的亮度或者色度值进行修改时，必须同时改变RGB三者的值。

在YCRCb颜色空间中，Y表示亮度信号，取值范围为16~235；Cr，Cb表示色度信号，取值范围为16~240，亮度信号与色度信号相互独立。这种颜色表示方法可以利用人眼的特性降低数字彩色图像的存储空间。人眼视觉系统对亮度细节的敏感度高于颜色细节，适当减少色度分辨率不会明显影响图像的画质，易于实现数据压缩。

由于人眼对亮度Y的信息最敏感，因此ITU656送出的YCrCb数据格式每个像素都包含Y信息，而相邻两个像素公用一组CrCb信息，这样它相对RGB模式就能够减少传输数据量。ITU656的YCrCb数据对应所属的像素点如图12-41所示。

由于FPGA逻辑运算中，我们无法直接运用浮点数进行运算，因此可以先将等式左右分别放大256倍进行运算，运算完成后再缩小256倍即可。等式左右放大后的结果如下所示。

我们接下来看看逻辑代码中是如何实现这个矩阵运算的。我们把上面的等式分别展开为3个等式如下。
R*256=256*Y+359*Cr–45941
G*256=256*Y-88*Cb-183*Cr+34678
B*256=256*Y+454*Cb-58065
我们可以进一步把前面的3个等式拆分为以下3步运算。
步骤1：
R'=256*Y+359*Cr
G'=256*Y-88*Cb-183*Cr
B'=256*Y+454*Cb
步骤2：
R"=R'-45941
G"=G'+34678
B"=B'-58065
步骤3：
R=R">>8
G=G">>8
B=B">>8
对于步骤1的公式，Y、Cr、Cb本身是8bit的无符号数，而与它们相乘的参数最大值为454，并且“