基于FPGA的改进误差扩散算法IP核设计方法技术

本发明专利技术涉及基于FPGA的改进误差扩散算法IP核设计方法，并将其封装成符合Avalon总线的IP核，便于通过SOPC方式快速集成到系统中去。算法采用四个独立通道实现了彩色误差扩散的并行处理、硬件优化实现了半色调及误差值生成、采用E-DLUT(误差值一误差扩散值查找表)替代了算法中的乘法运算、采用四级的流水线方式替代算法的串行处理，使得误差扩散模块平均只需一个时钟周期即可计算出一个像素点的半色调结果。整个设计满足实际应用需求。

【技术实现步骤摘要】
基于FPGA的改进误差扩散算法IP核设计方法
本专利技术属于半色调图像处理领域。算法以FPGA为运行平台，通过对传统误差扩散算法的改进，实现算法在嵌入式平台上的快速高效执行。
技术介绍
一股印刷机、油墨打印机、激光打印机只有两种色彩或非常有限的几种色彩，还有一些老式的显示器不能显示真彩色图像，它们不能完全显示出一幅连续色调图像所包含的全部色彩信息。因此，必须对原始的灰度级图像进行变换，将灰度图像转化成二值图像。利用半色调技术可以将一幅高分辨率的灰度级图像转换为低分辨率的二值图像(0或I)，由于人类视觉的低通滤波特性，在一定的距离外观察转换后的二值图像，仍然觉得是一幅连续色调的图像。传统的半调方法按照改变半调图像中点的大小或点之间的距离分为幅度调制半调和频率调制半调。幅度调制(AM)是一种根据灰度级调整网点大小来得到视觉上的连续灰度变化的半调技术；频率调制(FM)半调技术保持网点面积固定不变，通过改变网点在二维空间中的分布密度来表现原始图像的灰度变化。现有的半色调算法有抖动法、误差分散法、点扩散法、模板法等，其中以阈值抖动法和误差扩散法比较常用，而误差扩散法的效果又明显优于阈值抖动法。典型的误差扩散(E-D)方法过程如图1所示。它由floyd和Steinberg于1975 年提出。其中，输入x(i，j) G [0,1]表示原始的连续色调的图像，输出y(i，j) G {0，1}表示半色调图像，将图像看作一维信号。u(i，j)为量化输入，h(k，l)为误差分散核的权重系数，e(i，j)为量化误差，Q(*)为阈值量化函数，误差分散法的数学模型可用式(1)，式(2)， 式⑶表示:本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于FPGA的改进误差扩散算法IP核设计方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：1)彩色半色调的并行处理彩色图像经过转换以后由C、Y、M、K表示作为打印设备的输入，将基色之间并行处理；2)有符号数的硬件处理；通过增加额外的寄存器空间，以及符号位复制及扩展，将无符号数转换为有符号数进行运算，完成对误差扩散法的符号处理过程，包括对负数的处理和溢出数据的处理；3)误差值?误差扩散值查找表的设计各方向误差扩散值提前计算出来，保存在误差值一误差扩散值查找表中；4)系统流水线设计将误差扩散过程划分为四级流水：FIFO原始数据读取、半色调值计算及误差扩散值查找、误差扩散值累加以及误差扩散值存储；在误差扩散值累加部分采用寄存器结构同时缓存多个误差扩散值；5)IP核封装设计通过对主从端信号的分析，对已经编写好的半色调误差扩散算法模块进行封装，实现快速复用。

【技术特征摘要】
1.基于FPGA的改进误差扩散算法IP核设计方法，其特征在于:所述方法包括如下步骤: 1)彩色半色调的并行处理 彩色图像经过转换以后由C、Y、M、K表示作为打印设备的输入，将基色之间并行处理； 2)有符号数的硬件处理； 通过增加额外的寄存器空间，以及符号位复制及扩展，将无符号数转换为有符号数进行运算，完成对误差扩散法的符号处理过程，包括对负数的处理和溢出数据的处理； 3)误差值-误差扩散值查找表的设计 各方向误差扩散值提前计算出来，保存在误差值一误差扩散值查找表中； 4)系统流水线设计 将误差扩散过程划分为四级流水=FIFO原始数据读取、半色调值计算及误差扩散值查找、误差扩散值累加以及误差扩散值存储；在误差扩散值累加部分采用寄存器结构同时缓存多个误差扩散值；5) IP核封装设计 通过对主从端信号的分析，对已经编写好的半色调误差扩散算法模块进行封装，实现快速复用。2.根据权利要求1所述的基于FPGA的改进误差扩散算法IP核设计方法，其特征在于:在步骤2)中，模块在接收到像素值后，通过与前一个像素点的误差扩散值和上一行邻域像素误差扩散值的累加和做差，得出更新像素值；根据更新像素值与阈值之间的大小关系，求出该像素点的半色调值，并求出半色调值与输入像素值之间的误差值；误差值取值分正...

【专利技术属性】
技术研发人员：王泉，杨鹏飞，罗楠，张文琪，张吉阳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：