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随着微电子技术的高速发展,实时图像处理在多媒体、图像通信等领域有着非常广泛的应用。FPGA是实时图像处理的理想选择,基于FPGA的图像处理芯片的研究已成为信息产业的热点。本文所研究的图像预处理单元是“基于USB2.0视频图像处理芯片”的一部分,主要研究图像预处理算法的硬件实现,旨在以尽可能低的成本达到尽可能高的性能。本文涉及的图像预处理单元所完成的功能如下：1)YCbCr4:2:2格式到YCbCr4:4:4格式的转换；2)RGB565格式到RGB888格式的转换；3) Bayer数据坏点修正及Bayer格式到RGB888格式的转换。从成本的角度来看,其中第三个功能,是本文的重点。文中采用“两条线行缓冲+六级流水线”方案,实现了3×5窗口的Bayer数据坏点修正,以及3×3窗口的Bayer格式到RGB888格式的转换。整个设计中,没有采用一个乘法器,乘法功能全部由寄存器移位累加来实现,从而进一步降低了成本。仿真与验证,是硬件设计的另一个重要步骤。本文以MATLAB产生测试激励,以ISE+ModelSim(主时钟频率为100 MHz)完成硬件模块的时序仿真,然后采用MATLAB对仿真出来的数据进行验证,最后调用相关的显示函数把仿真出来的数据以图像的形式显示出来。结果表明,图像预处理单元对图像传感器输出的640×480(VGA)数据进行预处理,能够很好的满足实时性要求,达到了预期的目的。由于整个设计采用流水线技术,所以处理速度极快,这也为将来处理更高分辨率的图像数据奠定了硬件实现的基础。