clear;clear all;clc;

image_in = imread('lena_1280x720.jpg');
% [row,col,n] = size(image_in);

image_gray  = rgb2gray(image_in);
[row,col]         = size(image_gray);

image_gray           = im2double(image_gray); 
average_image         = zeros(row,col);
for i = 2:1:row-1
        for j = 2:1:col-1
                average_image(i,j) = (...
                image_gray(i-1,j-1)+image_gray(i-1,j)+image_gray(i-1,j+1)+...
                image_gray(i,j-1)  +image_gray(i,j)  +image_gray(i,j+1)  +...
                image_gray(i+1,j-1)+image_gray(i+1,j)+image_gray(i+1,j+1))/9;
        end
end

image_gray1         = imnoise(image_gray,'salt & pepper',0.05); 
image_gray1          = im2double(image_gray1); 
average_image1         = zeros(row,col);
for i = 2:1:row-1
        for j = 2:1:col-1
                average_image1(i,j) = (...
                image_gray1(i-1,j-1)+image_gray1(i-1,j)+image_gray1(i-1,j+1)+...
                image_gray1(i,j-1)  +image_gray1(i,j)  +image_gray1(i,j+1)  +...
                image_gray1(i+1,j-1)+image_gray1(i+1,j)+image_gray1(i+1,j+1))/9;
        end
end

image_gray2         = imnoise(image_gray,'gaussian',0.05); 
image_gray2          = im2double(image_gray2); 
average_image2         = zeros(row,col);
for i = 2:1:row-1
        for j = 2:1:col-1
                average_image2(i,j) = (...
                image_gray2(i-1,j-1)+image_gray2(i-1,j)+image_gray2(i-1,j+1)+...
                image_gray2(i,j-1)  +image_gray2(i,j)  +image_gray2(i,j+1)  +...
                image_gray2(i+1,j-1)+image_gray2(i+1,j)+image_gray2(i+1,j+1))/9;
        end
end

figure
subplot(321);
imshow(image_gray  ), title('the original gray image');
subplot(322);
imshow(average_image), title('the average image');
subplot(323);
imshow(image_gray1), title('the salt & pepper image');
subplot(324);
imshow(average_image1), title('the average1 image');
subplot(325);
imshow(image_gray2), title('the gaussian image');
subplot(326);
imshow(average_image2), title('the average2 image');
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在件夹Algorithm_simulation下进行算法的仿真，分为sim，src和tb三个子文件夹。在sim文件夹下有win系统的快捷执行文件sim.bat，可以一键进行仿真，src文件下放的是Verilog的核心图像算法及其顶层与输入图像激励，tb文件下放的是测试激励文件及输出图像的保存。

双击执行sim文件夹下sim.bat，自动打开Modelsim仿真，自动添加仿真波形，执行完成后自动保存图像，仿真波形如图所示：

#
# Create work library
#
vlib work
#
# Compile sources
#
vlog "../src/*.v"
vlog "../tb/*.v"
#
# Call vsim to invoke simulator
#
vsim -voptargs=+acc work.top_tb
#
# Add waves
#
do wave.do
#
# Run simulation
#
run -all
#
# End
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reg                 en;
reg [12:0]         h_syn_cnt = 'd0;
reg [12:0]         v_syn_cnt = 'd0;
reg [23:0]         image [0 : H_ACTIVE*V_ACTIVE-1];
reg [31:0]         image_cnt = 'd0;

//读取txt文件到image数组中
initial begin
        $readmemh("../matlab_src/image_720_1280_3.txt", image);
end

// 行扫描计数器
always@(posedge i_clk)
begin
        if(h_syn_cnt == H_TOTAL_TIME-1)
        h_syn_cnt <= 0;
    else
        h_syn_cnt <= h_syn_cnt + 1;
end

// 列扫描计数器
always@(posedge i_clk)
begin
        if(h_syn_cnt == H_TOTAL_TIME-1)
        begin
        if(v_syn_cnt == V_TOTAL_TIME-1)
            v_syn_cnt <= 0;
        else
            v_syn_cnt <= v_syn_cnt + 1;
        end
end

// 行同步控制
always@(posedge i_clk)
begin
    if(h_syn_cnt < H_SYNC_TIME)
        o_hsyn <= 0;
    else
        o_hsyn <= 1;
end

// 场同步控制
always@(posedge i_clk)
begin
    if(v_syn_cnt < V_SYNC_TIME)
        o_vsyn <= 0;
    else
        o_vsyn <= 1;
end

// 坐标使能.
always@(posedge i_clk)
begin
    if(v_syn_cnt >= V_SYNC_TIME + V_BACK_PORCH && v_syn_cnt < V_SYNC_TIME + V_BACK_PORCH + V_ACTIVE)
    begin
        if(h_syn_cnt >= H_SYNC_TIME + H_BACK_PORCH && h_syn_cnt < H_SYNC_TIME + H_BACK_PORCH + H_ACTIVE)
            en <= 1;
        else
            en <= 0;
    end
    else
        en <= 0;
end

always@(posedge i_clk)
begin
    if(en)
        begin
                o_r                 <= image[image_cnt][23:16];
                o_g                 <= image[image_cnt][15:8];
                o_b                 <= image[image_cnt][7:0];
            image_cnt         <= image_cnt + 1;
        end
        else if(image_cnt == H_ACTIVE*V_ACTIVE)
        begin
                o_r                 <= 8'h00;
                o_g                 <= 8'h00;
                o_b                 <= 8'h00;
            image_cnt         <= 'd0;
        end        
    else
        begin
                o_r                 <= 8'h00;
                o_g                 <= 8'h00;
                o_b                 <= 8'h00;
            image_cnt         <= image_cnt;
        end        
end

always@(posedge i_clk)
begin

        // if(image_cnt >= H_ACTIVE*V_ACTIVE)
                // o_en <= 0;
        // else
                o_en <= en;
end
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reg             clk; 
reg             rst_n;

integer                 image_txt;

reg [31:0]                 pixel_cnt;
wire[23:0]          data; 
wire            de; 


top u_top
(
    .i_clk                              (clk                ),
    .i_rst_n                      (rst_n              ),
    .o_gray_data             (data               ),
    .o_gray_de               (de                 )
);

always #(1) clk = ~clk;

initial 
begin
        clk   = 1;
    rst_n = 0;         
        #100
    rst_n = 1;
        
end

glbl glbl();

initial 
begin
    image_txt = $fopen("../matlab_src/image_720_1280_3_out.txt");
end

always@(posedge clk or negedge rst_n) 
begin
    if(!rst_n) 
        begin
        pixel_cnt <= 0;
    end
    else if(de) 
        begin
        pixel_cnt = pixel_cnt + 1;
        $fwrite(image_txt,"%h\n",data);
    end
end

always@(posedge clk ) 
begin
        if(pixel_cnt == 720*1280)
        begin
                $display("*******************************************************************************");                
                $display("*** Success:image_720_1280_3_out.txt is output complete! %t", $realtime, "ps***");
                $display("*******************************************************************************");
                        $fclose(image_txt);
                $stop;
        end        
end
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clear;clear all;clc;

row = 720;  
col = 1280;  
n   = 3;    

image_sim_pass = uint8(zeros(row,col,n));
fid = fopen('image_720_1280_3_out.txt','r');
for x = 1:row
    for y = 1:col
        RGB = fscanf(fid,'%s',1);
        image_sim_pass(x,y,1) = uint8(hex2dec(RGB(1:2)));
        image_sim_pass(x,y,2) = uint8(hex2dec(RGB(3:4)));
        image_sim_pass(x,y,3) = uint8(hex2dec(RGB(5:6)));              
    end 
end
fclose(fid);

image_1 = imread('lena_1280x720.jpg');

subplot(121);
imshow(image_1), title('The original image');

subplot(122);
imshow(image_sim_pass),title('After processing images');

imwrite(image_sim_pass,'lena_720x128_sim_pass.jpg');   
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reg        [2:0]                i_hsyn_d;
reg        [2:0]                i_vsyn_d;
reg        [2:0]                i_en_d;

reg [11:0]                sum_r;
reg [11:0]                sum_g;
reg [11:0]                sum_b;

reg  [7:0]                avg_r;
reg  [7:0]                avg_g;
reg  [7:0]                avg_b;

wire [7:0]        r_temp_11;
wire [7:0]        r_temp_12;
wire [7:0]        r_temp_13;
wire [7:0]        r_temp_21;
wire [7:0]        r_temp_22;
wire [7:0]        r_temp_23;
wire [7:0]        r_temp_31;
wire [7:0]        r_temp_32;
wire [7:0]        r_temp_33;

wire [7:0]        g_temp_11;
wire [7:0]        g_temp_12;
wire [7:0]        g_temp_13;
wire [7:0]        g_temp_21;
wire [7:0]        g_temp_22;
wire [7:0]        g_temp_23;
wire [7:0]        g_temp_31;
wire [7:0]        g_temp_32;
wire [7:0]        g_temp_33;

wire [7:0]        b_temp_11;
wire [7:0]        b_temp_12;
wire [7:0]        b_temp_13;
wire [7:0]        b_temp_21;
wire [7:0]        b_temp_22;
wire [7:0]        b_temp_23;
wire [7:0]        b_temp_31;
wire [7:0]        b_temp_32;
wire [7:0]        b_temp_33;
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assign o_hs = i_hsyn_d[2];
assign o_vs = i_vsyn_d[2];
assign o_en = i_en_d[2]        ;

assign o_r        = avg_r;
assign o_g        = avg_g;
assign o_b        = avg_b;
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always@(posedge i_clk ) 
begin
        i_hsyn_d <=        {i_hsyn_d[1:0],i_hsyn};
        i_vsyn_d <=        {i_vsyn_d[1:0],i_vsyn};
        i_en_d         <=        {i_en_d[1:0],i_en};
end
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image_template u_r_template
(
        .i_clk                        (i_clk                                ),
        .i_rst_n                (i_rst_n                        ),
        .i_en                        (i_en                                ),
        .i_data                        (i_r                                ),
        .o_en                        (                                        ),
        .o_temp_11                (r_temp_11                        ),
        .o_temp_12                (r_temp_12                        ),
        .o_temp_13                (r_temp_13                        ),        
        .o_temp_21                (r_temp_21                        ),
        .o_temp_22                (r_temp_22                        ),
        .o_temp_23                (r_temp_23                        ),                
        .o_temp_31                (r_temp_31                        ),
        .o_temp_32                (r_temp_32                        ),
        .o_temp_33                (r_temp_33                        )
);
复制代码

image_template u_g_template
(
        .i_clk                        (i_clk                                ),
        .i_rst_n                (i_rst_n                        ),
        .i_en                        (i_en                                ),
        .i_data                        (i_g                                ),
        .o_en                        (                                        ),
        .o_temp_11                (g_temp_11                        ),
        .o_temp_12                (g_temp_12                        ),
        .o_temp_13                (g_temp_13                        ),        
        .o_temp_21                (g_temp_21                        ),
        .o_temp_22                (g_temp_22                        ),
        .o_temp_23                (g_temp_23                        ),                
        .o_temp_31                (g_temp_31                        ),
        .o_temp_32                (g_temp_32                        ),
        .o_temp_33                (g_temp_33                        )
);
复制代码

image_template u_b_template
(
        .i_clk                        (i_clk                                ),
        .i_rst_n                (i_rst_n                        ),
        .i_en                        (i_en                                ),
        .i_data                        (i_b                                ),
        .o_en                        (                                        ),
        .o_temp_11                (b_temp_11                        ),
        .o_temp_12                (b_temp_12                        ),
        .o_temp_13                (b_temp_13                        ),        
        .o_temp_21                (b_temp_21                        ),
        .o_temp_22                (b_temp_22                        ),
        .o_temp_23                (b_temp_23                        ),                
        .o_temp_31                (b_temp_31                        ),
        .o_temp_32                (b_temp_32                        ),
        .o_temp_33                (b_temp_33                        )
);
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always@(posedge i_clk or negedge i_rst_n) 
begin
    if(!i_rst_n) 
        begin
        sum_r <= 12'd0;
        sum_g <= 12'd0;
        sum_b <= 12'd0;
    end
    else 
        begin
        sum_r <= r_temp_11 +
                         r_temp_12 +
                         r_temp_13 +
                         r_temp_21 +
                         // r_temp_22 +
                         r_temp_23 +
                         r_temp_31 +
                         r_temp_32 +
                         r_temp_33;
        sum_g <= g_temp_11 +
                         g_temp_12 +
                         g_temp_13 +
                         g_temp_21 +
                         // g_temp_22 +
                         g_temp_23 +
                         g_temp_31 +
                         g_temp_32 +
                         g_temp_33 ;
        sum_b <= b_temp_11 +
                         b_temp_12 +
                         b_temp_13 +
                         b_temp_21 +
                         // b_temp_22 +
                         b_temp_23 +
                         b_temp_31 +
                         b_temp_32 +
                         b_temp_33 ;
    end
end
复制代码

always@(posedge i_clk or negedge i_rst_n) 
begin
    if(!i_rst_n) 
        begin
        avg_r <= 8'd0;
        avg_g <= 8'd0;
        avg_b <= 8'd0;
    end
    else 
        begin
        avg_r <= sum_r>>3;
        avg_g <= sum_g>>3;
        avg_b <= sum_b>>3;
        end
end
复制代码