基于system verilog的图像处理验证平台 bmp文件解析 / 四六文摘

基于FPGA的图像处理中，rtl代码的仿真验证一直是重中之重, 之前也在我们的书中《基于FPGA的数字图像处理原理及应用》（电子工业出版社）中提出了基于VC和verilog的仿真验证平台。该验证平台仅能提供简单的图像数据的交互，并且需要VC平台的交互。VC可提供较好的UI功能，但是对于一些中间结果的验证还是比较麻烦。最近刚好学习了system verilog，其面对对象的设计特性很类似于C++，可完整实现更加方便和功能更加全面的testbench平台。

今天主要介绍bmp文件的读取及解析。bmp文件的格式详解可参考以下链接：

https://www.cnblogs.com/l2rf/p/5643352.html

bmp文件解析主要是bmp文件头的解析以及图像数据内容的重定位。bmp文件头主要类型定义如下：

typedef struct{u32   biSize;u32   biWidth;u32   biHeight;u16   biPlanes;u16   biBitCount;u32   biCompression;u32   biSizeImage;u32   biXPelsPerMeter;u32   biYPelsPerMeter;u32   biClrUsed;u32   biClrImportant;} BITMAPINFOHEADER;typedef struct {u8    rgbBlue;u8    rgbGreen;u8    rgbRed;u8    rgbReserved;} RGBQUAD;typedef struct {BITMAPINFOHEADER    bmiHeader;RGBQUAD             bmiColors[1];} BITMAPINFO;typedef struct  {u16    bfType;u32    bfSize;u16    bfReserved1;u16    bfReserved2;u32    bfOffBits;} BITMAPFILEHEADER;

bmp文件主要有两个header，包括一个14字节的header BITMAPFILEHEADER，包含了bmp文件头信息，以及一个40字节的header BITMAPINFOHEADER，包含了bmp文件的图像相关信息。

解析的主要要点有：

1 内存存放问题：分辨率不为4的倍数的每一行之后会补零，保证每一行的占用内存是4的倍数；

2 数据组织问题：bmp的组织原则是首先存放最后一行，接着倒数第二行，以此类推，解析时需还原；

解析代码如下：（代码为system verilog）

class spk_bmp;function void trans_16(reg [15:0] _reg,ref u16 dat);dat = (_reg[7:0]<<8) + _reg[15:8];endfunctionfunction void trans_32(reg [31:0] _reg,ref u32 dat);dat = (_reg[7:0]<<24)+ (_reg[15:8]<<16)+ (_reg[23:16]<<8) + _reg[31:24];endfunctionfunction  int LoadVectorFromBMPFile(string name,ref u8 data[], ref u16 height,ref u16 width,ref u16 flag);u32 skip,position;u32 dwSize;u32 dReadWidth;reg [8*14-1:0] header1;reg [8*40-1:0] header2;reg [8-1:0]    data_tmp;u32 off = 8*14-1;BITMAPFILEHEADER bfh;BITMAPINFO bmi;//判断文件是否存在int fp = $fopen(name, "r");if(!fp) begin$display("Error: can not open file: %s!",name);$stop;return -1;end//读header1$fread(header1,fp,0,14); off = 14*8 - 1;trans_16(header1[off -: 2*8],bfh.bfType);       off -= 2*8;trans_32(header1[off -: 4*8],bfh.bfSize);       off -= 4*8;trans_16(header1[off -: 2*8],bfh.bfReserved1);  off -= 2*8;trans_16(header1[off -: 2*8],bfh.bfReserved2);  off -= 2*8;trans_32(header1[off -: 4*8],bfh.bfOffBits);    off -= 4*8;if(bfh.bfType != 16'h4d42) begin$display("Error: '%s' is not a bmp file!",name);$stop;return -1;end//读header2$fread(header2,fp,14,40); off = 40*8 - 1;trans_32(header2[off -: 4*8],bmi.bmiHeader.biSize);          off -= 4*8;trans_32(header2[off -: 4*8],bmi.bmiHeader.biWidth);         off -= 4*8;trans_32(header2[off -: 4*8],bmi.bmiHeader.biHeight);        off -= 4*8;trans_16(header2[off -: 2*8],bmi.bmiHeader.biPlanes);        off -= 2*8;trans_16(header2[off -: 2*8],bmi.bmiHeader.biBitCount);      off -= 2*8;trans_32(header2[off -: 4*8],bmi.bmiHeader.biCompression);   off -= 4*8;trans_32(header2[off -: 4*8],bmi.bmiHeader.biSizeImage);     off -= 4*8;trans_32(header2[off -: 4*8],bmi.bmiHeader.biXPelsPerMeter); off -= 4*8;trans_32(header2[off -: 4*8],bmi.bmiHeader.biYPelsPerMeter); off -= 4*8;trans_32(header2[off -: 4*8],bmi.bmiHeader.biClrUsed);       off -= 4*8;trans_32(header2[off -: 4*8],bmi.bmiHeader.biClrImportant);  off -= 4*8;height = bmi.bmiHeader.biHeight;width  = bmi.bmiHeader.biWidth;flag   = bmi.bmiHeader.biBitCount;if(flag == 24) width *= 3; //真彩图dwSize     = height * width;dReadWidth = (width+3)/4*4;data       = new[dwSize];skip       = dReadWidth - width;position   = dwSize - width;off        = bfh.bfOffBits; //第一行图像数据偏移$fseek(fp,off,0);for(int i = 0;i < height;i++) beginfor(int j = 0;j < width;j++) begin$fread(data_tmp,fp,off,1);data[position] = data_tmp;off++;$fseek(fp,off,0);position++;endposition -= 2*width;off += skip;end$fclose(fp);if(flag==24) width /= 3;endfunctionendclass : spk_bmp

基于system verilog的图像处理验证平台 bmp文件解析

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