（本系列只需要modelsim即可完成数字图像的处理，每个工程都搭建了全自动化的仿真环境，只需要双击top_tb.bat文件就可以完成整个的仿真，大大降低了初学者的门槛！！！！如需要该系列的工程文件请关注知识星球：成工fpga，https://t.zsxq.com/DMeqH，关注即送200GB学习资料，链接已置顶！）

直方图的均衡化上个系列也有详细的讲解，本课主要完成图像直方图均衡化的FPGA实现。

我们先来分析一下，实现图像直方图的均衡需要处理几帧图片？第一帧图片完成直方图统计，在第一帧和第二帧图像之间完成直方图数据的读取，同时完成直方图数据的均衡化和均衡化的存储。第二帧图像就可以根据存储的均衡化数据完成整幅图像的均衡化，所以要完成图像的均衡化，需要两帧图像，视频流水起来，就是后一帧图像根据前一帧图像完成图像的直方图均衡化。

那我们再来分析一下，如果要对均衡化的图像再进行直方图统计，需要处理几帧图像？上面我们分析第二幅图像完成图像的均衡化，在第二幅图像均衡化的过程中，可以对均衡化的图像数据进行直方图的统计，那就是在第二幅图像结束的时候完成图像均衡化的直方图统计，如果想把直方图叠加到均衡化后的图片上，那就要在第三帧图像上完成。

在\src\hist文件夹下新建hist_equalization.sv文件，用来实现图像的直方图数据的均衡化，均衡化就是将小于等于当前标号的直方图数据求和，其实第一个均衡化的数据就是第一个直方图的数据，第二个均衡化的数据就是第一个和第二个直方图数据的和，第三个均衡化的数据就是前三个直方图数据的和......最后一个均衡化的数据所有直方图数据的和。如下，52-58行求和的运算。

每次求和完成一个直方图均衡化数据的计算，然后直接对均衡化后的数据进行归一化处理，归一化处理是将数据映射到0-255区间。归一化因子是699，计算公式是256*1024*1024/(H_ACTIVE*V_ACTIVE)，数据放大了2^20倍，所以最终的结果将低20位直接舍弃，也就是结果右移20位。归一化后的均衡化数据存放到数组中，下一帧数据的每个像素值作为数组的地址读出其中的值，完成下一帧图像的均衡化，这个超过其实和gamma矫正完全一样。

在top文件中例化了rgb2ycbcr，hist_statistics，hist_equalization，ycbcr2rgb，hist_norm，hist_mem，plot_hist等模块，如下所示。先将RGB图像转成灰度图像，对灰度图像进行图像的直方图统计和均衡，再将均衡后的灰度图像转换回RGB图像，同是对均衡后的灰度图像进行直方图统计。

在tb_image_sim文件中的第二个initial块中，将图像测试平台和FPGA硬件仿真的结果保存并比对，需要注意一点，要完成两帧图像的处理，通过wait((frame_cnt == FRAME_NUM) & frame_done)来实现，这儿FRAME_NUM是2。

双击sim文件夹下的top_tb.bat文件，完成系统的自动化仿真。

可以看到在modelsim的Transcript有如下的打印信息，图像测试平台和FPGA硬件仿真的结果一致。

打开img文件夹，也可以看到图像测试平台和FPGA硬件仿真的结果是一致的（no_seq*是图像测试平台处理后的图片，seq*是FPGA硬件仿真处理后的结果）。

同时也可以看一下图像释放图均衡前后的效果图。