利用RGB格式處理圖像時，每個圖素由3個分別對應于三原色的8位或10位字確定，因而這不是一種最高效的處理方法。這種格式下，必須在所有的紅色、綠色和藍色信道上對圖素進行作業(yè)，所需的儲存空間和數據頻寬毫無疑問將比其它可供選擇的色彩格式更大。為了解決這個問題，許多廣播標準(如歐洲的PAL和北美的NTSC電視系統)均采用亮度和色度視頻信號。因此，不同的色彩格式之間需要一種能互相轉換的機制，即色彩空間轉換(圖2)。

　　用硬件實現這些電路則相對比較簡單，只需要知道從一種格式映像到另一種格式的系數。最通用的一種轉換是由RGB格式轉換至YCbCr格式(反之則從YCbCr格式轉換至RGB格式)。研究顯示，人眼察覺到的光亮度信息(Y)的60％至70％來自綠色光。紅色和藍色信道實際上只是亮度信息的復制，因此這些重復信息完全可以去除掉。最終的結果是圖像可用表征色度和亮度的信號來表示。在這種格式下，8位系統規(guī)定亮度的取值范圍介于16至235之間，而Cb和Cr信號的取值范圍介于16至240之間，并規(guī)定128表示亮度為0。

　　可用如下的方程將YCbCr空間中的色彩轉換為RGB色彩空間中的色彩：

　　R'=1.164*(Y-16)+1.596*(Cr-128)

　　G'=1.164*(Y-16)-0.813*(Cr-128)-0.392*(Cb-128)

　　B'=1.164*(Y-16)+1.596*(Cr-128)

　　R'G'B'表示圖像灰度校正RGB值。例如，CRT顯示器的信號振幅與輸出密度之間存在非線性，如果在顯示信號之前進行圖像灰度校正，就能使信號振幅與輸出密度間的關系趨于線性。輸出增益同樣必須限定低于特定的臨界值，以減少圖像暗區(qū)中的傳輸噪音(圖3)。

　　我們可以采用許多可行的方法實現所需的乘積功能，如利用內存、邏輯組件或嵌入式乘法器。顯然，HDTV系統所需的74.25MHz數據率可輕松地達到，而且還可以嘗試不同的設計折衷考慮，如系統精確度和設計范圍之間的折衷。例如，為了保證3％的轉換誤差，YCbCr至RGB色彩空間轉換器的設計尺寸可以至少減小一半。這或許超出了大多數顯示器產品所能承受的范圍，但仍然能被其它的應用系統接受，如機器視覺或安全系統。采用FPGA的系統架構就能調整應用系統的算法，由此實現最佳的性能和效率。

實時圖像和視頻處理功能

　　標準DSP自身性能上的缺陷促進了專門解決此難題的專用設計芯片(如媒體處理器)的發(fā)展。但是，這些組件極低的靈活度往往使其局限于非常有限的應用中并容易產生性能瓶頸。在高分辨率系統(如HDTV和醫(yī)療成像系統)中，基于處理器的方法受到的限制尤為明顯。從根本上講，處理器的分辨率受限于分配給濾波器每個抽頭或每個轉換階段時鐘周期的數目。一旦達到極限條件，通常除了增加額外的DSP部件外別無選擇。FPGA可以藉由定制調整提供最具實用價值的高性能高效率產品。設計人員可在適用范圍和速率之間進行折衷考慮，從而以比DSP時鐘低得多的速率實現指定功能。

　　例如Visicom公司發(fā)現，在中值濾波器應用中[3]，DSP處理器需要67個時鐘周期執(zhí)行算法，而FPGA只需工作在25MHz頻率下，因為FPGA能平行實現該功能。實現上述功能的DSP必須工作在1.5GHz頻率下，可見在此特定應用中，FPGA解決方案的處理能力可以達到100MHz DSP處理器的17倍。

　　許多實時圖像和視頻處理功能均適合于用FPGA組件來實現，包括：圖像旋轉、圖像縮放色彩校正和色度校正、陰影增強、邊緣檢測、直方圖功能、銳化、中值濾波器和斑點分析等。

　　許多功能都針對特定的應用和系統，并構建在核心架構(如2D-FIR濾波器)之上。我們可以利用HDL設計語言或高級內核設計工具(如Xilinx CoreGen軟件)中的DSP程序塊迅速實現這些功能。此外，還能藉由系統級設計方法，利用Matlabs Simulink和Xilinx SystemGenerator工具進一步減少設計和模擬時間。