基于FPGA的數字圖像處理原理及應用簡(jiǎn)介，目錄書(shū)摘

提供大量關(guān)于如何利用FPGA實(shí)現圖像處理算法的實(shí)例及代碼

本書(shū)首先介紹FPGA程序設計和圖像與視頻處理的關(guān)鍵基礎理論，然后通過(guò)實(shí)例代碼詳細講解了如何利用FPGA實(shí)現直方圖操作中的直方圖統計/均衡化/線(xiàn)性拉伸/規定化、線(xiàn)性濾波器操作中的均值濾波器、Sobel算子(濾波、求模、求角度)、非線(xiàn)性濾波器操作中的排序類(lèi)算法/形態(tài)學(xué)濾波、圖像分割算法中的局部自適應分割/Canny算子等。本書(shū)在仿真測試部分設計了一種完善的通用測試系統，并利用此測試系統在每一章的仿真測試環(huán)節對所設計算法進(jìn)行嚴格的測試和驗證。本書(shū)在最后一章介紹了在視頻處理領(lǐng)域常見(jiàn)的輸入/輸出接口。本書(shū)偏向于工程應用，在書(shū)中有大量關(guān)于如何利用FPGA實(shí)現圖像處理算法的實(shí)例及代碼，并對這些算法的原理及其實(shí)現過(guò)程、算法測試等做了詳細的介紹，全部的算法都進(jìn)行了仿真測試驗證。本書(shū)提供實(shí)例的全部源代碼，可登錄以下網(wǎng)址免費獲?。篽ttp：//www.hxedu.com.cn（華信資源教育網(wǎng)）。本書(shū)適用于需要利用FPGA進(jìn)行圖像處理和視頻分析的學(xué)者和工程開(kāi)發(fā)人員。讀者需要具備一定的嵌入式設計及FPGA設計的基礎知識，特別是Verilog語(yǔ)言的語(yǔ)法基礎。

牟新剛，武漢理工大學(xué)專(zhuān)職教師，主要從事圖像處理、高速信號處理、并行計算、嵌入式系統設計等方面的研究工作

目    錄

第1章  圖像處理基礎 1
1．1  數字圖像處理簡(jiǎn)介 1
1．1．1  圖像采樣 1
1．1．2  圖像量化 2
1．1．3  數字圖像處理 3
1．2  數字圖像處理系統 4
1．2．1  圖像處理系統構成 4
1．2．2  原始圖像獲取 6
1．2．3  圖像傳感器接口 16
1．2．4  圖像處理流水線(xiàn) 17
1．2．5  圖像與視頻壓縮 19
1．2．6  視頻顯示處理 26
第2章  FPGA與圖像處理 32
2．1  使用FPGA的原因 32
2．2  FPGA技術(shù)優(yōu)勢 33
2．3  FPGA的發(fā)展歷程 34
2．4  FPGA生產(chǎn)廠(chǎng)家及其產(chǎn)品 35
2．4．1  Altera 35
2．4．2  Xilinx 37
2．4．3  Lattice 37
2．4．4  Atmel 38
2．4．5  Actel 38
2．5  FPGA開(kāi)發(fā)流程 38
2．5．1  FPGA設計方法 38
2．5．2  典型的FPGA開(kāi)發(fā)流程 39
2．6  FPGA常用開(kāi)發(fā)工具 44
2．6．1  代碼輸入工具 45
2．6．2  綜合工具 46
2．6．3  仿真工具 47
2．6．4  實(shí)現與優(yōu)化工具 47
2．6．5  EDA工具 48
2．7  FPGA圖像處理的開(kāi)發(fā)流程 49
2．7．1  需求分析及問(wèn)題描述 49
2．7．2  軟件算法設計及驗證 50
2．7．3  硬件平臺設計 51
2．7．4  FPGA映射 52
2．7．5  仿真及驗證 54
第3章  FPGA編程語(yǔ)言 55
3．1  HDL語(yǔ)言簡(jiǎn)介 55
3．2  模塊化設計 56
3．3  可移植性 57
3．4  不可移植性 61
3．5  測試邏輯 62
3．6  冗余邏輯 63
3．7  常用語(yǔ)法 63
3．7．1  參數化 63
3．7．2  條件編譯 68
3．7．3  位寬匹配 69
3．7．4  二維數組 69
3．8  應用實(shí)例 70
3．8．1  信號邊沿檢測 70
3．8．2  多拍處理 72
3．8．3  圖像行列計數 73
第4章  映射技術(shù) 77
4．1  系統結構 77
4．1．1  流水線(xiàn)設計 77
4．1．2  并行陣列 81
4．2  計算技術(shù) 82
4．2．1  算法轉換 82
4．2．2  近似計算 83
4．2．3  增量更新 85
4．2．4  查找表 85
4．2．5  浮點(diǎn)計算 89
4．2．6  Cordic技術(shù) 96
4．3  存儲器映射 103
4．3．1  幀緩存 104
4．3．2  行緩存 105
4．3．3  異步緩存 113
4．3．4  增加存儲器帶寬 114
4．3．5  存儲器建模與仿真 115
4．4  其他設計技巧 116
4．4．1  合理處理參數 116
4．4．2  資源及模塊復用 117
4．4．3  防止亞穩態(tài) 118
第5章  系統仿真 121
5．1  Modelsim使用基礎 121
5．1．1  Modelsim簡(jiǎn)介 121
5．1．2  Modelsim圖形界面及
仿真示例 122
5．1．3  使用腳本命令來(lái)加速
仿真 133
5．1．4  其他加速仿真的方法 136
5．2  視頻圖像處理仿真測試系統 136
5．2．1  仿真測試系統框架 136
5．2．2  視頻時(shí)序模擬 137
5．2．3  視頻捕獲模擬 145
5．2．4  MFC程序設計 157
5．2．5  通用testbench 161
第6章  直方圖操作 167
6．1  灰度直方圖 167
6．2  直方圖均衡化 169
6．3  直方圖規定化 172
6．4  直方圖拉伸 175
6．5  基于FPGA的直方圖操作 179
6．5．1  FPGA直方圖統計 179
6．5．2  FPGA直方圖均衡化 192
6．5．3  FPGA直方圖線(xiàn)性拉伸 203
第7章  線(xiàn)性濾波器 214
7．1  線(xiàn)性濾波 214
7．1．1  均值濾波 214
7．1．2  高斯濾波 216
7．1．3  Sobel算子 219
7．1．4  離散傅里葉變換 222
7．2  基于FPGA的均值濾波 227
7．2．1  整體設計與模塊劃分 227
7．2．2  子模塊設計 228
7．2．3  Verilog代碼設計 232
7．2．4  仿真與調試結果 243
7．3  基于FPGA的Sobel算子 247
7．3．1  整體設計與模塊劃分 247
7．3．2  Sobel模板計算電路 249
7．3．3  基于Cordic的坐標系轉換
電路 251
7．3．4  Verilog代碼設計 257
7．3．5  仿真與調試結果 274
第8章  非線(xiàn)性濾波器 280
8．1  統計排序濾波 280
8．2  基于FPGA的統計排序濾波器 282
8．2．1  并行全比較排序法原理 282
8．2．2  整體設計與模塊劃分 285
8．2．3  子模塊設計 286
8．2．4  Verilog代碼設計 288
8．2．5  仿真與調試結果 298
第9章  形態(tài)學(xué)濾波 303
9．1  形態(tài)學(xué)濾波簡(jiǎn)介 303
9．2  形態(tài)學(xué)濾波的基本應用 304
9．3  基于FPGA的Tophat濾波設計 311
9．3．1  頂層框架設計 311
9．3．2  子模塊設計 312

9．3．3  Verilog代碼設計 317
9．3．4  仿真及調試結果 337
第10章  圖像分割 341
10．1  圖像分割簡(jiǎn)介 341
10．2  基于閾值的分割 341
10．2．1  全局閾值分割 341
10．2．2  局部自適應閾值分割 344
10．3  基于邊緣的分割 347
10．3．1  Canny算子 347
10．3．2  Canny算子的計算步驟 347
10．4  基于FPGA的局部自適應分割 356
10．4．1  算法轉換 357
10．4．2  FPGA結構設計 358
10．4．3  子模塊設計 359
10．4．4  Verilog代碼設計 363
10．4．5  仿真與調試 371
10．5  基于FPGA的Canny算子設計 378
10．5．1  非最大值抑制電路設計 378
10．5．2  滯后閾值分割電路設計 381
10．5．3  Verilog代碼設計 382
10．5．4  仿真調試結果 390
第11章  視頻接口 391
11．1  視頻輸入接口 391
11．1．1  模擬視頻輸入 391
11．1．2  CameraLink接口 394
11．1．3　USB接口 399
11．1．4　FireWire接口 401
11．1．5  GigE Vision?接口 407
11．1．6  直接接口 410
11．2  視頻輸出接口 411
11．2．1  CVT標準 411
11．2．2  VGA 416
11．2．3  PAL 425
11．2．4  DVI/HDMI 433
參考文獻 441