多媒体处理FPGA实现

第1章多媒体技术概述1

1.1声音和音频处理基础1

1.2图形学基础3

1.3图像处理基础4

1.3.1数字图像常用概念4

1.3.2数字图像的表示5

1.3.3数字图像处理的发展和应用5

1.3.4数字图像处理系统7

1.3.5数字图像处理内容12

1.4色度学基础14

1.4.1色度学基本概念14

1.4.2RGB模型16

1.4.3CMYK模型18

1.4.4HSI模型19

1.4.5CIE模型20

1.5视频处理基础21

1.5.1视频原理21

1.5.2彩色电视制式27

1.5.3CIF、QCIF、SQCIF和高清格式28

1.5.4YUV和RGB采样格式29

1.5.5视频文件格式31

1.6机器视觉32

1.6.1视觉原理32

1.6.2机器视觉概述和分类34

1.6.3立体视觉35

1.6.4标定37

1.6.5三维场景表示37

1.7多媒体处理技术的发展和应用38

1.8本章小结39

第2章FPGA技术和EDA软件40

2.1XilinxFPGA简介40

2.2Spartan-3EFPGA简介42

2.2.1Spartan-3EFPGA42

2.2.2Spartan-3E系列FPGA结构说明43

2.3Spartan-3E入门套件47

2.4ISE组件介绍和安装方法48

2.5ISE工作环境53

2.6MATLAB和Simulink简介57

2.7MATLAB和Simulink的安装方法59

2.8MATLAB和Simulink工作环境63

2.9FPGA开发流程68

2.10本章小结70

第3章SystemGenerator基础71

3.1SystemGenerator概述71

3.1.1SystemGenerator安装71

3.1.2SystemGenerator主要特征71

3.2SystemGenerator开发流程72

3.2.1搭建SystemGenerator模型73

3.2.2仿真验证74

3.2.3HDL代码生成75

3.2.4ISE编译77

3.2.5硬件细节观察81

3.2.6比特文件下载88

3.3本章小结90

第4章SystemGenerator模块分析91

4.1模块列表91

4.2基本模块95

4.2.1SystemGenerator模块95

4.2.2WaveScope模块97

4.2.3FPGA边界模块101

4.2.4Delay和Register模块104

4.2.5Counter模块107

4.2.6Relational模块109

4.2.7ChipScope模块110

4.3运算相关模块119

4.3.1AddSub模块119

4.3.2Invert和Negate模块119

4.3.3除法模块120

4.4数据格式相关模块124

4.5移位相关模块126

4.6速率相关模块129

4.7滤波器相关模块133

4.8MCode模块134

4.9存储相关模块139

4.10Subsystem模块144

4.11硬件协仿真模块148

4.11.1硬件协仿真模块生成148

4.11.2硬件协仿真模块使用150

4.12本章小结151

第5章音频处理152

5.1音频数字化152

5.1.1音频数字化理论基础152

5.1.2音频直通系统实现153

5.1.3采样速率与采样精度实现156

5.1.4双声道音频实现158

5.2语音编码159

5.2.1DM编码理论159

5.2.2DM编码实现160

5.3音频水印161

5.3.1音频数字水印基础理论162

5.3.2基于最低有效位算法实现163

5.4音频数字滤波器164

5.4.1数字滤波器基础理论164

5.4.2反馈滤波器实现165

5.4.3带通滤波器实现166

5.4.4带阻滤波器168

5.4.5自适应滤波器实现169

5.5本章小结179

第6章图像的基本处理180

6.1图像直通系统180

6.2图像几何变换187

6.2.1图像几何变换定义187

6.2.2图像几何变换实现187

6.3图像加减运算189

6.3.1图像加减运算定义189

6.3.2图像加减运算实现189

6.4图像二值化194

6.4.1图像二值化定义194

6.4.2分布式资源二值化实现196

6.4.3ROM二值化实现197

6.5灰度直方图198

6.5.1直方图的表示方法198

6.5.2直方图统计实现201

6.6灰度变换206

6.6.1灰度变换方法206

6.6.2ROM灰度变换实现207

6.7本章小结210

第7章图像增强211

7.1图像平滑211

7.1.1邻域平均法211

7.1.2消噪声掩模法212

7.1.3频域低通滤波212

7.2高斯滤波213

7.2.1高斯滤波法213

7.2.2高斯平滑实现215

7.3中值滤波220

7.3.1中值滤波法220

7.3.2中值滤波实现220

7.4图像锐化222

7.4.1微分法223

7.4.2反锐化掩模法224

7.4.3频域高通滤波225

7.4.4图像锐化实现225

7.5本章小结227

第8章图像退化复原228

8.1图像退化228

8.1.1图像退化模型228

8.1.2图像退化实现231

8.2图像复原232

8.2.1逆滤波法232

8.2.2维纳滤波法233

8.2.3约束最小平方滤波法234

8.2.4等功率谱滤波法235

8.2.5图像复原实现236

8.3本章小结237

第9章图像形态学处理238

9.1基本概念238

9.2图像腐蚀240

9.2.1图像腐蚀运算240

9.2.2图像腐蚀实现241

9.3图像膨胀246

9.3.1图像膨胀运算246

9.3.2图像膨胀实现247

9.4图像细化251

9.4.1图像细化运算251

9.4.2图像细化实现251

9.5本章小结259

第10章图像边缘检测与分割260

10.1边缘检测260

10.1.1边缘检测原理260

10.1.2Roberts算子262

10.1.3Sobel算子263

10.1.4Sobel算子实现263

10.1.5Prewitt算子266

10.1.6Laplace算子266

10.1.7Laplace算子实现267

10.1.8LOG算法268

10.1.9LOG算法实现268

10.1.10Canny算子271

10.2图像分割272

10.2.1门限法272

10.2.2统计门限法274

10.2.3自适应分割实现274

10.3本章小结279

第11章图像正交变换280

11.1离散傅里叶变换280

11.1.1一维离散傅里叶变换280

11.1.2二维离散傅里叶变换281

11.1.3一维快速傅里叶变换282

11.1.4二维快速傅里叶变换284

11.2离散余弦变换284

11.2.1一维离散余弦变换284

11.2.2二维离散余弦变换285

11.2.3DCT与FFT的关系286

11.2.4离散余弦变换实现286

11.3小波变换288

11.3.1小波基本概念和原理288

11.3.2二维离散小波变换289

11.3.3小波变换实现292

11.4本章小结298

第12章彩色图像处理299

12.1颜色空间转换299

12.1.1颜色空间转换公式299

12.1.2颜色空间转换实现300

12.2伪彩色增强302

12.2.1伪彩色增强方法302

12.2.2伪彩色增强实现303

12.3本章小结306

第13章视频处理307

13.1视频直通系统307

13.2动目标检测310

13.2.1动目标检测方法310

13.2.2动目标检测实现313

13.3目标跟踪315

13.3.1目标跟踪方法315

13.3.2目标跟踪实现317

13.4本章小结325

参考文献326

　　本书主要介绍了使用SystemGenerator在XilinxFPGA上进行音频、图像、视频等多媒体处理的开发过程，包括多种多媒体技术的基本原理以及SystemGenerator的相关操作和原理。　　全书共分13章，可分为5个部分，其中第1-2章为理论和工具简介部分；3-4章为SystemGenerator介绍分析部分；5章为音频处理开发部分；6-12章为图像处理开发部分；13章为视频处理开发部分。　　本书结合Xilinx公司ISEDesignSuite10．1的SystemGenerator和Mathworks公司MATLABR2007b的Simulink两种EDA工具，系统地讲述了多媒体处理技术的原理和使用SystemGenerator开发FPGA的方法。全书共13章，分别介绍了多媒体技术原理、FPGA和EDA工具基本知识、SystemGenerator的基础和模块分析、音频处理、图像的基本处理、图像增强、图像复原、图像的形态学运算、图像边缘检测和分割、图像正交变换、彩色图像处理和视频处理，内容涵盖了应用于音频、图像和视频三个领域的数字信号处理的FPGA技术。书中提供了实例的完整源代码，大部分由作者原创，通过这些开发实例，读者可以学习到基于FPGA多媒体处理的大量实用技巧。　　本书适合从事Xilinx系列FPGA多媒体处理算法设计和开发的工程技术人员，以及图像处理、音视频处理等相关专业的研究生和高年级本科生使用。