基于FPGA的数字图像信号处理研究与设计
作者： 杨军，王璞，张坤，张玉明 著
出版时间： 2018年版
内容简介
《基于FPGA的数字图像信号处理研究与设计》根据当前国内外采用FPGA开发实现FFT处理器的现状，以及当前FFT处理器的应用需求，以实用为基本原则，立足于工程实践，详细讲解设计技术细节和实际应用开发方法与思路，总结作者实践项目的开发经验和技巧。《基于FPGA的数字图像信号处理研究与设计》从FFT算法的基本原理到FFT核心的FPGA实现，从单核FFT的设计到多核FFT的实现，从简单一维FFT过渡到复杂二维FFT，从单纯FFT处理器的实现到FFT应用实例开发等方面入手进行了详细深入的讲解。《基于FPGA的数字图像信号处理研究与设计》以循序渐进的方式带领读者深入学习和研究，帮助读者快速掌握并提高使用FPGA技术实现FFT算法的能力。
目录
目录
第1章 FFT 算法原理 1
1.1 引言 1
1.2 FFT 算法原理 2
1.2.1 DFT 算法简介 2
1.2.2 离散傅里叶变换的性质 5
1.2.3 频率域抽样理论 8
1.2.4 DFT 的应用举例 10
1.2.5 FFT/IFFT 算法原理 17
1.2.6 进一步减少运算量的措施 28
1.2.7 二维FFT/IFFT 算法原理 30
1.2.8 一些二维傅里叶变换的性质 30
1.3 FFT 硬件实现现状 32
第2章 项目开发环境介绍 34
2.1 软件平台 34
2.1.1 硬件开发工具Quartus Ⅱ 8.0 34
2.1.2 ModelSim 仿真工具 38
2.1.3 Nios Ⅱ IDE 8.0 集成开发环境 41
2.1.4 数值计算与仿真测试工具MATLAB 46
2.2 硬件平台 53
2.2.1 DE2 平台简介 53
2.2.2 DE2 板上资源及硬件布局 55
2.2.3 DE2 原理 57
2.2.4 DE2 平台的开发环境 60
2.2.5 DE2 开发板测试说明 60
第3章 基于FPGA 的一维单核FFT 处理器设计与实现 63
3.1 基于CORDIC 算法实现的FFT 处理器 63
3.1.1 CORDIC 算法原理 63
3.1.2 FFT 处理器的设计与实现 64
3.1.3 系统综合与仿真测试 71
3.2 使用DSP Builder 设计FFT 75
3.2.1 DSP Builder 简介 75
3.2.2 FFT 模型的建立 78
3.2.3 FFT 模型的实现 83
3.2.4 系统综合与仿真测试 85
3.3 基于Altera FFT 兆核函数的设计与实现 85
3.3.1 FFT 兆核函数简介 85
3.3.2 FFT 兆核函数的设计与应用 88
3.3.3 FFT 兆核函数规范 97
3.4 小结 100
第4章 基于FPGA 的一维多核FFT 处理器的设计与实现 101
4.1 设计思路与原理 101
4.1.1 设计背景 101
4.1.2 实现途径 102
4.1.3 总体结构设计 103
4.2 详细设计 105
4.2.1 系统工作流程 105
4.2.2 系统时钟分析 115
4.2.3 地址发生器 118
4.2.4 地址流水线 120
4.2.5 辐角发生器 121
4.2.6 RAM 存储器 124
4.2.7 数据转换 128
4.2.8 其他 133
4.3 系统综合与仿真测试 134
4.4 实例总结 136
第5章 基于SOPC 的二维FFT 处理器的设计与实现 137
5.1 设计思路与原理 137
5.1.1 原理分析 137
5.1.2 SOPC 简介 138
5.1.3 Avalon 总线ST 模式介绍 141
5.2 硬件设计 147
5.2.1 总体结构设计 147
5.2.2 硬件系统的SOPC 设计 148
5.3 软件设计及综合测试 156
5.3.1 系统软件设计 156
5.3.2 系统综合与仿真测试 161
5.4 实例总结 162
第6章 二维FFT 应用实例——基于FPGA 的盲图像复原 163
6.1 图像复原数学模型 164
6.1.1 图像退化 164
6.1.2 点扩展函数 165
6.1.3 噪声模型 166
6.1.4 图像的主要组成部分 167
6.1.5 图像复原处理算法要解决的主要问题 168
6.2 图像复原简介 168
6.2.1 几种常见图像复原方法 168
6.2.2 算法简介 172
6.2.3 图像复原算法电路实现技术现状 173
6.3 盲图像复原系统整体设计 177
6.3.1 3×3 方形窗结构 177
6.3.2 中值滤波器模块 178
6.3.3 幂运算模块 179
6.3.4 二维FFT 模块 181
6.4 盲图像复原系统的FPGA 实现 184
6.4.1 信号输入输出系统 184
6.4.2 3×3 方形窗模板的实现与仿真 187
6.4.3 中值滤波的实现 188
6.4.4 FPGA 例化双端口RAM 190
6.5 仿真与验证 192
6.5.1 中值滤波分析 193
6.5.2 盲图像复原处理 194
6.6 实例总结 194
第7章 数字图像处理之Sobel 边缘检测的FPGA 实现 195
7.1 Sobel 算子原理 197
7.2 Sobel 算法的改进 199
7.2.1 第一种改进方法 199
7.2.2 第二种改进方法 201
7.3 Sobel 边缘检测的FPGA 实现 201
7.3.1 硬件平台介绍 202
7.3.2 摄像头模块 209
7.3.3 图像采集模块 217
7.3.4 SDRAM 控制模块 221
7.3.5 Sobel 模块 227
7.3.6 VGA 模块 238
7.4 仿真测试 243
7.5 实例总结 244
第8章 数字信号处理之CIC 滤波器的FPGA 实现 245
8.1 CIC 滤波器原理 245
8.1.1 单级CIC 滤波器 245
8.1.2 多级CIC 滤波器 247
8.1.3 Hogenauer“剪除”理论 247
8.2 设计思路 248
8.2.1 设计背景 248
8.2.2 实现途径 249
8.2.3 结构设计与优化 250
8.3 详细设计 253
8.3.1 顶层设计 253
8.3.2 积分器 259
8.3.3 梳状器 269
8.3.4 插值和抽取器 280
8.4 系统综合与仿真测试 284
8.5 实例总结 286
第9章 基于Nois Ⅱ的AES 加/解密系统 288
9.1 实例系统介绍 288
9.2 设计思路与原理 289
9.2.1 AES 算法简介 289
9.2.2 AES 加/解密流程 289
9.2.3 系统整体结构 294
9.3 硬件设计 295
9.3.1 AES IP 核设计 295
9.3.2 SOPC 系统的创建 300
9.4 软件设计及综合测试 312
9.4.1 软件设计 312
9.4.2 系统综合与仿真测试 320
9.5 本章总结 323
参考文献 324
附录 DE2平台上EP2C35F672的引脚分配表 325
