01
课程导学与开发环境搭建
FPGA图像处理概述 · Vivado安装与配置 · OV5640摄像头模块介绍 · MIPI接口基础
导学环境MIPI
02
图像采集基础
CMOS传感器工作原理 · 色彩滤波阵列(CFA)与Bayer格式 · 行场同步信号解析 · PCLK与像素时钟
传感器Bayer时序
03
MIPI CSI-2协议详解
MIPI物理层(D-PHY) · Lane管理与数据通道 · 长包与短包格式 · ECC与CRC校验
协议D-PHY校验
04
OV5640驱动设计
SCCB(I2C)总线配置 · 寄存器读写操作 · 分辨率与帧率配置 · 输出格式设置(YUV/RGB)
驱动I2C寄存器
05
MIPI接收端实现
IDELAY与Bitslip校准 · 字节对齐与字对齐 · DPHY时钟恢复 · Lane合并与数据重组
接收校准时钟
06
图像数据缓存与同步
异步FIFO设计 · 跨时钟域处理 · 写使能与读使能控制 · 帧同步信号生成
FIFO跨时钟同步
07
DDR3/DDR4控制器应用
MIG IP核配置 · AXI4接口时序 · 突发传输与地址映射 · 多端口读写仲裁
DDRMIGAXI4
08
VDMA框架与视频流
AXI-Stream协议详解 · VDMA IP核配置 · 帧缓存与帧同步 · 写通道与读通道管理
VDMA视频流帧缓存
09
HDMI显示驱动
TMDS编码原理 · HDMI接口协议 · 像素时钟生成 · 显示时序发生器(VTG)
HDMITMDS显示
10
图像采集通路联调
Sensor→MIPI→FIFO→DDR→VDMA→HDMI全链路调试 · 常见问题排查
联调全链路调试
11
图像预处理基础
灰度转换原理(Y = 0.299R + 0.587G + 0.114B) · RGB转YUV色彩空间 · 直方图统计
预处理灰度直方图
12
均值滤波算法
3x3窗口生成器设计 · 滑动窗口实现 · 边界处理策略 · 流水线架构优化
均值滤波窗口流水线
13
高斯滤波算法
高斯核生成 · 权重系数定点化 · 二维分离式滤波 · sigma参数调节
高斯分离滤波sigma
14
中值滤波算法
排序网络设计 · 3x3窗口排序 · 并行比较器架构 · 硬件资源优化
中值排序网络并行
15
Sobel边缘检测
梯度计算(Gx/Gy) · 幅度与方向计算 · 非极大值抑制 · 双阈值检测
Sobel边缘梯度
16
拉普拉斯算子
二阶微分算子 · 各向同性滤波 · 过零点检测 · 与高斯滤波结合(LOG)
拉普拉斯LOG过零点
17
图像锐化与增强
非锐化掩模(Unsharp Mask) · 直方图均衡化 · 对比度拉伸 · Gamma校正
锐化增强Gamma
18
形态学滤波
膨胀与腐蚀 · 开运算与闭运算 · 结构元素生成 · FPGA实现优化
形态学膨胀腐蚀开闭运算
19
双边滤波算法
空间域核与值域核 · 权重计算 · 硬件加速架构 · 边缘保持特性
双边滤波边缘保持加速
20
图像缩放引擎
双线性插值算法 · 最近邻插值 · 系数计算与查表 · 行缓冲设计
缩放双线性行缓冲
21
色彩空间转换
RGB与YCbCr互转 · 色彩校正矩阵(CCM) · 白平衡调整 · 饱和度控制
色彩空间CCM白平衡
22
帧率转换与去隔行
帧率上变换/下变换 · 运动自适应去隔行 · 场合并与帧缓存
帧率去隔行运动自适应
23
图像质量评估
PSNR计算 · SSIM指标 · 实时监测模块 · 调试接口设计
质量评估PSNRSSIM
24
AXI4-Stream高级应用
TLAST与TKEEP信号 · 包传输与对齐 · 带宽计算 · 多通道复用
AXI4-StreamTLAST复用
25
多摄像头同步采集
多路MIPI接收 · PLL同步与相位对齐 · 帧同步触发 · 拼接预处理
多摄像头同步拼接
26
图像处理流水线架构
全流水线设计 · 帧级/行级/像素级并行 · 延迟分析 · 吞吐量优化
流水线并行吞吐量
27
时序约束与优化
时钟域分析 · set_max_delay约束 · 多周期路径 · 综合与实现策略
时序约束优化
28
资源优化与功耗管理
BRAM与URAM选择 · DSP48使用技巧 · 时钟门控 · 动态频率调节
资源功耗DSP48
29
系统调试与验证
ILA与VIO调试 · 在线逻辑分析 · 数据抓取与比对 · 回环测试
调试ILAVIO
30
综合项目实战
基于FPGA的实时视频处理系统设计 · 功能整合 · 上板调试 · 性能评估与总结
实战项目FPGA