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FPGA图像加速工程化实战

📚 共计 30 章节

课程导论与开发环境搭建

FPGA图像加速概述、应用场景、开发板选型、Vivado/Vitis安装配置

FPGA基础与Verilog语法速通

FPGA内部结构、并行计算、Verilog基础、Testbench编写

图像基础与色彩空间

RGB/YUV/灰度图，色彩空间转换，FPGA实现RGB转灰度

图像采集接口与时序

OV5640配置、SCCB/I2C、行场同步、FPGA采集模块

摄像头时序

DDR3/DDR4控制器与图像缓存

MIG IP核、AXI4总线、基于DDR3的帧缓存架构

VDMA与视频流处理

VDMA IP核、帧缓存策略、多路视频同步、帧率控制

图像预处理——高斯滤波

卷积运算、2D卷积FPGA实现、LineBuffer设计、加速

图像预处理——Sobel边缘检测

Sobel算子、梯度计算、流水线设计、边缘检测实现

图像预处理——中值滤波

排序算法、3x3中值滤波、硬件资源优化

图像缩放——双线性插值

插值算法、FPGA定点化、坐标映射与边界处理

图像缩放——最近邻与双三次插值

算法对比、FPGA复杂度、资源与精度权衡

直方图均衡化

直方图统计、CDF计算、映射表、FPGA实时实现

直方图增强

二值化与阈值分割

全局阈值、Otsu、自适应阈值、FPGA实现

二值化阈值

形态学操作——膨胀与腐蚀

结构元素、FPGA实现、去噪连接应用

形态学膨胀腐蚀

形态学操作——开闭运算

组合操作、FPGA流水线、顶帽黑帽变换

帧差法与背景建模

运动检测、帧差法FPGA实现、背景更新策略

运动检测背景

光流法简介与FPGA实现

LK光流法、硬件加速、稀疏光流计算

HOG特征提取

梯度方向直方图、Block/Cell、FPGA并行架构

卷积神经网络基础与FPGA加速

卷积/池化/全连接、矩阵乘法加速

CNN加速器——卷积计算单元

脉动阵列、数据复用、Winograd算法

脉动阵列Winograd

CNN加速器——池化与激活函数

MaxPooling、ReLU、Sigmoid的FPGA实现

模型量化与定点化

FP32转INT8、量化误差、FPGA定点数计算

YOLO目标检测FPGA实现

网络结构、FPGA部署、NMS硬件加速

视频拼接与融合

图像配准、融合算法、多路实时拼接架构

图像压缩——JPEG编码

DCT、量化、Huffman编码、FPGA实现

图像压缩——JPEG解码

熵解码、反量化、IDCT、FPGA实现

AXI4-Stream视频接口设计

协议详解、自定义IP封装、视频数据打包解包

AXI4-Stream接口

HLS高级综合加速图像算法

HLS基础、流水线/数组优化、C/RTL协同仿真

系统集成与调试

Vivado Block Design、ILA调试、时序收敛、上板验证

项目实战：实时人脸检测系统

系统架构、算法选型、软硬件协同、性能优化总结