网络处理器原理、设计与应用

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出版者:清华大学出版社
作者:石晶林
出品人:
页数:524
译者:
出版时间:2003-12
价格:49.00元
装帧:简裝本
isbn号码:9787302073536
丛书系列:
图书标签:
  • cpu
  • 网络处理器
  • 网络芯片
  • 处理器设计
  • 网络协议
  • 数据平面
  • 控制平面
  • 硬件加速
  • 网络安全
  • 嵌入式系统
  • 通信工程
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具体描述

深入解析当代数字影像处理技术 书籍名称:《数字影像处理与计算摄影学:理论基础、算法实现与前沿应用》 书籍简介: 本著作旨在系统、深入地探讨数字影像处理(Digital Image Processing, DIP)与计算摄影学(Computational Photography, CP)领域的关键理论、核心算法及其在实际应用中的复杂工程实现。本书不仅涵盖了从基础图像采集、表示到高级分析与合成的完整技术栈,更着重于现代计算机视觉与图形学交叉领域的前沿进展。 第一部分:数字图像基础与信号处理 本书开篇详尽阐述了数字图像的物理基础与数学建模。内容始于光的物理特性、人眼视觉系统的工作原理,并深入到图像的数字化过程,包括采样(Sampling)与量化(Quantization)的理论极限与实际考量。 图像表示与空间域处理: 详细介绍了二维离散信号处理的基础,包括卷积、相关性运算在空间域中的应用。重点剖析了图像增强技术,如直方图均衡化、空间域滤波器的设计(高斯、中值、拉普拉斯算子等),并结合实际场景分析了噪声模型(高斯白噪声、椒盐噪声、泊松噪声)及其在滤波过程中的抑制效果。 频率域分析: 深入探讨了傅里叶变换(DFT/FFT)在图像处理中的作用。讲解了如何利用频率域特性进行图像的去噪、锐化和周期性噪声抑制。阐述了二维Z变换、Walsh-Hadamard变换等其他正交变换在特定信号处理任务中的优势与局限性。 小波变换与多分辨率分析: 详细介绍了小波变换(Wavelet Transform)的核心概念,包括其在图像压缩(如JPEG 2000标准的基础)和边缘检测中的优越性。通过Haar、Daubechies等不同母小波的对比,展示了小波基选择对图像特征提取的影响。 第二部分:图像恢复与重建 本部分专注于解决因传感器限制、传输失真或采集误差导致的图像质量退化问题,是图像质量保证的核心环节。 图像复原基础理论: 建立了图像退化模型的数学框架(点扩散函数PSF、噪声模型),并区分了图像增强(基于直觉)与图像复原(基于模型)的根本区别。 盲解卷积与逆滤波: 深入分析了Wiener滤波器的设计原则,重点讨论了在PSF未知情况下,如何运用迭代解卷积方法(如Lucy-Richardson算法)进行图像盲复原。 运动模糊与去模糊技术: 专门针对运动模糊问题,介绍了利用高阶统计量和非线性迭代方法进行精确运动轨迹估计与图像恢复的技术路径。 第三部分:图像分割与特征提取 本部分构建了从像素级信息到高层语义理解的桥梁,是计算机视觉应用的基础。 边缘与区域检测: 涵盖了经典的梯度算子(Sobel, Prewitt)与更先进的Canny边缘检测算法的完整流程与参数优化。区域分割方面,详细解析了阈值法(Otsu's法)、区域生长法、分水岭算法的原理及在复杂背景下的应用限制。 形态学处理: 系统讲解了图像形态学(Mathematical Morphology)的四大基本运算(腐蚀、膨胀、开运算、闭运算),以及在噪声抑制、连通区域分析和特征提取中的应用。 特征描述符: 深入剖析了局部特征描述符的发展历程。从Scale-Invariant Feature Transform (SIFT) 的构建流程,到Speeded Up Robust Features (SURF),再到现代深度学习背景下的特征表示,探讨了描述符的尺度不变性、旋转不变性及其在目标匹配中的鲁棒性。 第四部分:计算摄影学前沿:从二维到三维 本部分将焦点从传统图像处理推向现代计算摄影学的核心议题,侧重于利用多帧信息或先验知识来合成或增强单张图像无法达到的视觉效果。 高动态范围(HDR)成像: 详细介绍了如何通过多曝光图像融合技术构建高动态范围图像。重点分析了曝光包络线的估计方法、色彩恒常性校正以及Tone Mapping算子的选择(如Retinex模型、局部直方图调整)。 深度估计与三维重建基础: 探讨了从立体图像对(Stereo Vision)进行深度图估计的经典算法,如块匹配、BM/SGM算法的原理。同时,引入了基于单目图像的深度学习方法(Monocular Depth Estimation)的结构概述。 光场与全息成像概念: 概述了光场相机(Light Field Camera)的基本原理,讲解了如何利用捕获的多角度图像信息进行深度重建、后焦平面调整(Refocusing)和视差渲染(View Synthesis)。 第五部分:优化、实现与性能考量 本书的最后部分关注算法的工程实现和效率问题。 优化算法在图像处理中的应用: 探讨了梯度下降法、牛顿法、共轭梯度法等优化技术如何被应用于图像去模糊、配准和模型训练中。 并行计算与硬件加速: 讨论了如何利用GPU(CUDA/OpenCL)架构加速高计算密度的图像处理任务(如大型卷积、FFT),并简要介绍了FPGA在实时图像流水线构建中的应用潜力。 目标读者: 本书面向对图像科学、计算机视觉、模式识别有浓厚兴趣的本科高年级学生、研究生以及相关领域的工程师和研究人员。读者应具备扎实的线性代数、微积分和数字信号处理基础知识。通过本著作的学习,读者将能够深入理解当代数字影像系统的核心工作机制,并具备设计、实现和优化复杂影像处理算法的能力。

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目录信息

读后感

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用户评价

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我一直对网络通信领域的发展充满好奇,尤其是那些支撑起庞大互联网世界的“幕后英雄”。《网络处理器原理、设计与应用》这本书,恰好满足了我探索网络处理器奥秘的愿望。书中关于网络处理器在现代网络架构中的地位和作用的阐述,让我对它的重要性有了更清晰的认识。从数据包的生成、传输、转发到最终的接收和处理,网络处理器扮演着至关重要的角色。作者在书中对不同类型网络处理器的分类和特性进行了细致的比较,例如ASIC(专用集成电路)、FPGA以及可编程网络处理器,并分析了它们在成本、性能、灵活性等方面的权衡。我尤其对书中关于网络处理器核心设计、流水线技术、缓存一致性以及指令集架构等内容的讲解感到印象深刻。作者通过大量的图示和深入浅出的文字,将这些复杂的概念解释得鞭辟入里。更重要的是,书中还结合了大量的实际应用案例,展示了网络处理器如何在各种网络设备中发挥关键作用,例如在路由器、交换机、防火墙以及其他网络基础设施设备中。这种理论与实践相结合的讲解方式,不仅让我学到了知识,更让我感受到了技术带来的巨大力量。

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对于我这样一名资深的软件工程师来说,深入理解底层硬件的运作机制,对于提升我的开发效率和解决问题的能力至关重要。《网络处理器原理、设计与应用》恰好满足了我的这一需求。书中对网络处理器指令集架构(ISA)的详细解读,以及如何根据网络数据包处理的特点设计高效指令,都让我受益匪浅。我特别关注了书中关于数据路径优化、包头解析加速、以及与DMA(直接内存访问)控制器协同工作等方面的论述。这些都是影响网络设备性能的关键因素。书中还详细介绍了各种中断处理机制和异常处理流程,以及如何在网络处理器上实现高效的包处理流程,例如基于硬件的包过滤、流量整形、以及QoS(服务质量)管理。这些内容对于我在开发高性能网络应用程序时,如何有效地与硬件交互,以及如何优化应用程序的性能,提供了深刻的指导。我注意到,书中还涉及到了FPGA(现场可编程门阵列)在网络处理器设计中的应用,以及如何利用FPGA的灵活性来实现定制化的硬件加速。这为我们这些需要在不同场景下快速迭代和部署解决方案的工程师,提供了新的思路。总而言之,这本书为我打开了通往网络处理器底层世界的一扇大门,让我能够更深层次地理解高性能网络设备的运行原理。

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这本书的叙述方式真的非常独特,它没有采用那种一本正经、枯燥乏味的学术风格,而是更像是一位经验丰富的技术专家,在与你进行一次深入的对话。在探讨网络处理器原理时,作者常常会抛出一些引人深思的问题,引导读者主动去思考,去探索答案。比如,在讲解处理器如何处理海量网络数据时,作者会问:“我们如何才能在毫秒级的延迟内,处理TB级别的流量?”这样的问题,立刻就抓住了我的注意力,并促使我去深入了解书中提供的各种解决方案。书中对各种性能优化技术的阐述,也充满了智慧。它不仅仅列举了技术名称,更深入地剖析了这些技术背后的设计理念和实现细节。例如,在讲解缓存预取技术时,作者不仅介绍了预取的原理,还深入探讨了如何根据网络流量的特点来设计更有效的预取策略,以及如何避免由于预取不当而带来的缓存污染问题。这种刨根问底式的讲解方式,让我能够真正理解技术的本质,而不是停留在表面的认识。而且,书中对不同技术之间的权衡和取舍的讨论,也体现了作者深厚的实践经验。他会告诉你,在不同的应用场景下,应该选择哪种技术,以及为什么。

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不得不说,这本书的内容之丰富程度,着实令我惊叹。它不仅仅是一本介绍网络处理器“是什么”的书,更是一本深入剖析“为什么”和“如何做”的书。作者在讲解过程中,大量引用了业界最新的技术动态和研究成果,使得内容具有很强的时效性和前沿性。在“设计”这一部分,书中详细阐述了从概念设计到具体实现过程中所遇到的各种权衡和取舍,例如功耗与性能的平衡、成本与灵活性的考量、以及面对不断演进的网络协议和安全需求时,如何设计出具有良好扩展性和可维护性的架构。我尤其对书中关于并行处理技术在网络处理器中的应用章节印象深刻。无论是多核架构、SIMD指令集,还是专门为网络流量设计的硬件加速器,书中都进行了详尽的论述,并分析了它们如何协同工作,以应对日益增长的网络带宽和处理速度需求。此外,书中还探讨了软件与硬件协同设计的重要性,强调了如何通过合理的软件栈来充分发挥硬件的性能潜力。我注意到,书中在介绍一些复杂算法或设计模式时,会提供伪代码或者参考实现,这对于读者动手实践非常有帮助。对于我这样从事网络设备开发工作的工程师来说,这本书提供了一套系统性的方法论,能够指导我在实际工作中解决遇到的难题。它让我意识到,网络处理器设计并非孤立的技术,而是需要整合计算机体系结构、操作系统、网络协议栈等多方面的知识。

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《网络处理器原理、设计与应用》这本书,给我最直观的感受就是“硬核”且“实在”。它没有过多华丽的辞藻,也没有空泛的理论,而是直击网络处理器技术的核心。我尤其欣赏书中对各种底层硬件细节的深入解析。例如,在讲解中断控制器的工作原理时,书中详细介绍了中断向量表、中断优先级、以及中断嵌套等概念,并分析了这些机制如何影响中断处理的效率。在讨论DMA控制器时,书中深入阐述了DMA传输的流程、握手信号、以及如何通过DMA来减轻CPU的负担。这些细节虽然看似微小,但对于理解高性能网络设备的运作至关重要。而且,书中还对各种常用的网络协议,如TCP/IP、UDP等,在网络处理器上的实现进行了深入的探讨,包括如何进行协议解析、校验和、以及数据封装等。这对于我这样需要编写网络驱动程序或者网络应用程序的工程师来说,提供了非常有价值的参考。这本书让我看到了一个真实的、充满挑战的网络处理器世界,也让我对这个领域产生了更浓厚的兴趣。

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这本书最让我印象深刻的一点,是它所体现出的“前瞻性”。作者在讲解当前网络处理器技术的同时,也对未来的发展趋势进行了深入的预测和分析。书中讨论了诸如下一代网络架构、网络功能虚拟化(NFV)、以及人工智能在网络处理中的应用等前沿课题。例如,在探讨NFV时,书中详细阐述了如何将传统的网络功能从专用硬件迁移到通用的服务器上,以及这对网络处理器的设计提出了哪些新的要求。在讨论AI在网络处理中的应用时,书中也展望了机器学习算法如何用于流量预测、异常检测、以及智能化的流量调度等场景。这些内容让我意识到,网络处理器技术并非一成不变,而是在不断地被新的技术和应用所驱动。书中对这些未来趋势的探讨,不仅仅是简单的罗列,而是深入分析了这些趋势对网络处理器设计和应用可能带来的影响,以及相关的技术挑战和机遇。这让我能够更好地把握行业发展方向,并为未来的学习和工作做好准备。

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初读《网络处理器原理、设计与应用》,我便被其对“应用”的深入探讨所折服。本书并没有局限于技术的象牙塔,而是紧密结合了网络处理器在现实世界中的落地场景。从数据中心的高性能交换机、路由器,到电信基础设施中的基站控制器、核心网设备,再到企业级网络安全设备,书中都进行了详细的案例分析。我特别喜欢书中对不同应用领域对网络处理器性能、功耗、接口等方面的具体要求进行分析的部分。例如,在讨论数据中心网络时,书中强调了低延迟、高吞吐量和灵活的可编程性是关键;而在分析安全设备时,则侧重于加密解密、包过滤、入侵检测等硬件加速能力。这些分析极大地拓宽了我对网络处理器应用边界的认知。书中甚至还涉及到了新兴的应用领域,如5G网络、物联网(IoT)边缘计算等,探讨了这些领域对网络处理器提出的新挑战和发展机遇。这让我意识到,网络处理器并非一成不变,而是随着技术和应用的发展而不断演进的。作者在讲解这些应用时,并没有流于表面,而是深入剖析了具体的技术实现,例如在讨论SDN(软件定义网络)控制器时,书中会涉及到OpenFlow协议与网络处理器硬件的交互方式,以及如何通过可编程性实现灵活的流量调度。这种深度结合理论与实践的讲解方式,使得整本书充满了生命力。

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拿到这本《网络处理器原理、设计与应用》时,我原本是带着一种既期待又略显忐忑的心情。网络处理器,这个词本身就带着一种技术深度和复杂性,我担心书中的内容会不会过于晦涩难懂,或者过于偏重理论而缺乏实际指导。然而,当我翻开第一页,便被作者严谨而清晰的逻辑所吸引。书中对网络处理器各个层面的介绍,从最基础的硬件架构、指令集设计,到更深层次的流水线技术、缓存管理、中断处理机制,都讲解得循序渐进,仿佛一位经验丰富的老师,一步步引导我这个初学者进入这个庞大而迷人的领域。我尤其欣赏书中对不同网络处理器架构的对比分析,这种横向比较能够帮助读者更深刻地理解各种设计的优缺点,以及它们在不同应用场景下的适用性。例如,书中对RISC和CISC在网络处理器上的应用差异,以及针对网络数据包处理特点而设计的特定指令集的讨论,都让我茅塞顿开。此外,作者并没有止步于理论的讲解,而是花费了相当大的篇幅来讨论实际的设计挑战和解决方案,比如如何优化内存访问、如何处理高并发的网络流量、如何实现低延迟的数据转发等。这些内容对于我这样希望将理论知识转化为实际动手能力的人来说,无疑是宝贵的财富。即使是书中一些相对抽象的概念,作者也总是会辅以生动形象的比喻或者图示,使得原本枯燥的技术语言变得易于理解和消化。整体而言,这本书为我构建了一个关于网络处理器完整而扎实的知识体系,让我能够从宏观到微观,全面地认识和掌握这一关键的网络技术。

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《网络处理器原理、设计与应用》这本书,仿佛一本厚重的技术百科全书,但又不像传统的百科全书那样枯燥乏味。作者巧妙地将复杂的理论知识融入到生动形象的讲解和丰富的案例之中。我特别喜欢书中关于网络处理器指令集设计的部分,作者从宏观的RISC、CISC指令集出发,逐步深入到针对网络数据包处理特点而设计的专用指令。例如,书中详细介绍了如何通过向量指令、位操作指令以及查找表指令等,来加速网络协议的解析、匹配和处理。在讲解CPU与网络处理器协同工作时,书中还深入探讨了多核架构、缓存一致性协议、以及TLB(转换后备缓冲器)等关键技术,并分析了这些技术如何影响整体的网络处理性能。我注意到,书中甚至还对功耗管理和热设计等工程实践方面的内容有所涉及,这对于我这样需要考虑实际部署和运行成本的工程师来说,是非常有价值的。这本书的深度和广度都令人赞叹,它让我对网络处理器有了全面而深刻的理解,也激发了我进一步探索这个迷人领域的决心。

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坦白说,在接触《网络处理器原理、设计与应用》之前,我对网络处理器的理解还停留在比较模糊的层面,总觉得它是一个遥不可及的、高度专业的领域。但是,这本书的出现,彻底颠覆了我的认知。作者以一种极其耐心和循序渐进的方式,将复杂的概念拆解得清晰易懂。我尤其欣赏书中在解释核心原理时,所采用的类比和图示。例如,在讲解流水线技术时,作者将之与工厂的生产线相提并论,生动形象地展示了指令并行执行的优势。在介绍缓存一致性问题时,书中用日常生活中的“信息同步”来比喻,一下子就明白了其中的关键。而且,这本书的结构安排也非常合理,从基础的原理讲起,逐步深入到设计和应用。即便是我这样在其他领域有一定技术背景的人,也能在短时间内快速掌握核心要点。让我感到惊喜的是,书中不仅仅是理论的堆砌,更注重实际操作层面的指导。例如,在讨论如何优化网络处理器性能时,书中列举了多种具体的技巧和方法,并给出了相应的代码示例,这对于我想要在实际项目中应用这些知识的人来说,是非常宝贵的。这本书让我不再觉得网络处理器是一个高不可攀的技术,而是充满了趣味和挑战的领域,激发了我进一步深入学习的兴趣。

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