DSP算法与体系结构实现技术PDF电子书下载

第1章 DSP技术概论 1

1.1 信号处理学科的历史、现状与未来 1

1.1.1 通信中的数字信号处理 4

1.1.2 话音处理中的数字信号处理 5

1.1.3 回波定位中的数字信号处理 6

1.2 数字信号处理技术的概念及其发展 6

1.3 DSP技术的优势 7

1.4 DSP的主要结构特点 8

1.5 专用DSP 9

1.5.1 高性能通用数字信号处理器 9

1.5.2 专用指令集处理器 10

1.5.3 现场可编程门阵列 11

1.5.4 阵列数字信号处理器 11

1.5.5 嵌入式向量处理器 13

1.5.6 流处理器 13

1.5.7 专用数字信号处理器比较 14

1.6 小结 15

参考文献 15

第2章 DSP的基本理论 19

2.1 离散时间信号 19

2.2 离散时间系统 19

2.3 脉冲响应及卷积的概念 20

2.4 差分方程 21

2.5 连续时间信号的采样 22

2.5.1 相关理论 22

2.5.2 采样定理 22

2.6 z变换 24

2.6.1 z变换的来源及定义 24

2.6.2 z反变换 26

2.6.3 z变换的性质 26

2.6.4 传输函数 28

2.7 傅里叶变换 28

2.7.1 系统的频率响应 28

2.7.2 离散信号傅里叶变换的概念 29

2.7.3 离散信号傅里叶变换的性质 29

2.8 数字信号处理系统的模拟接口问题 30

2.9 抗混叠滤波器 31

2.10 抽样率选择和混叠控制举例 32

2.11 过抽样和ADC分辨力问题 33

2.12 小结 34

参考文献 34

第3章 DSP中的经典数字滤波算法 36

3.1 概述 36

3.1.1 滤波原理 36

3.1.2 理想数字滤波器 37

3.2 FIR数字滤波器的设计 38

3.2.1 线性相位FIR滤波器 38

3.2.2 FIR滤波器的设计方法—频率取样法 41

3.2.3 FIR滤波器的设计法—窗函数法 42

3.2.4 FIR滤波器的优化设计方法 46

3.2.5 FIR滤波器设计方法的Matlab实现 50

3.3 IIR数字滤波器的设计 50

3.3.1 模拟滤波器的设计 51

3.3.2 模拟滤波器到数字滤波器的变换 56

3.3.3 IIR滤波器的数值优化设计方法 58

3.3.4 IIR滤波器设计方法的Matlab实现 58

3.4 小结 59

参考文献 59

第4章 DSP中的现代数字滤波算法 60

4.1 概述 60

4.2 自适应线性组合器 60

4.3 LMS自适应算法 61

4.3.1 LMS算法的性能函数 61

4.3.2 LMS算法中的梯度与最小均方误差 62

4.3.3 LMS算法中性能表面的搜索 63

4.3.4 LMS自适应算法 63

4.4 RLS自适应算法 64

4.4.1 线性最小二乘滤波器的概念 64

4.4.2 线性最小二乘的数据加窗问题 65

4.4.3 线性最小二乘的正则方程解 66

4.4.4 时间平均相关矩阵的性质 67

4.4.5 线性最小二乘的完全矩阵求解 67

4.4.6 线性最小二乘求解的奇异值分解算法 67

4.4.7 RLS滤波器的原始概念 68

4.4.8 基本RLS算法 68

4.4.9 基于LDU分解的改进RLS算法 71

4.4.10 基于QR分解的改进RLS算法 72

4.5 自适应信号处理的应用 78

4.6 小结 79

参考文献 79

第5章 DSP中的快速算法 81

5.1 卷积运算的快速算法 81

5.1.1 卷积的基本原理与定义 81

5.1.2 卷积的时域快速算法 81

5.2 DFT运算 84

5.2.1 DFT的概念及定义 84

5.2.2 DFT的性质 86

5.2.3 利用DFT实现线性卷积的频域计算 87

5.3 快速傅里叶变换算法 88

5.3.1 递归型FFT算法 88

5.3.2 基于快速卷积算法的FFT算法 97

5.3.3 实现的DFT和FFT的相关Matlab语句 99

5.3.4 FFT算法的电路实现 99

5.4 DCT的快速算法 99

5.4.1 概述 99

5.4.2 一维DCT的定义及其性质 100

5.4.3 二维DCT 103

5.5 多速率信号处理算法 106

5.5.1 概述 106

5.5.2 相关基本理论 107

5.5.3 多采样率系统的实现结构 109

5.6 小结 113

参考文献 113

第6章 DSP中的算法表示及VLSI结构 114

6.1 流水技术概述 114

6.2 数字信号处理算法的表示及优化 115

6.2.1 数字信号处理算法的图形化表示问题 115

6.2.2 基于数据流图的数字信号处理算法优化 117

6.3 VLSI流水处理结构 119

6.4 VLSI并行处理结构 120

6.4.1 脉动阵列结构 121

6.4.2 波前阵列结构 125

6.5 经典数字滤波运算的VLSI实现结构 126

6.5.1 FIR滤波算法的电路实现 126

6.5.2 FIR滤波器电路实现 127

6.5.3 FIR系统的一般实现结构 128

6.5.4 IIR系统的一般实现结构 131

6.5.5 数字滤波运算的格型实现结构 133

6.6 小结 136

参考文献 136

第7章 DSP中的算术算法 138

7.1 经典的数值系统 138

7.1.1 二进制数字系统 138

7.1.2 m数值的机器表示 138

7.1.3 负数的表示 138

7.2 非传统的固定基数值系统 139

7.2.1 负基数系统 140

7.2.2 符号位数值系统 140

7.2.3 二进制的SD数字 141

7.2.4 分布式运算 143

7.3 快速加法算法 144

7.3.1 基本的行波进位加法器 144

7.3.2 基本的分组超前进位加法器 145

7.3.3 一般化的超前进位加法器 146

7.3.4 并行前缀加法器 147

7.3.5 进位选择加法器 150

7.3.6 进位保留加法器与累加树 150

7.4 乘／除法的基本顺序算法 154

7.4.1 顺序乘法算法 154

7.4.2 顺序除法算法 156

7.4.3 不恢复除法算法 157

7.4.4 基本的开方算法 158

7.5 高速乘法算法 160

7.5.1 减少部分积数目的加速算法 160

7.5.2 阵列乘法结构 162

7.5.3 树型乘法结构 163

7.6 快速除法 169

7.6.1 SRT除法 169

7.6.2 高基数除法 170

7.7 对数算术数值系统 170

7.7.1 对数算术算法原理 170

7.7.2 传统数值与对数数值的转化 171

7.8 余数数值系统 172

7.8.1 余数数值原理 173

7.8.2 余数数值系统的算术操作 173

7.8.3 混合基数值系统 173

7.8.4 余数系统数值转换 174

7.8.5 二进制数值转为余数数值 174

7.9 算法中的有限字长问题 174

7.10 小结 176

参考文献 176

第8章 DSP中的指令系统 178

8.1 DSP指令集 178

8.1.1 概述 178

8.1.2 DSP中的加减法指令 178

8.1.3 DSP中的乘除法指令 179

8.1.4 DSP中的其他算术指令 180

8.1.5 DSP中的逻辑运算指令 181

8.1.6 移位运算指令 182

8.1.7 比较指令 183

8.1.8 最大最小指令 183

8.1.9 位操作指令 183

8.1.10 栈控制指令 184

8.1.11 分支指令 185

8.1.12 调用和返回指令 185

8.1.13 循环指令 185

8.1.14 传送指令 186

8.1.15 其他操作指令 186

8.2 DSP的指令控制 186

8.2.1 概述 186

8.2.2 程序地址产生逻辑 187

8.2.3 程序控制逻辑 188

8.2.4 硬件循环控制逻辑 189

8.2.5 条件计算逻辑 190

8.2.6 中断处理逻辑 190

8.2.7 流水线控制逻辑 191

8.3 小结 193

参考文献 193

第9章 DSP中的关键计算部件 195

9.1 地址计算部件 195

9.1.1 CPU寻址机制概述 195

9.1.2 DSP中的专用寻址机制 196

9.1.3 DSP地址计算部件结构 199

9.2 乘累加部件 200

9.2.1 概述 200

9.2.2 乘累加单元的实现结构 200

9.3 移位部件 201

9.3.1 概述 201

9.3.2 桶形移位结构 202

9.3.3 对数移位结构 203

9.3.4 Funnel移位结构 204

9.3.5 基于选择开关的数据反转移位结构 204

9.3.6 基于掩码的数据反转移位结构 204

9.3.7 基于掩码的补码桶形移位结构 206

9.3.8 基于掩码的反码桶形移位器 207

9.4 小结 207

参考文献 207

第10章 DSP中的典型接口部件 211

10.1 面向话音信号处理的串行接口部件 211

10.1.1 概述 211

10.1.2 DSP片上串口的发展趋势 212

10.1.3 与DSP串口通信的其他串行设备 215

10.1.4 关键实现结构 219

10.2 外部存储器接口部件 224

10.2.1 概述 224

10.2.2 外部存储器接口功能 225

10.2.3 外部存储器接口与CPU的接口 227

10.2.4 外部存储器接口的内部结构 229

10.2.5 关键实现结构 230

10.3 小结 234

参考文献 234

第11章 面向图像信号处理的DSP结构 236

11.1 概述 236

11.2 SIMD 加法部件 237

11.2.1 SIMD加法部件的功能 237

11.2.2 SIMD加法部件的实现结构 238

11.2.3 SIMD加法器的电路设计 240

11.3 SIMD移位部件 245

11.3.1 SIMD移位部件的功能 245

11.3.2 SIMD移位器的实现结构 247

11.3.3 Barrel shifter模块的实现 248

11.3.4 Sfix模块的实现 249

11.3.5 Ssign模块的设计 249

11.3.6 unorpack模块的实现 249

11.3.7 Pfix模块的实现 250

11.3.8 Psign模块的设计 250

11.4 SIMD乘法部件 251

11.4.1 SIMD乘法部件的功能 251

11.4.2 16位混合乘法器的实现结构 251

11.5 小结 254

参考文献 254

第12章 面向视频信号处理的DSP结构 257

12.1 视频编码基本理论与技术 257

12.1.1 视频编解码的国际标准 257

12.1.2 主要视频编码算法 258

12.1.3 典型视频编码算法 260

12.1.4 典型视频解码算法 264

12.2 视频编码算法的DSP优化 268

12.2.1 SIMD扩展指令 269

12.2.2 视频处理专用指令 270

12.3 视频解码算法的DSP优化 270

12.3.1 可变长解码部件 271

12.3.2 IDCT部件 272

12.3.3 运动补偿单元 273

12.4 小结 274

参考文献 274