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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DSP9

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DCT103

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