[推荐]数字信号处理方面的书籍

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　　数字信号处理(国外电子信息经典教材)

　　作者：蒋晓颖

　　图书详细信息：

　　ISBN：7302093849

　　定价：29元

　　印次：1-1

　　装帧：平装

　　出版日期：2005-6-1

　　图书简介：

　　通过学习本书中介绍的先进技术，可以增强您对商业可编程DSP器件的体系结构、编程方法以及接口的理解，并学会在系统实现中有效地使用它们。本书提供了很多编程和设计示例，这些示例使用了当前流行的得州仪器公司TMS320C54xx系列的定点DSP处理器。同时还讨论了处理器的体系结构、软件以及硬件特性。

　　前 言

　　VLSI技术的进步使可编程数字信号处理(DSP)器件越来越易于获取，其价格也逐渐可以承受。因此这些器件被广泛应用于工业产品的设计。很多大学也开设了相关的本科课程和研究生课程。很多学生将这些课程作为学习数字信号处理的首选课。然而从实现的角度来讲，许多课程所用的教材却没能覆盖这一主题。在学生对于DSP算法的理解以及如何使用可编程DSP来实现这些算法之间，出现了一条巨大的鸿沟。

　　本书是一本面向DSP实现的教材，融汇了作者多年积累的丰富经验。其目的就是帮助读者理解商品化可编程DSP器件的体系结构、编程及接口，以及如何在系统实现中有效地使用它们。本书面向的是电子工程及计算机科学与应用专业的高年级本科生和研究生。此外，本书对于那些需要设计DSP系统的工程师来讲也很有指导意义。阅读本书之前，建议您先学习数字信号处理以及微处理器方面的课程(本科水平)。

　　本书共分11章，内容涉及可编程DSP器件的体系结构、与算法需求的关系、商品化可编程器件的体系结构，以及这些器件在软件开发及系统设计方面的使用。本书在探讨这些问题时，使用的器件选自目前很流行的DSP器件系列——Texas Instruments的TMS320C54xx。

　　第1章确定了可编程器件在基于DSP系统实现中的角色。第2章回顾了DSP的基本内容，使读者能够将本书后面的内容同DSP系统的理论需求联系起来。其目的并不是讲授DSP理论(因为可以在很多书籍中找到这方面的资料)，而是强调那些与系统实现相关的内容。在探讨和理解这些DSP基本概念时，使用了MATLAB工具。第3章讨论了使用可编程DSP器件时确定所用算法计算精度的问题。尽管在硬件电路中实现DSP算法时，我们希望尽可能地提高精度，但在具体实现中，精度应该相对于操作速度以及硬件复杂度来进行衡量。我们介绍了不同的数字表示方法，并讨论了它们对精度以及动态范围的影响。本章还描述了DSP系统中不同的误差源，并对它们做了定量分析。

　　写作本书的目的之一就是帮助读者充分了解可编程DSP器件的体系结构，使他们在设计系统时能够有效地、最优地使用这些器件。第4章基于这些器件所需要执行的操作解释了可编程DSP器件的体系结构特性。从实现的角度讨论了构成可编程数字信号处理器的各个组成部分。此外，还讨论了各个组成部分在硬件实现方面可用的特性。第5章介绍了Texas Instruments TMS320C54xx系列的定点式DSP处理器，并讨论了它们的体系结构、软件特性及硬件特性。本书中所有的编程和设计示例都将使用这些器件。第6章介绍了在可编程器件上开发DSP软件时可以使用的各种工具，特别是DSK5416的用法，这是一个用于TMS320C54xx程序开发的系统设计工具包。此外，还介绍了Code Composer Studio开发软件。后续章节中实现的所有设计都将围绕DSK5416这块开发板来进行。

　　第7章和第8章中解释了TMS320C54xx器件用于几个基本DSP算法时的编程方法，并设计了一些示例来说明如何实现FIR滤波器、IIR滤波器、抽取滤波器、插值滤波器、自适应滤波器、PID控制器、二维信号处理以及FFT算法。

　　第9和第10章讨论了可编程DSP器件所需的与真实世界交互的信号。通过一些示例讨论了DSP器件的存储器和I/O接口问题，并对系统整合问题(如DMA以及中断)也有所涉及。此外，还介绍了DSK5416上CODEC器件到DSP接口的编程问题。

　　第11章给出了可编程DSP器件的一些应用。本章的目的是强调可编程DSP器件对于不同应用领域的适用性，并激发读者用这些器件进行系统设计的兴趣。

　　各章最后都有许多练习题和实验题。实验题要求将MATLAB作为分析/设计工具，将具有Code Composer Studio的DSK5416作为硬件/软件开发工具。本书中的所有程序都可以从指定网站 http://engineering.brookscole.com 上下载。该网站还包含了一些附加的示例和内容，以及获取其他相关信息的链接。书中的程序经过适当改进可用于很多应用程序。学完本书后，学生能够自如地应用可编程DSP器件进行硬件和软件的设计工作。

　　总的来讲，绝大部分大学开设的基于算法的DSP课程和使用商品化器件以及工具实现这些算法之间存在着鸿沟。而实现领域正变得越来越重要，因为它为市场带来了创新应用。认识到这一重要性，很多大学已经尝试着开设这一领域的相关课程，但通常都缺少合适的教材。而本书的出版正好填补了DSP原理与DSP设计之间的鸿沟。

　　只有获得学术界和工业界的双重帮助后才能够创作这种类型的教材。我们两个学校的很多学生已经成为这一项目的动力源泉，并为本书的完成做出了贡献。特别要感谢我们的学生Ramandeep Kaur Sahi，Ulhas Kotha，Uldarico Muico，圣荷西州立大学的H. Larios， Abhishek Tandon，Vineet Jain，Kaushik Raghunath，Gaurav Verma，以及印度理工学院的Surender Reddy。同时我们也非常感激S. Sreekala秘书的支持以及Narendra S. Sihra的技术支持。此外还要特别感谢得州仪器公司的Chris Petersen和Keith Ogboenyiya，由于他们的安排，我们得到了开发板以及软件的慷慨捐赠，没有这些我们将无法完成这个项目。

　　Avtar Singh

　　S.Srinivasan

　　

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　　目 录

　　第1章 绪言 1

　　1.1 数字信号处理系统 1

　　1.2 可编程数字信号处理器 2

　　1.3 可编程数字信号处理器的主要特性 2

　　1.4 本书范围 3

　　第2章 数字信号处理简介 4

　　2.1 引言 4

　　2.2 数字信号处理系统 4

　　2.3 采样过程 5

　　2.4 离散时间序列 6

　　2.5 离散傅里叶变换和快速傅里叶变换 7

　　2.5.1 DFT对 7

　　2.5.2 DFT与频率响应之间的关系 7

　　2.5.3 快速傅里叶变换 7

　　2.6 线性时不变系统 8

　　2.6.1 卷积 8

　　2.6.2 Z变换 9

　　2.6.3 系统函数 9

　　2.7 数字滤波器 9

　　2.7.1 有限冲激响应滤波器 10

　　2.7.2 无限冲激响应滤波器 12

　　2.7.3 FIR滤波器设计 13

　　2.7.4 IIR滤波器设计 14

　　2.8 抽取和插值 14

　　2.9 DSP系统的分析与设计工具：MATLAB 16

　　2.10 使用MATLAB进行数字信号处理 16

　　2.11 小结 24

　　第3章 DSP实现中的计算精度 27

　　3.1 引言 27

　　3.2 DSP系统中信号与系数的数据格式 27

　　3.2.1 定点格式 27

　　3.2.2 双精度定点格式 28

　　3.2.3 浮点格式 28

　　3.2.4 块浮点格式 30

　　3.3 动态范围和精度 30

　　3.4 DSP实现中的误差源 31

　　3.5 A/D转换误差 32

　　3.6 DSP计算误差 33

　　3.7 D/A 转换误差 34

　　3.8 小结 37

　　第4章 可编程数字信号处理器件的体系结构 40

　　4.1 引言 40

　　4.2 基本体系结构特性 40

　　4.3 DSP计算构件块 41

　　4.3.1 乘法器 41

　　4.3.2 移位器 44

　　4.3.3 乘累加(MAC)单元 46

　　4.3.4 算术逻辑单元 48

　　4.4 总线体系结构和存储器 49

　　4.4.1 片上存储器 50

　　4.4.2 片上存储器的组织结构 51

　　4.5 数据寻址能力 52

　　4.5.1 立即寻址方式 52

　　4.5.2 寄存器寻址方式 52

　　4.5.3 直接寻址方式 53

　　4.5.4 间接寻址方式 53

　　4.5.5 特殊寻址方式 55

　　4.6 地址生成单元 58

　　4.7 可编程能力和程序执行 58

　　4.7.1 程序控制 59

　　4.7.2 程序定序器 59

　　4.8 速度问题 60

　　4.8.1 硬件体系结构 60

　　4.8.2 并行机制 61

　　4.8.3 流水线操作 61

　　4.8.4 系统级的并行机制和流水线操作 62

　　4.9 外部接口特性 65

　　4.10 小结 65

　　第5章 可编程数字信号处理器 68

　　5.1 引言 68

　　5.2 商业数字信号处理器件 68

　　5.3 TMS320C54xx数字信号处理器的数据寻址方式 71

　　5.3.1 总线结构 71

　　5.3.2 中央处理单元(CPU) 72

　　5.3.3 内部存储器和内存映射寄存器 74

　　5.4 TMS320C54xx处理器的数据寻址模式 77

　　5.4.1 立即寻址 77

　　5.4.2 绝对寻址 77

　　5.4.3 累加器寻址 78

　　5.4.4 直接寻址 78

　　5.4.5 间接寻址 79

　　5.4.6 内存映射寄存器寻址 83

　　5.4.7 堆栈寻址 83

　　5.5 TMS320C54xx处理器的内存空间 84

　　5.6 程序控制 85

　　5.7 TMS320C54xx指令和编程 86

　　5.7.1 TMS320C54xx处理器指令集小结 86

　　5.7.2 编程示例 89

　　5.8 片上外设 92

　　5.8.1 硬件计时器 93

　　5.8.2 主机端口接口(HPI) 94

　　5.8.3 时钟发生器 94

　　5.8.4 串行I/O端口 95

　　5.9 TMS320C54xx处理器的中断 95

　　5.10 TMS320C54xx处理器的流水线操作 96

　　5.11 小结 98

　　第6章 数字信号处理实现的开发工具 101

　　6.1 引言 101

　　6.2 DSP开发工具 101

　　6.3 DSP System Design Kit(DSK) 101

　　6.4 开发软件 103

　　6.5 汇编器和汇编源文件 105

　　6.6 链接器及内存分配 106

　　6.7 C/C++编译器 106

　　6.8 Code Composer Studio(CCS) 106

　　6.8.1 创建项目 107

　　6.8.2 Debug选项 107

　　6.9 DSP软件开发示例 108

　　6.10 小结 113

　　第7章 基本DSP算法的实现 115

　　7.1 引言 115

　　7.2 Q符号表示法 115

　　7.3 FIR滤波器 117

　　7.4 IIR滤波器 120

　　7.5 内插滤波器 123

　　7.6 抽取滤波器 127

　　7.7 PID控制器 130

　　7.8 自适应滤波器 132

　　7.9 二维信号处理 136

　　7.10 小结 141

　　第8章 FFT算法的实现 145

　　8.1 引言 145

　　8.2 DFT运算的FFT算法 145

　　8.2.1 2点的DFT运算 146

　　8.2.2 4点的DFT运算 146

　　8.2.3 8点的DFT运算 147

　　8.2.4 N=2M点的FFT运算 147

　　8.3 蝶形运算 148

　　8.4 溢出和缩放 149

　　8.5 位倒序索引的生成 150

　　8.6 TMS320C54xx上的8点FFT实现 151

　　8.7 信号频谱的计算 158

　　8.8 小结 158

　　第9章 可编程DSP器件与存储器和并行I/O外围设备的连接 160

　　9.1 引言 160

　　9.2 存储器空间的结构 160

　　9.3 外部总线接口信号 162

　　9.4 存储器接口 162

　　9.4.1 外部存储器访问的时序 163

　　9.4.2 等待状态 163

　　9.4.3 存储器设计示例 165

　　9.5 并行I/O端口 166

　　9.6 可编程I/O 167

　　9.7 中断与I/O 169

　　9.8 直接存储器访问(DMA) 174

　　9.8.1 DMA操作的配置 174

　　9.8.2 寄存器子寻址 175

　　9.9 小结 176

　　第10章 串行转换器与可编程DSP器件的接口 178

　　10.1 引言 178

　　10.2 同步串行接口 178

　　10.3 多通道缓冲串行接口(McBSP) 179

　　10.4 McBSP编程 180

　　10.5 CODEC接口电路 183

　　10.6 CODEC编程 187

　　10.7 CODEC-DSP接口示例 189

　　10.8 小结 202

　　第11章 可编程DSP器件的应用 204

　　11.1 引言 204

　　11.2 DSP系统 204

　　11.3 基于DSP的生物遥测接收器 205

　　11.3.1 脉冲位置调制(PPM) 205

　　11.3.2 PPM接收器的译码机制 206

　　11.3.3 生物遥测接收器实现 206

　　11.3.4 用于心率检测的ECG信号处理 207

　　11.4 语音处理系统 208

　　11.4.1 语音信号产生的数字模式 208

　　11.4.2 自相关 209

　　11.4.3 TMS320C54xx处理器的实现 211

　　11.5 图像处理系统 211

　　11.5.1 JPEG算法回顾 212

　　11.5.2 JPEG编码 212

　　11.5.3 JPEG译码 213

　　11.5.4 使用TMS320C54xx的JPEG编码和译码 213

　　11.6 硬盘驱动的位置控制系统 214

　　11.7 基于DSP的功率表 216

　　11.7.1 功率测量系统 216

　　11.7.2 功率表的软件 219

　　11.8 小结 220

　　附录A TMS320VC5416数字信号处理器的体系结构 221