具体描述
基本信息
书名：数字信号处理器技术原理与开发应用(第二版)
定价：43.10元
作者：王军宁
出版社：高等教育出版社
出版日期：2011-03-01
ISBN：9787040286007
字数：
页码：
版次：2
装帧：平装
开本：16开
商品重量：0.899kg
编辑推荐
本书以美国德州仪器公司的数字信号处理器TMS320C254xDSP为代表，介绍数字信号处理器技术的基本概念、结构、实现及使用开发方法。全书共分十章。以DSP技术开发和系统开发为基础，结合当今嵌入式系统技术和计算机技术，注重与电子信息类专业基础课程的联系，讲述DSP的结构、特点、技术原理及系统开发。可作为大学本、专科生学习及实验、创新及工程设计之用，对于研究生及有关DSP技术开发人员也是十分有用的参考书。
内容提要
本书系普通高等教育“十一五”*规划教材，以广为应用的美国德州仪器（TI）公司TMS320C54xDSP为典型代表，并结合*DSP器件和系统开发技术，介绍数字信号处理器（DSP）技术的基本概念、结构、实现、器件开发及系统开发方法。全书共分十章，章介绍了数字信号处理器技术的发展和特点。第二章介绍了当今各种不同的DSP器件结构和指标。第三章详细描述了C54xDSP的硬件结构和编程模型及与高速DSP的结构差异。第四章全面介绍了DSP指令及编程优化。第五章介绍了DSP各种开发工具及使用。第六章是TI DSP可视化集成开发环境CCS的介绍与使用。第七章介绍了TIDSP／BIOS的开发方法及使用。第八章是数字信号处理器软硬件设计与应用举例。第九章是现代数字信号处理技术系统开发方法与原理介绍（MATLAB／Simulink、CCS Link、DSP Builder、SOPC Builder等）。第十章是数字信号处理器技术开发与原理实验。全书以DSP技术开发和系统开发为基础，结合当今嵌入式系统技术和计算机技术，注重与电子信息类专业基础课程的联系，讲述DSP的结构、特点、技术原理及系统开发。可作为大学本、专科生学习及实验、创新及工程设计之用，对于研究生及有关DSP技术开发人员也是十分有用的参考书。
目录
章 数字信号处理器技术综述第二章 现代数字信号处理器介绍第三章 C54x数字信号处理器结构第四章 C54x数字信号处理器程序设计开发基础第五章 C54x数字信号处理器开发工具第六章 C54x处理器可视化集成开发环境CCS第七章 DSP／BIOS嵌入式软件开发第八章 数字信号处理器软硬件设计与应用第九章 现代数字信号处理技术系统开发第十章 数字信号处理技术开发及原理实验指导附录参考文献
作者介绍
文摘
序言
《数字信号处理器（DSP）原理与实践：从基础到高级应用》 内容简介： 本书旨在为读者提供一个系统、深入的数字信号处理器（DSP）技术学习框架，从基础概念的梳理，到核心原理的剖析，再到实际开发应用的指导，力求帮助读者建立扎实的DSP理论基础，并掌握实际的工程开发能力。本书内容广泛，涵盖了DSP领域的核心知识点，并结合了最新的技术趋势和工程实践，确保读者能够跟上技术发展的步伐，并在实际工作中游刃有余。 第一部分：DSP基础理论与核心概念 本部分将带领读者走进数字信号处理的世界，从最基本的概念入手，逐步构建对DSP的整体认知。 第一章：数字信号处理概述 1.1 信号的分类与表示： 详细阐述连续信号与离散信号的区别，引入采样、量化、编码等概念，解释数字信号的表示方式，包括时域、频域表示法，以及如何使用数学模型来描述信号。 1.2 数字信号处理系统框图： 介绍典型的数字信号处理系统的组成部分，如信号源、模数转换器（ADC）、数字滤波器、DSP处理器、数模转换器（DAC）以及输出设备，分析各部分的功能和相互作用。 1.3 DSP在现代科技中的地位与应用： 探讨DSP技术在通信、音频/视频处理、图像识别、医疗诊断、工业控制、科学计算等众多领域的广泛应用，并通过具体案例说明DSP的不可替代性。 1.4 DSP的性能指标与评估： 介绍衡量DSP系统性能的关键指标，如采样率、量化精度、运算速度（MIPS, FLOPS）、功耗、实时性要求等，并讨论如何根据应用需求选择合适的DSP器件。 第二章：离散时间信号与系统 2.1 离散时间信号的表示与运算： 深入讲解单位脉冲信号、单位阶跃信号、指数信号、正弦信号等基本离散时间信号，并介绍信号的移位、翻转、伸缩、卷积等基本运算。 2.2 线性时不变（LTI）系统： 详细阐述LTI系统的定义、性质（线性、时不变、因果性、稳定性），以及其基本特性。 2.3 LTI系统的时域分析： 重点介绍LTI系统的差分方程描述，以及如何通过卷积运算求解系统的零输入响应（零状态响应）和零状态响应（零输入响应），理解输入信号如何通过系统产生输出信号。 2.4 Z变换及其性质： 引入Z变换作为分析离散时间信号与系统的强大工具，详细讲解Z变换的定义、收敛域（ROC），以及常用的Z变换性质，如线性、时移、乘法、积分等。 2.5 LTI系统的系统函数与频域特性： 利用Z变换推导出LTI系统的系统函数H(z)，并分析系统函数与系统冲激响应之间的关系。深入探讨系统函数在单位圆上的取值与系统频率响应的关系，理解滤波器是如何对不同频率的信号进行处理的。 第三章：傅里叶变换与频域分析 3.1 离散时间傅里叶变换（DTFT）： 介绍DTFT的定义，以及其在分析无限长离散时间信号频谱方面的作用。 3.2 离散傅里叶变换（DFT）： 讲解DFT的定义、性质（周期性、对称性、线性、时移、乘法、循环卷积等），以及其在实际计算中的重要性。 3.3 快速傅里叶变换（FFT）： 深入阐述FFT算法的原理，特别是DIT（Decimation-In-Time）和DIF（Decimation-In-Frequency）两种基本结构，分析FFT如何显著降低DFT的计算复杂度，并讨论其在工程应用中的效率优势。 3.4 频谱泄漏与窗函数： 解释DFT的周期性导致的频谱泄漏现象，并介绍各种常用的窗函数（如矩形窗、汉宁窗、海明窗、布莱克曼窗等）及其对频谱分辨率和旁瓣抑制的影响，指导读者如何选择合适的窗函数以减小频谱失真。 3.5 功率谱密度与互功率谱密度： 介绍功率谱密度（PSD）和互功率谱密度（CSD）的概念，以及如何利用DFT来估计这些谱密度，它们在信号分析和噪声抑制方面具有重要意义。 第二部分：数字滤波器设计与实现 数字滤波器是DSP的核心组成部分，本部分将深入探讨不同类型的数字滤波器及其设计方法。 第四章：无限冲激响应（IIR）滤波器 4.1 IIR滤波器概述： 介绍IIR滤波器的特点，即冲激响应无限长，系统函数存在极点。 4.2 IIR滤波器设计方法： 详细讲解几种经典的IIR滤波器设计方法，包括： 巴特沃斯滤波器（Butterworth）： 分析其幅度响应平坦的特性，以及如何通过传递函数设计。 切比雪夫滤波器（Chebyshev）： 探讨其在通带或阻带具有等波纹特性的优点，以及I型和II型切比雪夫滤波器的设计。 椭圆滤波器（Elliptic）： 介绍其在通带和阻带均存在等波纹，具有最佳阻带衰减率的特点。 4.3 模拟滤波器原型设计： 讲解如何利用模拟滤波器（如巴特沃兹、切比雪夫、椭圆）的原型设计，通过频率变换得到数字滤波器。 4.4 模拟域到数字域的变换： 重点介绍双线性变换法，解释其如何将模拟滤波器传递函数映射到数字滤波器传递函数，以及其优点和可能存在的频率畸变问题。 4.5 IIR滤波器系数的实现： 讲解IIR滤波器在硬件或软件中的实现结构，如直接型I、直接型II、级联型、并联型等，并分析不同结构的优缺点。 第五章：有限冲激响应（FIR）滤波器 5.1 FIR滤波器概述： 介绍FIR滤波器的特点，即冲激响应有限长，系统函数只有零点，因此一定稳定。 5.2 FIR滤波器设计方法： 详细讲解几种主流的FIR滤波器设计方法，包括： 窗函数法： 介绍如何选择合适的窗函数（同第三章），直接截断无限长冲激响应以得到有限长冲激响应，分析不同窗函数对设计结果的影响。 频率采样法： 讲解如何通过在特定频率点指定滤波器响应来设计FIR滤波器。 最优逼近法（Parks-McClellan算法）： 深入阐述Parks-McClellan算法的原理，及其在设计最优FIR滤波器（最小最大误差）方面的优势，适用于设计具有特定波纹要求的滤波器。 5.3 FIR滤波器系数的实现： 介绍FIR滤波器在硬件或软件中的典型实现结构，如直接型、移位累加型（CORDIC）、并行实现等，并分析其计算复杂度和资源占用。 5.4 FIR滤波器的对称性： 探讨FIR滤波器系数的对称性（偶对称、奇对称）如何影响滤波器的幅频响应特性，以及如何利用对称性优化计算。 第六章：自适应滤波器 6.1 自适应滤波器基本原理： 介绍自适应滤波器的概念，即滤波器系数能够根据输入信号的变化而自动调整，以达到某种最优性能。 6.2 最小均方（LMS）算法： 详细讲解LMS算法的原理、收敛性分析，以及其在噪声消除、均衡等方面的应用。 6.3 递归最小二乘（RLS）算法： 介绍RLS算法，分析其比LMS算法收敛速度快，但计算复杂度更高的特点。 6.4 自适应滤波器的典型应用： 举例说明自适应滤波器在回声消除、噪声抑制、系统辨识、盲均衡等领域的实际应用。 第三部分：数字信号处理器（DSP）体系结构与开发 本部分将聚焦于DSP芯片本身，深入了解其内部结构、指令集和开发工具，为实际项目开发打下基础。 第七章：DSP芯片的体系结构 7.1 DSP的通用架构： 介绍DSP芯片与通用微处理器（MPU）和微控制器（MCU）在架构上的区别和联系，强调DSP的并行处理能力、专用指令集和硬件加速器。 7.2 核心处理器结构： 讲解DSP的核心运算单元（如MAC单元、ALU、Barrel Shifter）、指令流水线、缓存（Cache）机制、DMA（Direct Memory Access）控制器等关键组成部分，以及它们如何协同工作以实现高性能运算。 7.3 存储器结构： 分析DSP的内部存储器（如程序存储器、数据存储器、寄存器文件）和外部存储器接口，以及内存访问方式（如Harvard架构、Modified Harvard架构）。 7.4 外设接口： 介绍DSP芯片常见的通信接口（如UART, SPI, I2C, USB, Ethernet）、模拟接口（ADC/DAC）、定时器、中断控制器等，以及它们如何连接外部设备和传感器。 7.5 典型DSP系列简介： 概述几种主流的DSP产品系列（如德州仪器TI C5000/C6000系列、意法半导体STMicroelectronics STM32系列中的DSP加速版），简要介绍它们的特点和适用领域。 第八章：DSP指令集与编程模型 8.1 DSP指令集特点： 详细介绍DSP指令集的独特性，如单指令多数据（SIMD）指令、MAC（Multiply-Accumulate）指令、饱和运算指令、位操作指令等，以及它们如何加速信号处理运算。 8.2 寻址模式： 讲解DSP常用的寻址模式，如立即寻址、寄存器寻址、基址寻址、变址寻址、循环寻址等，以及它们如何有效地访问和处理数据。 8.3 汇编语言编程： 介绍DSP汇编语言的基本语法、伪指令、宏指令，以及如何编写高效的汇编程序来优化性能。 8.4 C语言与DSP开发： 探讨在DSP平台上进行C语言开发的方法，包括如何利用编译器优化、内联汇编、特定库函数等来达到接近汇编的性能。 8.5 浮点DSP与定点DSP： 区分浮点DSP和定点DSP的特点、优势和局限性，并指导读者如何根据应用需求进行选择。 第九章：DSP开发工具与环境 9.1 集成开发环境（IDE）： 介绍常用的DSP开发IDE，如TI Code Composer Studio (CCS), IAR Embedded Workbench, Keil MDK等，以及它们提供的代码编辑、编译、调试、仿真等功能。 9.2 编译器与链接器： 讲解编译器如何将高级语言转换为机器码，以及链接器如何将不同模块组合成可执行程序，并讨论代码优化选项。 9.3 调试器与仿真器： 详细介绍使用调试器进行代码调试（断点、单步执行、查看变量）、仿真器模拟硬件环境进行离线测试的重要性。 9.4 性能分析工具： 介绍如何使用性能分析工具（Profiler）来检测代码的瓶颈，找出需要优化的部分，如CPU占用率、内存访问、指令周期等。 9.5 驱动程序与库： 讲解如何使用DSP厂商提供的硬件抽象层（HAL）驱动程序和优化库（如DSP库、信号处理库）来简化开发，提高效率。 第四部分：DSP高级应用与实践 本部分将深入探讨DSP在实际工程项目中的高级应用，并提供实践指导。 第十章：实时操作系统（RTOS）在DSP中的应用 10.1 RTOS概述： 介绍RTOS的基本概念、任务管理、进程间通信（IPC）、信号量、互斥锁、事件等核心机制。 10.2 DSP中的RTOS选择： 讨论在DSP项目中选择合适的RTOS（如FreeRTOS, RTLinux, DSP/BIOS等）的考量因素，如资源占用、实时性、稳定性、生态系统等。 10.3 RTOS与DSP任务的结合： 演示如何将DSP算法封装成RTOS任务，以及如何通过RTOS提供的机制来实现多任务的并发执行和资源共享。 10.4 实时性保证与中断处理： 讲解如何在RTOS环境下保证DSP算法的实时性，以及如何高效地处理硬件中断，将中断服务程序（ISR）与任务相结合。 第十一章：DSP在通信系统中的应用 11.1 数字调制与解调： 讲解ASK, FSK, PSK, QAM等数字调制解调技术在DSP中的实现，以及如何在时域和频域进行信号的生成与恢复。 11.2 滤波器在通信中的作用： 探讨FIR和IIR滤波器在通信信道均衡、抗混叠、成型滤波等方面的应用。 11.3 均衡器设计与实现： 介绍通信信道可能带来的失真，以及如何利用DSP设计和实现各种均衡器（如线性均衡、非线性均衡）来补偿这些失真。 11.4 软件定义无线电（SDR）： 阐述SDR的概念，以及DSP在SDR中如何通过软件灵活配置和实现各种通信协议和功能。 11.5 案例分析： 以具体的通信系统（如Wi-Fi、蓝牙、蜂窝通信）为例，分析DSP在该系统中的关键作用和实现细节。 第十二章：DSP在音频与图像处理中的应用 12.1 音频信号处理： 采样与量化： 讲解音频信号的采样率、位深度等参数对音质的影响，以及DSP如何实现ADC/DAC接口。 音频编码与解码： 介绍MP3, AAC, FLAC等音频编码格式的原理，以及DSP如何实现相关算法。 音频效果处理： 讨论混响、回声、均衡器（EQ）、压缩器等音频效果在DSP中的实现。 语音识别与合成： 简述语音识别和合成的基本流程，以及DSP在其中的应用。 12.2 图像处理： 图像表示与基础操作： 讲解图像的像素表示，以及灰度化、二值化、几何变换等基本图像处理操作。 图像滤波： 介绍用于降噪（如高斯滤波、中值滤波）、边缘检测（如Sobel算子、Canny算子）的图像滤波器。 图像压缩： 简述JPEG等图像压缩算法的基本原理，以及DSP在其中的作用。 特征提取与目标识别： 探讨DSP在SIFT, SURF等特征提取算法以及简单的目标检测算法中的应用。 12.3 嵌入式多媒体应用： 结合嵌入式系统，讨论DSP在数字电视、车载信息娱乐系统、智能相机等产品中的应用。 第十三章：DSP系统优化与功耗管理 13.1 性能优化策略： 算法优化： 讨论如何选择或改进现有算法以提高计算效率，降低运算复杂度。 代码优化： 强调汇编优化、编译器优化、流水线优化、数据局部性优化等技术。 硬件加速： 介绍如何充分利用DSP的硬件加速器（如MAC单元、FFT硬件）和DMA控制器。 13.2 功耗管理技术： 低功耗模式： 介绍DSP的睡眠模式、待机模式等，以及如何通过软件控制进入和退出这些模式。 动态电压频率调整（DVFS）： 探讨如何根据计算负载动态调整DSP的工作电压和频率以降低功耗。 功耗分析工具： 介绍使用硬件和软件工具进行功耗监测和分析的方法。 13.3 实时性与功耗的权衡： 讨论在设计DSP系统时，如何在满足实时性要求的前提下，最大限度地降低功耗。 第五部分：项目实践与未来展望 本部分将引导读者进行实际项目开发，并对DSP技术的未来发展方向进行展望。 第十四章：DSP典型项目开发流程与案例 14.1 项目需求分析与DSP选型： 指导读者如何根据项目需求（性能、功耗、成本、外设等）选择合适的DSP芯片。 14.2 系统设计与硬件实现： 介绍DSP系统的硬件设计原则，包括电源、时钟、存储器接口、外设连接等。 14.3 软件开发与集成： 详细讲解从驱动程序开发、算法实现到 RTOS 集成、系统测试的完整软件开发流程。 14.4 案例研究： 提供几个具体的DSP项目案例，如： 低功耗传感器数据采集与处理系统 实时音频信号分析仪 嵌入式图像识别模块 低延迟通信接口设计 详细剖析这些案例的开发思路、技术难点和解决方案，帮助读者理解理论与实践的结合。 第十五章：DSP技术发展趋势与挑战 15.1 异构计算与多核DSP： 探讨DSP与GPU、FPGA等其他处理器协同工作的趋势，以及多核DSP在处理复杂任务时的优势。 15.2 AI与DSP的融合： 分析DSP在边缘AI计算中的作用，如何高效地运行深度学习模型。 15.3 高性能计算与新兴应用： 展望DSP在5G/6G通信、物联网（IoT）、自动驾驶、医疗健康等领域的未来应用。 15.4 发展面临的挑战： 讨论DSP技术在功耗、成本、开发复杂度、软件生态等方面的挑战。 本书内容丰富，理论与实践并重，旨在为DSP工程师、嵌入式系统开发者、电子工程专业学生提供一本全面而实用的参考书。通过学习本书，读者将能够深入理解DSP技术的核心原理，掌握DSP系统的设计与开发方法，并能将其应用于解决实际工程问题。
