具體描述
基本信息
書名：數字信號處理器技術原理與開發應用(第二版)
定價：43.10元
作者：王軍寜
齣版社：高等教育齣版社
齣版日期：2011-03-01
ISBN：9787040286007
字數：
頁碼：
版次：2
裝幀：平裝
開本：16開
商品重量：0.899kg
編輯推薦
本書以美國德州儀器公司的數字信號處理器TMS320C254xDSP為代錶，介紹數字信號處理器技術的基本概念、結構、實現及使用開發方法。全書共分十章。以DSP技術開發和係統開發為基礎，結閤當今嵌入式係統技術和計算機技術，注重與電子信息類專業基礎課程的聯係，講述DSP的結構、特點、技術原理及係統開發。可作為大學本、專科生學習及實驗、創新及工程設計之用，對於研究生及有關DSP技術開發人員也是十分有用的參考書。
內容提要
本書係普通高等教育“十一五”*規劃教材，以廣為應用的美國德州儀器（TI）公司TMS320C54xDSP為典型代錶，並結閤*DSP器件和係統開發技術，介紹數字信號處理器（DSP）技術的基本概念、結構、實現、器件開發及係統開發方法。全書共分十章，章介紹瞭數字信號處理器技術的發展和特點。第二章介紹瞭當今各種不同的DSP器件結構和指標。第三章詳細描述瞭C54xDSP的硬件結構和編程模型及與高速DSP的結構差異。第四章全麵介紹瞭DSP指令及編程優化。第五章介紹瞭DSP各種開發工具及使用。第六章是TI DSP可視化集成開發環境CCS的介紹與使用。第七章介紹瞭TIDSP／BIOS的開發方法及使用。第八章是數字信號處理器軟硬件設計與應用舉例。第九章是現代數字信號處理技術係統開發方法與原理介紹（MATLAB／Simulink、CCS Link、DSP Builder、SOPC Builder等）。第十章是數字信號處理器技術開發與原理實驗。全書以DSP技術開發和係統開發為基礎，結閤當今嵌入式係統技術和計算機技術，注重與電子信息類專業基礎課程的聯係，講述DSP的結構、特點、技術原理及係統開發。可作為大學本、專科生學習及實驗、創新及工程設計之用，對於研究生及有關DSP技術開發人員也是十分有用的參考書。
目錄
章 數字信號處理器技術綜述第二章 現代數字信號處理器介紹第三章 C54x數字信號處理器結構第四章 C54x數字信號處理器程序設計開發基礎第五章 C54x數字信號處理器開發工具第六章 C54x處理器可視化集成開發環境CCS第七章 DSP／BIOS嵌入式軟件開發第八章 數字信號處理器軟硬件設計與應用第九章 現代數字信號處理技術係統開發第十章 數字信號處理技術開發及原理實驗指導附錄參考文獻
作者介紹
文摘
序言
《數字信號處理器（DSP）原理與實踐：從基礎到高級應用》 內容簡介： 本書旨在為讀者提供一個係統、深入的數字信號處理器（DSP）技術學習框架，從基礎概念的梳理，到核心原理的剖析，再到實際開發應用的指導，力求幫助讀者建立紮實的DSP理論基礎，並掌握實際的工程開發能力。本書內容廣泛，涵蓋瞭DSP領域的核心知識點，並結閤瞭最新的技術趨勢和工程實踐，確保讀者能夠跟上技術發展的步伐，並在實際工作中遊刃有餘。 第一部分：DSP基礎理論與核心概念 本部分將帶領讀者走進數字信號處理的世界，從最基本的概念入手，逐步構建對DSP的整體認知。 第一章：數字信號處理概述 1.1 信號的分類與錶示： 詳細闡述連續信號與離散信號的區彆，引入采樣、量化、編碼等概念，解釋數字信號的錶示方式，包括時域、頻域錶示法，以及如何使用數學模型來描述信號。 1.2 數字信號處理係統框圖： 介紹典型的數字信號處理係統的組成部分，如信號源、模數轉換器（ADC）、數字濾波器、DSP處理器、數模轉換器（DAC）以及輸齣設備，分析各部分的功能和相互作用。 1.3 DSP在現代科技中的地位與應用： 探討DSP技術在通信、音頻/視頻處理、圖像識彆、醫療診斷、工業控製、科學計算等眾多領域的廣泛應用，並通過具體案例說明DSP的不可替代性。 1.4 DSP的性能指標與評估： 介紹衡量DSP係統性能的關鍵指標，如采樣率、量化精度、運算速度（MIPS, FLOPS）、功耗、實時性要求等，並討論如何根據應用需求選擇閤適的DSP器件。 第二章：離散時間信號與係統 2.1 離散時間信號的錶示與運算： 深入講解單位脈衝信號、單位階躍信號、指數信號、正弦信號等基本離散時間信號，並介紹信號的移位、翻轉、伸縮、捲積等基本運算。 2.2 綫性時不變（LTI）係統： 詳細闡述LTI係統的定義、性質（綫性、時不變、因果性、穩定性），以及其基本特性。 2.3 LTI係統的時域分析： 重點介紹LTI係統的差分方程描述，以及如何通過捲積運算求解係統的零輸入響應（零狀態響應）和零狀態響應（零輸入響應），理解輸入信號如何通過係統産生輸齣信號。 2.4 Z變換及其性質： 引入Z變換作為分析離散時間信號與係統的強大工具，詳細講解Z變換的定義、收斂域（ROC），以及常用的Z變換性質，如綫性、時移、乘法、積分等。 2.5 LTI係統的係統函數與頻域特性： 利用Z變換推導齣LTI係統的係統函數H(z)，並分析係統函數與係統衝激響應之間的關係。深入探討係統函數在單位圓上的取值與係統頻率響應的關係，理解濾波器是如何對不同頻率的信號進行處理的。 第三章：傅裏葉變換與頻域分析 3.1 離散時間傅裏葉變換（DTFT）： 介紹DTFT的定義，以及其在分析無限長離散時間信號頻譜方麵的作用。 3.2 離散傅裏葉變換（DFT）： 講解DFT的定義、性質（周期性、對稱性、綫性、時移、乘法、循環捲積等），以及其在實際計算中的重要性。 3.3 快速傅裏葉變換（FFT）： 深入闡述FFT算法的原理，特彆是DIT（Decimation-In-Time）和DIF（Decimation-In-Frequency）兩種基本結構，分析FFT如何顯著降低DFT的計算復雜度，並討論其在工程應用中的效率優勢。 3.4 頻譜泄漏與窗函數： 解釋DFT的周期性導緻的頻譜泄漏現象，並介紹各種常用的窗函數（如矩形窗、漢寜窗、海明窗、布萊剋曼窗等）及其對頻譜分辨率和旁瓣抑製的影響，指導讀者如何選擇閤適的窗函數以減小頻譜失真。 3.5 功率譜密度與互功率譜密度： 介紹功率譜密度（PSD）和互功率譜密度（CSD）的概念，以及如何利用DFT來估計這些譜密度，它們在信號分析和噪聲抑製方麵具有重要意義。 第二部分：數字濾波器設計與實現 數字濾波器是DSP的核心組成部分，本部分將深入探討不同類型的數字濾波器及其設計方法。 第四章：無限衝激響應（IIR）濾波器 4.1 IIR濾波器概述： 介紹IIR濾波器的特點，即衝激響應無限長，係統函數存在極點。 4.2 IIR濾波器設計方法： 詳細講解幾種經典的IIR濾波器設計方法，包括： 巴特沃斯濾波器（Butterworth）： 分析其幅度響應平坦的特性，以及如何通過傳遞函數設計。 切比雪夫濾波器（Chebyshev）： 探討其在通帶或阻帶具有等波紋特性的優點，以及I型和II型切比雪夫濾波器的設計。 橢圓濾波器（Elliptic）： 介紹其在通帶和阻帶均存在等波紋，具有最佳阻帶衰減率的特點。 4.3 模擬濾波器原型設計： 講解如何利用模擬濾波器（如巴特沃茲、切比雪夫、橢圓）的原型設計，通過頻率變換得到數字濾波器。 4.4 模擬域到數字域的變換： 重點介紹雙綫性變換法，解釋其如何將模擬濾波器傳遞函數映射到數字濾波器傳遞函數，以及其優點和可能存在的頻率畸變問題。 4.5 IIR濾波器係數的實現： 講解IIR濾波器在硬件或軟件中的實現結構，如直接型I、直接型II、級聯型、並聯型等，並分析不同結構的優缺點。 第五章：有限衝激響應（FIR）濾波器 5.1 FIR濾波器概述： 介紹FIR濾波器的特點，即衝激響應有限長，係統函數隻有零點，因此一定穩定。 5.2 FIR濾波器設計方法： 詳細講解幾種主流的FIR濾波器設計方法，包括： 窗函數法： 介紹如何選擇閤適的窗函數（同第三章），直接截斷無限長衝激響應以得到有限長衝激響應，分析不同窗函數對設計結果的影響。 頻率采樣法： 講解如何通過在特定頻率點指定濾波器響應來設計FIR濾波器。 最優逼近法（Parks-McClellan算法）： 深入闡述Parks-McClellan算法的原理，及其在設計最優FIR濾波器（最小最大誤差）方麵的優勢，適用於設計具有特定波紋要求的濾波器。 5.3 FIR濾波器係數的實現： 介紹FIR濾波器在硬件或軟件中的典型實現結構，如直接型、移位纍加型（CORDIC）、並行實現等，並分析其計算復雜度和資源占用。 5.4 FIR濾波器的對稱性： 探討FIR濾波器係數的對稱性（偶對稱、奇對稱）如何影響濾波器的幅頻響應特性，以及如何利用對稱性優化計算。 第六章：自適應濾波器 6.1 自適應濾波器基本原理： 介紹自適應濾波器的概念，即濾波器係數能夠根據輸入信號的變化而自動調整，以達到某種最優性能。 6.2 最小均方（LMS）算法： 詳細講解LMS算法的原理、收斂性分析，以及其在噪聲消除、均衡等方麵的應用。 6.3 遞歸最小二乘（RLS）算法： 介紹RLS算法，分析其比LMS算法收斂速度快，但計算復雜度更高的特點。 6.4 自適應濾波器的典型應用： 舉例說明自適應濾波器在迴聲消除、噪聲抑製、係統辨識、盲均衡等領域的實際應用。 第三部分：數字信號處理器（DSP）體係結構與開發 本部分將聚焦於DSP芯片本身，深入瞭解其內部結構、指令集和開發工具，為實際項目開發打下基礎。 第七章：DSP芯片的體係結構 7.1 DSP的通用架構： 介紹DSP芯片與通用微處理器（MPU）和微控製器（MCU）在架構上的區彆和聯係，強調DSP的並行處理能力、專用指令集和硬件加速器。 7.2 核心處理器結構： 講解DSP的核心運算單元（如MAC單元、ALU、Barrel Shifter）、指令流水綫、緩存（Cache）機製、DMA（Direct Memory Access）控製器等關鍵組成部分，以及它們如何協同工作以實現高性能運算。 7.3 存儲器結構： 分析DSP的內部存儲器（如程序存儲器、數據存儲器、寄存器文件）和外部存儲器接口，以及內存訪問方式（如Harvard架構、Modified Harvard架構）。 7.4 外設接口： 介紹DSP芯片常見的通信接口（如UART, SPI, I2C, USB, Ethernet）、模擬接口（ADC/DAC）、定時器、中斷控製器等，以及它們如何連接外部設備和傳感器。 7.5 典型DSP係列簡介： 概述幾種主流的DSP産品係列（如德州儀器TI C5000/C6000係列、意法半導體STMicroelectronics STM32係列中的DSP加速版），簡要介紹它們的特點和適用領域。 第八章：DSP指令集與編程模型 8.1 DSP指令集特點： 詳細介紹DSP指令集的獨特性，如單指令多數據（SIMD）指令、MAC（Multiply-Accumulate）指令、飽和運算指令、位操作指令等，以及它們如何加速信號處理運算。 8.2 尋址模式： 講解DSP常用的尋址模式，如立即尋址、寄存器尋址、基址尋址、變址尋址、循環尋址等，以及它們如何有效地訪問和處理數據。 8.3 匯編語言編程： 介紹DSP匯編語言的基本語法、僞指令、宏指令，以及如何編寫高效的匯編程序來優化性能。 8.4 C語言與DSP開發： 探討在DSP平颱上進行C語言開發的方法，包括如何利用編譯器優化、內聯匯編、特定庫函數等來達到接近匯編的性能。 8.5 浮點DSP與定點DSP： 區分浮點DSP和定點DSP的特點、優勢和局限性，並指導讀者如何根據應用需求進行選擇。 第九章：DSP開發工具與環境 9.1 集成開發環境（IDE）： 介紹常用的DSP開發IDE，如TI Code Composer Studio (CCS), IAR Embedded Workbench, Keil MDK等，以及它們提供的代碼編輯、編譯、調試、仿真等功能。 9.2 編譯器與鏈接器： 講解編譯器如何將高級語言轉換為機器碼，以及鏈接器如何將不同模塊組閤成可執行程序，並討論代碼優化選項。 9.3 調試器與仿真器： 詳細介紹使用調試器進行代碼調試（斷點、單步執行、查看變量）、仿真器模擬硬件環境進行離綫測試的重要性。 9.4 性能分析工具： 介紹如何使用性能分析工具（Profiler）來檢測代碼的瓶頸，找齣需要優化的部分，如CPU占用率、內存訪問、指令周期等。 9.5 驅動程序與庫： 講解如何使用DSP廠商提供的硬件抽象層（HAL）驅動程序和優化庫（如DSP庫、信號處理庫）來簡化開發，提高效率。 第四部分：DSP高級應用與實踐 本部分將深入探討DSP在實際工程項目中的高級應用，並提供實踐指導。 第十章：實時操作係統（RTOS）在DSP中的應用 10.1 RTOS概述： 介紹RTOS的基本概念、任務管理、進程間通信（IPC）、信號量、互斥鎖、事件等核心機製。 10.2 DSP中的RTOS選擇： 討論在DSP項目中選擇閤適的RTOS（如FreeRTOS, RTLinux, DSP/BIOS等）的考量因素，如資源占用、實時性、穩定性、生態係統等。 10.3 RTOS與DSP任務的結閤： 演示如何將DSP算法封裝成RTOS任務，以及如何通過RTOS提供的機製來實現多任務的並發執行和資源共享。 10.4 實時性保證與中斷處理： 講解如何在RTOS環境下保證DSP算法的實時性，以及如何高效地處理硬件中斷，將中斷服務程序（ISR）與任務相結閤。 第十一章：DSP在通信係統中的應用 11.1 數字調製與解調： 講解ASK, FSK, PSK, QAM等數字調製解調技術在DSP中的實現，以及如何在時域和頻域進行信號的生成與恢復。 11.2 濾波器在通信中的作用： 探討FIR和IIR濾波器在通信信道均衡、抗混疊、成型濾波等方麵的應用。 11.3 均衡器設計與實現： 介紹通信信道可能帶來的失真，以及如何利用DSP設計和實現各種均衡器（如綫性均衡、非綫性均衡）來補償這些失真。 11.4 軟件定義無綫電（SDR）： 闡述SDR的概念，以及DSP在SDR中如何通過軟件靈活配置和實現各種通信協議和功能。 11.5 案例分析： 以具體的通信係統（如Wi-Fi、藍牙、蜂窩通信）為例，分析DSP在該係統中的關鍵作用和實現細節。 第十二章：DSP在音頻與圖像處理中的應用 12.1 音頻信號處理： 采樣與量化： 講解音頻信號的采樣率、位深度等參數對音質的影響，以及DSP如何實現ADC/DAC接口。 音頻編碼與解碼： 介紹MP3, AAC, FLAC等音頻編碼格式的原理，以及DSP如何實現相關算法。 音頻效果處理： 討論混響、迴聲、均衡器（EQ）、壓縮器等音頻效果在DSP中的實現。 語音識彆與閤成： 簡述語音識彆和閤成的基本流程，以及DSP在其中的應用。 12.2 圖像處理： 圖像錶示與基礎操作： 講解圖像的像素錶示，以及灰度化、二值化、幾何變換等基本圖像處理操作。 圖像濾波： 介紹用於降噪（如高斯濾波、中值濾波）、邊緣檢測（如Sobel算子、Canny算子）的圖像濾波器。 圖像壓縮： 簡述JPEG等圖像壓縮算法的基本原理，以及DSP在其中的作用。 特徵提取與目標識彆： 探討DSP在SIFT, SURF等特徵提取算法以及簡單的目標檢測算法中的應用。 12.3 嵌入式多媒體應用： 結閤嵌入式係統，討論DSP在數字電視、車載信息娛樂係統、智能相機等産品中的應用。 第十三章：DSP係統優化與功耗管理 13.1 性能優化策略： 算法優化： 討論如何選擇或改進現有算法以提高計算效率，降低運算復雜度。 代碼優化： 強調匯編優化、編譯器優化、流水綫優化、數據局部性優化等技術。 硬件加速： 介紹如何充分利用DSP的硬件加速器（如MAC單元、FFT硬件）和DMA控製器。 13.2 功耗管理技術： 低功耗模式： 介紹DSP的睡眠模式、待機模式等，以及如何通過軟件控製進入和退齣這些模式。 動態電壓頻率調整（DVFS）： 探討如何根據計算負載動態調整DSP的工作電壓和頻率以降低功耗。 功耗分析工具： 介紹使用硬件和軟件工具進行功耗監測和分析的方法。 13.3 實時性與功耗的權衡： 討論在設計DSP係統時，如何在滿足實時性要求的前提下，最大限度地降低功耗。 第五部分：項目實踐與未來展望 本部分將引導讀者進行實際項目開發，並對DSP技術的未來發展方嚮進行展望。 第十四章：DSP典型項目開發流程與案例 14.1 項目需求分析與DSP選型： 指導讀者如何根據項目需求（性能、功耗、成本、外設等）選擇閤適的DSP芯片。 14.2 係統設計與硬件實現： 介紹DSP係統的硬件設計原則，包括電源、時鍾、存儲器接口、外設連接等。 14.3 軟件開發與集成： 詳細講解從驅動程序開發、算法實現到 RTOS 集成、係統測試的完整軟件開發流程。 14.4 案例研究： 提供幾個具體的DSP項目案例，如： 低功耗傳感器數據采集與處理係統 實時音頻信號分析儀 嵌入式圖像識彆模塊 低延遲通信接口設計 詳細剖析這些案例的開發思路、技術難點和解決方案，幫助讀者理解理論與實踐的結閤。 第十五章：DSP技術發展趨勢與挑戰 15.1 異構計算與多核DSP： 探討DSP與GPU、FPGA等其他處理器協同工作的趨勢，以及多核DSP在處理復雜任務時的優勢。 15.2 AI與DSP的融閤： 分析DSP在邊緣AI計算中的作用，如何高效地運行深度學習模型。 15.3 高性能計算與新興應用： 展望DSP在5G/6G通信、物聯網（IoT）、自動駕駛、醫療健康等領域的未來應用。 15.4 發展麵臨的挑戰： 討論DSP技術在功耗、成本、開發復雜度、軟件生態等方麵的挑戰。 本書內容豐富，理論與實踐並重，旨在為DSP工程師、嵌入式係統開發者、電子工程專業學生提供一本全麵而實用的參考書。通過學習本書，讀者將能夠深入理解DSP技術的核心原理，掌握DSP係統的設計與開發方法，並能將其應用於解決實際工程問題。
