數字信號處理器：體係結構、實現與應用——國外經典教材 電子信息 pdf epub mobi txt 電子書 下載 2025

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郭森楙，顔允聖，賈洪峰 著

圖書標籤:

• 數字信號處理
• DSP
• 處理器
• 體係結構
• 實現
• 應用
• 電子信息
• 經典教材
• 國外教材
• 通信工程
• 信號處理

店鋪： 廣影圖書專營店

齣版社： 清華大學齣版社

ISBN：9787302109853

商品編碼：29709276716

包裝：平裝

齣版時間：2005-06-01

基本信息

書名：數字信號處理器：體係結構、實現與應用——國外經典教材 電子信息

定價：59.00元

作者：郭森楙,顔允聖 ,賈洪峰

齣版社：清華大學齣版社

齣版日期：2005-06-01

ISBN：9787302109853

字數：

頁碼：

版次：1

裝幀：平裝

開本：

商品重量：0.740kg

編輯推薦

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本書特色：
·介紹瞭MATLAB和Simulink在設計中的應用——用於DSP算法的設計，分析和實現；
·Code poser studio的使用——用於實驗、工程和應用中的TMS320C54x和TMS320C55x；
·強調瞭C語言、匯編語言混閤編程；
·在實際練習中采用兩步方法——首先介紹軟件工程，並指導讀者逐步設計，仿真和驗證，然後以浮點和定點格式開發程序；
·MATLAB與DSP相關工具箱應用的快速指南。

內容提要

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本書分為3個主要部分：體係結構、實現和應用，旨在幫助讀者理解DSP處理器的體係結構和編程、實時DSP係統與實際應用程序的設計，如何利用定點和浮點處理器實現DSP算法等。所介紹的處於是器包括：TMS320C2000，TMS320C54x，TMS320C55x，TMS320C62x，TMS320C64x，TMS320C3x和TMS320C67x。
本書可作為高年級相關專業本科生的教材。由於本書強調DSP實現、實驗和應用，所以也可以作為參考書，供那些希望學習DSP概念以及在工作中開發實時DSP應用的工程人員使用。
在開始學習本書之前，讀者應基本掌握信號與係統、C語言和匯編語言等知識。

目錄

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章 數字信號處理係統導論
1.1 數字信號處理簡介
1.2 數字信號處理係統與應用
1.2.1 數字信號處理係統
1.2.2 TMS320係列
1.2.3 數字信號處理應用
1.3 數字信號處理器體係結構
1.3.1 引言
1.3.2 中央處理單元運算
1.3.3 存儲器配置
1.3.4 外圍設備與輸入／輸齣
1.4 軟件開發
1.4.1 指令集
1.4.2 匯編程序
1.4.3 C程序
1.4.4 C語言與匯編語言的混閤編碼
1.4.5 軟件開發工具
1.5 硬件問題
1.5.1 硬件選擇
1.5.2 硬件配置
1.5.3 硬件工具
1.6 係統考慮事項
1.6.1 數字信號處理器的選擇
1.6.2 采樣與量化
1.6.3 數模轉換
1.6.4 編碼譯碼器
1.6.5 速度優化
1.7 實驗
1.7.1 使用匯編器和鏈接器.命令文件
1.7.2 創建一個項目
1.7.3 連編項目
1.7.4 調試程序
1.7.5 查看存儲器和圖形
1.7.6 使用斷點和配置器
習題
參考文獻
第2章 數字信號處理基礎
2.1 數字信號與操作
2.1.1 基本信號
2.1.2 基本運算
2.2 變換
2.2.1 定義
2.2.2 z變換的性質
2.3 數字係統
2.3.1 綫性時不變係統
2.3.2 有限長單位衝激響應濾波器
2.3.3 無限長單位衝激響應濾波器
2.4 頻率分析
2.4.1 離散時問傅裏葉變換
2.4.2 離散傅裏葉變換
2.4.3 離散傅裏葉變換的性質
2.4.4 快速傅裏葉變換
2.5 隨機信號處理
2.5.1 數字隨機信號
2.5.2 時域處理
2.6 實驗
2.6.1 簡單的無限長單位衝激響應濾波器
2.6.2 軟件開發
2.6.3 信號處理工具
2.6.4 使用Code Composer Studio
測試C程序
習題
參考文獻
第3章 實現的考慮因素
3.1 引言
3.2 數據錶示與運算
3.2.1 定點數與運算
3.2.2 浮點運算
3.2.3 定點格式與浮點格式對比
3.3 有限字長效應
3.3.1 輸入量化
3.3.2 係數量化
3.3.3 溢齣與解決方法
3.3.4 捨入與捨位
3.4 編程問題
3.4.1 尋址模式
3.4.2 流水綫概念
3.4.3 指令高速緩存
3.4.4 硬件與軟件中斷
3.5 實時實現的考慮因素
3.5.1 信號轉換器
3.5.2 流處理
3.5.3 塊處理
3.5.4 矢量處理
3.5.5 基準測試
3.6 硬件接口
3.6.1 外部存儲器接口
3.6.2 計時器和主時鍾
3.6.3 串行端口連接
3.6.4 直接存儲器存取控製器
3.6.5 並行端口連接
3.6.6 主機端口連接
3.6.7 多處理技術
3.6.8 電源調節器
3.6.9 仿真器互連標準
3.7 實驗
3.7.1 利用MATLAB的實驗
3.7.2 采用定點C的實驗
3.7.3 采用C5000 CCS的實驗
習題
參考文獻
第4章 定點數字信號處理器
4.1 引言
4.1.1 源語句格式
4.1.2 匯編命令
4.1.3 軟件開發過程
4.2 TMS320C2000
4.2.1 體係結構概述
4.2.2 中央處理器
4.2.3 程序控製
4.2.4 編程問題
4.2.5 係統問題
4.2.6 一個應用：鎖相環
4.3 TMS320C54x
4.3.1 體係結構概述
4.3.2 尋址模式
4.3.3 指令集
4.3.4 編程考慮因素
4.3.5 係統問題
4.4 TMS320C55x
4.4.1 體係結構概述
4.4.2 中央處理器
4.4.3 尋址模式
4.4.4 指令集
4.4.5 編程考慮因素
4.4.6 C程序的優化
4.4.7 係統問題
4.5 TMS320C62x與TMS32064x
4.5.1 體係結構概述
4.5.2 存儲器係統
4.5.3 外部存儲器尋址
4.5.4 指令集
4.5.5 編程考慮因素
4.5.6 係統問題
4.6 實驗
4.6.1 錶示不同的Q格式
4.6.2 係數量化
4.6.3 溢齣處理
4.6.4 縮放和飽和模式
4.6.5 捨入
4.6.6 提取保護位
4.6.7 一個乘法特例
習題
參考文獻
第5章 浮點數字信號處理器
……
第6章 有限長單位衝激響應濾波
第7章無限長單位衝激響應濾波
第8章 快速傅裏葉變換
第9章 自適應濾波
部分習題答案
附錄A MATLAB與Simul ink簡介
附錄B 附加實驗與應用
附錄C 數字信號處理器的外圍設備編程
附錄D 有用的站點

作者介紹

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郭森楙(Sen M. Kuo)，1976年於國立颱灣師範大學獲得學士學位，分彆於1983年、1985年在新墨西哥大學獲得碩士學位與博士學位。現為美國北伊利諾斯大學電氣工程係教授。1993年曾在德州儀器公司工作。作為作者齣版瞭4本專著他已經申請瞭7項美國，並發錶瞭150多篇技術

文摘

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序言

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探尋數字世界的脈動：一本關於通信、控製與計算的宏觀圖景 在信息爆炸的時代，數據如潮水般湧動，而駕馭這股洪流的關鍵，正是對信號的精準捕捉、處理與解讀。本書並非聚焦於某一本特定的技術手冊，而是旨在為你勾勒一幅更廣闊的圖景，深入淺齣地剖析數字信號處理（DSP）在現代科技中的核心地位，以及它如何無處不在地驅動著我們今天的通信、控製與計算係統。我們將一同踏上一段探索之旅，理解那些看不見的數字信號如何塑造我們的生活，從智能手機裏的語音助手，到精密復雜的工業自動化，再到天空中翱翔的飛機。 第一章：信號的語言——從模擬到數字的飛躍 想象一下，聲音、光綫、溫度，這些自然界的一切信息，最初都以連續、平滑的模擬形式存在。模擬信號如同涓涓細流，其數值可以在無限的範圍內取值。然而，在計算機時代，我們需要的是離散、清晰的“0”和“1”來代錶這些信息。本章將深入探討模擬信號與數字信號的根本區彆，以及將模擬信號轉化為數字信號的關鍵步驟——采樣（Sampling）與量化（Quantization）。我們將瞭解奈奎斯特-香農采樣定理為何如此重要，它確保瞭我們在數字化過程中不會丟失關鍵信息；同時，我們也會審視量化過程中精度與效率的權衡，理解數字錶示的局限性，以及如何通過提高采樣率和量化比特數來逼近原始信號。這一過程，是連接物理世界與數字世界的第一道門檻，也是所有數字信號處理的基石。 第二章：數字信號的數學工具——傅裏葉變換與捲積的魔力 一旦信號被數字化，我們就需要一套強大的數學工具來分析和操縱它們。本章將重點介紹數字信號處理中最核心的兩個數學概念：傅裏葉變換（Fourier Transform）和捲積（Convolution）。傅裏葉變換，尤其是離散傅裏葉變換（DFT）及其高效算法離散傅裏葉變換（FFT），允許我們將一個在時域（時間域）錶示的信號分解成一係列不同頻率的正弦波疊加。這就像把一個復雜的交響樂還原成各個樂器的單獨演奏，讓我們能清晰地看到信號中包含的頻率成分。我們將理解頻率域分析如何幫助我們識彆噪聲、分離信號、設計濾波器。 而捲積，則是在時域中描述一個係統如何響應輸入的數學運算。它迴答瞭“當一個信號通過一個係統時，會産生什麼樣的輸齣？”這個問題。在通信係統中，捲積被用來模擬信道的影響；在圖像處理中，它被用來實現模糊、銳化等效果；在語音識彆中，它則扮演著匹配模闆的關鍵角色。掌握瞭傅裏葉變換和捲積，我們就擁有瞭解讀和重塑數字信號的“鑰匙”。 第三章：濾波器的設計藝術——淨化與增強的利器 在真實的信號世界中，信號往往伴隨著各種不需要的乾擾，即噪聲。濾波器（Filter）就是用來去除這些噪聲、提取有用信息的神奇工具。本章將係統介紹數字濾波器的基本原理和設計方法。我們將區分兩種主要的濾波器類型：有限衝比特衝激響應（FIR）濾波器和無限衝激響應（IIR）濾波器，理解它們各自的優缺點以及適用場景。 FIR濾波器以其穩定性好、相位響應綫性等優點，在音頻處理、通信係統中廣泛應用；而IIR濾波器則能用更少的係數實現相同的濾波效果，在對計算資源要求嚴格的場景下更具優勢。我們將探討如何根據特定的頻率響應要求，例如低通、高通、帶通或帶阻，設計齣滿足需求的濾波器，從而實現信號的淨化，比如去除電力綫乾擾，或者增強特定頻率成分，比如提升語音的清晰度。濾波器設計是數字信號處理中最具實踐意義的部分之一，也是提升信號質量的關鍵環節。 第四章：通信係統的動脈——從基帶到射頻的傳輸 數字信號處理在現代通信係統中扮演著至關重要的角色，它構成瞭信息傳輸的“動脈”。本章將深入探討數字信號處理在通信係統中的具體應用，從信號的編碼、調製，到信道的均衡與解碼，再到多路復入與多路分用技術。 我們將瞭解如何將原始的數字數據轉換為適閤在信道上傳輸的信號形式，例如幅度調製（AM）、頻率調製（FM）、相移鍵控（PSK）和正交幅度調製（QAM）等。這些調製技術決定瞭信息的編碼方式，直接影響著傳輸速率和抗乾擾能力。同時，我們還會探討信道均衡技術，它用於補償由於信道失真引起的信號畸變，確保接收端的信號能夠被準確地還原。此外，多路復用技術，如時分多路復用（TDM）和頻分多路復用（FDM），允許在同一信道上同時傳輸多個獨立的信息流，極大地提高瞭頻譜利用率。從無綫通信到光縴通信，數字信號處理的印記無處不在。 第五章：控製係統的智慧——反饋、校正與最優決策 除瞭通信，數字信號處理同樣是現代控製係統的大腦。本章將聚焦於數字信號處理在控製領域的應用，特彆是反饋控製係統的原理與實現。我們將理解傳感器如何捕捉被控對象的物理狀態，然後通過數字信號處理器進行分析、處理，並最終生成控製信號，驅動執行器來調整係統行為。 我們將探討數字PID（比例-積分-微分）控製器的工作原理，這是最常用也是最有效的控製算法之一。通過對誤差信號的比例、積分和微分進行加權求和，PID控製器能夠實現對係統的穩定、精確控製。我們還會介紹更高級的控製策略，如狀態空間法、最優控製等，這些方法在需要處理復雜係統、追求更高性能的場閤發揮著關鍵作用。從自動駕駛汽車的精準轉嚮，到工業機器人的平穩運行，再到傢庭恒溫器的智能調節，數字信號處理賦予瞭控製係統“智慧”。 第六章：計算的基石——數字信號處理在嵌入式係統與高性能計算中的角色 數字信號處理的強大計算能力，使其成為現代嵌入式係統和高性能計算的核心。本章將深入探討DSP在這些領域的應用。嵌入式係統，如智能手機、數碼相機、汽車電子等，對處理器的實時性、低功耗和成本都有嚴格要求。DSP芯片憑藉其專用的硬件架構，能夠高效地執行復雜的信號處理算法，滿足這些需求。 在高性能計算領域，DSP的應用則更加廣泛，例如在科學模擬、數據分析、人工智能推理等方麵。通過並行處理、流水綫技術以及優化的指令集，DSP能夠處理海量數據，加速復雜的計算任務。我們將瞭解DSP如何與CPU、GPU協同工作，共同構建強大的計算平颱，驅動著我們不斷突破科技的邊界。 第七章：圖像與視頻的魔術——視覺信息的解析與增強 我們的眼睛是接收外界信息最重要的器官之一，而數字信號處理正是解析和增強視覺信息的核心技術。本章將聚焦於DSP在圖像和視頻處理領域的廣泛應用。從數碼相機的圖像捕捉與降噪，到手機上的美顔算法，再到視頻編碼與解碼，DSP都在其中扮演著關鍵角色。 我們將探討圖像的錶示方式，如像素、顔色空間等，以及常見的圖像處理算子，如邊緣檢測、圖像增強、特徵提取等。在視頻處理方麵，我們則會瞭解幀間壓縮、運動估計等技術，這些技術使得高清視頻得以高效傳輸和存儲。從醫學影像的診斷，到安防監控的識彆，再到虛擬現實的沉浸體驗，DSP賦予瞭機器“看”和“理解”世界的能力。 第八章：未來展望——人工智能與物聯網中的DSP新篇章 隨著人工智能（AI）和物聯網（IoT）的飛速發展，數字信號處理正迎來新的機遇與挑戰。本章將展望DSP在未來科技中的發展趨勢。在AI領域，DSP的高效計算能力使其成為邊緣AI設備（如智能音箱、無人機）上運行AI模型的理想選擇，實現瞭低延遲、高隱私的智能處理。 在物聯網領域，海量的傳感器將産生巨量的數據，DSP將是高效采集、預處理和分析這些數據，從而實現更智能的互聯互通。此外，隨著5G、6G通信技術的演進，對更高帶寬、更低延遲的需求也將進一步推動DSP技術的創新。本書的結尾，我們將一同眺望數字信號處理的未來，理解它如何繼續驅動著科技進步，塑造我們更加智能、互聯的未來世界。 本書並非一本枯燥的理論教科書，而是緻力於讓你理解數字信號處理的“為什麼”和“怎麼做”。通過對這些核心概念的深入剖析，你將能夠更好地理解當今科技的運作原理，洞察未來的發展趨勢，並可能激發你在相關領域的創新靈感。讓我們一同開啓這場關於數字世界脈動的探索之旅。

評分☆☆☆☆☆

這本書的實戰案例部分，可以說是點睛之筆，讓我覺得物超所值。很多理論書籍讀起來總是感覺空中樓閣，缺乏落地感，但這本書在這方麵做得非常齣色。它並沒有停留在概念的闡述，而是緊密結閤瞭當下主流的DSP平颱，比如德州儀器或者ADI的一些經典係列，提供瞭大量的代碼示例和調試技巧。我記得有一次我在為一個音頻濾波項目選型時遇到瞭性能瓶頸，翻閱到書中關於定點運算精度損失與溢齣處理那一章節時，茅塞頓開。作者不僅指齣瞭潛在的陷阱，還提供瞭幾種優雅的算法修正方案，甚至連匯編層麵的優化都有涉及，這對於追求極緻性能的嵌入式開發者來說，簡直是如獲至寶。這種從硬件寄存器級彆到上層算法實現的貫穿性講解，使得知識體係非常完整和閉環。它不再是將DSP視為一個黑盒子，而是鼓勵讀者深入到矽片內部去思考問題，這種“黑客精神”的培養，纔是真正高端教材的價值所在。

評分☆☆☆☆☆

這本書的封麵設計確實挺吸引眼球的，那種深邃的藍色調搭配上簡潔的字體，一下子就給人一種專業、嚴謹的感覺。初次翻閱時，就被它那清晰的章節劃分和詳實的目錄結構所摺服。我尤其欣賞作者在介紹基本概念時所采用的循序漸進的方式，不像有些教材上來就拋齣一堆晦澀難懂的公式，讓人望而卻步。相反，它更像是請瞭一位經驗豐富的工程師在你身邊，耐心地為你拆解每一個技術難點。比如，它對不同類型DSP核的內部結構差異的闡述，簡直是教科書級彆的細緻入微，從哈佛架構到馮諾依曼架構的演變，再到流水綫、超標量處理的引入，每一步的邏輯推導都非常到位。而且，書中配圖的質量非常高，那些流程圖和模塊框圖，不僅清晰，而且標注得極其精準，極大地幫助瞭我理解復雜的硬件加速機製。我感覺作者在編寫這本書時，絕對是下瞭大功夫去打磨這些視覺輔助材料的，這對於我們這些需要將理論與實踐相結閤的讀者來說，價值無可估量。讀完前幾章，我已經對現代DSP係統的底層設計有瞭全新的認識，不再是停留在“能用”的層麵，而是開始探究“為什麼這樣設計效率更高”的深層原因瞭。

評分☆☆☆☆☆

整體來看，這本書的編排邏輯體現瞭一種高度的係統思維。它不是孤立地介紹各個模塊，而是將DSP係統視為一個整體，探討瞭軟件、硬件、編譯器之間的復雜交互關係。我特彆喜歡其中關於編譯器優化策略的章節，它詳細剖析瞭如何通過調整編譯選項來更好地匹配目標DSP的指令集特性，以榨取更多的性能。這部分內容往往是普通教材所忽略的“黑箱”地帶。通過這本書，我學會瞭如何與編譯器“對話”，理解它在做什麼優化，以及如何引導它進行更有效的代碼生成。這種跨越不同技術層麵的整閤能力，使得這本書不僅僅是一本DSP的入門指南，更像是一本係統級優化的參考手冊。它培養瞭一種全景式的工程視野，讓人明白在嵌入式實時係統中，任何一個環節的疏忽都可能導緻全局性能的瓶頸，值得反復研讀和查閱。

評分☆☆☆☆☆

從語言風格上來說，這本書的行文略顯樸實，沒有太多華麗的辭藻，但這恰恰符閤其作為硬核技術參考書的定位。它以一種近乎於工程手冊的精確性，來陳述每一個技術細節。我的體會是，在閱讀一些介紹新型計算範式（比如SIMD或者VLIW）的章節時，尤其能感受到這種嚴謹性。作者似乎極其反感任何模糊不清的描述，力求用數學模型和邏輯結構來精確地界定每一個操作的邊界條件和時序關係。這種不苟言笑的敘事方式，雖然可能在初次接觸時顯得有些枯燥，但隨著閱讀的深入，你會發現正是這種“冷峻”的錶達，保證瞭信息傳遞的最高保真度。我個人更傾嚮於這種風格，因為它減少瞭理解上的噪聲，讓我的注意力可以完全集中在知識本身。它更像是一份由頂級專傢親手整理的內部備忘錄，而不是一本旨在取悅大眾讀者的普及讀物，這一點深得我心。

評分☆☆☆☆☆

這本書在理論深度上的挖掘，也遠超齣瞭我預期的“國外經典教材”的平均水平。它並沒有滿足於講解主流DSP的功能模塊，而是深入探討瞭底層硬件對算法特性的影響，這一點在我進行高性能計算移植時顯得尤為重要。比如，書中對乘加單元（MAC）的並行處理能力與緩存一緻性之間關係的討論，簡直是妙極瞭。它清晰地闡述瞭為什麼某些看似高效的循環展開在實際的DSP硬件上反而可能導緻性能下降，這涉及到我對總綫仲裁和內存訪問延遲的理解。我過去總是在軟件層麵優化，效果甚微，讀完這部分內容後，我嘗試調整瞭數據在內存中的布局，顯著提升瞭計算吞吐量。這種能夠直接指導實踐的理論深度，讓我對作者的學術功底産生瞭由衷的敬佩。它不僅是告訴你“怎麼做”，更是告訴你“為什麼是這樣”，這纔是構建真正深厚技術底蘊的關鍵。