數字信號處理 : 原理實現及應用, 3/e (Real-Time Digital Signal Processing: Fundamentals, Implementations and Applications, 3/e)

本書在論述數字信號處理原理的基礎上，通過DSP器件與MATLAB模擬給出了豐富的實踐應用。本書可分為兩個部分： 第一部分（第1~6章）介紹DSP原理、算法、分析方法和實現考慮； 第二部分（第7~11章）介紹幾種重要的DSP應用，它們均在當代信號處理設備的實現中扮演著重要的角色。本書的附錄總結了數字信號處理常用的數學公式，並為感興趣的讀者介紹了TMS320C55xx DSP的體系結構和匯編語言編程。本書可用作高年級本科生和研究生的教材，也可以用作從事DSP應用技術的工程師、算法開發者、嵌入式系統設計師的參考用書。

作者:(美)郭M.森作者:李H.鮑勃作者:田文順譯者:王永生譯者:王進祥譯者:曹貝
郭M.森，(美國)北伊利諾伊大學(Northern Illinois University)李H .鮑勃，(美國)Ittiam系統公司(Ittiam Systems，Inc．)田文順，(美國)聖思網絡公司(sonus Networks，Inc．)王永生，畢業於哈爾濱工業大學，獲得微電子學與固體電子學專業博士學位。

現任哈爾濱工業大學航天學院副教授，從事數／模混合信號集成電路、系統芯片(SoC)及可測試性／可靠性設計的教學及科研工作。

先後承擔和參與了十餘項國家、省部級等科研項目，主要承擔SoC及IP模塊設計、可測試設計及混合信號IP標準制定等相關工作；開發了多款高速及高精度模／數轉換器芯片以及混合信號SoC!芯片。

在模／數轉換器設計、混合信號soc等方面發表了四十餘篇學術論文；申請了十餘項發明專利。

第1章實時數字信號處理概述

1.1實時DSP系統的基本組成

1.2模擬接口

1.2.1採樣

1.2.2量化和編碼

1.2.3平滑濾波器

1.2.4數據轉換器

1.3DSP硬件

1.3.1DSP硬件備選

1.3.2數字信號處理器

1.3.3定點和浮點處理器

1.3.4實時約束

1.4DSP系統設計

1.4.1算法開發

1.4.2DSP硬件的選擇

1.4.3軟件開發

1.4.4軟件開發工具

1.5實驗和程序實例

1.5.1CCS和eZdsp開始

1.5.2C文件I/O函數

1.5.3eZdsp的用戶界面

1.5.4採用eZdsp的音頻回放

1.5.5採用eZdsp的音頻回送

習題

參考文獻

 

第2章DSP基礎及實現要點

2.1數字信號和系統

2.1.1基本數字信號

2.1.2數字系統的框圖表示

2.2系統概念

2.2.1LTI系統

2.2.2z變換

2.2.3傳遞函數

2.2.4極點和零點

2.2.5頻率響應

2.2.6離散傅里葉變換

2.3隨機變量簡介

2.3.1隨機變量的回顧

2.3.2隨機變量的運算

2.4定點表示和量化效應

2.4.1定點格式

2.4.2量化誤差

2.4.3信號量化

2.4.4係數量化

2.4.5舍入噪聲

2.4.6定點工具箱

2.5溢出及解決方案

2 .5.1飽和運算

2.5.2溢出處理

2.5.3信號縮放

2.5.4保護位

2.6實驗和程序實例

2.6.1溢出和飽和運算

2.6.2函數逼近

2.6.3採用eZdsp的實時信號產生

習題

參考文獻

 

第3章FIR濾波器設計與實現

3.1FIR濾波器簡介

3.1.1濾波器特性

3.1.2濾波器類型

3.1.3濾波器規範

3.1.4線性相位FIR濾波器

3.1.5FIR濾波器的實現

3.2FIR濾波器設計

3.2.1傅里葉級數方法

3.2.2吉布斯現象

3.2.3窗函數

3.2.4採用MATLAB的FIR濾波器設計

3.2.5採用FDATool的FIR濾波器設計

3.3實現考慮

3.3.1FIR濾波器中量化效應

3.3.2MATLAB實現

3.3.3浮點C實現

3.3.4定點C實現

3.4應用：插值和抽取濾波器

3.4.1插值

3.4.2抽取

3.4.3採樣率轉換

3.4.4MATLAB實現

3.5實驗和程序實例

3.5.1採用定點C的FIR濾波

3.5.2採用C55xx彙編程序的FIR濾波

3.5.3採用C55xx彙編程序的對稱FIR濾波

3.5.4採用DualMAC結構的優化

3.5.5實時FIR濾波

3.5.6採用C和彙編程序的抽取

3.5.7採用定點C的插值

3.5.8採樣率轉換

3.5.9實時 採樣率轉換

習題

參考文獻

 

第4章IIR濾波器設計與實現

4.1簡介

4.1.1模擬系統

4.1.2映射屬性

4.1.3模擬濾波器的特性

4.1.4頻率變換

4.2IIR濾波器的設計

4.2.1雙線性變換

4.2.2採用雙線性變換的濾波器設計

4.3IIR濾波器的實現

4.3.1直接型

4.3.2級聯實現

4.3.3並行實現

4.3.4採用MATLAB的IIR濾波器實現

4.4採用MATLAB的IIR濾波器設計

4.4.1採用MATLAB的濾波器設計

4.4.2採用MATLAB的頻率轉換

4.4.3採用FDATool的濾波器設計與實現

4.5實現考慮

4.5.1穩定性

4.5.2有限精度效應和解決方案

4.5.3IIR濾波器的MATLAB實現

4.6實際應用

4.6.1遞歸諧振器

4.6.2遞歸正交振盪器

4.6.3參數均衡器

4.7實驗和程序實例

4.7.1採用浮點C的直接Ⅰ型IIR濾波器

4.7.2採用定點C的直接Ⅰ型IIR濾波器

4.7.3採用定點C的級聯IIR濾波器

4.7.4採用內在函數的級聯IIR濾波器

4.7.5採用彙編程序的級聯IIR濾波器

4.7 .6實時IIR濾波

4.7.7採用定點C的參數均衡器

4.7.8實時參數均 器

習題

參考文獻

 

第5章頻率分析和離散傅里葉變換

5.1傅里葉級數和傅里葉變換

5.1.1傅里葉級數

5.1.2傅里葉變換

5.2離散傅里葉變換

5.2.1離散時間傅里葉變換

5.2.2離散傅里葉變換方法

5.2.3重要性質

5.3快速傅里葉變換

5.3.1時域抽取

5.3.2頻域抽取

5.3.3快速傅里葉逆變換

5.4實現考慮

5.4.1計算的問題

5.4.2有限精度效應

5.4.3MATLAB實現

5.4.4採用MATLAB的定點實現

5.5實際應用

5.5.1頻譜分析

5.5.2頻譜洩露和分辨率

5.5.3功率譜密度

5.5.4卷積

5.6實驗和程序實例

5.6.1採用浮點C的DFT 

5.6.2採用C55xx彙編程序的DFT 

5.6.3採用浮點C的FFT 

5.6.4採用具有內在函數定點C的FFT 

5.6.5FFT和IFFT的實驗

5.6.6採用C55xx硬件加速器的FFT 

5.6.7採用C55xx硬件加速器的實時FFT 

5.6.8採用重疊相加技術的快速卷積

5.6.9實時快速卷積

習題

參考文獻

 

第6章自適應濾波

6.1隨機過程簡介

6.2自適應濾波器

6.2.1自適應濾波簡介

6.2.2性能函數

6.2.3最速下 降法

6.2.4LMS算法

6.2.5改進LMS算法

6.3性能分析

6.3.1穩定性約束

6.3.2收斂速度

6.3.3過量均方誤差

6.3.4歸一化LMS算法

6.4實現考慮

6.4.1計算的問題

6.4.2有限精度效應

6.4.3MATLAB實現

6.5實際應用

6.5.1自適應系統識別

6.5.2自適應預測

6.5.3自適應噪聲消除

6.5.4自適應反演建模

6.6實驗和程序實例

6.6.1採用浮點C的LMS算法

6.6.2採用定點C的Leaky LMS算法

6.6.3採用定點C和內在函數的歸一化LMS算法

6.6.4採用彙編程序的延遲LMS算法

6.6.5自適應系統識別的實驗

6.6.6自適應預測器的實驗

6.6.7自適應信道均衡器的實驗

6.6.8採用eZdsp的實時自適應預測

習題

參考文獻

 

第7章數字信號產生和檢測

7.1正弦波產生器

7.1.1查找表法

7.1.2線性調頻信號

7.2噪聲產生器

7.2.1線性同餘序列

7.2.2偽隨機二進制序列產生器

7.2.3白色、彩色和高斯噪聲

7.3DTMF產生和檢測

7.3.1DTMF產生器

7.3.2DTMF檢測

7.4實驗和程序實例

7.4.1採用查找表的正弦波產生 器

7.4.2採用查找表的警笛產生器

7.4.3DTMF產生器

7.4.4採用定點C的DTMF檢測

7.4.5採用彙編程序的DTMF檢測

習題

參考文獻

 

第8章自適應回波消除

8.1線路回波簡介

8.2自適應線路回波消除器

8.2.1自適應回波消除的原理

8.2.2性能評估

8.3實際考慮

8.3.1信號的預白化

8.3.2延遲估計

8.4雙重通話效應及解決方案

8.5非線性處理器

8.5.1中心削波器

8.5.2舒適噪聲

8.6自適應迴聲消除

8.6.1迴聲

8.6.2迴聲消除器

8.6.3子帶實現

8.6.4無延遲結構

8.6.5迴聲消除和降噪的集成

8.6 .6實現考慮

8.7實驗和程序實例

8.7.1採用浮點C的迴聲消除器

8.7.2採用具有內在函數的定點C的迴聲消除器

8.7.3AEC和降噪的集成

習題

參考文獻

 

第9章語音信號處理

9.1語音編碼技術

9.1.1採用LPC的語音生成模型

9.1.2CELP編碼

9.1.3合成濾波器

9.1.4激勵信號

9.1.5基於感知的最小化程序

9.1.6語音活動檢測

9.1.7ACELP編解碼器

9.2語音增強

9.2.1噪音抑制技術

9.2.2短時頻譜 估計

9.2.3幅度譜減

9.3VoIP應用

9.3.1VoIP概述

9.3.2不連續傳輸

9.3.3數據包丟失隱藏

9.3.4媒體流的質量因素

9.4實驗和程序實例

9.4.1採用具有內在函數的定點C的LPC濾波器

9.4.2採用具有內在函數的定點C的感知加權濾波器

9.4.3採用浮點C實現的VAD 

9.4.4採用定點C實現的VAD 

9.4.5採用不連續傳輸的語音編碼

9.4. 6含有CNG的語音解碼器

9.4.7採用浮點C的頻譜減算法

9.4.8定點C實現的G722.2 

9.4.9定點C實現G.711壓擴

9.4.10實時G.711音頻回送

習題

參考文獻

 

第10章音頻信號處理

10.1簡介

10.2音頻編碼

10.2.1編碼基本原理

10.2.2頻域編碼

10.2.3無損音頻編碼

10.2.4MP3編碼概述

10.3音頻均衡器

10.3.1圖形均衡器

10.3.2參數均衡器

10.4音頻效果

10.4.1混響

10.4.2時間擴展和變調

10.4.3聲音調製和混聲

10.4.4空間聲音

10.5實驗和程序實例

10.5.1使用C語言實現浮點MDCT 

10.5.2使用C和內在函數實現定點MDCT 

10.5.3預迴聲效應

10.5.4浮點C的MP3解碼

10.5.5 使用eZdsp的實時參數均衡器

10.5.6鑲邊效果

10.5.7使用eZdsp的實時鑲邊效果

10.5.8顫音效果

10.5.9使用eZdsp的實時顫音效果

10.5.10空間聲音效果

10.5.11用eZdsp的實時空間效果

習題

參考文獻

 

第11章數字圖像處理初步

11.1數字圖像與系統

11.1.1數字圖像

11.1.2數字圖像系統

11.2色彩空間

11.3YCbCr下採樣色彩空間

11.4色彩平衡和校正技術

11.4.1色彩平衡

11.4. 2顏色校正

11.4.3Gamma校正

11.5直方圖均衡

11.6圖像濾波

11.7快速卷積

11.8實際應用

11.8.1DCT與JPEG 

11.8.2二維DCT變換

11.8.3指紋

11.8.4離散小波變換

11.9實驗和程序實例

11.9. 1YCbCr到RGB轉換

11.9.2白平衡

11.9.3Gamma校正和對比度調節

11.9.4圖像濾波

11.9.5DCT和IDCT 

11.9.6指紋圖像處理

11.9.7二維小波變換

習題

參考文獻

 

附錄A常用公式及定義

A. 1三角恆等式

A.2等比級數

A.3複變量

A.4功率單位

參考文獻

 

附錄B軟件組織和實驗列表

 

附錄CTMS320C55xx DSP簡介

C.1引言

C.2TMS320C55xx體系結構

C.2.1體 系結構概述

C.2.2片上存儲

C.2.3存儲器映射寄存器

C.2.4中斷和中斷向量

C.3TMS320C55xx尋址模式

C.3.1直接尋址模式

C.3.2間接尋址模式

C.3.3絕對尋址模式

C. 3.4MMR尋址模式

C.3.5寄存器位的尋址模式

C.3.6循環尋址模式

C.4TMS320C55xx彙編語言編程

C.4.1算術指令

C.4.2邏輯和位操作指令

C.4.3轉移指令

C.4.4程序流控制指令

C.4.5並行執行

C.4.6彙編指示

C.4.7彙編聲明語法

C.5TMS320C55xx的C語言編程

C.5.1數據類型

C.5.2通過C編譯器的彙編代碼生成

C.5.3編譯器關鍵詞及編譯指令

C.6混合C和彙編的編程

C.7實驗和程序實例

C.7.1實例

C.7.2彙編程序

C.7.3乘法

C.7.4循環

C.7.5模運算

C.7.6使用C語言與彙編語言的混合程序

C.7.7AIC3204的使用

C.7.8模擬輸入和輸出