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1实时数字信号处理导论1

1.1实时DSP系统的基本要素2

1.2模拟接口2

1.2.1采样3

1.2.2量化和编码5

1.2.3平滑滤波器7

1.2.4数据转换器7

1.3 DSP硬件8

1.3.1 DSP硬件选择8

1.3.2 DSP处理器11

1.3.3定点与浮点处理器13

1.3.4实时约束14

1.4 DSP系统设计14

1.4.1算法开发15

1.4.2 DSP处理器的选择16

1.4.3软件开发17

1.4.4高级软件开发工具18

1.5 DSP开发工具介绍19

1.5.1 C编译器20

1.5.2汇编器20

1.5.3链接器20

1.5.4其他开发工具22

1.6实验与程序示例22

1.6.1使用CCS和DSK的实验22

1.6.2使用CCS和DSK调试程序25

1.6.3使用探点的文件I/O28

1.6.4使用C文件系统功能的文件I/O31

1.6.5使用分析器进行代码效率分析33

1.6.6使用DSK的实时实验34

1.6.7采样定理37

1.6.8 ADC中的量化39

参考文献39

练习题40

2 TMS320C55x数字信号处理器导论43

2.1处理器家族简介43

2.2 TMS320C55x体系结构44

2.2.1体系结构概述44

2.2.2总线46

2.2.3片上存储器46

2.2.4内存映射寄存器48

2.2.5中断和中断向量50

2.3 TMS320C55x外围电路52

2.3.1外部存储器接口52

2.3.2直接存储器存取53

2.3.3增强主机接口54

2.3.4多通道缓冲器串行口55

2.3.5时钟产生器和定时器57

2.3.6通用I/O口57

2.4 TMS320C550x的寻址方式58

2.4.1直接寻址方式59

2.4.2间接寻址方式60

2.4.3绝对寻址方式61

2.4.4内存映射寄存器寻址方式62

2.4.5寄存器位寻址方式63

2.4.6循环寻址方式63

2.5流水线和并行处理64

2.5.1 TMS320C55x的流水线64

2.5.2并行执行65

2.6 TMS320C55x指令集67

2.6.1算术指令67

2.6.2逻辑和位操作指令68

2.6.3移动指令69

2.6.4程序流程控制指令69

2.7 TMS320C55x汇编语言编程73

2.7.1汇编伪指令73

2.7.2汇编声明语法75

2.8 TMS320C55x的C语言编程77

2.8.1数据类型77

2.8.2 C编译器生成的汇编代码77

2.8.3编译器关键字和程序伪指令80

2.9 C语言和汇编语言混合编程81

2.10实验和程序示例84

2.10.1 C与汇编代码接口84

2.10.2汇编编程的地址模式85

2.10.3锁相环和定时器87

2.10.4 SDRAME的EMIF配置93

2.10.5 Flash储存设备编程95

2.10.6使用McBSP96

2.10.7 AIC23配置98

2.10.8直接内存访问101

参考文献104

练习题104

3 DSP基础及应用要点108

3.1数字信号和系统108

3.1.1基本的数字信号108

3.1.2数字系统的模块化框图表示109

3.2系统概念112

3.2.1线性时不变系统112

3.2.2 z变换115

3.2.3传输函数116

3.2.4极点与零点118

3.2.5频率响应120

3.2.6离散傅里叶变换122

3.3随机变量简介124

3.3.1随机变量概述124

3.3.2随机变量的计算125

3.4定点化介绍与量化效应127

3.4.1定点格式127

3.4.2量化误差129

3.4.3信号量化130

3.4.4系数量化131

3.4.5截断噪声131

3.4.6定点化工具箱132

3.5溢出及解决方法134

3.5.1饱和算法135

3.5.2溢出处理135

3.5.3信号缩放135

3.5.4预留位136

3.6实验和程序示例136

3.6.1正弦信号的量化136

3.6.2语音信号量化138

3.6.3系数量化138

3.6.4溢出与饱和算法141

3.6.5函数逼近143

3.6.6使用DSK产生实时数字信号151

参考文献155

练习题156

4 FIR滤波器的设计与实现159

4.1 FIR滤波器的介绍159

4.1.1滤波器的特性159

4.1.2滤波器类型160

4.1.3滤波器特性162

4.1.4线性相位FIR滤波器163

4.1.5 FIR滤波器实现165

4.2 FIR滤波器设计168

4.2.1傅里叶序列方法168

4.2.2吉伯斯现象169

4.2.3窗函数171

4.2.4用MATLAB设计FIR滤波器174

4.2.5用FDA工具设计FIR滤波器176

4.3执行需要考虑的问题182

4.3.1 FIR滤波器的量化效应182

4.3.2执行MATLAB183

4.3.3浮点数C的执行184

4.3.4定点C的执行185

4.4应用：内插和抽取滤波器186

4.4.1内插186

4.4.2抽取188

4.4.3采样率变换188

4.4.4 MATLAB应用190

4.5实验和程序示例191

4.5.1利用定点C的FIR滤波器的应用191

4.5.2利用C55x汇编语言实现FIR滤波器192

4.5.3优化对称FIR滤波器194

4.5.4利用双MAC结构进行优化195

4.5.5抽取的实现197

4.5.6内插实现198

4.5.7采样率变换199

4.5.8用DSP/BIOS和DSK实现实时采样率变换200

参考文献209

练习题210

5无限长单位冲激响应（IIR）滤波器的设计和实现213

5.1引言213

5.1.1模拟系统213

5.1.2映射性质215

5.1.3模拟滤波器的特性215

5.1.4频率转换217

5.2 IIR滤波器的设计217

5.2.1双线性变换218

5.2.2双线性变换设计数字滤波器219

5.3 IIR滤波器的实现220

5.3.1直接型220

5.3.2级联型221

5.3.3并联形式222

5.3.4用MATLAB实现IIR滤波器223

5.4用MATLAB设计IIR滤波器224

5.4.1用MATLAB设计滤波器224

5.4.2用MATLAB进行频率转换226

5.4.3用FDAtool设计和实现滤波器227

5.5实现考虑230

5.5.1稳定性230

5.5.2有限精度效应和解决办法231

5.5.3 MATLAB实现232

5.6实际应用236

5.6.1循环振荡器236

5.6.2递归正交振荡器238

5.6.3参数均衡器239

5.7实验和程序示例240

5.7.1浮点直接Ⅰ型IIR滤波器240

5.7.2定点直接Ⅰ型滤波器241

5.7.3定点直接Ⅱ型级联IIR滤波器242

5.7.4用DSP intrinsics实现244

5.7.5用汇编语言实现247

5.7.6用DSP/BIOS实时实验249

5.7.7参数均衡器的实现250

5.7.8用DSP/BIOS的实时双带均衡器251

参考文献252

练习题253

6频谱分析和快速傅里叶变换256

6.1傅里叶序列和转化256

6.1.1傅里叶序列256

6.1.2傅里叶变换257

6.2离散傅里叶变换258

6.2.1离散时间傅里叶变换258

6.2.2离散傅里叶变换259

6.2.3重要性质261

6.3快速傅里叶变换263

6.3.1时间抽取263

6.3.2频率抽取265

6.3.3快速傅里叶逆变换266

6.4实现考虑266

6.4.1计算问题266

6.4.2有限精度效应267

6.4.3 MATLAB实现267

6.4.4用MATLAB实现定点FFT268

6.5实际应用270

6.5.1频谱分析270

6.5.2频谱泄漏和精度271

6.5.3功率谱密度274

6.5.4快速卷积276

6.6实验和程序实例278

6.6.1 DFT的浮点C实现278

6.6.2 DFT的C55x汇编实现280

6.6.3 FFT的浮点C实现282

6.6.4 FFT的C55x实现284

6.6.5 FFT和IFFT的汇编实现285

6.6.6快速卷积实现289

6.6.7用DSP/BIOS实现的实时FFT291

6.6.8实时快速卷积291

参考文献293

练习题294

7自适应滤波296

7.1随机过程简介296

7.2自适应滤波器298

7.2.1自适应滤波器简介298

7.2.2代价函数299

7.2.3最陡下降法301

7.2.4 LMS算法302

7.2.5改进的LMS算法303

7.3性能分析304

7.3.1稳定性约束条件304

7.3.2收敛速度305

7.3.3额外均方误差305

7.3.4归一化LMS算法306

7.4移植注意事项306

7.4.1计算量问题306

7.4.2有限字长效应307

7.4.3 MATLAB实现308

7.5应用309

7.5.1自适应系统辨识309

7.5.2自适应线性预测310

7.5.3自适应噪声消除312

7.5.4自适应陷波滤波器313

7.5.5自适应信道均衡314

7.6实验与程序实例316

7.6.1浮点C实现316

7.6.2泄露LMS算法的定点C实现317

7.6.3归一化LMS算法的ETSI实现320

7.6.4汇编语言实现延时LMS算法321

7.6.5自适应系统辨识325

7.6.6自适应预测和噪声消除327

7.6.7自适应信道均衡器329

7.6.8基于DSK的实时自适应谱线增强器332

参考文献333

练习题333

8数字信号发生器336

8.1正弦波发生器336

8.1.1查找表方法336

8.1.2线性调频脉冲信号338

8.2噪声发生器339

8.2.1线性同余序列生成器339

8.2.2伪随机二进制序列发生器341

8.3实际应用342

8.3.1警报发生器342

8.3.2高斯白噪声343

8.3.3双音多频音频发生器344

8.3.4舒适噪声语音通信系统344

8.4实验和工程例子345

8.4.1使用C5510 DSK的正弦波发生器345

8.4.2使用C5510 DSK的白噪声发生器346

8.4.3使用C5510 DSK哀号型警报发生器346

8.4.4使用C5510 DSK的DTMF发生器348

8.4.5使用MATLAB图形用户界面的DTMF发生器349

参考文献350

练习题351

9双音多频检测353

9.1引言353

9.2 DTMF音频检测354

9.2.1 DTMF解码指标354

9.2.2 Goertzel算法355

9.2.3其他DTMF检测方法357

9.2.4实现考虑359

9.3网络应用问题与解决方案361

9.4实验与项目举例362

9.4.1 Goertzel算法的定点C实现362

9.4.2 Goertzel算法的C55x汇编语言实现364

9.4.3利用C5510 DSK的DTMF检测365

9.4.4应用全极点建模进行DTMF检测368

参考文献371

练习题372

10自适应回声消除373

10.1线路回声简介373

10.2自适应回声消除器374

10.2.1自适应回声消除的原理374

10.2.2性能评价376

10.3实际考虑376

10.3.1信号预白化376

10.3.2延迟检测377

10.4双端检测影响与解决方法379

10.5非线性处理器380

10.5.1中心削波380

10.5.2舒适噪声381

10.6声学回声消除381

10.6.1声学回声382

10.6.2声学回声消除器383

10.6.3子带实现383

10.6.4无延迟结构385

10.6.5实现考虑386

10.6.6测试标准386

10.7实验和程序实例387

10.7.1 AEC的MATLAB实现387

10.7.2浮点C声学回声消除390

10.7.3 C55x Intrinsics上的声学回声消除器393

10.7.4延迟估计实验395

参考文献396

练习题397

11语音编码技术398

11.1语音编码介绍398

11.2码激励线性预测（CELP）声码器概述399

11.2.1合成滤波器400

11.2.2长时预测滤波器403

11.2.3基于感知的最小过程403

11.2.4激励信号404

11.2.5代数CELP405

11.3常用CODEC概述405

11.3.1 G.723.1概述406

11.3.2 G.729概述409

11.3.3 GSM AMR概述411

11.4因特网协议声音运用412

11.4.1.VoIP概述413

11.4.2实时传输协议和有效负荷类型415

11.4.3举例：包装G.729415

11.4.4用Ethereal轨迹分析RTP数据417

11.4.5影响声音质量的因素417

11.5实验和程序例子418

11.5.1用浮点C程序计算LPC系数418

11.5.2用C55x关联函数计算LPC系数420

11.5.3共振峰感知加权滤波器的MATLAB执行423

11.5.4用 C55x关联函数执行感知加权滤波器425

参考文献426

练习题427

12语音增强技术429

12.1噪声抑制技术简介429

12.2谱减技术430

12.2.1短时谱估计430

12.2.2幅度相减430

12.3语音断点检测432

12.4实际应用情况433

12.4.1谱平均433

12.4.2半波校正433

12.4.3剩余噪声消除434

12.5回声消除和噪声抑制的结合434

12.6声音增强与自动电平控制435

12.6.1声音增强装置436

12.6.2自动电平控制436

12.7实验和程序举例436

12.7.1语音端点检测436

12.7.2 NR算法的MATLAB实现438

12.7.3 NR的浮点C实现441

12.7.4在C55x上VAD的汇编实现442

12.7.5 AEC与NR的结合443

参考文献445

练习题445

13音频信号处理446

13.1引言446

13.2音频编码的基本原理446

13.2.1用于感知编码的人耳听觉掩蔽效应448

13.2.2频域编码450

13.2.3无损音频编码452

13.3多声道音频编码453

13.3.1 MP3453

13.3.2杜比AC-3455

13.3.3 MPEG-2 AAC456

13.4连通性处理457

13.5实验和程序例子457

13.5.1 MDCT浮点的实现457

13.5.2用C55x Intrinsics实现MDCT459

13.5.3预回声效应实验461

13.5.4浮点C语言实现MP3解码过程463

参考文献465

练习题465

14信道编码技术467

14.1引言467

14.2分组码468

14.2.1 Reed-Solomon编码470

14.2.2 Reed-Solomon码的应用473

14.2.3循环冗余码474

14.3卷积码474

14.3.1卷积码编码器474

14.3.2 Viterbi解码器475

14.3.3.Viterbi解码的应用477

14.4实验和程序例子479

14.4.1用MATLAB实现Reed-Solomen编码479

14.4.2 Reed-Solomon编码仿真480

14.4.3 RS（255，239）生成多项式的验证481

14.4.4卷积码482

14.4.5使用C程序实现卷积码483

14.4.6实现CRC-32485

参考文献486

练习题486

15数字图像处理导论487

15.1数字图像和系统487

15.1.1数字图像487

15.1.2数字图像系统488

15.2 RGB颜色空间和彩色滤波数组插值489

15.3颜色空间491

15.3.1 YCbCr和YUV颜色空间491

15.3.2 CYMK颜色空间492

15.3.3 YIQ颜色空间492

15.3.4 HSV颜色空间492

15.4 YCbCr子采样颜色空间493

15.5色彩平衡和校正494

15.5.1色彩平衡494

15.5.2颜色调整495

15.5.3伽玛校正495

15.6图像直方图496

15.7图像滤波498

15.8用快速卷积进行图像滤波501

15.9实际应用503

15.9.1 JPEG标准503

15.9.2二维离散余弦变换503

15.10实验和程序实例505

15.10.1 YCbCr到RGB转换505

15.10.2用CCS连接DSK和仿真器508

15.10.3白平衡510

15.10.4伽玛校正和对比度调整513

15.10.5直方图和直方图均衡化515

15.10.6二维图像滤波517

15.10.7 DCT和IDCT的实现520

15.10.8用以DCT和IDCT的TMS320C55x图像处理加速器524

15.10.9 TMS320C55x硬件加速器图像／视频处理库526

参考文献527

练习题527

附录A一些有用的公式和定义529

A.1三角恒等式529

A.2几何级数530

A.3复数变量530

A.4功率单位531

参考文献532

附录B软件组织结构和实验清单533