數(shù)字信號處理緒論

1、數(shù)數(shù) 字字 信信 號號 處處 理理Digital Signal Processing緒 論數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理緒論緒論一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展二、為什么要采用數(shù)字信號處理二、為什么要采用數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理四、本課程內容設計四、本課程內容設計一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展n上個世紀60年代我國開始研制先進的晶體管計算機，每秒可以完成百萬次操作。而1024點的DFT就需要百萬次的復數(shù)乘法運算。一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展n19651965年年J. W. CooleyJ

2、. W. Cooley和和J. W. TukeyJ. W. Tukey提出了快提出了快速傅里葉變換算法速傅里葉變換算法（FFTFFT），使得），使得DFTDFT的運算量的運算量急劇下降。大家公認急劇下降。大家公認19651965年是數(shù)字信號處理的年是數(shù)字信號處理的開創(chuàng)年代。開創(chuàng)年代。Cooley, James W.; Tukey, John W.An algorithm for the machine calculation of complex Fourier series.Math. Comput.1919: 297301(1965).復乘次數(shù)NN 2NN2log2DFTFFT0n1946

3、1946年年 賓夕法尼亞大學發(fā)明了第一代電子管計賓夕法尼亞大學發(fā)明了第一代電子管計算機算機n19571957年年 飛歌公司制造出第二代晶體管計算機飛歌公司制造出第二代晶體管計算機n19641964年年 IBMIBM公司制造出第三代集成電路計算機公司制造出第三代集成電路計算機n19711971年年 IntelIntel公司制造出第四代微型計算機公司制造出第四代微型計算機微微處理器處理器n19751975年年 第一臺第一臺PCPC機機n19791979年年 蘋果機問世蘋果機問世n19821982年年 IBMPCIBMPC一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展年代年代發(fā)展規(guī)模發(fā)展規(guī)

4、模1971 1971 年年第一塊微處理器第一塊微處理器40044004，大約，大約30003000個晶體管個晶體管1974 1974 年年8 8 位微處理器位微處理器80808080，大約，大約90009000個晶體管個晶體管1978 1978 年年16 16 位微處理器位微處理器80868086，大約，大約5 5 萬個晶體管萬個晶體管1986 1986 年年32 32 位微處理器位微處理器8038680386，50 50 萬個晶體管萬個晶體管1989 1989 年年微處理器微處理器8038680386，120120萬個晶體管萬個晶體管1993 1993 年年INTELINTEL高性能高性能P

5、entiumPentium微處理器，微處理器，310 310 萬個晶體管，包括萬個晶體管，包括MMXMMX指令集指令集1997 1997 年年INTEL Pentium IIINTEL Pentium II微處理器，微處理器，750 750 萬個晶體管萬個晶體管1999 1999 年年INTEL Pentium IIIINTEL Pentium III微處理器，微處理器，2400 2400 萬個晶體管，包括萬個晶體管，包括SSE SSE 指令集指令集2000 2000 年年INTEL Pentium 4 INTEL Pentium 4 微處理器，微處理器，4200 4200 萬個晶體管，包括萬

6、個晶體管，包括SSE2SSE2指令集指令集2003 2003 年年第一塊第一塊64 64 位微處理器位微處理器AMD Athlon 64AMD Athlon 64，大約，大約1060010600萬個晶體管萬個晶體管2006 2006 年年INTEL Core 2 DuoINTEL Core 2 Duo雙核微處理器，大約雙核微處理器，大約2910029100萬個晶體管，包括改進萬個晶體管，包括改進SSE3SSE3指令集指令集20112011年年INTEL Core i7 INTEL Core i7 六核微處理器，大約六核微處理器，大約117000117000萬個晶體管，萬個晶體管，32nm32n

7、m工藝工藝INTEL Core i7 INTEL Core i7 一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展 年代年代 特點特點 上世紀上世紀6060年代年代研究探索、理論體系完善研究探索、理論體系完善 上世紀上世紀7070年代年代軍事運用，成本高、體積大軍事運用，成本高、體積大 上世紀上世紀8080年代年代商用成功，非實時處理商用成功，非實時處理 上世紀上世紀9090年代年代消費類電子，數(shù)字音像、醫(yī)療消費類電子，數(shù)字音像、醫(yī)療本世紀本世紀 能源、環(huán)境、居家能源、環(huán)境、居家 從模擬到數(shù)字從模擬到數(shù)字1 1、留聲機誕生于年。、留聲機誕生于年。它的發(fā)明人就是譽滿全球的發(fā)它的發(fā)明人就是

8、譽滿全球的發(fā)明大王愛迪生。明大王愛迪生。2 2、模擬系統(tǒng)經歷了一個世紀的、模擬系統(tǒng)經歷了一個世紀的歷程。留聲機歷程。留聲機電唱機電唱機鋼絲鋼絲錄音機錄音機磁帶錄音機。磁帶錄音機。3 3、 年問世的年問世的CDCD唱盤唱盤，是數(shù)字技術取代模擬技術的，是數(shù)字技術取代模擬技術的典型產品。典型產品。 CDCD唱盤只用了年唱盤只用了年就淘汰了唱片。就淘汰了唱片。一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展形形色色的數(shù)字信號處理系統(tǒng)一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展軍事應用軍事應用預警飛機預警飛機偵察衛(wèi)星偵察衛(wèi)星無人

9、飛機無人飛機發(fā)展特點發(fā)展特點1 1、由簡單的運算走向復雜的運算，目前幾十位乘幾十、由簡單的運算走向復雜的運算，目前幾十位乘幾十位的全并行乘法器可以在數(shù)個納秒的時間內完成一次位的全并行乘法器可以在數(shù)個納秒的時間內完成一次浮點乘法運算，這無論在運算速度上和運算精度上均浮點乘法運算，這無論在運算速度上和運算精度上均為復雜的數(shù)字信號處理算法提供了先決條件；為復雜的數(shù)字信號處理算法提供了先決條件；一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展2 2、由低頻走向高頻，模數(shù)轉換器的采樣頻率已高達數(shù)、由低頻走向高頻，模數(shù)轉換器的采樣頻率已高達數(shù)百兆赫，可以將視頻甚至更高頻率的信號數(shù)字化后送百兆赫，可

10、以將視頻甚至更高頻率的信號數(shù)字化后送入計算機處理；入計算機處理；一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展發(fā)展特點發(fā)展特點3 3、由一維走向多維，像高分辨率彩色電視、雷達、由一維走向多維，像高分辨率彩色電視、雷達、石油勘探等多維信號處理的應用領域已與數(shù)字信號石油勘探等多維信號處理的應用領域已與數(shù)字信號處理結下了不解之緣。處理結下了不解之緣。一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展發(fā)展特點發(fā)展特點4 4、各種數(shù)字信號處理系統(tǒng)均幾經更新?lián)Q代、各種數(shù)字信號處理系統(tǒng)均幾經更新?lián)Q代 在音頻編碼方面，新標準層出不窮，如在音頻編碼方面，新標準層出不窮，如MP3MP3、WMAWM

11、A、杜、杜比比AC-3AC-3、AACAAC， SACD SACD、無損音頻編碼標準無損音頻編碼標準MPEG-4ALSMPEG-4ALS、DVD-AudioDVD-Audio等。等。 在圖像視頻編碼方面，國際上先后制定的標準在圖像視頻編碼方面，國際上先后制定的標準H.261H.261、JPEGJPEG、MPEG-1MPEG-1和和MPEG-2MPEG-2中均使用了離散余弦變換中均使用了離散余弦變換(DCT)(DCT)算法，而算法，而H.264H.264則采用了整數(shù)則采用了整數(shù)DCTDCT變換。另外，小波變換。另外，小波(Wavelet)(Wavelet)變換、新型的熵編碼方法等新技術不斷出現(xiàn)變

12、換、新型的熵編碼方法等新技術不斷出現(xiàn)在新一代壓縮標準中。在新一代壓縮標準中。一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展發(fā)展特點發(fā)展特點一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展更新?lián)Q代更新?lián)Q代周期短周期短。5 5、數(shù)字信號處理不斷開辟新的應用領域、數(shù)字信號處理不斷開辟新的應用領域n在機械制造中，基于在機械制造中，基于 FFTFFT算法的頻譜分析儀用于振算法的頻譜分析儀用于振動分析和機械故障診斷；動分析和機械故障診斷；n醫(yī)學中使用數(shù)字信號處理技術對心電醫(yī)學中使用數(shù)字信號處理技術對心電(ECG)(ECG)和腦電和腦電(EEG)(EEG)等生物電信號作分析和處理；等生物電

13、信號作分析和處理；n能源和電機控制等領域使用數(shù)字信號處理技術開辟能源和電機控制等領域使用數(shù)字信號處理技術開辟新的能源并大量降低能耗。新的能源并大量降低能耗。n數(shù)字信號處理技術已在信息處理領域引起了廣泛的數(shù)字信號處理技術已在信息處理領域引起了廣泛的關注和高度的重視。關注和高度的重視。一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展一、數(shù)字信號處理的誕生與發(fā)展發(fā)展特點發(fā)展特點數(shù)字信號處理采用數(shù)字系統(tǒng)（計算機是一典型的數(shù)字數(shù)字信號處理采用數(shù)字系統(tǒng)（計算機是一典型的數(shù)字系統(tǒng)）完成信號處理的任務，它具有數(shù)字系統(tǒng)的一些系統(tǒng)）完成信號處理的任務，它具有數(shù)字系統(tǒng)的一些共同優(yōu)點，例如抗干擾、可靠性強，便于大規(guī)模集成共同優(yōu)點，例如抗

14、干擾、可靠性強，便于大規(guī)模集成等。除此而外，與傳統(tǒng)的模擬信號處理方法相比較，等。除此而外，與傳統(tǒng)的模擬信號處理方法相比較，它還具有以下一些明顯的優(yōu)點：它還具有以下一些明顯的優(yōu)點：二、為什么要采用數(shù)字信號處理二、為什么要采用數(shù)字信號處理1 1、精度高、精度高在模擬系統(tǒng)的電路中，元器件精度要達到在模擬系統(tǒng)的電路中，元器件精度要達到1010-3-3以上已以上已經不容易了，而數(shù)字系統(tǒng)經不容易了，而數(shù)字系統(tǒng)1717位字長可以達到位字長可以達到1010-5-5的精的精度，這是很平常的。例如，數(shù)字萬用表和基于離散度，這是很平常的。例如，數(shù)字萬用表和基于離散傅里葉變換的數(shù)字式頻譜分析儀，其幅值精度或頻傅里葉變

15、換的數(shù)字式頻譜分析儀，其幅值精度或頻率分辨率均遠遠高于模擬頻譜分析儀。率分辨率均遠遠高于模擬頻譜分析儀。二、為什么要采用數(shù)字信號處理二、為什么要采用數(shù)字信號處理？2、靈活性強、靈活性強數(shù)字信號處理采用了專用或通用的數(shù)字系統(tǒng)，其性能數(shù)字信號處理采用了專用或通用的數(shù)字系統(tǒng)，其性能取決于運算程序和乘法器的各系數(shù)，這些均存儲在數(shù)取決于運算程序和乘法器的各系數(shù)，這些均存儲在數(shù)字系統(tǒng)中，只要改變運算程序或系數(shù)，即可改變系統(tǒng)字系統(tǒng)中，只要改變運算程序或系數(shù)，即可改變系統(tǒng)的特性參數(shù)，比改變模擬系統(tǒng)方便得多。的特性參數(shù)，比改變模擬系統(tǒng)方便得多。二、為什么要采用數(shù)字信號處理二、為什么要采用數(shù)字信號處理3 3、可以

16、實現(xiàn)模擬系統(tǒng)很難達到的指標或特性、可以實現(xiàn)模擬系統(tǒng)很難達到的指標或特性例如：例如：n有限長單位脈沖響應數(shù)字濾波器可以實現(xiàn)嚴格的線有限長單位脈沖響應數(shù)字濾波器可以實現(xiàn)嚴格的線性相位；性相位；n在數(shù)字信號處理中可以將信號存儲起來，用延遲的在數(shù)字信號處理中可以將信號存儲起來，用延遲的方法實現(xiàn)非因果系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)的性能指標；方法實現(xiàn)非因果系統(tǒng)，從而提高了系統(tǒng)的性能指標；n數(shù)據(jù)壓縮方法可以大大地減少信息傳輸中的信道容數(shù)據(jù)壓縮方法可以大大地減少信息傳輸中的信道容量。量。二、為什么要采用數(shù)字信號處理二、為什么要采用數(shù)字信號處理4 4、可以實現(xiàn)多維信號處理、可以實現(xiàn)多維信號處理利用龐大的存儲單元，可以存

17、儲二維的圖像信號或利用龐大的存儲單元，可以存儲二維的圖像信號或多維的陣列信號，實現(xiàn)二維或多維的濾波及譜分析多維的陣列信號，實現(xiàn)二維或多維的濾波及譜分析等。等。二、為什么要采用數(shù)字信號處理二、為什么要采用數(shù)字信號處理5 5、缺點、缺點（1 1）增加了系統(tǒng)的復雜性。他需要模擬接口以及比較）增加了系統(tǒng)的復雜性。他需要模擬接口以及比較復雜的數(shù)字系統(tǒng)。復雜的數(shù)字系統(tǒng)。（2 2）應用的頻率范圍受到限制。主要是）應用的頻率范圍受到限制。主要是A/DA/D轉換的采轉換的采樣頻率的限制。樣頻率的限制。（3 3）系統(tǒng)的功率消耗比較大。數(shù)字信號處理系統(tǒng)中集）系統(tǒng)的功率消耗比較大。數(shù)字信號處理系統(tǒng)中集成了幾十萬甚至更

18、多的晶體管，而模擬信號處理系統(tǒng)成了幾十萬甚至更多的晶體管，而模擬信號處理系統(tǒng)中大量使用的是電阻、電容、電感等無源器件，隨著中大量使用的是電阻、電容、電感等無源器件，隨著系統(tǒng)的復雜性增加這一矛盾會更加突出。系統(tǒng)的復雜性增加這一矛盾會更加突出。 二、為什么要采用數(shù)字信號處理二、為什么要采用數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理消息、信號和信息消息、信號和信息n消息是通過載體傳輸?shù)?，例如聲音、光、圖象。消息是通過載體傳輸?shù)?，例如聲音、光、圖象。n不等于聲音、光和圖象均含有消息，例如噪音、不等于聲音、光和圖象均含有消息，例如噪音、燈光。燈光。n載有消息的載體我們稱作信號。載有消息

19、的載體我們稱作信號。n信號信號的特征是一種的特征是一種變化的物理量，并可以用數(shù)學變化的物理量，并可以用數(shù)學的形式抽象表達。的形式抽象表達。n消息中所含有的對接受者而言的消息中所含有的對接受者而言的“未知性未知性”或或“不確定性不確定性”則稱為信息，它是消息中的實質性則稱為信息，它是消息中的實質性內容，也就是接受者所想知道的東西。內容，也就是接受者所想知道的東西。n信號信號的特征是一種的特征是一種變化的物理量，并可以用數(shù)學的形變化的物理量，并可以用數(shù)學的形式抽象表達。式抽象表達。n信號：信號傳遞信息的函數(shù)也是獨立變量的函數(shù)，這信號：信號傳遞信息的函數(shù)也是獨立變量的函數(shù)，這個變量可以是時間、空間位

20、置等。個變量可以是時間、空間位置等。n顯然，我們必須將聲、光、溫度、壓力、速度等各種顯然，我們必須將聲、光、溫度、壓力、速度等各種信號轉換成電信號，才能交由電子信息系統(tǒng)去處理。信號轉換成電信號，才能交由電子信息系統(tǒng)去處理。各種類型的傳感器將自然界的信號轉換成電信號，傳各種類型的傳感器將自然界的信號轉換成電信號，傳感器是電子信息系統(tǒng)的感器是電子信息系統(tǒng)的“五官五官”。信號的分類和特征信號的分類和特征三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理n連續(xù)信號：在某個時間區(qū)間，除有限間斷點外所有瞬連續(xù)信號：在某個時間區(qū)間，除有限間斷點外所有瞬時均有確定值。時均有確定值。n模擬信號是連續(xù)信號的特例。時

21、間和幅度均連續(xù)。模擬信號是連續(xù)信號的特例。時間和幅度均連續(xù)。n離散信號：時間上不連續(xù)，幅度連續(xù)。離散信號的離散信號：時間上不連續(xù)，幅度連續(xù)。離散信號的時時間變量是量化值間變量是量化值，通常采用等步長量化。，通常采用等步長量化。n數(shù)字信號：幅度量化，時間和幅度均不連續(xù)。數(shù)字信號：幅度量化，時間和幅度均不連續(xù)。數(shù)字信數(shù)字信號可以用有限的存儲器空間和有限的二進制數(shù)位存儲，號可以用有限的存儲器空間和有限的二進制數(shù)位存儲，更便于計算機處理。更便于計算機處理。n信號可以由單個信號源產生，也可以由多個信號源產信號可以由單個信號源產生，也可以由多個信號源產生。前者是一標量信號生。前者是一標量信號(Scalar

22、 signal)(Scalar signal)，而后者是一，而后者是一向量信號通常也稱作多通道信號。向量信號通常也稱作多通道信號。信號的分類和特征信號的分類和特征三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理n信號處理就是對信號作某種加工。信號處理就是對信號作某種加工。n信號處理的種類可以按信號處理的預期目標進行劃分，信號處理的種類可以按信號處理的預期目標進行劃分，也可以按所處理信號的屬性劃分，還可以按信號處理也可以按所處理信號的屬性劃分，還可以按信號處理系統(tǒng)的屬性來劃分。系統(tǒng)的屬性來劃分。n信號處理的預期目標信號處理的預期目標主要主要有有：濾波、分析、變換、調濾波、分析、變換、調制解調、參

23、數(shù)估計、識別、壓縮等；制解調、參數(shù)估計、識別、壓縮等；n處理信號的屬性處理信號的屬性：音頻、視頻、生物電、機械等；音頻、視頻、生物電、機械等；n信號處理系統(tǒng)的屬性只有兩大類，即模擬系統(tǒng)和數(shù)字信號處理系統(tǒng)的屬性只有兩大類，即模擬系統(tǒng)和數(shù)字系統(tǒng)。系統(tǒng)。信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理n自然產生的信號一般是模擬信號，必須將模擬信號轉自然產生的信號一般是模擬信號，必須將模擬信號轉換成數(shù)字信號，才能做數(shù)字信號處理。換成數(shù)字信號，才能做數(shù)字信號處理。n數(shù)字信號處理系統(tǒng)的核心部件是通用或專用計算機。數(shù)字信號處理系統(tǒng)的核心部件是通用或專用計算機。數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、

24、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖數(shù)字信號處理系統(tǒng)框圖n軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn)n硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)n片上系統(tǒng)（片上系統(tǒng)（SOC, System on a ChipSOC, System on a Chip）數(shù)字信號處理系統(tǒng)的實現(xiàn)三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理 軟件實現(xiàn)是用一臺通用的數(shù)字計算機運行數(shù)字信號處理軟件實現(xiàn)是用一臺通用的數(shù)字計算機運行數(shù)字信號處理程序。其優(yōu)點是經濟，一機可以多用；缺點是處理速度慢程序。其優(yōu)點是經濟，一機可以多用；缺點是處理速度慢，這是由于通用數(shù)字計算機的體系結構并不是為某一種特，這是由于通用數(shù)字計算機的體系結構并不是為某一種特定算法而設計的。在許多非實時

25、的應用場合，可以采用軟定算法而設計的。在許多非實時的應用場合，可以采用軟件實現(xiàn)方法。例如，處理一盤混有噪聲的錄像件實現(xiàn)方法。例如，處理一盤混有噪聲的錄像( (音音) )帶，我?guī)?，我們可以將圖像們可以將圖像( (聲音聲音) )信號轉換成數(shù)字信號并存入計算機，信號轉換成數(shù)字信號并存入計算機，用較長的時間一幀幀地處理這些數(shù)據(jù)。處理完畢后，再實用較長的時間一幀幀地處理這些數(shù)據(jù)。處理完畢后，再實時地將處理結果還原成一盤清晰的錄像時地將處理結果還原成一盤清晰的錄像( (音音) )帶。通用計算帶。通用計算機即可完成上述任務，而不必花費較大的代價去設計一臺機即可完成上述任務，而不必花費較大的代價去設計一臺專用

26、數(shù)字計算機。專用數(shù)字計算機。數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理的的軟件實現(xiàn)軟件實現(xiàn)三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理n硬件實現(xiàn)是針對特定的應用目標，經優(yōu)化，設計硬件實現(xiàn)是針對特定的應用目標，經優(yōu)化，設計一專用的軟硬件系統(tǒng)。其優(yōu)點是容易做到實時處一專用的軟硬件系統(tǒng)。其優(yōu)點是容易做到實時處理，缺點是設備只能專用。理，缺點是設備只能專用。nDSPDSP實現(xiàn)；實現(xiàn)；nFPGAFPGA實現(xiàn)。實現(xiàn)。數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理的的硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理n采用多總線結構（采用多總線結構（HarvardHarvard總線結構總線結構）。n具有高速陣列乘法器等專用硬件。

27、具有高速陣列乘法器等專用硬件。n具有高速的片內數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器。具有高速的片內數(shù)據(jù)存儲器和程序存儲器。n具有滿足信號處理應用要求的一些特殊指令。具有滿足信號處理應用要求的一些特殊指令。n具有高速的具有高速的I/OI/O接口。接口。數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理的的硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)DSP（Digital Signal Processor）三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理FPGAFPGA屬于可編程邏輯器件，它是作為屬于可編程邏輯器件，它是作為專用集成電路專用集成電路(Application Specific Integrated Circuit(Application Specif

28、ic Integrated Circuit， ASIC)ASIC)領領域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的。相對于域中的一種半定制電路而出現(xiàn)的。相對于ASICASIC而言，具有而言，具有開發(fā)時間短、成本低的優(yōu)勢并具有更大的靈活性，可以修開發(fā)時間短、成本低的優(yōu)勢并具有更大的靈活性，可以修改程序中的錯誤；相對于原有的可改程序中的錯誤；相對于原有的可編程器編程器件而言，其豐富件而言，其豐富的可編程邏輯塊、觸發(fā)器、本地互連和行列互連資源，更的可編程邏輯塊、觸發(fā)器、本地互連和行列互連資源，更好地滿足了用戶需求，不僅可以實現(xiàn)復雜的組合邏輯還可好地滿足了用戶需求，不僅可以實現(xiàn)復雜的組合邏輯還可以實現(xiàn)包含時序邏輯的復

29、雜算法和電路；相對于以實現(xiàn)包含時序邏輯的復雜算法和電路；相對于DSPDSP處理處理器而言，近年來先進的器而言，近年來先進的FPGAFPGA芯片集成了片內存儲器、芯片集成了片內存儲器、DSP DSP 邏輯、多個乘法器甚至集成了嵌入式處理器硬核，滿足了邏輯、多個乘法器甚至集成了嵌入式處理器硬核，滿足了數(shù)字信號處理硬件實現(xiàn)的要求。數(shù)字信號處理硬件實現(xiàn)的要求。數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理的的硬件實現(xiàn)硬件實現(xiàn)FPGA（Field-Programmable Gate Array）三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，一個復雜數(shù)字信號處理系統(tǒng)隨著大規(guī)模集成電路的發(fā)展，一個復雜

30、數(shù)字信號處理系統(tǒng)已可以集成在一個芯片上。已可以集成在一個芯片上。SOCSOC包含有數(shù)字和模擬電路、包含有數(shù)字和模擬電路、模擬和數(shù)字轉換電路、微處理器、微控制器以及數(shù)字信號模擬和數(shù)字轉換電路、微處理器、微控制器以及數(shù)字信號處理器等。與傳統(tǒng)的集成電路不同的是，嵌入式軟件的設處理器等。與傳統(tǒng)的集成電路不同的是，嵌入式軟件的設計也被集成到了計也被集成到了SOCSOC的設計流程中，的設計流程中，SOCSOC的設計方法將以組的設計方法將以組裝為基礎，采用自上至下的設計方法，在設計過程中大量裝為基礎，采用自上至下的設計方法，在設計過程中大量重 復 使 用 自 行 設 計 或 其 他 第 三 方 擁 有 知

31、識 產 權 的重 復 使 用 自 行 設 計 或 其 他 第 三 方 擁 有 知 識 產 權 的IP(Intelligent Property)IP(Intelligent Property)模塊。模塊。SOCSOC要充分考慮如何合要充分考慮如何合理劃分軟件和硬件所實現(xiàn)的系統(tǒng)功能以及如何實現(xiàn)軟、硬理劃分軟件和硬件所實現(xiàn)的系統(tǒng)功能以及如何實現(xiàn)軟、硬件之間的信息傳遞。件之間的信息傳遞。SOCSOC將是數(shù)字信號處理系統(tǒng)的一個新將是數(shù)字信號處理系統(tǒng)的一個新型的實現(xiàn)方法。型的實現(xiàn)方法。 數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理的的實現(xiàn)實現(xiàn)片上系統(tǒng)（片上系統(tǒng)（SOC, System on a Chip）三、如何實現(xiàn)數(shù)字信

32、號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理n并行是指為了完成同一個任務，幾個處理器同時工并行是指為了完成同一個任務，幾個處理器同時工作，使系統(tǒng)能勝任單個處理器所不能完成的任務；作，使系統(tǒng)能勝任單個處理器所不能完成的任務；n當一個處理器完成單個任務當一個處理器完成單個任務( (比如一個濾波器比如一個濾波器) )有很有很大的富余量時，可讓其完成多個任務，這就是復用；大的富余量時，可讓其完成多個任務，這就是復用；n流水結構也是多處理器完成同一任務，它與并行結流水結構也是多處理器完成同一任務，它與并行結構的主要區(qū)別在于并行的各個處理器之間數(shù)據(jù)交換構的主要區(qū)別在于并行的各個處理器之間數(shù)據(jù)交換不多，而流水結構類似于生

33、產中的流水線，數(shù)據(jù)經不多，而流水結構類似于生產中的流水線，數(shù)據(jù)經一道道一道道“工序工序”處理。采用并行或流水結構，完全處理。采用并行或流水結構，完全取決于數(shù)字信號處理的運算結構。取決于數(shù)字信號處理的運算結構。數(shù)字信號處理實現(xiàn)中的一些基本概念數(shù)字信號處理實現(xiàn)中的一些基本概念并行、復用和流水并行、復用和流水三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理數(shù)字信號處理實現(xiàn)中的一些基本概念數(shù)字信號處理實現(xiàn)中的一些基本概念分幀處理分幀處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理三、如何實現(xiàn)數(shù)字信號處理分幀處理及其系統(tǒng)時延n數(shù)字信號處理系統(tǒng)的時延由三部分組成：數(shù)字信號處理系統(tǒng)的時延由三部分組成：n 幀長。輸入緩存收集到完整的一幀的樣本數(shù)據(jù)所幀長。輸入緩存收集到完整的一幀的樣本數(shù)據(jù)所需要的時間，它等于采樣周期乘以一幀的樣本數(shù)目。需要的時間，它等于采樣周期乘以一幀的樣本數(shù)目。數(shù)據(jù)幀加大，時延也相應增加。數(shù)據(jù)幀加大，時延也相應增加。n 處理時長。處理一幀數(shù)據(jù)所需要的時間。對于實處理時長。處理一幀數(shù)據(jù)所需要的時間。對于實時