《基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字信号处理》的内容介绍

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日期:2023-04-23

《基于现场可编程门阵列(FPGA)的数字信号处理》的内容介绍

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万物云联网2023-04-23 08:04

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》是一本介绍数字信号处理和可编程门阵列(FPGA)的书籍。本书主要包括以下内容:

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》

第一部分介绍了数字信号处理基础知识,如采样定理、数字滤波器以及快速傅里叶变换等。

第二部分讲解了FPGA的基本知识,包括FPGA架构、编程语言、数字电路设计以及FPGA实现数字信号处理算法的方法。

第三部分介绍了基于FPGA实现数字信号处理算法的实际应用,包括音频信号处理、图像处理、无线通信等。

第四部分则是一些扩展内容,如硬件设计与软件开发的结合、高级FPGA应用等。

总的来说,《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》涵盖了数字信号处理和FPGA两个领域的基础知识和应用案例,适合对数字信号处理和FPGA感兴趣的读者阅读。书中的案例和实践操作可以帮助读者更好地理解并应用所学知识。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》(使用可编程门阵列的数字信号处理)一书的“Introduction”章节主要介绍了本书的背景、主要内容和结构安排。具体内容如下:

1.背景介绍。本章节首先介绍了数字信号处理和可编程门阵列(FPGA)技术的背景和基本概念。数字信号处理是数字技术的重要应用领域之一,广泛应用于通信、娱乐、医疗等各个领域。而FPGA技术则是实现数字信号处理的重要手段之一,FPGA具有门电路数量多、可编程性强等优点,被广泛应用于数字信号处理平台的设计和实现。


DSP的典型应用

2.本书主要内容。本章节介绍了本书的主要内容,包括使用FPGA实现数字滤波器、数字信号处理算法、音频处理和图像处理等方面的内容。

3.结构安排。本章节最后介绍了本书的结构安排,共分为8章。第1章简要介绍了数字信号处理和FPGA技术。第2章介绍了FPGA的基本原理和结构。第3-5章分别介绍了在FPGA上实现数字滤波器、数字信号处理算法和音频处理的方法。第6-7章介绍了在FPGA上实现图像处理的方法。最后一章总结了全书内容,并展望了FPGA技术未来的发展方向。

总之,本书的“Introduction”章节介绍了本书的背景、主要内容和结构安排,为读者理解全书的主题和框架提供了重要的引导作用。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》(使用可编程门阵列的数字信号处理)一书的“Computer Arithmetic”章节主要介绍了数字信号处理中的计算机算术,包括固定点算术和浮点算术等方面的内容。具体内容如下:

1.固定点算术。本章节首先介绍了固定点算术的概念和原理,包括如何进行数字信号的定点表示、定点运算和溢出处理等。此外,本章还介绍了定点算法的一些实例,如加法、减法、乘法、除法等。

数字系统中的‘数’的表示

2.浮点算术。本章节接着介绍了浮点算术,包括浮点数的表示、浮点数的运算和舍入误差等。与固定点算法不同,浮点算法具有更高的精度,但计算规模较大,执行效率较低。因此,在实际应用中需要根据具体要求选择固定点算法还是浮点算法。

3.实例分析。本章节最后介绍了一些实例分析,以帮助读者更好地理解如何在FPGA平台上进行数字信号处理算法的设计和实现。例如,本章节介绍了如何使用FPGA实现旋转和缩放等图像处理算法,以及如何使用FPGA实现快速傅里叶变换(FFT)等数字信号处理算法。

总之,“Computer Arithmetic”章节介绍了数字信号处理中的计算机算术,包括固定点算法和浮点算法等方面的内容。本章通过介绍算法原理、实现方法和应用实例等方式,让读者更好地理解FPGA平台上数字信号处理算法的设计和实现过程。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》(使用可编程门阵列的数字信号处理)一书中的“Finite Impulse Response (FIR) Digital Filters”章节介绍了有限脉冲响应数字滤波器的原理、结构、设计方法和实现技术等方面的内容。具体内容如下:


离散形式的FIR滤波器

1.有限脉冲响应数字滤波器的概念。本章节首先介绍了有限脉冲响应数字滤波器(FIR)的概念和基本原理,包括FIR滤波器的结构、特性和应用等。

2.FIR滤波器的设计方法。本章节介绍了FIR滤波器的设计方法,包括使用窗函数、最小均方误差(LMS)和最小相位等方法进行FIR滤波器的设计,各种设计方法的优缺点及其适用范围等。

3.FIR滤波器的实现技术。本章节介绍了FIR滤波器的实现技术,包括直接形式、级联形式和线性相位形式等,针对各种实现方法进行了详细的说明和分析。

4.FIR滤波器的应用实例。本章节最后介绍了FIR滤波器的应用实例,如语音信号处理、音频处理、图像处理等场景。实例中具体介绍了如何设计和实现FIR滤波器来满足各种信号处理需求。

总之,“Finite Impulse Response (FIR) Digital Filters”章节介绍了有限脉冲响应数字滤波器的原理、结构、设计方法和实现技术等方面的内容。本章介绍了FIR滤波器的设计与实现过程,以及其在各种应用场景中的实际应用。读者可以通过本章内容深入了解FIR滤波器的概念、应用以及通用数字信号处理技术方法等。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》(使用可编程门阵列的数字信号处理)一书中的“Infinite Impulse Response (IIR) Digital Filters”章节介绍了无限脉冲响应数字滤波器的原理、结构、设计方法和实现技术等方面的内容。具体内容如下:

第一阶IIR滤波器

1.无限脉冲响应数字滤波器的概念。本章节首先介绍了无限脉冲响应数字滤波器(IIR)的概念和基本原理,包括IIR滤波器的结构、特性和应用等。

2.IIR滤波器的设计方法。本章节介绍了IIR滤波器的设计方法,包括使用双线性变换和脉冲响应型变换等方法进行IIR滤波器的设计,各种设计方法的优缺点及其适用范围等。

3.IIR滤波器的实现技术。本章节介绍了IIR滤波器的实现技术,包括直接形式、间接形式和级联形式等,针对各种实现方法进行了详细的说明和分析。

4.IIR滤波器的应用实例。本章节最后介绍了IIR滤波器的应用实例,如语音信号处理、音频处理、图像处理等场景。实例中具体介绍了如何设计和实现IIR滤波器来满足各种信号处理需求。

总之,“Infinite Impulse Response (IIR) Digital Filters”章节介绍了无限脉冲响应数字滤波器的原理、结构、设计方法和实现技术等方面的内容。本章介绍了IIR滤波器的设计与实现过程,以及其在各种应用场景中的实际应用。读者可以通过本章内容深入了解IIR滤波器的概念、应用以及通用数字信号处理技术方法等。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》一书中的“Multirate Signal Processing”章节介绍了多速率信号处理的基本概念、方法和应用。具体内容如下:

信号 x[n] 的抽取 ◦−• X(ω)

1. 多速率信号处理的定义。本章节首先介绍了多速率信号处理的定义、使用场景以及其优势。其中包括子采样和升采样等基本概念,以及多速率信号处理在信号压缩、滤波器设计、数字信号处理等方面的优势。

2. 多速率滤波器的设计。本章节介绍了多速率滤波器的设计方法,包括抽取滤波、插值滤波、多相滤波和二维滤波器等技术方法。其中,作者详细介绍了如何使用多相滤波器来有效地实现多速率滤波器的设计和实现。

3. 多速率信号处理的实现技术。本章节介绍了多速率信号处理的实现技术,包括串行、并行、并行-串行和硬件加速等多种实现方式,以及如何通过分块处理和流水线设计来提高处理效率。

4. 多速率信号处理在数字信号处理中的应用。本章节最后介绍了多速率信号处理在数字信号处理中的应用,包括信号压缩、多频带滤波、信号重构、数字电视、数字音频等方面。作者通过多个应用实例来证明多速率信号处理在数字信号处理领域的实用性和有效性。

总之,“Multirate Signal Processing”章节介绍了多速率信号处理的基本概念、方法和应用。通过本章,读者可以学习到多种多速率滤波器的设计和实现技术,以及多速率信号处理在数字信号处理领域中的应用。同时,本章讨论的应用实例也可以帮助读者更好地理解和应用多速率信号处理技术。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》(使用可编程门阵列的数字信号处理)一书中的“Fourier Transforms”(傅里叶变换)章节主要介绍了数字信号处理中傅里叶变换的基本原理、实现方法和应用。其具体内容如下:

DFT和FFT算法分类

1.傅里叶变换的基本概念和原理。本章节介绍了傅里叶变换的定义、离散傅里叶变换的基本原理和快速傅里叶变换算法的实现方法等方面的内容。

2.傅里叶变换在数字信号处理中的应用。本章节还介绍了傅里叶变换在数字信号处理中的应用,包括信号滤波、频域分析、频域变换等方面的应用。

3.离散余弦变换和小波变换。除了傅里叶变换外,本章节还涉及到离散余弦变换和小波变换,在介绍这两种变换的基本原理和实现方法之余,还分别介绍了它们在数字信号处理中的应用。

4.傅里叶变换的改进与优化。最后,本章节还介绍了傅里叶变换的改进与优化方法,包括自适应傅里叶变换算法、基于压缩感知的傅里叶变换等方面的内容。

总之,“Fourier Transforms”章节深入介绍了傅里叶变换在数字信号处理中的应用,包括傅里叶变换的基本定义、离散傅里叶变换算法、快速傅里叶变换、在数字信号处理中的应用、离散余弦变换和小波变换等方面的内容。本章还介绍了一系列傅里叶变换算法的改进和优化方法,以便读者更好地理解和应用数字信号处理中的傅里叶变换技术。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》(使用可编程门阵列的数字信号处理)一书中的“Communication Systems”(通信系统)章节主要介绍了数字信号处理在通信系统中的应用。其具体内容如下:


通信系统中各种调制方案的性能

1.通信系统的基本原理和结构。本章节首先介绍了通信系统的基本原理和结构,包括通信系统中的发送端和接收端以及它们之间的信道模型。

2.模拟调制技术。本章节进一步介绍了模拟调制技术,包括调幅调制、调频调制和调相调制等方面的内容。

3.数字调制技术。除了模拟调制技术外,本章节还涉及到数字调制技术,包括二进制相移键控、四种QAM调制和八种PSK调制等方面的内容。

4.误码率分析。为了评估数字信号传输的性能,本章节还介绍了误码率分析的方法。

5.通信系统中的数字信号处理技术。最后,本章节重点介绍了数字信号处理在通信系统中的应用,包括数字均衡、前向纠错编码和信道估计等方面的内容。

总之,“Communication Systems”章节深入介绍了数字信号处理在通信系统中的应用,包括通信系统的基本原理和结构、模拟调制技术、数字调制技术、误码率分析以及数字信号处理在通信系统中的应用等方面的内容。此外,本章还简述了数字信号处理技术的最新进展和未来的发展方向,为读者提供了全面的知识体系和深入的了解。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》(使用可编程门阵列的数字信号处理)一书中的“Adaptive Systems”(自适应系统)章节主要介绍了数字信号处理中自适应滤波器的应用。其具体内容如下:


干扰消除( interference cancellation)模型的基本配置

预测模型的基本配置

逆系统模型(inverse system modeling)的基本原理图

1.线性自适应滤波器。本章节介绍了线性自适应滤波器的原理和应用。线性自适应滤波器可以通过适应性算法自动调整滤波器系数,从而在抑制噪声、降低失真和提高信号质量方面发挥作用。

2.非线性自适应滤波器。除了线性自适应滤波器外,本章节还介绍了非线性自适应滤波器的应用。非线性自适应滤波器可以通过非线性适应性算法来适应信号的非线性特性,并在某些应用场景中取得良好的效果。

3.自适应滤波器的应用。最后,本章节还介绍了自适应滤波器在多个领域中的应用,包括音频处理、图像处理、语音识别、信号传输等方面。

总之,“Adaptive Systems”章节深入介绍了数字信号处理中自适应滤波器的应用。该章节主要介绍了线性自适应滤波器和非线性自适应滤波器的原理和应用,以及自适应滤波器在多个领域中的应用。本章节的内容涵盖了数字信号处理中的自适应滤波器的基本概念和应用,读者可以深入了解自适应滤波器在信号处理中的重要作用。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》(使用可编程门阵列的数字信号处理)一书中的“Microprocessor Design”(微处理器设计)章节主要介绍了数字信号处理器(DSP)的基本架构,以及如何使用可编程门阵列(FPGA)实现高效的数字信号处理。


Xilinx 的KCPSM a.k.a. PicoBlaze微处理器架构

1.数字信号处理器的基本架构。该章节首先介绍了数字信号处理器的基本架构,包括运算器、累加器和存储器等组成部分。此外,该章节还介绍了DSP的控制单元和数据通路,并对DSP的性能进行了详细说明。

2.使用FPGA实现数字信号处理。接下来,该章节介绍了如何使用FPGA实现高效的数字信号处理。该章节讨论了FPGA的优点和限制,并详细说明了如何使用FPGA实现复杂的数字信号处理算法。

3.微处理器设计实例。最后,本章节以TMS320C25 DSP和Xilinx FPGA为例,介绍了如何设计和构建完整的数字信号处理系统。该章节涵盖了从硬件设计到软件开发的部分内容,同时还讨论了如何优化DSP算法,以及如何在实现中解决DSP系统的常见问题。

总之,“Microprocessor Design”章节深入介绍了数字信号处理器的基本架构和使用FPGA实现数字信号处理的方法。该章节涵盖了无论是从硬件设计还是从软件开发的角度都是十分重要的内容,同时也探讨了如何优化DSP算法和解决DSP系统的常见问题。本章节的内容可供数字信号处理方面的研究人员和工程师参考,以深入了解数字信号处理器的实际应用。

《Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays》(使用可编程门阵列的数字信号处理)一书中的“Image and Video Processing”(图像和视频处理)章节主要介绍了数字信号处理在图像和视频处理中的应用,主要内容包括:


JPEG的压缩原理

1.数字图像和视频的基本概念。该章节首先介绍了数字图像和视频的基本概念,包括像素、分辨率和帧率等。此外,该章节还介绍了数字图像和视频的存储和传输方式,以及数字图像和视频处理中的主要挑战。

2.数字图像和视频处理的基本方法。接下来,该章节介绍了数字图像和视频处理的基本方法,包括滤波、变换、压缩和分割等。该章节还涵盖了在数字图像和视频处理中使用的常见算法和技术,例如卷积、快速傅里叶变换、离散余弦变换、JPEG和MPEG压缩等。

3.数字图像和视频处理的FPGA实现。该章节重点介绍了如何使用可编程门阵列(FPGA)实现数字图像和视频处理算法。该章节讨论了FPGA在数字图像和视频处理中的优点和限制,并详细说明了使用FPGA实现常见数字图像和视频处理算法的方法。

4.数字图像和视频处理应用案例。最后,该章节以两个实际应用案例为例,分别介绍了数字图像和视频处理在医学图像处理和视频监控方面的应用。该章节涵盖了从算法设计到硬件实现的全过程,给读者提供了实际应用的启示。

总之,“Image and Video Processing”章节深入探讨了数字信号处理在图像和视频处理中的应用。该章节详细介绍了数字图像和视频的基本概念和处理方法,并介绍了如何使用FPGA实现数字图像和视频处理算法。该章节同时也提供了两个实际应用案例作为参考,以丰富读者的实际应用知识。本章节的内容可供数字图像和视频处理方面的研究人员和工程师参考,以深入了解数字信号处理在图像和视频处理中的实际应用。