数字信号处理(DSP)及应用概论 PPT课件
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《DSP原理及应用》电子教案全套课件
第1章 绪论
1.1 数字信号处理概述 1.2 数字信号处理器概述
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1.1.2 数字信号处理的实现 1.1.3 数字信号处理的特点
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1.1.1 数字信号处理系统的构成
图1-1 典型的数字信号处理系统
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1.1.2 数字信号处理的实现
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图2-1 TMS320C54x DSP的内部硬件组成框图2
2.2 TMS320C54x的总线结构
TMS320C54x DSP采用先进的哈佛结构并具有八 组总线，其独立的程序总线和数据总线允许同时 读取指令和操作数，实现高度的并行操作。 采用各自分开的数据总线分别用于读数据和写数 据，允许CPU在同一个机器周期内进行两次读操 作数和一次写操作数。独立的程序总线和数据总 线允许CPU同时访问程序指令和数据。
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存储器 64 K字程序存储器、64 K字数据存储器以及64 K 字 I/O 空间。在 C548、C549、C5402、C5410 和 C5420中程序存储器可以扩展。
指令系统 单指令重复和块指令重复操作。 块存储器传送指令。 32位长操作数指令。 同时读入两个或3个操作数的指令。 并行存储和并行加载的算术指令。 条件存储指DSP芯片的主要特点
1．哈佛结构 2．多总线结构 3．指令系统的流水线操作 4．专用的硬件乘法器 5．特殊的DSP指令 6．快速的指令周期 7．硬件配置强
时钟 取指 译码 取操作数 执行 N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N
1.1 数字信号处理概述 1.2 数字信号处理器概述
1.1 数字信号处理概述
1.1.1 数字信号处理系统的构成 1.1.2 数字信号处理的实现 1.1.3 数字信号处理的特点
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1.1.1 数字信号处理系统的构成
图1-1 典型的数字信号处理系统
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1.1.2 数字信号处理的实现
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图2-1 TMS320C54x DSP的内部硬件组成框图2
2.2 TMS320C54x的总线结构
TMS320C54x DSP采用先进的哈佛结构并具有八 组总线，其独立的程序总线和数据总线允许同时 读取指令和操作数，实现高度的并行操作。 采用各自分开的数据总线分别用于读数据和写数 据，允许CPU在同一个机器周期内进行两次读操 作数和一次写操作数。独立的程序总线和数据总 线允许CPU同时访问程序指令和数据。
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存储器 64 K字程序存储器、64 K字数据存储器以及64 K 字 I/O 空间。在 C548、C549、C5402、C5410 和 C5420中程序存储器可以扩展。
指令系统 单指令重复和块指令重复操作。 块存储器传送指令。 32位长操作数指令。 同时读入两个或3个操作数的指令。 并行存储和并行加载的算术指令。 条件存储指DSP芯片的主要特点
1．哈佛结构 2．多总线结构 3．指令系统的流水线操作 4．专用的硬件乘法器 5．特殊的DSP指令 6．快速的指令周期 7．硬件配置强
时钟 取指 译码 取操作数 执行 N N-1 N-2 N-3 N+1 N N-1 N-2 N+2 N+1 N N-1 N+3 N+2 N+1 N
DSP应用技术-DSP及其应用概述
(1) 规格：
① C55xTM DSP内核可以为高达600 MIPS的性能提供300 MHz；
② 目前TMS320C5510 DSP已经开始投产，TMS320C5509 DSP 可提供样片；
③ 在整个C5000TM DSP平台上可实现软件兼容。
(2) 应用：功能丰富的便携产品，2G、2.5G、3G手机与基站， 数字音频播放器，数码相机，电子图书，语音识别，GPS接收器， 指纹/模式识别，无线调制解调器，耳机，生物辨识。
③ 高达7 MB的片上内存；
④ 两个多通道缓冲串行端口(McBSP)(三个用于C6202与 C6203 DSP的McBSP)；
⑤ 16位主机端口接口(HPI)(32位用于C6202、C6203与C6204 DSP的扩展总线)；
⑥ 两个32位定时器；
⑦ 300 MHz时速率高达2400 MIPS(C6203 DSP)。
(6) 具有软、硬件等待功能，能与各种存取速度的存储器接 口。
(7) 针对滤波、相关和矩阵运算等需要大量乘法累加运算的 特点，DSP芯片大多配有独立的乘法器和加法器，使得在同一 时钟周期内可以完成乘、累加两个运算。
(8) 低功耗，DSP一般为0.5～4 W，而采用低功耗技术的 DSP芯片只有0.1 W，可用电池供电。
(2) 特性：OMAP5910双内核处理器同时包括。 ① 150 MHz的TI增强ARM925微处理器： * 16 KB指令高速缓冲存储器以及8 KB数据缓冲器； * 数据与指令MMU； * 32位与16位指令集。
② 150 MHz TMS320C55xTM DSP内核： * 24 KB指令高速缓冲存储器； * 160 KB SRAM； * 用于视频算法的硬件加速器。
(3) 特性：高级自动电源管理；可配置的空闲域，以延长电 池寿命；缩短调制过程，从而加快产品上市进程。
① C55xTM DSP内核可以为高达600 MIPS的性能提供300 MHz；
② 目前TMS320C5510 DSP已经开始投产，TMS320C5509 DSP 可提供样片；
③ 在整个C5000TM DSP平台上可实现软件兼容。
(2) 应用：功能丰富的便携产品，2G、2.5G、3G手机与基站， 数字音频播放器，数码相机，电子图书，语音识别，GPS接收器， 指纹/模式识别，无线调制解调器，耳机，生物辨识。
③ 高达7 MB的片上内存；
④ 两个多通道缓冲串行端口(McBSP)(三个用于C6202与 C6203 DSP的McBSP)；
⑤ 16位主机端口接口(HPI)(32位用于C6202、C6203与C6204 DSP的扩展总线)；
⑥ 两个32位定时器；
⑦ 300 MHz时速率高达2400 MIPS(C6203 DSP)。
(6) 具有软、硬件等待功能，能与各种存取速度的存储器接 口。
(7) 针对滤波、相关和矩阵运算等需要大量乘法累加运算的 特点，DSP芯片大多配有独立的乘法器和加法器，使得在同一 时钟周期内可以完成乘、累加两个运算。
(8) 低功耗，DSP一般为0.5～4 W，而采用低功耗技术的 DSP芯片只有0.1 W，可用电池供电。
(2) 特性：OMAP5910双内核处理器同时包括。 ① 150 MHz的TI增强ARM925微处理器： * 16 KB指令高速缓冲存储器以及8 KB数据缓冲器； * 数据与指令MMU； * 32位与16位指令集。
② 150 MHz TMS320C55xTM DSP内核： * 24 KB指令高速缓冲存储器； * 160 KB SRAM； * 用于视频算法的硬件加速器。
(3) 特性：高级自动电源管理；可配置的空闲域，以延长电 池寿命；缩短调制过程，从而加快产品上市进程。
数字信号处理DSP及应用概论
数字信号处理（DSP）及应用----概论
四、数字信号处理的特点
数字信号处理系统具有以下一些明显的优点：
（1）精度高：模拟网络的精度由元器件决定，模拟元器件的精度 很难达到10-3以上，而数字系统只要14位字长就可达到10-4 的精 度。在高精度系统中，有时只能采用数字系统。
（2）灵活性高：数字系统的性能主要由乘法器的系数决定，而 系数是存放在系数存储器中的，因而只需改变存储的系数就可得 到不同的系统，比改变模拟系统方便得多。
（2）用单片机来实现，单片机一直在不断地发展，如Iniei 96000的运算 速度就非常可观，而且单片机的接口性能比较好，容易实现人机接口。 但由于单片机采用的是冯·诺依曼总线结构，所以单片机系统复杂，尤 其是乘法运算速度慢，在运算量大的实时控制系统中很难有所作为。
（3）利用专门用于信号处理的可编程DSP芯片来实现。与单片机相比， DSP有着更适合于数字信号处理的优点。如采用改进的哈佛总线结构， 内部有硬件乘法器和累加器，使用流水线结构，具有良好的并行特性， 并有专门设计的适于数字信号处理的指令系统等。DSP芯片的这些特 点对不允许延迟的实时应用领域，如蜂窝电话、计算机驱动器等非常 理想。闺此，可以说，DSP芯片的问世及飞速发展，为信号处理技术 应用于工程实际提供了可能。
数字信号处理（DSP）及应用----概论
1．6数字信号处理的实现方法
（1）在通用的微型计算机上用软件实现。软件可以是自己编写的，也 可使用现成的软件包。这种方法的缺点是速度太慢，不能用于实时系 统，只能用于教学与仿真研究。如近年发展迅速的MATLAB，就几乎 可以实现所有数字信号处理的仿真。而且MATLAB下的部分仿真程序 还可以转化为C语言，再通过DSP的C编译器直接在DSP硬件上运行。 这对非实时系统或准实时系统来说是很有吸引力的。
数字信号处理基础pptDSP第01章
例1-10 h(n)= anu(n) 该系统是因果系统，当0< |a| < 1时系统稳定
§1.4 N阶线性常系数差分方程
无限脉冲响应系统（IIR, Infinite Impulse Response）
M
N
y(n) bm x(n m) ak y(n k)，ak、bm是常数
m0
k 1
ak有非零值
n的有效
有效
n的有效
区间范围 数据长度 区间范围
有效 数据长度
x(n) [0, M1]
M
h(n) [0, N1]
N
y(n) [0, MN2] MN1
[nxl, nxu]
[nhl, nhu]
[nxl nhl, nxu nhu]
nxunxl1
nhunhl1
nxu nhu nxlnhl1
x(n)={1, 2, 3}，0 n 2， M = 3 h(n)={1, 2, 2, 1}，0 n 3， N = 4 y(n)={1, 4, 9, 11, 8, 3}，0 n 5，M N 1 = ulse Response）
M
y(n) bm x(n m)
m0
差分方程的求解方法 ➢时域方法
例1-8 T[ x1(n)] nx1(n) x1(n 1) 3 T[ x2 (n)] nx2 (n) x2 (n 1) 3 T[ax1(n) bx2 (n)] n[ax1(n) bx2 (n)] ax1(n 1) bx2 (n 1) 3
≠ aT[ x1(n)] bT[ x2 (n)] n[ax1(n) bx2(n)] ax1(n 1) bx2(n 1) 3(a b)
T[ax1(n) bx2 (n)] aT[ x1(n)] bT[ x2(n)]
《数字信号处理原理》PPT课件
•Digital signal and image filtering
•Cochlear implants
•Seismic analysis
•Antilock brakes
•Text recognition
•Signal and image compression
•Speech recognition
•Encryption
•Satellite image analysis
•Motor control
•Digital mapping
•Remote medical monitoring
•Cellular telephones
•Smart appliances
•Digital cameras
•Home security
Upper Saddle River, New Jersey 07458
All rights reserved.
FIGURE 1-4 Four frames from high-speed video sequence. “ Vision Research, Inc., Wayne, NJ., USA.
Joyce Van de Vegte Fundamentals of Digital Signal Processing
ppt课件
11
Copyright ©2002 by Pearson Education, Inc.
Upper Saddle River, New Jersey 07458
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Joyce Van de Vegte Fundamentals of Digital Signal Processing
数字信号处理dsp教学单元八PPT课件
数字信号处理的应用领域
01
02
03
04
通信领域
数字信号处理在通信领域的应 用包括调制解调、语音压缩、 图像压缩等。
音频处理
数字信号处理可以用于音频信 号的滤波、混响、压的应用包括图像增强、图像压 缩、图像识别等。
控制领域
数字信号处理可以用于控制系 统中的信号处理，如PID控制 器的实现。
数字信号处理技术可以提高通信系统的性能和稳定性，如降 低噪声、提高信号传输速率等。教学单元八可以介绍这些技 术的应用和实现方法，帮助学生更好地掌握通信系统的设计 和优化。
教学单元八在音频处理领域的应用
数字信号处理在音频处理领域中也有着广泛的应用，如音 频压缩、音频特效、音频分析等。教学单元八可以介绍这 些音频处理领域中的数字信号处理算法和实现方式，帮助 学生更好地理解音频处理原理和技术。
根据实验结果，总结出数字滤波器的设计方法和技巧 ，为后续的数字信号处理提供参考。
05
教学单元八的实践应用
教学单元八在通信领域的应用
数字信号处理在通信领域中有着广泛的应用，如调制解调、 频分复用、码分复用等。教学单元八可以介绍这些通信领域 中的数字信号处理算法和实现方式，帮助学生更好地理解通 信原理和技术。
教学单元八的展望
未来教学内容规划
深入探讨数字信号处理在通信和雷达系统中的应 用。 增加离散傅里叶变换和快速傅里叶变换的讲解。
教学单元八的展望
01
学生能力培养目标
02
培养学生解决实际信号处理问题的能力。
03
增强学生在数字信号处理领域的创新思维。
教学单元八的展望
教学方法改进计划
1
2
引入更多实际案例和实验，增强理论与实践的结 合。
《DSP应用实例》课件
Part Three
DSP应用实例展示
语音处理实例
语音识别：将语音信号转换为文字 语音合成：将文字转换为语音信号 语音增强：提高语音信号的清晰度和可懂度 语音编码：对语音信号进行压缩和编码，以减少传输带宽和存储需求
图像处理实例
● 应用领域：图像处理、视频处理、信号处理等 ● 实例一：图像去噪 ● 实例二：图像增强 ● 实例三：图像分割 ● 实例四：图像识别 ● 实例五：图像压缩 ● 实例六：图像融合 ● 实例七：图像重建 ● 实例八：图像水印 ● 实例九：图像加密 ● 实例十：图像检索 ● 实例十一：图像分类 ● 实例十二：图像生成 ● 实例十三：图像修复 ● 实例十四：图像超分辨率 ● 实例十五：图像风格转换 ● 实例十六：图像合成 ● 实例十七：图像质量评估 ● 实例十八：图像处理算法优化 ● 实例十九：图像处理硬件加速 ● 实例二十：图像处理软件实现 ● 实例二十一：图像处理系统设计
DSP应用实例PPT课件 大纲
,
汇报人：
目录
01 添 加 目 录 项 标 题
02 D S P 技 术 概 述
03 D S P 应 用 实 例 展 示
04 D S P 技 术 实 现 方 法
05 D S P 应 用 实 例 解 析
06 D S P 应 用 实 例 总 结 与展望
Part One
单击添加章节标题
Part Four
DSP技术实现方法
DSP算法实现方法
基于DSP的算法实现方法 基于DSP的算法优化方法 基于DSP的算法测试方言：DSP 编程的主要语 言，具有高效、
简洁的特点
汇编语言：用 于优化代码， 提高执行效率
开发工具：如 CCS、IAR等， 提供代码编辑、 编译、调试等
数字信号处理器(DSP)原理与应用.ppt
数字信号处理的实现方法
实现方法 PC机 高级语言 编程 速度 中等 快 慢 应用场合 非嵌入式 非嵌入式 嵌入式 适应性 复杂算法 复杂算法 简单算法
Tianjin University
性价比 较好 中等 较好
PC机＋高 速处理
单片机
硬件＋ 专用指令
汇编语言 编程
通用DSP
专用DSP
专用指令
硬件＋ 专用指令
•机器人视觉
•图像传输/压缩 •同态处理 •模式识别 •工作站
•动画/数字地图
Tianjin University
DSP芯片的主要应用领域
（1）信号处理
•频谱分析
（2）图像处理
•函数发生器
•模式匹配 •地震信号处理 •数字滤波 •锁相环
（3）仪器
（4）声音/语言 （5）控制 （6）军事应用 （7）电信 （8）无线电
MIPS(Million Instruction per second)是 一种评估DSP速度的一个指标。DSP运行频率也 是评估DSP的一个指标，他们二者之间的联系 需要考虑到DSP体系结构（是否多路并行结构、 是执行定点还是浮点运算）。
Tianjin University
价格 商业级 ：一般应用；适用于实验室等环境较好 场合； 工业级 ：可靠性好；适用于工业现场等环境恶 劣场合； 军品 ：可靠性高；适用于各种恶劣场合； 航空级 ：可靠性很高；适用于特殊场合；
Tianjin University
血压计
DSP系统基本构成
Tianjin University
输入
抗混叠 滤波 A/D DSP
平滑 滤波 D/A
输出
存储器
Tianjin University
数字信号处理(DSP)
二、FIR滤波器的优点
（1）可以在幅度特性随意设计的同时，保证精确、严格 的线性相位；
（2）由于FIR滤波器的单位脉冲响应h(n)是有限长序列， 因此FIR滤波器没有不稳定的问题；
（3）由于FIR滤波器一般为非递归结构，因此在有限精 度运算下，不会出现递归型结构中的极限震荡等不稳 定现象，误差较小；
§1-3 FIR滤波器
一、基本原理
FIR滤波器的差分方程为：
N 1
y(n) h(n)x(n k) k 0
式中，x（n）输入序列，y（n）为输出序列，h(n) 为滤波器系数，N是滤波器的阶数。对此式进行Z变换， 整理后可得FIR滤波器的传递函数：
H (z)
Y (z)
N 1
h(k)zk
(4)利用系数对称性，可使运算量减少近一半； （5）FIR滤波器可采用FFT算法实现，从而提高运算效
率。
y(n) IFFT[Y (k)] IFFF[ X (k)H (k)]
三、FIR滤波器的设计方法
FIR滤波器的设计方法主要有窗函数法和频率抽样 设计法。
在设计FIR滤波器中，重要的计算就是加窗。采用 矩形窗是最直接和简便的方法，但矩形窗主旁瓣比仅 为13dB。因此实际设计中，一般采用其他窗函数，比 较常用的窗函数有Hanning窗、Hamming窗、Blackman 窗、Kaiser窗等。采用Hanning窗使能量集中在主瓣内， 主 旁 瓣 比 为 31dB ， 但 主 瓣 的 宽 度 增 加 了 1 倍 。 采 用 Hamming窗使99.9％以上的能量集中在主瓣，主旁瓣比 达43dB，主瓣的宽度也是矩形窗的2倍。Blackman窗进 一步抑制旁瓣，使主旁瓣比达到58dB，但主瓣的宽度 是矩形的3倍。上述三种窗函数都是以增加主瓣宽度为 代价换取一定程度的旁瓣抑制。而Kasier窗可以通过 调整参数值来折中选择主瓣宽度和主旁瓣比，采用 Kaiser窗设计FIR滤波器具有很大的灵活性。
DSP第五章 数字信号处理课件
(2) 当
，为N阶FIR系统的横向结构
, 时，为全极点IIR格型结构
(3) 上半部分对应全极点系统
下半部分对应全零点系统 按全极点系统的方法求出 而上半部分对下半部分有影响，故需求
令
为由
到
之间的系统函数
整个系统的系统函数
由
两边同次幂系数相等，得
解法一：
解法二 ：
全极点IIR滤波器的系统函数
其中
表示M 阶全极点系统的第 i 个系数， 的关系
讨论与格型结构
全极点格型结构基本单元：
M＝1
M＝2
格型同全零点系数与
的递推关系完全一样。
3、零极点系统（IIR系统）的格型结构
在有限 z 平面 的IIR系统 上既有极点又有零点
(1) 当
差分方程:
需N+M个 延时单元
2、直接Ⅱ型（典范型）
只需实现N阶滤波器所需的最少的N个延时单元， 故称典范型。（ ）
直接型的共同缺点：
系数
， 对滤波器的性能控制作用不明显
极点对系数的变化过于灵敏，易出现不稳定或
较大误差
运算的累积误差较大
3、级联型
将系统函数按零极点因式分解:
将共轭成对的复数组合成二阶多项式，系数即为实数。 为采用相同结构的子网络，也将两个实零点/极点组合成二 阶多项式
导致系统不稳定
系数多为复数，增加了复数乘法和存储量
修正频率抽样结构
将零极点移至半径为r的圆上：
为使系数为实数，将共轭根合并
由对称性：
又h(n)为实数，则
将第k个和第(N-k)个谐振器合并成一个实系数的二阶网络：
当N为偶数时，还有一对实数根
k=0, N / 2处：
，为N阶FIR系统的横向结构
, 时，为全极点IIR格型结构
(3) 上半部分对应全极点系统
下半部分对应全零点系统 按全极点系统的方法求出 而上半部分对下半部分有影响，故需求
令
为由
到
之间的系统函数
整个系统的系统函数
由
两边同次幂系数相等，得
解法一：
解法二 ：
全极点IIR滤波器的系统函数
其中
表示M 阶全极点系统的第 i 个系数， 的关系
讨论与格型结构
全极点格型结构基本单元：
M＝1
M＝2
格型同全零点系数与
的递推关系完全一样。
3、零极点系统（IIR系统）的格型结构
在有限 z 平面 的IIR系统 上既有极点又有零点
(1) 当
差分方程:
需N+M个 延时单元
2、直接Ⅱ型（典范型）
只需实现N阶滤波器所需的最少的N个延时单元， 故称典范型。（ ）
直接型的共同缺点：
系数
， 对滤波器的性能控制作用不明显
极点对系数的变化过于灵敏，易出现不稳定或
较大误差
运算的累积误差较大
3、级联型
将系统函数按零极点因式分解:
将共轭成对的复数组合成二阶多项式，系数即为实数。 为采用相同结构的子网络，也将两个实零点/极点组合成二 阶多项式
导致系统不稳定
系数多为复数，增加了复数乘法和存储量
修正频率抽样结构
将零极点移至半径为r的圆上：
为使系数为实数，将共轭根合并
由对称性：
又h(n)为实数，则
将第k个和第(N-k)个谐振器合并成一个实系数的二阶网络：
当N为偶数时，还有一对实数根
k=0, N / 2处：