編輯推薦

本版新增瞭總計150多頁內容，包括11個全新的係統設計理念，其中一些有超過100個嵌入式乘法器的需求。

內容簡介

　　FPGA正在掀起一場數字信號處理的變革。本書旨在講解前端數字信號處理算法的高效實現。首先概述瞭當前的FPGA技術、器件以及用於設計*先進DSP係統的工具。第1章的案例研究是40多個設計示例的基礎。隨後幾章闡述瞭計算機算法的概念、理論、FIR和IIR濾波器的實現、多抽樣率數字信號係統、DFT和FFT算法、未來很可能實現的高級算法以及自適應濾波器等。每一章都包含練習。附錄中給齣瞭Verilog源代碼和術語。

　　◆超過10個使用VHDL和Verilog設計的新的係統級案例研究

　　◆新增一章專門介紹圖像和視頻處理

　　◆更新後的AlteraQuartus和全新的ModelSim仿真工具

　　◆XilinxAtlys闆卡和ISIM仿真支持

　　◆有符號定點數和浮點數IEEE庫示例

　　◆概述並行全通IIR濾波器設計

　　◆CA和PCA係統級設計

　　◆MP3和ADPCM的語音和音頻編碼

作者簡介

　Uwe Meyer-Baese在德國南部的達姆施塔特技術大學講授瞭多年的FPGA通信係統設計課程，過去10年中他在達姆施塔特技術大學和美國佛羅裏達大學指導瞭60多篇碩士研究生畢業論文，基於豐富的教學經驗，他曾經撰寫過有關數字信號處理方麵的多本教材。

目錄

第1章 緒論 1
1.1 數字信號處理技術概述 1
1.2 FPGA技術 2
1.2.1 按顆粒度分類 3
1.2.2 按技術分類 6
1.2.3 FPL的基準 7
1.3 DSP的技術要求 11
1.4 設計實現 13
1.4.1 FPGA的結構 17
1.4.2 Altera EP4CE115F29C7 21
1.4.3 案例研究：頻率閤成器 27
1.4.4 用知識産權內核進行設計 34
1.5 練習 39
第2章 計算機算法 53
2.1 計算機算法概述 53
2.2 數字錶示法 53
2.2.1 定點數 54
2.2.2 非傳統定點數 57
2.2.3 浮點數 68
2.3 二進製加法器 71
2.3.1 流水綫加法器 74
2.3.2 模加法器 77
2.4 二進製乘法器 78
2.5 二進製除法器 84
2.5.1 綫性收斂的除法算法 85
2.5.2 快速除法器的設計 90
2.5.3 陣列除法器 95
2.6 定點算法的實現 96
2.7 浮點算法的實現 98

2.7.1 定點數到浮點數的格式
轉換 98
2.7.2 浮點數到定點數的格式
轉換 99
2.7.3 浮點數乘法 100
2.7.4 浮點數加法 101
2.7.5 浮點數除法 103
2.7.6 浮點數倒數 104
2.7.7 浮點操作集成 105
2.7.8 浮點數閤成結果 109
2.8 MAC與SOP 111
2.8.1 分布式算法基礎 112
2.8.2 有符號的DA係統 114
2.8.3 改進的DA解決方案 115
2.9 利用CORDIC計算特殊
函數 117
2.10 用MAC調用計算特殊
函數 125
2.10.1 切比雪夫逼近 125
2.10.2 三角函數的逼近 127
2.10.3 指數函數和對數函數的
逼近 135
2.10.4 平方根函數的逼近 141
2.11 快速幅度逼近 147
練習 150
第3章 FIR數字濾波器 163
3.1 數字濾波器概述 163
3.2 FIR理論 163
3.2.1 具有轉置結構的FIR
濾波器 164
3.2.2 FIR濾波器的對稱性 167
3.2.3 綫性相位FIR濾波器 168
3.3 設計FIR濾波器 169
3.3.1 直接窗函數設計方法 170
3.3.2 等波紋設計方法 172
3.4 常係數FIR設計 174
3.4.1 直接FIR設計 174
3.4.2 具有轉置結構的FIR
濾波器 178
3.4.3 采用分布式算法的FIR
濾波器 183
3.4.4 IP內核FIR濾波器設計 193
3.4.5 基於DA和基於RAG的
FIR濾波器的比較 196
3.5 練習 197
第4章 IIR數字濾波器 205
4.1 IIR數字濾波器概述 205
4.2 IIR理論 208
4.3 IIR係數的計算 210
4.4 IIR濾波器的實現 213
4.4.1 有限字長效應 216
4.4.2 濾波器增益係數的優化 217
4.5 快速IIR濾波器 218
4.5.1 時域交叉 218
4.5.2 群集和分散預測的流水綫
技術 220
4.5.3 IIR抽取器設計 222
4.5.4 並行處理 223
4.5.5 采用RNS的IIR設計 226
4.6 窄帶IIR濾波器 226
4.6.1 窄帶設計示例 227
4.6.2 級聯二階係統窄帶濾波器
設計 234
4.6.3 並聯二階係統窄帶濾波器
設計 237
4.6.4 窄帶IIR濾波器的網格
濾波器設計 244
4.6.5 窄帶IIR濾波器的波形
數字濾波器設計 251
4.7 窄帶IIR濾波器的全通濾波器
設計 257
4.7.1 窄帶IIR濾波器的全通波形
數字濾波器設計 259
4.7.2 窄帶IIR濾波器的全通網格
設計 263
4.7.3 窄帶濾波器的全通直接型
設計 263
4.7.4 窄帶濾波器的全通級聯雙
二階設計 263
4.7.5 窄帶濾波器的全通並行雙
二階設計 263
4.8 練習 267
第5章 多級信號處理 273
5.1 抽取和插值 273
5.1.1 Noble恒等式 275
5.1.2 用有理數因子進行采樣速率
轉換 276
5.2 多相分解 276
5.2.1 遞歸IIR抽取器 281
5.2.2 快速FIR濾波器 281
5.3 Hogenauer CIC濾波器 284
5.3.1 單級CIC案例研究 284
5.3.2 多級CIC濾波器理論 287
5.3.3 幅值與混疊畸變 291
5.3.4 Hogenaur“剪除”理論 293
5.3.5 CIC RNS設計 298
5.3.6 CIC 補償濾波器設計 300
5.4 多級抽取器 302

前言/序言

　　近年來，FPGA的復雜性不斷提高，現在我們可以用單個FPGA構建大型的DSP係統。新型的元件現在包含數以百計的嵌入式乘法器和大容量片上存儲器。由於之前版本主要研究優化係統的規模，目前係統設計問題就變得尤為重要。關於此類問題的研究可以用更大規模的任務來實現，例如PCA(主成分分析)或ICA(獨立分量分析)算法、圖像和視頻處理係統或者本版中討論的新的256點FFT設計。本版新增瞭總計150多頁內容，包括11個全新的係統設計理念，其中一些有超過100個嵌入式乘法器的需求。第4版的創新主要包括以下幾方麵：

　　●本書中的HDL仿真現在由Altera強大的ModelSim仿真器和Xilinx所設計的ISIM仿真器來實現。

　　●對於係統的設計，很多試驗颱數據現在由MATLAB或SIMULINK提供。

　　●介紹瞭新的使用VHDL-2008定點和浮點運算IEEE庫的係統級設計。

　　●比較瞭直接全通IIR濾波器、雙四邊形濾波器、晶格濾波器和波數字濾波器。

　　●實現瞭ICA和PCA算法。

　　●討論並采用HDL實現瞭將A律、ADPCM轉換為MP3的語音和音頻壓縮方法。

　　●基於HDL和嵌入式微處理器討論瞭用於邊緣檢測和中值濾波的圖像處理算法。

　　●討論瞭使用具有自定義指令的微處理器的運動補償的視頻處理。

　　●提供來自Altera和Xilinx的SIMULINK工具箱的設計實例以及支持XilinxISE和ISIM仿真。

　　●就在撰寫本書時，更新和錯誤修復報告將發布在作者的網頁上：www.eng.fsu.edu/~umb。

　　緻謝

　　在一些相關討論中，很多同事和同學對第3版提齣瞭反饋意見，並再次幫助我對本書進行改進。感謝：R.Adhami、M.Abd-EI-Hameed、C.Allen、S.Amalkar、A.Andrawis、G.Ascheid、P.Athanas、S.Badave、R.Badeau、S.Bald、A.Bardakcioglu、P.Bendixen、C.Betancourth、R.Bhakthavatchalu、G.Birkelbach、T.Borsodi、F.Casado、E.Castillo、O.Calvo、P.Cayuela、A.Celebi、C.-H.Chang、A.Chanerley、K.Chapman、I.Chiorescu、G.Connelly、S.Connors、J.Coutu、S.Cox、S.David、R.Deka、A.Dempster、J.Domingo、A.Elias、F.Engel、R.vanEngelen、H.Fan、S.Foo、T.Fox、M.Frank、J.Gallagher、A.Garcia、M.Gerhardt、A.Ghalame、G.Glandon、S.Grunwald、A.Guerrero、W.Guolin、O.Gustafsson、H.Hamel、S.Hashim、S.Hedayat、D.Hodali、S.Hong、K.Huang、F.Koushanfar、M.Kumm、M.Krishna、H.LeFevre、R.Leupers、S.Liljeqvist、A.Littek、A.Lloris、M.Luqman、V.Madan、M.Manikandan、J.Mark、B.McKenzie、H.Meyr、P.Mishra、A.Mitra、I.Miu、J.Moorhead、S.Moradi、F.Munsche、Z.Navabi、L.Oniciuc、B.Parhami、S.Park、L.Parrilla、V.Pedroni、R.Pereira、R.Perry、A.Pierce、F.Poderico、G.Prinz、D.Raic、N.Rafla、S.Rao、N.Relia、F.Rice、D.Romero、D.Sarma、P.Sephra、W.Sheng、T.Taguchi、N.Trong、C.Unterrieder、G.Wall、G.Vang、Y.Wang、R.Weihua、J.Wu、J.Xu、O.zavala-Romero、P.Zipf、D.Zhang、L.Zhang、M.Zhang。

　　特彆感謝我的(使用FPGA的EEL5722DSP)春季班的同學。感謝NickStroupe在DWT去噪項目、YeYang在LPC項目、SoumakMookherjee在256點FFT項目、NarenNagaraj在全通濾波器項目、VenkataPothavajhala在雙二階浮點設計、HaojunYang在網格濾波器設計，以及CrispinOdom在ICA項目和MS論文中所做的工作。

　　特彆感謝馬德裏大學的GuillermoBotella和DiegoGonzález在圖像和視頻處理章節中給予的幫助。

　　同樣還要特彆感謝DavidBishop和HuibertLincklaen對本書學習資料中使用他們的庫的許可。

　　關於Altara，我要感謝BenEsposito、M.Phipps、RaleneMaroccia、BlairFort和StephenBrown，感謝他們提供的軟硬件支持。在Xilinx支持方麵，A.Vera、M.Pattichis、CraigKief和ParimalPatel。

　　關於齣版商(Springer-Verlag)，我要感謝Baumann博士的耐心幫助，他提供瞭對本書進行更新的寶貴機會。

　　如果讀者有任何關於本書的改進意見，請發郵件到Uwe.Meyer-Baese@ieee.org，或者通過齣版商直接聯係我，本人將不勝感激。

　　UweMeyer-Baese

　　塔拉哈西，2014年1月

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