数字信号处理的FPGA实现(第4版)

作者: [德] Uwe Meyer-Baese 著陈青华张龙杰王著

出版社: 清华大学出版社

出版时间: 2017-05

版次: 4

ISBN: 9787302469117

定价: 128.00

装帧: 平装

开本: 16开

纸张: 胶版纸

页数: 828页

字数: 1187千字

正文语种: 简体中文

分类: 工程技术

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　　FPGA正在掀起一场数字信号处理的变革。本书旨在讲解前端数字信号处理算法的高效实现。首先概述了当前的FPGA技术、器件以及用于设计*先进DSP系统的工具。第1章的案例研究是40多个设计示例的基础。随后几章阐述了计算机算法的概念、理论、FIR和IIR滤波器的实现、多抽样率数字信号系统、DFT和FFT算法、未来很可能实现的高级算法以及自适应滤波器等。每一章都包含练习。附录中给出了Verilog源代码和术语。
　　◆超过10个使用VHDL和Verilog设计的新的系统级案例研究
　　◆新增一章专门介绍图像和视频处理
　　◆更新后的AlteraQuartus和全新的ModelSim仿真工具
　　◆XilinxAtlys板卡和ISIM仿真支持
　　◆有符号定点数和浮点数IEEE库示例
　　◆概述并行全通IIR滤波器设计
　　◆CA和PCA系统级设计
　　◆MP3和ADPCM的语音和音频编码

　Uwe Meyer-Baese在德国南部的达姆施塔特技术大学讲授了多年的FPGA通信系统设计课程，过去10年中他在达姆施塔特技术大学和美国佛罗里达大学指导了60多篇硕士研究生毕业论文，基于丰富的教学经验，他曾经撰写过有关数字信号处理方面的多本教材。第1章绪论 1
1.1 数字信号处理技术概述 1
1.2 FPGA技术 2
1.2.1 按颗粒度分类 3
1.2.2 按技术分类 6
1.2.3 FPL的基准 7
1.3 DSP的技术要求 11
1.4 设计实现 13
1.4.1 FPGA的结构 17
1.4.2 Altera EP4CE115F29C7 21
1.4.3 案例研究：频率合成器 27
1.4.4 用知识产权内核进行设计 34
1.5 练习 39
第2章计算机算法 53
2.1 计算机算法概述 53
2.2 数字表示法 53
2.2.1 定点数 54
2.2.2 非传统定点数 57
2.2.3 浮点数 68
2.3 二进制加法器 71
2.3.1 流水线加法器 74
2.3.2 模加法器 77
2.4 二进制乘法器 78
2.5 二进制除法器 84
2.5.1 线性收敛的除法算法 85
2.5.2 快速除法器的设计 90
2.5.3 阵列除法器 95
2.6 定点算法的实现 96
2.7 浮点算法的实现 98

2.7.1 定点数到浮点数的格式
转换 98
2.7.2 浮点数到定点数的格式
转换 99
2.7.3 浮点数乘法 100
2.7.4 浮点数加法 101
2.7.5 浮点数除法 103
2.7.6 浮点数倒数 104
2.7.7 浮点操作集成 105
2.7.8 浮点数合成结果 109
2.8 MAC与SOP 111
2.8.1 分布式算法基础 112
2.8.2 有符号的DA系统 114
2.8.3 改进的DA解决方案 115
2.9 利用CORDIC计算特殊
函数 117
2.10 用MAC调用计算特殊
函数 125
2.10.1 切比雪夫逼近 125
2.10.2 三角函数的逼近 127
2.10.3 指数函数和对数函数的
逼近 135
2.10.4 平方根函数的逼近 141
2.11 快速幅度逼近 147
练习 150
第3章 FIR数字滤波器 163
3.1 数字滤波器概述 163
3.2 FIR理论 163
3.2.1 具有转置结构的FIR
滤波器 164
3.2.2 FIR滤波器的对称性 167
3.2.3 线性相位FIR滤波器 168
3.3 设计FIR滤波器 169
3.3.1 直接窗函数设计方法 170
3.3.2 等波纹设计方法 172
3.4 常系数FIR设计 174
3.4.1 直接FIR设计 174
3.4.2 具有转置结构的FIR
滤波器 178
3.4.3 采用分布式算法的FIR
滤波器 183
3.4.4 IP内核FIR滤波器设计 193
3.4.5 基于DA和基于RAG的
FIR滤波器的比较 196
3.5 练习 197
第4章 IIR数字滤波器 205
4.1 IIR数字滤波器概述 205
4.2 IIR理论 208
4.3 IIR系数的计算 210
4.4 IIR滤波器的实现 213
4.4.1 有限字长效应 216
4.4.2 滤波器增益系数的优化 217
4.5 快速IIR滤波器 218
4.5.1 时域交叉 218
4.5.2 群集和分散预测的流水线
技术 220
4.5.3 IIR抽取器设计 222
4.5.4 并行处理 223
4.5.5 采用RNS的IIR设计 226
4.6 窄带IIR滤波器 226
4.6.1 窄带设计示例 227
4.6.2 级联二阶系统窄带滤波器
设计 234
4.6.3 并联二阶系统窄带滤波器
设计 237
4.6.4 窄带IIR滤波器的网格
滤波器设计 244
4.6.5 窄带IIR滤波器的波形
数字滤波器设计 251
4.7 窄带IIR滤波器的全通滤波器
设计 257
4.7.1 窄带IIR滤波器的全通波形
数字滤波器设计 259
4.7.2 窄带IIR滤波器的全通网格
设计 263
4.7.3 窄带滤波器的全通直接型
设计 263
4.7.4 窄带滤波器的全通级联双
二阶设计 263
4.7.5 窄带滤波器的全通并行双
二阶设计 263
4.8 练习 267
第5章多级信号处理 273
5.1 抽取和插值 273
5.1.1 Noble恒等式 275
5.1.2 用有理数因子进行采样速率
转换 276
5.2 多相分解 276
5.2.1 递归IIR抽取器 281
5.2.2 快速FIR滤波器 281
5.3 Hogenauer CIC滤波器 284
5.3.1 单级CIC案例研究 284
5.3.2 多级CIC滤波器理论 287
5.3.3 幅值与混叠畸变 291
5.3.4 Hogenaur“剪除”理论 293
5.3.5 CIC RNS设计 298
5.3.6 CIC 补偿滤波器设计 300
5.4 多级抽取器 302
内容简介:
　　FPGA正在掀起一场数字信号处理的变革。本书旨在讲解前端数字信号处理算法的高效实现。首先概述了当前的FPGA技术、器件以及用于设计*先进DSP系统的工具。第1章的案例研究是40多个设计示例的基础。随后几章阐述了计算机算法的概念、理论、FIR和IIR滤波器的实现、多抽样率数字信号系统、DFT和FFT算法、未来很可能实现的高级算法以及自适应滤波器等。每一章都包含练习。附录中给出了Verilog源代码和术语。
　　◆超过10个使用VHDL和Verilog设计的新的系统级案例研究
　　◆新增一章专门介绍图像和视频处理
　　◆更新后的AlteraQuartus和全新的ModelSim仿真工具
　　◆XilinxAtlys板卡和ISIM仿真支持
　　◆有符号定点数和浮点数IEEE库示例
　　◆概述并行全通IIR滤波器设计
　　◆CA和PCA系统级设计
　　◆MP3和ADPCM的语音和音频编码
作者简介:
　Uwe Meyer-Baese在德国南部的达姆施塔特技术大学讲授了多年的FPGA通信系统设计课程，过去10年中他在达姆施塔特技术大学和美国佛罗里达大学指导了60多篇硕士研究生毕业论文，基于丰富的教学经验，他曾经撰写过有关数字信号处理方面的多本教材。
目录:
第1章绪论 1
1.1 数字信号处理技术概述 1
1.2 FPGA技术 2
1.2.1 按颗粒度分类 3
1.2.2 按技术分类 6
1.2.3 FPL的基准 7
1.3 DSP的技术要求 11
1.4 设计实现 13
1.4.1 FPGA的结构 17
1.4.2 Altera EP4CE115F29C7 21
1.4.3 案例研究：频率合成器 27
1.4.4 用知识产权内核进行设计 34
1.5 练习 39
第2章计算机算法 53
2.1 计算机算法概述 53
2.2 数字表示法 53
2.2.1 定点数 54
2.2.2 非传统定点数 57
2.2.3 浮点数 68
2.3 二进制加法器 71
2.3.1 流水线加法器 74
2.3.2 模加法器 77
2.4 二进制乘法器 78
2.5 二进制除法器 84
2.5.1 线性收敛的除法算法 85
2.5.2 快速除法器的设计 90
2.5.3 阵列除法器 95
2.6 定点算法的实现 96
2.7 浮点算法的实现 98

2.7.1 定点数到浮点数的格式
转换 98
2.7.2 浮点数到定点数的格式
转换 99
2.7.3 浮点数乘法 100
2.7.4 浮点数加法 101
2.7.5 浮点数除法 103
2.7.6 浮点数倒数 104
2.7.7 浮点操作集成 105
2.7.8 浮点数合成结果 109
2.8 MAC与SOP 111
2.8.1 分布式算法基础 112
2.8.2 有符号的DA系统 114
2.8.3 改进的DA解决方案 115
2.9 利用CORDIC计算特殊
函数 117
2.10 用MAC调用计算特殊
函数 125
2.10.1 切比雪夫逼近 125
2.10.2 三角函数的逼近 127
2.10.3 指数函数和对数函数的
逼近 135
2.10.4 平方根函数的逼近 141
2.11 快速幅度逼近 147
练习 150
第3章 FIR数字滤波器 163
3.1 数字滤波器概述 163
3.2 FIR理论 163
3.2.1 具有转置结构的FIR
滤波器 164
3.2.2 FIR滤波器的对称性 167
3.2.3 线性相位FIR滤波器 168
3.3 设计FIR滤波器 169
3.3.1 直接窗函数设计方法 170
3.3.2 等波纹设计方法 172
3.4 常系数FIR设计 174
3.4.1 直接FIR设计 174
3.4.2 具有转置结构的FIR
滤波器 178
3.4.3 采用分布式算法的FIR
滤波器 183
3.4.4 IP内核FIR滤波器设计 193
3.4.5 基于DA和基于RAG的
FIR滤波器的比较 196
3.5 练习 197
第4章 IIR数字滤波器 205
4.1 IIR数字滤波器概述 205
4.2 IIR理论 208
4.3 IIR系数的计算 210
4.4 IIR滤波器的实现 213
4.4.1 有限字长效应 216
4.4.2 滤波器增益系数的优化 217
4.5 快速IIR滤波器 218
4.5.1 时域交叉 218
4.5.2 群集和分散预测的流水线
技术 220
4.5.3 IIR抽取器设计 222
4.5.4 并行处理 223
4.5.5 采用RNS的IIR设计 226
4.6 窄带IIR滤波器 226
4.6.1 窄带设计示例 227
4.6.2 级联二阶系统窄带滤波器
设计 234
4.6.3 并联二阶系统窄带滤波器
设计 237
4.6.4 窄带IIR滤波器的网格
滤波器设计 244
4.6.5 窄带IIR滤波器的波形
数字滤波器设计 251
4.7 窄带IIR滤波器的全通滤波器
设计 257
4.7.1 窄带IIR滤波器的全通波形
数字滤波器设计 259
4.7.2 窄带IIR滤波器的全通网格
设计 263
4.7.3 窄带滤波器的全通直接型
设计 263
4.7.4 窄带滤波器的全通级联双
二阶设计 263
4.7.5 窄带滤波器的全通并行双
二阶设计 263
4.8 练习 267
第5章多级信号处理 273
5.1 抽取和插值 273
5.1.1 Noble恒等式 275
5.1.2 用有理数因子进行采样速率
转换 276
5.2 多相分解 276
5.2.1 递归IIR抽取器 281
5.2.2 快速FIR滤波器 281
5.3 Hogenauer CIC滤波器 284
5.3.1 单级CIC案例研究 284
5.3.2 多级CIC滤波器理论 287
5.3.3 幅值与混叠畸变 291
5.3.4 Hogenaur“剪除”理论 293
5.3.5 CIC RNS设计 298
5.3.6 CIC 补偿滤波器设计 300
5.4 多级抽取器 302