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實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理(從MATLAB到C)——基于TMS320C6x DSP(第3版) 這是一本在實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)方面非常實(shí)用的書。它從基礎(chǔ)的核心理論講起,再結(jié)合理論探討具體的工程實(shí)踐,用winDSK、MATLAB與C語言實(shí)現(xiàn)進(jìn)行實(shí)踐對(duì)比,循序漸進(jìn)地引導(dǎo)讀者將理論與實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。特別地,第Ⅰ部分“理論基礎(chǔ)”中各章的最后一節(jié)“問題”,指引讀者進(jìn)行深入思考與回顧;第Ⅱ部分“項(xiàng)目實(shí)踐”中各章的最后一節(jié)“后繼挑戰(zhàn)”,拓展讀者的實(shí)踐思維,增強(qiáng)實(shí)踐能力。 第3版(即本書)為新的、功能強(qiáng)大的廉價(jià)DSP開發(fā)電路板提供支持,該電路板目前可從德州儀器公司(TI)獲得,即OMAPL138OMAPL138同時(shí)包含C6748和ARM處理器內(nèi)核,此書二者都用。 LCDK這個(gè)復(fù)雜但功能極其豐富的電路板是一個(gè)很好的例子,說明了為什么此書被如此多的工程師、教育工作者和學(xué)生使用:我們讓開始使用這個(gè)電路板進(jìn)行實(shí)時(shí)DSP變得容易,并使讀者少走了許多彎路。本書所支持的DSP板的更詳細(xì)描述見第1章。第3版還包括兩個(gè)應(yīng)早期版本的讀者所要求的新的實(shí)時(shí)DSP項(xiàng)目(探索二階節(jié)的使用和自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì))。 譯著序 這是一本在實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)方面非常實(shí)用的書。它從基礎(chǔ)的核心理論講起,再結(jié)合理論探討具體的工程實(shí)踐,用winDSK、MATLAB與C語言實(shí)現(xiàn)進(jìn)行實(shí)踐對(duì)比,循序漸進(jìn)地引導(dǎo)讀者將理論與實(shí)踐進(jìn)行有機(jī)結(jié)合。特別地,第Ⅰ部分“理論基礎(chǔ)”中各章的最后一節(jié)“問題”,指引讀者進(jìn)行深入思考與回顧;第Ⅱ部分“項(xiàng)目實(shí)踐”中各章的最后一節(jié)“后繼挑戰(zhàn)”,拓展讀者的實(shí)踐思維,增強(qiáng)實(shí)踐能力。 本人在計(jì)算機(jī)軟件行業(yè)從業(yè)多年,其間閱讀了不少英文在線文檔及書籍,由于深感閱讀與理解英文技術(shù)資料的速度大幅落后于直接學(xué)習(xí)對(duì)應(yīng)的中文資料的速度,因此拜讀了很多前輩翻譯的中文技術(shù)資料,受益匪淺! 一直以來希望自己也能翻譯一些英文技術(shù)資料,方便其他中文讀者輕松地學(xué)習(xí)和理解英文技術(shù)資料,為促進(jìn)知識(shí)傳播盡一份微薄之力。 當(dāng)自己認(rèn)真翻譯時(shí),才發(fā)現(xiàn)比自行閱讀艱難許多。自己閱讀時(shí)意會(huì)即可,而真正翻譯時(shí)需要能夠言傳,期望更準(zhǔn)確地表達(dá)出原作者的意圖,需要不斷揣摩與斟酌相關(guān)字眼,同時(shí)需要結(jié)合專業(yè)術(shù)語與前人的翻譯習(xí)慣來選取對(duì)應(yīng)的詞匯及表達(dá)方式。由于本書翻譯是在工作之余進(jìn)行的,時(shí)間比較倉促,加之本人水平有限,翻譯過程中難免對(duì)原著有理解偏差甚至錯(cuò)誤之處,歡迎廣大讀者批評(píng)指正。 在本書翻譯工作啟動(dòng)時(shí),劉陽麗、陳榮生、李宗衡提供了協(xié)助,翻譯過程中家人給予極大的理解與支持,出版過程中劇艷婕、宋淑娟提供工作協(xié)助與稿件審校,在此一并感謝! 2020年4月于廣州···· 序言 數(shù)字信號(hào)處理是今天使用的大多數(shù)技術(shù)的“核心”。手機(jī)使用數(shù)字信號(hào)處理來生成用于與無線網(wǎng)絡(luò)通信的DTMF(雙音多頻)音調(diào);降噪耳機(jī)使用自適應(yīng)數(shù)字信號(hào)處理來消除周圍環(huán)境的噪聲;數(shù)碼相機(jī)使用數(shù)字信號(hào)處理將圖像壓縮成JPEG格式以便有效存儲(chǔ),比如在一張存儲(chǔ)卡中存儲(chǔ)數(shù)千張圖像;數(shù)字信號(hào)處理允許播放存儲(chǔ)在手機(jī)和iPod中的壓縮音樂;數(shù)字信號(hào)處理甚至可以控制汽車中的防抱死制動(dòng)器。這些只是我們周圍世界中數(shù)字信號(hào)處理的幾個(gè)例子。 今天有許多好的教科書可以教授數(shù)字信號(hào)處理——但是大多數(shù)都是教授理論的,也許還有一些MATLAB的仿真。而本書則邁出了大膽的一步,它不僅提供了理論,還通過仿真強(qiáng)化了理論,并向我們展示了如何在實(shí)時(shí)應(yīng)用中實(shí)際使用結(jié)果。這最后一步不是一個(gè)微不足道的步驟,這就是為什么這么多的書和課程只提供理論和仿真。憑借本書三位作者——Thad Welch、Cameron Wright和Michael Morrow的綜合專業(yè)知識(shí),讀者可以通過所提供的可訪問路徑走進(jìn)應(yīng)用程序的實(shí)時(shí)世界。第3版繼續(xù)支持德州儀器(Texas Instruments)的C6713 DSK和多核OMAPL138電路板。多核OMAP138芯片同時(shí)包括一個(gè)C6784 DSP內(nèi)核和一個(gè)ARM9 GPP內(nèi)核,使其功能非常強(qiáng)大,對(duì)各種用戶都具有吸引力。新增功能還支持TI LCDK(低成本開發(fā)套件)。包含自適應(yīng)濾波和二階節(jié)(SOS)的新項(xiàng)目的章節(jié)已添加到包括QPSK和QAM發(fā)射器和接收器的現(xiàn)有項(xiàng)目章節(jié)中。所有代碼都已更新為在CCS6.1版上運(yùn)行,并且所有M文件已更新為在MATLAB 2016a上運(yùn)行。 我有幸曾與本書的作者合作撰寫過幾篇論文,因此能從他們對(duì)工程教育貢獻(xiàn)的直接經(jīng)驗(yàn)方面來闡述。他們更加努力地持續(xù)擴(kuò)展自己的理解和能力,以合乎邏輯、直截了當(dāng)?shù)姆绞匠尸F(xiàn)復(fù)雜的材料。他們參加工程教育會(huì)議,主持工程教育會(huì)議,寫工程教育的論文,為工程教育而活。ㄆ渲幸晃缓现逿had Welch,最近被選為第一位信號(hào)處理工程網(wǎng)絡(luò)研究員(Signal Processing Engineering Network Fellow),以表彰他的領(lǐng)導(dǎo)才能和貢獻(xiàn)。)我很高興能有機(jī)會(huì)以作者自己的話來告訴本書的讀者:你們開始了“一趟旅程……” Delores M. Etter,電氣工程卡魯思主席,德克薩斯州達(dá)拉斯市南衛(wèi)理公會(huì)大學(xué)萊爾工程學(xué)院達(dá)爾文迪森網(wǎng)絡(luò)安全研究所杰出研究員。 (Etter博士,美國(guó)國(guó)家工程學(xué)院院士、IEEE會(huì)員、美國(guó)工程教育學(xué)會(huì)會(huì)員。2005—2007年,她擔(dān)任海軍助理秘書長(zhǎng),負(fù)責(zé)研究、開發(fā)和收購;1998—2001年,她擔(dān)任美國(guó)國(guó)防科技部副部長(zhǎng)。她還是許多工程教科書的作者,其中包括幾本MATLAB的教科書。) 前言 本書供需要在實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理(DSP)方面具有簡(jiǎn)單實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的學(xué)生、教育工作者和工程師使用。過去,在實(shí)時(shí)DSP方面,理論與實(shí)踐之間存在著巨大的“差距”,本書使用作者已證明的方法彌補(bǔ)了這一差距。本書分為三個(gè)部分:理論基礎(chǔ)(共9章)、項(xiàng)目實(shí)踐(共12章)和附錄(共10章)。本書附帶的軟件包括所有必要的源代碼,以及附加信息和教程材料,以幫助讀者掌握實(shí)時(shí)DSP(有關(guān)訪問軟件的操作指南,請(qǐng)參閱第1章)。還有一個(gè)網(wǎng)站支持這本書(見http://www.rtdsp.com/),讀者可以在那里找到最新的新聞、提示、教程、勘誤表、額外的材料和軟件。 我們?cè)O(shè)想,如果讀者是第一次接觸DSP,則他們應(yīng)結(jié)合更傳統(tǒng)的、理論性更強(qiáng)的信號(hào)處理教材一起使用本書。您正在閱讀的這本書并不是為了教授基本的DSP理論,而是假設(shè)您已經(jīng)了解或正在學(xué)習(xí)DSP理論。本書不是講授理論,而是使用一個(gè)非常實(shí)用的、逐步引導(dǎo)的框架,提供實(shí)時(shí)DSP的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn),并在此過程中強(qiáng)化這種基本的DSP理論(作者稱之為理論基礎(chǔ))在一本篇幅合理的書中以有效的方式既講授理論又講授實(shí)踐是極不實(shí)際的。。該框架在每章中使用了一系列演示、練習(xí)和實(shí)踐項(xiàng)目,首先對(duì)適用理論進(jìn)行快速概述,然后使用MATLAB來應(yīng)用這些概念,最后在一些最新的高性能DSP硬件上實(shí)時(shí)運(yùn)行適用程序。這些項(xiàng)目指導(dǎo)讀者來為自己創(chuàng)建各種有趣的實(shí)時(shí)DSP程序。請(qǐng)務(wù)必查看本書的附錄——有些讀者評(píng)論說,這些附錄讓這本書很值!每個(gè)理論基礎(chǔ)章節(jié)在該章的最后都提出一些問題,作為家庭作業(yè)或自學(xué),檢驗(yàn)讀者對(duì)特定章節(jié)里的關(guān)鍵DSP概念的理解。如前所述,這些關(guān)鍵概念通常僅在書中進(jìn)行簡(jiǎn)要介紹,更深入的內(nèi)容期望來自讀者已經(jīng)閱讀的或現(xiàn)在正與本書結(jié)合使用的、更傳統(tǒng)的、理論性更強(qiáng)的教材。這是有意安排的,如果讀者難以找到章節(jié)最后所提問題的解決方案,那么就基本確定了讀者需要對(duì)該理論進(jìn)行回顧以便充分利用本教材。 理想情況下,讀者應(yīng)該參加或已經(jīng)參加過介紹性的DSP(或離散時(shí)間信號(hào)和系統(tǒng))的課程。然而,我們已經(jīng)成功將本書的各個(gè)部分用于還沒有參與過DSP課程的學(xué)生作為補(bǔ)充理論的“及時(shí)”方法。這本書的主題覆蓋范圍足夠廣泛,同時(shí)包含本科和研究生水平的課程。期望讀者對(duì)MATLAB和C編程語言有基本的了解,但也不必是這方面的專家。為了充分利用這本書,讀者應(yīng)該能夠使用相對(duì)適中的硬件和軟件工具集合。特別是,一些推薦的項(xiàng)目包括一臺(tái)運(yùn)行版本比較新的Microsoft Windows(例如Windows 7 SP1/8.1/10)的標(biāo)準(zhǔn)PC、一份MATLAB及其信號(hào)處理工具箱的拷貝,以及下面介紹的一塊廉價(jià)的德州儀器DSP電路板(帶軟件)。其他一些雜項(xiàng)項(xiàng)目,如信號(hào)源(任何能夠播放數(shù)字音樂的設(shè)備都可以正常工作,如iPod、智能手機(jī),甚至CD播放器)、揚(yáng)聲器(通常連接到PC電源的類型即可)、耳機(jī)或耳塞,以及3.5毫米立體聲接插線(有時(shí)稱為1/8英寸立體聲唱機(jī)插頭電纜)都會(huì)有用。為了以最大的靈活性處理輸入和輸出信號(hào),支持DSP電路板的幾種不同編解碼器(見第1章)使用一些常見的測(cè)試設(shè)備,如示波器、頻譜分析儀和信號(hào)發(fā)生器,可以獲得更大的靈活性,但我們展示了如何在需要時(shí)使用第二塊便宜的DSP電路板甚至PC的聲卡作為此類測(cè)試設(shè)備的廉價(jià)替代品。 實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理(從MATLAB到C)——基于TMS320C6x DSP(第3版)本書中介紹并隨書提供的實(shí)時(shí)軟件支持德州儀器公司(TI)提供的幾種相對(duì)便宜的DSP電路板。這些電路板包括TI低成本開發(fā)套件(Low Cost Development Kit,LCDK)的OMAPL138版本、LogicPD Zoom OMAPL138實(shí)驗(yàn)者套件(Experimenter Kit)和仍然可用的TMS320C6713 DSK首字母縮略詞“DSK”代表“DSP Starter Kit”。而本書中討論的LCDK和實(shí)驗(yàn)者套件(Experimenter Kit)電路板未被TI正式稱為“DSK”,我們選擇簡(jiǎn)化討論,并經(jīng)常稱所有的電路板為DSK。這些電路板可以從授權(quán)的TI分銷商處購買,也可以直接從TI購買(參見第1.3.1小節(jié))。請(qǐng)注意,TI提供了大量學(xué)術(shù)折扣和捐贈(zèng)(也在第1.3.1小節(jié)中討論)。。這些具有與TMS320C6711 DSK有限的向后兼容性,但在本書中未明確涵蓋這種已終止的電路板。目前可用的電路板都是標(biāo)配(或可以免費(fèi)下載)一套強(qiáng)大的軟件開發(fā)工具(Code Composer StudioTM),我們?cè)诤竺娴恼鹿?jié)中會(huì)大量使用這些工具。 第1版是為響應(yīng)各種大學(xué)的學(xué)生和教師的許多要求而寫的。當(dāng)作者在各種會(huì)議上介紹本書中出現(xiàn)的一些概念和代碼時(shí),我們被一群試圖靠他們各自的努力去“彌合理論與實(shí)踐(使用實(shí)時(shí)硬件)之間的差距”的聽眾包圍。第1版將我們統(tǒng)一的、逐步過渡的、以跨越這個(gè)“差距”的方法匯集在一個(gè)單一的來源中,被證明是相當(dāng)流行的。 第2版做了更新,其中包括對(duì)更強(qiáng)大的DSP開發(fā)電路板的支持。該開發(fā)電路板當(dāng)時(shí)可從德州儀器公司(TI)獲得,即LogicPD Zoom OMAPL138實(shí)驗(yàn)者套件(Experimenter Kit)。該電路板現(xiàn)在已不再生產(chǎn),但仍在許多大學(xué)中使用。第2版還添加了一些其他主題(例如PN序列)和一些更高級(jí)的實(shí)時(shí)DSP項(xiàng)目(例如像QPSK和QAM這樣的用于發(fā)射器和接收器的高階數(shù)字通信項(xiàng)目),這些是第1版的讀者所要求的。 第3版(即本書)為最新的、功能強(qiáng)大的廉價(jià)DSP開發(fā)電路板提供支持,該電路板目前可從德州儀器公司(TI)獲得,即OMAPL138OMAPL138同時(shí)包含C6748和ARM處理器內(nèi)核,我們二者都用。 LCDK。這個(gè)復(fù)雜但功能極其豐富的電路板是一個(gè)很好的例子,說明了為什么我們的書被如此多的工程師、教育工作者和學(xué)生使用:我們讓開始使用這個(gè)電路板進(jìn)行實(shí)時(shí)DSP變得容易,并使讀者少走了許多彎路。本書所支持的DSP板的更詳細(xì)描述見第1章。第3版還包括兩個(gè)應(yīng)早期版本的讀者所要求的新的實(shí)時(shí)DSP項(xiàng)目(探索二階節(jié)的使用和自適應(yīng)濾波器的設(shè)計(jì))。我們還添加了3個(gè)新的附錄:MATLAB提供的代碼生成(Code Generation)工具介紹,如何將LCDK轉(zhuǎn)換為便攜式電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備的指南,以及本版本直接支持的3個(gè)DSP電路板的比較。在這個(gè)版本中,出版商增加了彩色印制,我們重新生成了書中的大部分圖,以充分利用這一點(diǎn)。我們還檢查并運(yùn)行了(在3種電路板的每一種上)本書附帶的所有軟件。與之前的版本一樣,我們吸納了來自早期版本的許多用戶的寶貴的得到高度贊賞的反饋和建議,從而使本書成為一本我們所希望的更好的書。 請(qǐng)注意,任何勘誤、更新、其他軟件和其他相關(guān)材料都將發(fā)布在由作者維護(hù)的本書網(wǎng)站上,網(wǎng)址為http://www.rtdsp.com。由于DSP硬件的更新速度比我們可以出版本書新增補(bǔ)版的速度更快,因此該網(wǎng)站將為作者提供一種方法來支持這種更新,甚至包括那些在本書當(dāng)前版本出版后才推出的所選擇的新DSP電路板。為了您的方便,本前言末尾的二維碼也將帶您進(jìn)入該網(wǎng)站。出版商CRC Press(Taylor &Francis Group的一部分)也提供了一個(gè)安全的網(wǎng)頁,用于訪問本書的解決方案手冊(cè)(Solutions Manual)等材料,允許采用本書作為其中一門或多門課程的教學(xué)資料的教授們?cè)L問,有需要請(qǐng)聯(lián)系出版商了解詳情。 從DSP理論到實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)之路充滿了潛在的坑洼和其他障礙,這些障礙在歷史上造成了理論與實(shí)踐之間眾所周知的“差距”。本書提供了一種經(jīng)過驗(yàn)證的方法,可以平滑路徑、清除障礙并避免通常會(huì)遇到的挫折,幫您縮小差距。我們希望您喜歡這趟旅程…… 致謝 如果沒有德州儀器公司(TI)的支持和幫助,這本書不可能完成。特別地,我們想對(duì)凱西·威克斯(Cathy Wicks)表達(dá)衷心的感謝,他在指導(dǎo)德州儀器公司的全球大學(xué)項(xiàng)目方面不遺余力,使無數(shù)的學(xué)生和教授都能負(fù)擔(dān)得起DSP。凱西的前任克里斯蒂娜·彼得森(Christina Peterson)、瑪麗亞·霍(Maria Ho)和托倫斯·羅賓遜(Torrence Robinson)也為我們的努力做出了貢獻(xiàn),最終促成了這本書的出版。德州儀器公司對(duì)DSP教育的支持在業(yè)界是無與倫比的,我們非常感激這種前瞻性的企業(yè)愿景。 我們還要感謝CRC Press(Taylor &Francis Group的一部分)的Nora Konopka和Kyra Lindholm,在他們的幫助和指導(dǎo)下完成了本書。他們的實(shí)時(shí)幫助、快速響應(yīng)和永不言敗的幽默感應(yīng)成為其他出版商的榜樣。請(qǐng)注意,我們以完全格式化為“可直接拍照制版”的形式向出版商提供了原稿,因此任何文稿錯(cuò)誤都是我們的錯(cuò),而不是出版商的。 我們要感謝羅伯特·W·科南特(Robert W. Conant)對(duì)QPSK數(shù)字接收機(jī)一章的寶貴貢獻(xiàn),以及布萊恩·L·埃文斯(Brian L. Evans)關(guān)于書中PN序列覆蓋范圍的有益建議。懷俄明大學(xué)(University of Wyoming)的羅伯特·F·庫比切克(Robert F. Kubichek)也提供了許多出色的建議和反饋。 匿名評(píng)審員的投入和許多第1版、第2版用戶的經(jīng)驗(yàn)使得本書得到了明顯的改進(jìn),他們給予我們寶貴的反饋和許多優(yōu)秀的建議。 如果我們?cè)谶@份簡(jiǎn)短的致謝中遺漏了一個(gè)與文本編寫相關(guān)的“插件”,將是我們的失職。本書是用LaTeX排版的,這是Leslie Lamport開發(fā)的一個(gè)功能強(qiáng)大的文檔準(zhǔn)備系統(tǒng),是Donald Knuth的TeX程序的一個(gè)特殊宏集合(具體來說,我們使用了pdfLaTeX以直接生成PDF文件輸出,它是Han The Thanh創(chuàng)建的pdfTeX的變體)。LaTeX是技術(shù)寫作的理想工具,得到了TeX用戶組(TUG)全球成員的大力支持,詳情請(qǐng)?jiān)L問http://www.tug.org/。TeX、LaTeX和pdfLaTeX在公共領(lǐng)域免費(fèi)提供(TeX是美國(guó)數(shù)學(xué)協(xié)會(huì)的商標(biāo))。我們使用優(yōu)秀的TeXStudio免費(fèi)軟件編輯器(見http://texstudio.sourceforge.net/)作為TeX用戶組(TUG)免費(fèi)提供的LaTeX的全面的TeX Live分發(fā)版的前端。為了以標(biāo)準(zhǔn)BibTeX語法維護(hù)書目參考數(shù)據(jù)庫,我們使用了免費(fèi)提供且功能強(qiáng)大的JabRef程序(請(qǐng)參閱http://jabref.sourceforge.net/)。所有這些程序不僅是免費(fèi)的,而且可以用于多種操作系統(tǒng)。本書中的插圖主要是用兩個(gè)程序之一創(chuàng)建的:Canvas和MATLAB。Canvas是美國(guó)ACD系統(tǒng)有限公司(ACD Systems of America, Inc.)的高端技術(shù)繪圖軟件包,它可以在同一個(gè)圖形中創(chuàng)建、操作向量和位圖圖像,且提供了類似于將Adobe Illustrator和Adobe Photoshop組合在一個(gè)軟件包中的功能。 MATLAB是由邁斯沃克軟件有限公司(The MathWorks, Inc.)開發(fā)的,它是一個(gè)功能極其強(qiáng)大的數(shù)值計(jì)算環(huán)境和第四代編程語言,且有許多可用于各種專業(yè)領(lǐng)域的工具箱擴(kuò)展。 Thad B. Welch,哲學(xué)博士,專業(yè)工程師博伊西州立大學(xué)(Boise State University)電子和計(jì)算機(jī)工程系(Department of Electrical and Computer Engineering)教授和前主席。他曾在美國(guó)海軍學(xué)院(U.S. Naval Academy,USNA)和美國(guó)空軍學(xué)院(U.S. Air Force Academy,USAFA)的電子和計(jì)算機(jī)工程系任教。他是美國(guó)海軍退休指揮官,2011年首屆斯賓斯(SPEN)研究員。他曾獲2001年ECE杰出教育家獎(jiǎng)(Outstanding Educator Award),2002年Raouf工程教學(xué)卓越獎(jiǎng),1998年、2005年和2010年美國(guó)工程教育學(xué)會(huì)(American Society for Engineering Education,ASEE)教育分部計(jì)算機(jī)John A. Curtis講座獎(jiǎng)(Lecture Award),2003年USNA的ECE杰出研究員獎(jiǎng)(Outstanding Researcher Award),以及1997年USAFA的Clements杰出教育家獎(jiǎng)(Outstanding Educator Award)。Welch博士是電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronic Engineers,IEEE)信號(hào)處理學(xué)會(huì)(Signal Processing Society)信號(hào)處理教育技術(shù)委員會(huì)(Technical Committee on Signal Processing Education)的前主席和創(chuàng)始成員、IEEE的高級(jí)成員,以及ASEE、工程榮譽(yù)學(xué)會(huì)(Tau Beta Pi)和電氣工程榮譽(yù)學(xué)會(huì)(Eta Kappa Nu)的成員。 Cameron H.G. Wright,博士,專業(yè)工程師懷俄明大學(xué)(University of Wyoming)電子與計(jì)算機(jī)工程系(Department of Electrical and Computer Engineering)教授。他曾在美國(guó)空軍學(xué)院(U.S. Air Force Academy,USAFA)的電氣工程系(Department of Electrical Engineering)任教,擔(dān)任教授和系副主任。他是美國(guó)空軍的一名退役中校,1992年和1993年因在軍校教育方面的杰出貢獻(xiàn)而獲得陸軍準(zhǔn)將R. E. Thomas獎(jiǎng)(Brigadier General R. E. Thomas Award)。他在2005年和2008年獲得IEEE學(xué)生選擇獎(jiǎng)(Student Choice Award),成為年度杰出教授。他曾獲得2005年、2007年和2015年懷俄明大學(xué)Mortar Board “最佳教授”獎(jiǎng)(“Top Prof.” Award),2007年ASEE洛磯山區(qū)杰出教學(xué)獎(jiǎng)(Outstanding Teaching Award),1998年、2005年和2010年ASEE教育分部計(jì)算機(jī)John A. Curtis講座獎(jiǎng)(Lecture Award),2011年Tau Beta Pi WYA的本科教學(xué)獎(jiǎng)(Undergraduate Teaching Award),以及2012年懷俄明大學(xué)Ellbogen優(yōu)秀課堂教學(xué)獎(jiǎng)(Meritorious Classroom Teaching Award)。Wright博士是IEEE信號(hào)處理學(xué)會(huì)(Signal Processing Society)信號(hào)處理教育技術(shù)委員會(huì)(Technical Committee on Signal Processing Education)的創(chuàng)始成員、IEEE的高級(jí)成員,以及ASEE、國(guó)家專業(yè)工程師學(xué)會(huì)(National Society of Professional Engineers)、生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)會(huì)(Biomedical Engineering Society)、SPIE國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)(SPIEThe International Society of Optical Engineering)、Tau Beta Pi和Eta Kappa Nu的成員。 Michael G. Morrow,電子工程碩士,專業(yè)工程師威斯康星大學(xué)麥迪遜分校(University of WisconsinMadison)電子與計(jì)算機(jī)工程系(Department of Electrical and Computer Engineering)教師。他曾是美國(guó)海軍退役中尉指揮官,曾在美國(guó)海軍學(xué)院(U.S. Naval Academy)電子和計(jì)算機(jī)工程系(Department of Electrical and Computer Engineering)及博伊西州立大學(xué)(Boise State University)電子與計(jì)算機(jī)工程系(Department of Electrical and Computer Engineering)任教。Morrow先生在威斯康星大學(xué)麥迪遜分校獲得2002年電氣與計(jì)算機(jī)工程系杰出教育家獎(jiǎng)(Outstanding Educator Award)和2003年Gerald Holdridge教學(xué)卓越獎(jiǎng)(Teaching Excellence Award)。他是教育DSP(eDSP)有限責(zé)任公司的創(chuàng)始人和總裁,該公司致力于為全球教育工作者和學(xué)生提供經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的DSP解決方案。他是電氣和電子工程師協(xié)會(huì)(Institute of Electrical and Electronic Engineers,IEEE)信號(hào)處理學(xué)會(huì)(Signal Processing Society)信號(hào)處理教育技術(shù)委員會(huì)(Technical Committee on Signal Processing Education)的成員、IEEE的高級(jí)成員以及ASEE的成員。 圖清單ⅰ 表格清單ⅸ 程序清單 第Ⅰ部分: 理論基礎(chǔ) 第1章本書介紹與組織3 1.1為什么您需要這本書?3 1.1.1其他DSP書籍3 1.1.2演示與DSP硬件4 1.1.3本書的哲學(xué)4 1.2實(shí)時(shí)DSP5 1.3如何使用本書5 1.3.1支持的電路板6 1.3.2主機(jī)到DSP電路板通信9 1.3.3過渡到實(shí)時(shí)11 1.3.4章節(jié)涵蓋內(nèi)容12 1.3.5硬件與軟件安裝13 1.3.6閱讀程序清單14 1.4準(zhǔn)備開始14 1.5問題15 第2章采樣和重構(gòu)16 2.1理論16 2.1.1選擇采樣頻率16 2.1.2輸入/輸出問題: 樣本或者幀?16 2.1.3TalkThrough概念17 2.2winDSK演示17 2.2.1啟動(dòng)winDSK17 2.2.2TalkThru應(yīng)用18 2.3使用Windows實(shí)現(xiàn)TalkThrough20 2.4使用MATLAB和Windows實(shí)現(xiàn)TalkThrough23 2.4.1只使用MATLAB實(shí)現(xiàn)TalkThrough26 2.4.2使用MATLAB和DSK實(shí)現(xiàn)TalkThrough29 2.5使用C語言實(shí)現(xiàn)DSK30 2.6后繼挑戰(zhàn)31 2.7問題32 第3章FIR數(shù)字濾波器33 3.1理論33 3.1.1傳統(tǒng)標(biāo)記法33 3.1.2FIR濾波器與IIR濾波器的比較34 3.1.3計(jì)算濾波器輸出34 3.2winDSK演示36 3.2.1圖形均衡器應(yīng)用36 3.2.2陷波濾波器應(yīng)用37 3.2.3音頻效果應(yīng)用39 3.3MATLAB實(shí)現(xiàn)40 3.3.1內(nèi)置方法40 3.3.2創(chuàng)建您自己的濾波器算法44 3.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)46 3.4.1采用C語言的暴力FIR濾波: 第一部分46 3.4.2采用C語言的暴力FIR濾波: 第二部分49 3.4.3環(huán)形緩沖FIR濾波52 3.5后繼挑戰(zhàn)53 3.6問題54 目錄 實(shí)時(shí)數(shù)字信號(hào)處理(從MATLAB到C)——基于TMS320C6x DSP(第3版)第4章IIR數(shù)字濾波器55 4.1理論55 4.2winDSK演示: 陷波濾波器應(yīng)用58 4.3MATLAB實(shí)現(xiàn)60 4.3.1濾波器設(shè)計(jì)與分析60 4.3.2IIR濾波器標(biāo)記法69 4.3.3框圖70 4.3.4內(nèi)置方法77 4.3.5創(chuàng)建您自己的濾波器算法77 4.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)79 4.4.1暴力FIR濾波79 4.4.2更高效的IIR濾波80 4.5后繼挑戰(zhàn)80 4.6問題81 第5章周期信號(hào)的生成82 5.1理論82 5.1.1DSP中的周期信號(hào)82 5.1.2信號(hào)生成84 5.2winDSK演示90 5.2.1任意波形90 5.2.2雙音多頻(DTMF)91 5.3MATLAB實(shí)現(xiàn)93 5.3.1直接數(shù)字合成器技術(shù)93 5.3.2表查找技術(shù)94 5.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)95 5.4.1直接數(shù)字合成器技術(shù)95 5.4.2表查找技術(shù)97 5.4.3帶表創(chuàng)建的表查找技術(shù)98 5.4.4數(shù)字諧振器技術(shù)100 5.5偽噪聲序列101 5.5.1理論102 5.5.2winDSK演示107 5.5.3MATLAB實(shí)現(xiàn)107 5.5.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)113 5.6后繼挑戰(zhàn)119 5.7問題119 第6章基于幀的DSP120 6.1理論120 6.1.1基于樣本的DSP的缺點(diǎn)120 6.1.2什么是幀?121 6.2winDSK演示123 6.3MATLAB實(shí)現(xiàn)124 6.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)125 6.4.1三重緩沖125 6.4.2一個(gè)基于幀的DSP例子126 6.4.3使用直接存儲(chǔ)器存。―MA)131 6.5基于幀處理的總結(jié)140 6.6后繼挑戰(zhàn)141 6.7問題141 第7章使用幀的數(shù)字濾波器142 7.1理論142 7.2winDSK演示142 7.3MATLAB實(shí)現(xiàn)142 7.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)142 7.4.1理解針對(duì)幀的FIR過程143 7.4.2如何避免“邊緣”問題144 7.4.3C語言代碼解釋144 7.5后繼挑戰(zhàn)146 7.6問題147 第8章快速傅里葉變換148 8.1理論148 8.1.1定義FFT148 8.1.2旋轉(zhuǎn)因子149 8.1.3FFT處理149 8.1.4位反轉(zhuǎn)尋址152 8.1.5使用FFT進(jìn)行濾波152 8.1.6避免循環(huán)卷積153 8.1.7實(shí)時(shí)快速卷積155 8.2winDSK演示158 8.3MATLAB實(shí)現(xiàn)158 8.4使用C語言實(shí)現(xiàn)158 8.5后繼挑戰(zhàn)162 8.6問題162 第9章頻譜分析與窗口化164 9.1理論164 9.1.1信號(hào)的功率譜164 9.1.2窗口化需要166 9.1.3窗口特征168 9.2winDSK演示171 9.3MATLAB實(shí)現(xiàn)173 9.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)175 9.5結(jié)論175 9.6后繼挑戰(zhàn)176 9.7問題176 第Ⅱ部分: 項(xiàng)目實(shí)踐 第10章項(xiàng)目1: 吉他特效181 10.1項(xiàng)目介紹181 10.2理論181 10.2.1背景181 10.2.2效果如何工作182 10.3winDSK演示193 10.4MATLAB實(shí)現(xiàn)194 10.4.1FIR梳狀濾波器194 10.4.2IIR梳狀濾波器195 10.4.3陷波濾波器198 10.4.4鑲邊器199 10.4.5顫音200 10.5使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)201 10.5.1實(shí)時(shí)的梳狀濾波器201 10.5.2其他實(shí)時(shí)特效204 10.6后繼挑戰(zhàn)204 第11章項(xiàng)目2: 圖形均衡器206 11.1理論206 11.2winDSK演示207 11.2.1圖形均衡器應(yīng)用207 11.2.2圖形均衡器效果208 11.3MATLAB實(shí)現(xiàn)209 11.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)211 11.4.1將增益應(yīng)用于濾波器頻帶211 11.4.2GEL文件滑塊控件213 11.5后繼挑戰(zhàn)214 第12章項(xiàng)目3: 二階節(jié)215 12.1理論215 12.2winDSK演示: 陷波濾波器應(yīng)用219 12.3MATLAB實(shí)現(xiàn)219 12.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)222 12.4.1示例SOS代碼222 12.5思考要點(diǎn)223 12.6后繼挑戰(zhàn)223 第13章項(xiàng)目4: 峰值音量表224 13.1理論224 13.2winDSK演示: commDSK224 13.3MATLAB實(shí)現(xiàn)225 13.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)226 13.4.1示例PPM代碼226 13.4.2DSK的LED控制228 13.4.3另一個(gè)PPM代碼版本228 13.5后繼挑戰(zhàn)230 第14章項(xiàng)目5: 自適應(yīng)濾波器231 14.1理論231 14.1.1自適應(yīng)濾波器解決的問題232 14.1.2LMS自適應(yīng)濾波器233 14.2winDSK8演示234 14.3MATLAB實(shí)現(xiàn)234 14.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)237 14.5后繼挑戰(zhàn)239 第15章項(xiàng)目6: AM發(fā)射器240 15.1理論240 15.2winDSK演示242 15.3MATLAB實(shí)現(xiàn)242 15.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)245 15.5后繼挑戰(zhàn)247 第16章項(xiàng)目7: AM接收器248 16.1理論248 16.1.1包絡(luò)檢波器249 16.1.2基于希爾伯特(Hilbert)的AM接收器255 16.2winDSK演示258 16.3MATLAB實(shí)現(xiàn)258 16.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)260 16.5后繼挑戰(zhàn)262 第17章項(xiàng)目8: 鎖相環(huán)263 17.1理論263 17.2winDSK演示264 17.3MATLAB實(shí)現(xiàn)264 17.3.1PLL仿真264 17.3.2對(duì)MATLAB實(shí)現(xiàn)的一些更新270 17.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)272 17.4.1PLL的組件272 17.4.2系統(tǒng)測(cè)試275 17.5后繼挑戰(zhàn)277 第18章項(xiàng)目9: BPSK數(shù)字發(fā)射器278 18.1理論278 18.1.1隨機(jī)數(shù)據(jù)和符號(hào)生成278 18.1.2使用對(duì)拓矩形位的BPSK279 18.1.3使用脈沖調(diào)制(IM)升余弦形位的BPSK280 18.2winDSK演示281 18.2.1commDSK: 未濾波的BPSK282 18.2.2commDSK: 升余弦濾波的BPSK283 18.3MATLAB實(shí)現(xiàn)286 18.3.1矩形BPSK信號(hào)發(fā)生器286 18.3.2脈沖調(diào)制的升余弦BPSK信號(hào)發(fā)生器288 18.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)291 18.4.1一個(gè)矩形脈沖形BPSK發(fā)射器292 18.4.2一個(gè)升余弦脈沖形BPSK發(fā)射器293 18.4.3實(shí)時(shí)代碼總結(jié)295 18.5后繼挑戰(zhàn)295 第19章項(xiàng)目10: BPSK數(shù)字接收器296 19.1理論296 19.1.1匹配濾波器的輸出298 19.1.2眼圖299 19.1.3最大似然定時(shí)恢復(fù)300 19.2winDSK演示302 19.3MATLAB實(shí)現(xiàn)302 19.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)307 19.4.1數(shù)字接收器的組件307 19.4.2系統(tǒng)測(cè)試312 19.5后繼挑戰(zhàn)314 第20章項(xiàng)目11: MPSK與QAM數(shù)字發(fā)射器315 20.1理論315 20.1.1基于I和Q的發(fā)射器315 20.1.2一些星座圖317 20.2winDSK演示320 20.2.1commDSK: 根升余弦濾波的QPSK320 20.3MATLAB實(shí)現(xiàn)323 20.3.1脈沖調(diào)制根升余弦QPSK信號(hào)發(fā)生器323 20.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)327 20.4.1一個(gè)根升余弦脈沖形QPSK發(fā)射器327 20.4.2一個(gè)更高效的RRC脈沖形QPSK發(fā)射器330 20.4.3實(shí)時(shí)代碼總結(jié)332 20.5高階調(diào)制方案333 20.6后繼挑戰(zhàn)333 第21章項(xiàng)目12: QPSK數(shù)字接收器334 21.1理論334 21.2winDSK8演示337 21.3MATLAB實(shí)現(xiàn)337 21.3.1通過AGC仿真337 21.3.2一個(gè)完整的QPSK接收器341 21.4使用C語言的DSK實(shí)現(xiàn)346 21.4.1通過AGC實(shí)現(xiàn) 346 21.4.2一個(gè)完整的QPSK接收器350 21.4.3系統(tǒng)測(cè)試357 21.5后繼挑戰(zhàn)359 第Ⅲ部分: 附錄 附錄ACode Composer Studio: 概述363 A.1介紹363 A.2啟動(dòng)Code Composer Studio363 A.3結(jié)論364 附錄BDSP/BIOS366 B.1介紹366 B.1.1DSP/BIOS的主要特性366 B.1.2DSP/BIOS線程366 B.2DSP/BIOS示例項(xiàng)目367 附錄C數(shù)值表示368 C.1字節(jié)序368 C.2整數(shù)表示369 C.3整數(shù)除法和舍入370 C.4浮點(diǎn)表示371 C.5定點(diǎn)表示374 C.6數(shù)值表示總結(jié)375 附錄DTMS320C6x架構(gòu)377 D.1計(jì)算機(jī)體系結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)377 D.1.1指令集架構(gòu)378 D.1.2寄存器架構(gòu)378 D.1.3存儲(chǔ)器架構(gòu)379 D.1.4獲取執(zhí)行模型380 D.1.5流水線380 D.1.6單發(fā)射與多發(fā)射383 D.1.7調(diào)度383 D.2TMS320C671x架構(gòu)384 D.2.1存儲(chǔ)器系統(tǒng)385 D.2.2流水線與調(diào)度386 D.2.3外圍設(shè)備387 D.2.4主機(jī)端口接口387 D.3TMS320C674x架構(gòu)388 附錄EDSK相關(guān)工具389 E.1介紹389 E.2Windows控件應(yīng)用程序389 E.2.1示例Windows控件應(yīng)用程序390 E.3MATLAB導(dǎo)出390 E.3.1導(dǎo)出直接Ⅱ型實(shí)現(xiàn)390 E.3.2導(dǎo)出二階節(jié)實(shí)現(xiàn)391 E.4MATLAB實(shí)時(shí)接口392 附錄F與MATLAB一起使用代碼生成器393 F.1介紹393 F.2一個(gè)FIR濾波器例子393 F.2.1使用MATLAB Coder之前393 F.2.2使用MATLAB Coder395 F.2.3轉(zhuǎn)移到CCS項(xiàng)目401 F.2.4觀察401 F.3結(jié)論401 附錄GDSP電路板的電池電源402 G.1介紹402 G.2方法402 G.3測(cè)試403 G.3.1初始測(cè)試403 G.3.2最終測(cè)試403 G.4結(jié)論404 附錄H編程難點(diǎn)與陷阱405 H.1調(diào)試構(gòu)建與發(fā)布構(gòu)建405 H.2易變性(volatile)關(guān)鍵字405 H.3函數(shù)原型和返回類型406 H.4算術(shù)問題407 H.5控制內(nèi)存中的變量位置409 H.6實(shí)時(shí)計(jì)劃失敗409 H.7變量初始化410 H.8整型數(shù)據(jù)大小411 附錄IDSP電路板比較413 I.1介紹413 I.2三種電路板413 I.3結(jié)論416 附錄J縮寫、首字母縮略詞和符號(hào)417 參考文獻(xiàn)424
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