DSP原理及应用PPT教程第一章 数字信号处理和DSP系统.ppt
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1、,教材:TMS320C55X DSP原理及应用,代少升等著,高等教育出版社,2010,DSP原理及应用,参考信息,参考书1、申敏等著DSP原理及其在移动通信中的应用人民邮电出版社,2001。2、李真芳等著DSP程序开发:MATLAB调试及直接目标代码生成,西安电子科技大学出版社,2003。参考网站1、2、,课程的主要讲述内容,本课程的主要内容:1、数字信号处理和DSP系统 2、DSP芯片结构和CPU外围电路 3、存储结构和寻址方式 4、程序流程控制 5、TMS320C55X DSP的汇编指令 6、DSP集成开发环境 7、TMS320C55X DSP应用实例 8、OMAP5912双核处理器,2.
2、DSP在图像处理方面的应用,1.DSP在通信领域的应用,DSP的典型应用实例,一个典型移动终端结构框图,第一章 数字信号处理和DSP系统,1、数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域新兴学科。20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。2、数字信号处理是利用计算机或专用处理设备,以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估计、增强、压缩、识别等处理,以得到符合人们需要的信号形式。,一、引言,第一章 数字信号处理和DSP系统,3、数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实
3、现和应用等几个方面发展起来的。,DSP是以众多学科为理论基础,如微积分、概率统计、随机过程、数值分析、网络理论、信号与系统、人工智能、模式识别、神经网络等。数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础,同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。,第一章 数字信号处理和DSP系统,4、数字信号处理的实现方法通用的计算机上用软件(如 C语言)实现速度较慢。可用于DSP算法的模拟;(2)在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现;专用性强,应用受限;(3)用通用的单片机(如:MCS-51、96系列等)实现。只适用实现简单的DSP算法,用于一些不太复杂的数字信号处理,如数字控制等;,第一章 数
4、字信号处理和DSP系统,(4)用通用的可编程DSP芯片实现。与单片机相比,DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源,可用于复杂的数字信号处理算法;为DSP的应用打开了新的局面。(5)用专用的DSP芯片实现。特殊的应用,要求信号处理速度极高,用通用DSP芯片很难实现,如FFT、数字滤波、卷积、相关等算法的DSP芯片,这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现。,第一章 数字信号处理和DSP系统,5、20世纪70年代末80年代初世界上第一片单片可编程DSP芯片的诞生,将DSP理论研究结果广泛应用到低成本的实际系统中,推动了新的理论和应用领域的发展。可以毫不夸张地说,DSP芯片的诞
5、生及发展对近20年来通信、计算机、控制等领域的技术发展起到十分重要的作用。,第一章 数字信号处理和DSP系统,输入信号:麦克风输出的语音信号、摄像头输出的复合视频信号等。A/D:奈奎斯特抽样定理、抽样频率。DSP芯片:对输入的数字信号进行某种形式的处理。D/A:转换为模拟样值。,二、DSP系统及特点,1、DSP系统构成(典型的DSP系统),第一章 数字信号处理和DSP系统,2、DSP系统的特点 DSP系统以数字信号处理为基础,具有数字处理的全部优点:(1)接口简单、方便:数字信号的电气特性简单,不同DSP系统互联时,在硬件接口上容易实现;(2)编程方便:可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中
6、灵活方便地对软件进行修改和升级;容易实现复杂的算法和复杂的信号处理功能;(3)精度高、稳定性好:DSP系统以数字处理为基础,受环境温度以及噪声的影响较小,可靠性高。,第一章 数字信号处理和DSP系统,(4)可重复性好:模拟系统的性能受元器件参数性能变化比较大,而数字系统基本不受影响,因此数字系统便于测试、调试和大规模生产;(5)集成方便:DSP系统中的数字部件有高度的规范性,便于大规模集成。缺点:(1)简单的信号处理任务,采用DSP使成本增加;(2)DSP系统中的高速时钟可能带来高频干扰和电磁泄漏等问题;(3)DSP系统的功耗较大。,第一章 数字信号处理和DSP系统,DSP芯片,也称数字信号处
7、理器,是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器,其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求,DSP芯片具有如下主要特点:(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法;,3、可编程DSP芯片,第一章 数字信号处理和DSP系统,(2)程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据;(3)片内具有快速RAM;(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持;(5)快速的中断处理和硬件I/O支持;(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器;(7)可以并行执行多个操作;(8)支持流水线操作,使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。,第一章 数字信号处理和DSP系统,4、DSP
8、系统的设计流程(DSP系统设计的一般过程),第一章 数字信号处理和DSP系统,(1)算法模拟:根据应用系统的目标确定系统的性能指标。根据系统要求进行算法仿真和高级语言模拟实现。确定最佳处理方法。如用MATLAB等数学开发工具对DSP算法进行优化设计和仿真测试,(2)选择DSP芯片:根据算法要求,如运算速度、运算精度、存储器大小、系统成本、体积、功耗等选择合适的DSP芯片。,第一章 数字信号处理和DSP系统,设计DSP应用系统,选择DSP芯片是非常重要的,只有选定了DSP芯片,才能进一步设计其外围电路及系统的其他电路。DSP芯片的选择应根据实际的应用系统需要而确定。不同的DSP应用系统由于应用场
9、合、应用目的不相同,DSP芯片的选择也不同的。一般来说,选择DSP芯片应考虑到如下因素:DSP芯片的运算速度,运算速度是DSP芯片的一个最重要的性能指标,是选择DSP芯片需要考虑的主要因素。下面为DSP运算速度的几种衡量指标:,第一章 数字信号处理和DSP系统,指令周期:执行一条指令所需的时间,常以ns为单位。如TMS320LC549-80在主频为80MHz时的指令周期为12.5ns;MAC(Multiply-Accumulate Unit)时间:一次乘加运算的时间。大部分DSP芯片可在一个指令周期内完成一次乘法和加法操作。FFT执行时间:运行一个N点FFT程序所需的时间。FFT是典型的DSP
10、算法运算,因此FFT运算时间常作为衡量 DSP芯片运算能力的一个指标。MIPS/MFLOPS(Million Instructions Per Second/Million Floating-point Operations per Second):每秒执行百万条指令和每秒百万条浮点操作。如 TMS320LC549-80的处理能力为 80MIPS,即每秒可执行八千万条指令;,第一章 数字信号处理和DSP系统,MOPS:每秒执行百万次操作。BOPS:每秒执行十亿次操作。DSP芯片的价格 DSP芯片的价格也是选择DSP芯片所需考虑的一个重要因素。采用价格昂贵的DSP芯片,即使性能再高,其应用范围受
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