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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 EP4CE115F29C721

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SOP111

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

5.5作为通频带抽取器的频率采样滤波器305

5.6任意采样速率转换器的设计308

5.6.1分数延迟速率变换311

5.6.2多项式分数延迟设计318

5.6.3基于B样条的分数速率变换器324

5.6.4 MOMS分数速率变换器328

5.7滤波器组335

5.7.1均匀DFT滤波器组336

5.7.2双通道滤波器组339

5.7.3实现双通道滤波器组344

5.8小波353

5.8.1离散小波变换355

5.8.2离散小波变换的应用358

5.9练习366

第6章傅立叶变换373

6.1傅立叶变换概述373

6.2离散傅立叶变换算法374

6.2.1用DFT近似傅立叶变换374

6.2.2 DFT的性质376

6.2.3 Goertzel算法378

6.2.4 Bluestein Chirp-z变换379

6.2.5 Rader算法382

6.2.6 Winograd DFT算法388

6.3快速傅立叶变换算法390

6.3.1 Cooley-Tukey FFT算法391

6.3.2 Good-Thomas FFT算法401

6.3.3 Winograd FFT算法404

6.3.4 DFT和FFT算法的比较407

6.3.5 IP内核FFT设计409

6.4与傅立叶相关的变换413

6.4.1利用DFT计算DCT414

6.4.2快速直接DCT实现415

6.5练习417

第7章 通信系统427

7.1差错控制和加密技术427

7.1.1编码理论的基本概念428

7.1.2分组码432

7.1.3卷积码436

7.1.4 FPGA的加密算法443

7.2调制和解调457

7.2.1基本的调制概念457

7.2.2非相干解调462

7.2.3相干解调467

7.3练习474

第8章自适应系统479

8.1自适应系统的应用479

8.1.1干扰消除480

8.1.2预测480

8.1.3反演模拟481

8.1.4系统辨识481

8.2最优估计技术482

8.3 Widrow-Hoff最小二乘法算法488

8.3.1学习曲线494

8.3.2标准化LMS（NLMS）496

8.4变换域LMS算法498

8.4.1快速卷积技术498

8.4.2应用正交变换499

8.5 LMS算法的实现502

8.5.1量化效应502

8.5.2 LMS算法的FPGA设计503

8.5.3流水线LMS滤波器505

8.5.4转置形式的LMS滤波器507

8.5.5 DLMS算法的设计507

8.5.6应用Signum函数的LMS设计511

8.6递归最小二乘法算法513

8.6.1有限记忆的RLS算法516

8.6.2快速RLS算法的卡尔曼实现518

8.6.3快速后验卡尔曼RLS算法523

8.7 LMS和RLS的参数比较523

8.8主成分分析（PCA）524

8.8.1主成分分析的计算527

8.8.2 Sanger GHA PCA的实现531

8.9独立成分分析（ICA）535

8.9.1白噪声化和正交化538

8.9.2独立成分分析算法538

8.9.3 EASIICA算法的实现539

8.9.4备选BSS算法544

8.10语音和音频信号编码545

8.10.1 A律和μ律编码546

8.10.2线性和自适应PCM编码550

8.10.3模型化编码：LPC-10e方法556

8.10.4 MPEG音频编码方法557

8.11练习558

第9章微处理器设计565

9.1微处理器设计概述565

9.2微处理器的发展史566

9.2.1多功能微处理器简史566

9.2.2 RISC微处理器简史568

9.2.3 PDSP简史568

9.3指令集设计570

9.3.1寻址模式571

9.3.2数据流：零地址、单地址、二地址和三地址设计577

9.3.3寄存器文件和存储器体系结构581

9.3.4操作支持586

9.3.5下一次操作的定位588

9.4软件工具588

9.4.1词法分析589

9.4.2分析程序的开发599

9.5 FPGA微处理器内核609

9.5.1硬内核微处理器610

9.5.2软内核微处理器616

9.6案例研究626

9.6.1 T-RISC栈处理器626

9.6.2 LISA小波处理器的设计632

9.6.3 Nios自定义指令设计647

9.7练习653

第10章图像和视频处理665

10.1图像和视频处理概述665

10.1.1图像格式666

10.1.2基本图像处理操作671

10.2案例研究1： HDL中的边缘检测673

10.2.1二维HDL滤波器设计676

10.2.2图像系统设计677

10.2.3 VGA边缘检测系统的组装679

10.3案例研究2：使用图像处理库进行中值滤波691

10.3.1中值滤波器692

10.3.2 HDL中的中值滤波器693

10.3.3 Nios中值滤波图像处理系统695

10.3.4 SW中的中值滤波器697

10.4案例研究3：视频处理中的运动检测由自定义协处理器改进701

10.4.1运动检测702

10.4.2 ME协处理器设计703

10.4.3视频压缩标准706

练习708

附录A设计实例的Verilog源代码713

附录B设计实例的合成结果573

附录C VHDL和Verilog编码的z关键字789

附录D学习资料791

附录E术语汇编799

参考文献809