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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
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。
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
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
作為一個長期關注技術發展,並且喜歡動手實踐的讀者,我一直在尋找一本能夠讓我迅速掌握FPGA實現DSP核心技術的書籍。我一直認為,理論知識隻有與實踐相結閤,纔能發揮齣真正的價值。我希望這本書能夠提供大量的實驗指導,讓我能夠通過動手實踐來加深對DSP算法和FPGA設計的理解。比如,能夠提供詳細的實驗步驟,包括硬件平颱選擇、開發環境搭建、代碼編寫、仿真調試以及硬件部署等。同時,我非常希望書中能夠包含一些開源項目或者參考設計,讓我能夠在此基礎上進行二次開發和創新。如果書中還能對不同FPGA器件的特點以及它們在DSP實現中的優劣勢進行分析,那就更加完美瞭。
評分這本書的包裝很精緻,封麵設計也頗具匠心,第一眼就給人一種專業且厚重的感覺。拿到手中,份量感十足,讓人對接下來的閱讀充滿瞭期待。翻開目錄,清晰的章節劃分和細緻的內容索引,立刻展現瞭作者對知識體係構建的嚴謹態度。雖然我是一名對數字信號處理領域剛剛入門的學生,但看到如此詳實的目錄,心中便有瞭底氣。我特彆關注瞭其中關於“傅裏葉變換”和“濾波器設計”的章節,這兩部分的內容往往是初學者最容易感到睏惑的地方。我希望這本書能夠以一種循序漸進的方式,從基礎概念入手,逐步深入到復雜的算法和實現細節,並且能夠輔以大量的圖示和實例,幫助我更好地理解抽象的數學原理。如果書中能夠提供一些實際的工程案例,那就更好瞭,這樣我可以將其與理論知識相結閤,形成更深刻的認識。
評分這本書的齣版,無疑是為廣大的通信工程和電子信息工程專業的師生們送上瞭一份厚禮。我是一名多年從事DSP教學的教師,一直以來都在尋找一本能夠貼閤當前FPGA技術發展趨勢,同時又能係統性地介紹DSP算法原理的書籍。我希望這本書在理論闡述上能夠做到既嚴謹又易於理解,避免過於深奧的數學推導,而是側重於算法的直觀解釋和工程意義。在FPGA實現部分,我更看重的是作者能否給齣清晰的代碼示例,並且對這些代碼進行詳盡的注釋和分析,解釋為什麼要這樣設計,這樣設計的好處是什麼。如果書中還能包含一些關於DSP算法在實際通信係統中的應用案例,比如OFDM、MIMO等,那將極大地提升本書的價值,為學生提供更廣闊的視野。
評分我是一名在硬件加速領域工作的研發人員,對於FPGA在高性能計算中的應用一直保持著高度的關注。數字信號處理在很多高端應用中扮演著至關重要的角色,例如圖像處理、機器學習推理、雷達信號分析等。我非常看重這本書能否在算法層麵深入挖掘DSP的潛力,並將其轉化為高效的FPGA硬件架構。我期待書中能夠重點介紹一些前沿的DSP算法,以及它們在FPGA上的優化實現策略。例如,如何針對特定算法設計定製化的硬件模塊,如何利用FPGA的並行處理能力來加速復雜的計算,以及如何結閤高級綜閤工具來簡化設計流程。如果書中還能提及一些關於FPGA片上係統(SoC)設計中DSP部分的集成,那就更能滿足我的需求瞭。
評分作為一名有一定FPGA開發經驗的工程師,我一直苦於找不到一本能夠完美銜接數字信號處理理論與FPGA實現的書籍。市麵上大多數DSP書籍要麼側重於理論的數學推導,要麼隻講解FPGA的通用設計方法,而很少有能夠深入剖析如何將DSP算法高效、低延遲地映射到FPGA硬件上的。當我看到這本書的標題時,心中湧現齣莫名的興奮。我非常期待書中能夠詳細講解如何根據DSP算法的特點,選擇閤適的FPGA資源,例如如何優化乘法器、加法器等關鍵模塊的硬件實現,以及如何利用流水綫、並行化等技術來提高處理速度。此外,對於實際項目開發中經常遇到的問題,比如資源約束、時序收斂、功耗優化等,如果書中能夠提供一些實用的技巧和解決方案,那我一定會將這本書奉為圭臬。
評分好書買給公司的朋友的
評分這本書很厚,內容很豐富,很有價值
評分物流很快,印刷質量不錯
評分講解的不錯,幫助我FPGA入門。
評分質量不錯,有參考意義,講的很清晰易懂,適閤入門。
評分書不錯,隻是搞活動時書先提價10塊,後滿200減100
評分挺好的,讀的懂
評分買迴來發現,實例是VHDL的,不太懂,不過內容挺好,送人瞭!
評分送貨快,包裝完好,服務態度很好,內容翔實,還沒有讀,讀過來再來追加評論
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