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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 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

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DCT 414

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