[奥本海姆]数字信号处理(第二版)经典教教材

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数字信号处理的FPGA实现,经典教材,包含信号处理基础讲解和FPGA实现信号处理的算法实现,以及相关讲解内容!
国外电子信息经典教材 数字信号处理的FPGA实现 (第3版) 〔美) U. Meyer-Baese著 刘凌译 清华大学出版社 北京 U. Meyer-Baese Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays, Third Edition E|sBN:9783-540-726128 Copyright C Springer 2007 Springer is a part of Springer Science Business Media All Rights Reserved 本书中文简体字翻译版由德国施普林格公司授权清华大学出版社在中华人民共和国境内(不包括中国香 港、澳门特别行政区和中国台湾地区)独家出版发行。未经出版者预先书面许可,不得以任何方式复制或 抄袭本书的任何部分 北京市版权局著作权合同登记号图字:01-20102095 本书封面贴有清华大学出版社防伪标签,无标签者不得销售。 版权所有,侵权必究。侵权举报电话:010-6278298913701121933 图书在版编目(cP)数据 数字信号处理的FPGA实现第3版兴美)贝耶尔( Baese U M)著;刘凌译.—北京:清华大学出版杜, 20l1.3 书名原文; Digital Signal Processing with Field Programmable Gate Arrays, Third edition (国外电子信息经典教材 lSBN978-7-302-246l76 Ⅰ.数…Ⅱ①贝…②刘…Ⅲ.现场可编程门阵列一应用一数字信号一信号处理一教材Ⅳ.TN91.72 中国版本图书馆CIP数据核字(2011)第012434号 责任编辑;王军谢晓芳 版式设计:孔祥丰 责任校对:胡雁翎 责任印制:李红英 出版发行:清华大学出版社 地址:北京清华大学学研大厦A座 http:/www.tup.com.cn 邮编:100084 社总机:010-62770175 邮购:010-62786544 投稿与读者服务:010-62776969, C service@tup. tsinghua.edu,cn 质量反馈:010-62772015zhiliang@tup.tsinghua.edu.cn 印刷者:清华大学印刷厂 装订者:三河市新茂装订有限公司 经销:全国新华书店 开本:185×260印张:38.25宇数:860千字 附光盘1张 版次:2011年3月第1版 印次:2011年3月第1次印刷 印数;1~4000 定价:69.00元 产品编号:033040-01 出版说明 电子信息产业是一项新兴的高科技产业,有“朝阳产业”之称,有着巨大的潜力和广 阔的发展前景。近年来,我国电子信息产业的飞速发展,大大推动了对电子信息类人才的 需求,迫切需要我国的高等院校能够培养出大批符合企业要求的电子信息类人才。 教育与教材的关系始终是密不可分的,教材的合适与否会直接影响到培养人才的质量 好坏。虽然目前我国高校中现行的电子信息类教材曾经对我国电子信息类人才的培养做出 了非常重要的贡献,但是确实普遍存着一些问题,如“课程系统老化”、“内容落伍” 惯性大,更新速度慢”、“针对性差”、“缺乏原创精品”等等,教学内容和课程体系 的改革已经成为目前教学改革过程中的当务之急。 基于这种背景,我们决定在国内引进并推出一套“国外电子信息经典教材”,通过系 统地研究和借鉴国外一流大学的相关教材,为我国高校的课程改革和国际化教学进程提供 参考和推动作用。 为了组织该套教材的出版,我们在国内聘请了一批资深的专家和教授,共同成立了教 材编审委员会。由编委会结合目前国内高校电子信息类专业的课程体系和教学内容,从 McGraw-Hill Education、 Thomson Learning、 John Wiley&Sons和 Springer等一批国际著 名的教育出版集团,精选出一套“国外电子信息经典教材”。列选的每本教材都经过了国 内相应领域的资深专家推荐和审读,对于一些基础类的专业课程,我们列选了多种不同体 系、不同风格和不同层次的教材,以供不同要求和不同学时的同类课程使用。为了确保该 套教材的质量,我们聘请了高校相应专业的资深教师和相应领域的专家担纲译者,加强了 该套教材各个出版环节的编审力量和质量控制。另外,为了丰富国内的教学资源,我们在 引进教材的同时也积极引进了教材配套的教学资源。 该套教材的读者对象为电子信息与电气工程类专业的本科生,同时兼顾相关工程学科 各专业的本科生或研究生。该套教材既可作为相应课程的教材或教学参考书,也适于相应 技术领域的工程师和技术人员参考或自学。 尽管我们作了种种努力,但该套教材书目选择的恰当性,内容的合理性,都还有待于 通过教学实践来检验。首先感谢选用该套教材的广大教生对我们的支持,同时期待广大读 者积极为该套教材提出意见或建议。 清华大学出版社 国外电子信息经典教材 编审委员会 主任委员: 孙家广 清华大学教授 副主任委员: 周立柱 清华大学教授 委员(按姓氏笔画排序): 王成山 天津大学教投 王珊 中国人民大学教授 冯少荣 厦门大学教授 冯全源 西南交通大学教授 刘乐善 华中科技大学教授 刘腾红 中南财经政法大学教授 吉根林 南京师范大学教授 孙吉贵 吉林大学教授 阮秋琦 七京交通大学教授 何晨 上海交通大学教授 吴百锋 复旦大学教授 李彤 云南大学教授 沈钧毅 西安交通大学教授 邵志清 华东理工大学教授 陈纯 浙江大学教授 陈钟 北京大学教授 陈道蓄 南京大学教授 周伯生 北京航空航天大学教授 孟祥旭 山东大学教授 姚淑珍 北京航空航天大学教授 徐佩霞 中国科学技术大学教授 徐晓飞 哈尔滨工业大学教授 秦小麟 南京航空航天大学教授 钱培德 苏州大学教授 曹元大 北京理工大学教授 龚声蓉 苏州大学教授 谢希仁 中国人民解放军理工大学教授 译者序 众所周知,信号与信号处理是信息科学中近十几年来发展最为迅速的学科之一。而 FPGA( Field Programmable Gate Array,现场可编程门阵列)正处于数字信号处理技术的最前 沿。全新的FPGA系列正在逐步地替代ASIC和PDSP,并用于前端数字信号处理的运算。 FPGA具有许多与ASIC相同的特点,例如,在规模、重量和功耗等方面都有所降低,而 且吞吐量更髙、能够更好地防止未授权复制、元器件和开发成本进一步降低,开发时间也 大大缩短;还具有在线路中可重复编程的特性;从而可以产生更为经济的设计。正如我们 现在已经看到的,随着FPGA在数字信号处理中的大规模应用,FPGA正在日渐深入地影 响我们的生活,这种趋势必将在这一领域引起深刻的变革。本书的主旨就是讲述如何用 FPGA实现数字信号处理。 简洁明了是作者U. Meyer-Baese的风格,也是本书的风格。与大多数强调信号处理理 论的著作相比,本书摒弃了传统的说教内容,更多地从应用的角度出发,注重如何用FPGA 实现这些理论,并且致力于找到最适合解决问题的途径。本书开篇简要地介绍了当前FPGA 技术的发展和用于设计的元器件,以及设计DsP的技术要求,之后就给出了频率合成器的 示例。随后的章节系统地介绍了计算机算法和FIR、IR滤波器的实现,多级信号处理、各 种傅立叶变换,以及自适应滤波器等内容。最后一章简要介绍了当前的前沿课题,对其中 些方面感兴趣的读者可以进行进一步的研究。 本书共给出33个程序示例(正文中是VHDL代码,附录中有相应的 Verilog代码),还 有213张插图和57个表格,均充分体现了本书的特点。译者认为这也是除了学习本书中 的知识以外的更大的收获。 鉴于FPGA是一项全新的技术,特别是对于国内,相应的中文资料少之又少,又加之本 人水平有限,本书的翻译不能够说是填补空白,只是想起到抛砖引玉的效果,只要能够对读 者学习、了解和掌握用FPGA实现数字信号处理起到一定的作用也就心满意足了。在翻译中 定有不妥之处,敬请广大读者提供反馈意见,读者可以将意见发送到 wkservicel@vip.163com, 我们会仔细查阅读者发来的每一封邮件,以求进一步提高今后译者的质量。 另外,建议读者在阅读本书之前最好认真复习一下高等代数中多项式、行列式、矩阵、 线性空间、线性变换和群、环、域等方面的概念和知识,能够熟练地完成各种矩阵的运算。 并且最好是预先学习过信号与系统、数字信号处理和通信系统等相关课程,这样对您理解 和掌握本书的知识要点会有极大的帮助,否则您会感到非常吃力,毕竟这并不是一本简单 的科普教材。 刘凌 第1版前言 正如可编程数字信号处理器( Programmable Digital Signal Processor,PDSP)在近20年前 出现时的情形一样,如今,现场可编程门阵列( Field-Programmable Gate Array,FPGA)正处 于革命性的效字信号处理技术的前沿。过去,前端的可编程数字信号处理( Digital Signal Processing,DsP)算法(如FFT、FR和IR滤波器)都是利用ASIC或者PDSP构建的,但现在 大多为FPGA所代替。现代的FGA系列为快速进位链( Xilinx virtex, Altera flex提供DSP 算法支持,快速进位链用于快速、低系统开销、低成本实现乘累加( Multiply- ACcumulate, MAC)。以前的FGA系列大多面向TTL“胶合逻辑”,没有DSP函数需要的大量的门数 量。这些前端算法的有效实现就是本书要讲解的主要内容。 在21世纪初,我们就看到,两个可編程逻辑器件( Programmable Logic device,PLD) 的市场领导者( Altera和 Xilinx)都宣称获得了超过10亿美元的收入在过去10年中,FPGA 直保持以20%以上的速度稳步增长,超过ASIC和PDSP10%以上。这源于FPGA具有 许多与ASIC相同的功能,比如,在规模、重量和功耗等方面都降低了,同时还具有更高 的吞吐量、防止非授权复制的更高安全性、降低了器件和开发的成本,并且还降低了电路 板测试成本。此外,还声称具有优于ASC的优势,例如,开发时间的缩短(快速的原型设 计)、在电路中的可重复编程性、更低的NRE成本,对于需求少于1000个单元的解决方 案,还可以产生更为经济的设计。与PDSP相比,FPGA设计通常采用并行性,例如,实 现多重乘-累加调用效率、消除零乘积项,以及流水线操作,也就是每个LE都有一个寄存 器,这样流水线操作就不再需要额外的资源了。 在DSP硬件设计领域中的另一个趋势就是从图形设计入口转向硬件描述语言( Hardware Description Language,HDL)。尽管很多DSP算法可以用“信号流程图”来描述,但是现 在已经发现采用基于HDL的设计入口,其“代码复用率”大大高于图形化设计入口的“代 码复用率”。这就对HDL设计工程师提出了更高的要求,我们已经在本科生的课堂上开 设了采用HDL进行逻辑设计的课程2。但是现在有两种流行的HDL语言。美国西海岸和 亚洲倾向于采用 Verilog,而美国东海岸和欧洲则常使用ⅤHDL。对于用FPGA实现DSP, 两种语言似乎都非常适用,尽管一些ⅴHDL示例更容易阅读一些,这主要是因为在IEEE VHDL1076-1987和1076-1993标准中支持有符号算术和乘/除运算。这一差距有望在新的 Verilog IEEe1364-199标准获得批准之后消失,这一标准也包括有符号算术。其他的约束 条件可能包括个人的偏爱、EDA库和工具包的可用性、数据类型、可读性、性能和采用 PLI进行语言扩展,以及商业、企业和市场因素等。工具提供商目前都支持这两种设计 语言,而且这两种设计语言都适用于本书所采用的示例。 我们现在还是比较幸运的,因为不同来源的“基准”HDL编译器基本上对于教学应用 Ⅷ数字信号处理的FPGA实现(第3版) 来说都是免费的。在本书中,我们就享受了这样的优惠。它包含一个 CD-ROM和 Altera 最新的 MaxplusⅡ軟件,该软件提供了一整套设计工具,包括区分内容的编辑器、编译器、 仿真器,以及位流生成器,或者比特流生成器。本书给出的所有示例都是用ⅤHDL和Ⅴ erilog 语言编写的,应该很容易适应于其他专用的设计入口系统中。不需要在VHDL或者 Verilog 代码中做任何改动, Xilinx的“基础系列”、 ModelTech的 Modelsim编译器和 Synopsys FC2 或者FPGA编译器都可以运行。 本书结构是这样安排的。第1章首先简要介绍了当前的FPGA技术,用于设计先进 DSP系统的器件和工具。它还给出一个有关频率合成器的详细案例研究,包括编译步骤、 仿真、性能评估、功耗估算和平面布置图。这一案例研究是后续章节中30多个设计示例 的基础。第2章着眼于计算杋算法方面,包括可行的 DSP FPGA算法的数字表示方式,以 及诸如加法器、乘法器或积之和计算等基本构造模块的实现。在这一章的结尾,还讨论了 对FPGA非常有用的两个计算机算法概念:分布式算法 Distributed Arithmetic,DA)和 CORDIO算法。第3章和第4章将研究FR和IR滤波器的理论和实现。我们将回顾如何 确定滤波器的系数,并讨论针对规模或者速度优化的可能实现。第5章涵盖了许多应用于 多级数字信号处理系统的概念,例如,抽取、插值和滤波器组,第5章结尾还讨论了采用 双信道滤波器组实现小波处理器的多种可能性。第6章讨论了最重要的DFT和FFT算法 的实现,主要包括 Rader、 chirp-z和 Goertzel dft算法,以及Coly- Tuckey, Good-Thomas 和 Winograd FFT算法。第7章介绍了更为专用的算法。与PDSP相比,这对改进的FPGA 实现可能具有更大的潜力。这些算法包括数论变换、密码术算法和错误校正,以及通信系 统的实现。附录(见光盘)包括ⅤHDL和 Verilog语言概述,以及Ⅴ erilog HDL的示例,并 简要介绍了 CD-ROM中包含的实用程序。 U. Meyer-Baese 第2版前言 新版的书总会跟上本领域内的最新发展趋势,同时还会修订前几版中的一些错误。为 此,本书在第2版中进行了如下改进: ·为本书设置了一个网页,其URL为:htp:/ hometown. aol. de/uwemeyerbaese。该网 站还提供了用FPGA实现DsP的其他信息、有用链接,以及与设计相关的其他支 持,如代码生成器和其他文档。 更正了第1版中的错误。可以从本书的网页或Springer的www.springer.de的网页 上下载本书第1版的勘误表。进入 Springer的网页后搜索 Meyer-Baese即可 第2版新增了100多页内容,主要包括: 串行除法器和阵列除法器的设计。 完整的浮点库文件的说明 新增内容还包括第8章关于自适应滤波器的设计。 Altera当前的学生版已从923更新到102,所有设计示例、规模和性能测定,也就 是说,很多表和图已经被 Altera的大学开发板UP2的EPF10K70RC240-4器件编译 过。配有EPF10K20RC2404的 Altera的UP1开发板已不再使用 ·可以从 amazon网站获取本书第1版(有超过65个练习和33个其他的设计示例)的 答案手册。第2版还包括增加了一些新的(超过25个)作业练习。 eyer-Baese

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留得半世听茶香 不是第二版,而且还不是奥本海姆的。。。。
2019-10-09
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