实时信号处理(研究生)1

1、 . 主讲人主讲人 : 苏苏 涛涛 博士博士,教授教授 研究方向研究方向: 快速算法研究快速算法研究 高速实时信号处理系统研究高速实时信号处理系统研究 研究内容研究内容: 并行实时信号处理机设计并行实时信号处理机设计 信号处理软件包和算法库信号处理软件包和算法库 数字信号处理器数字信号处理器: DSP 大规模可编程器件大规模可编程器件: FPGA/EPLD 雷达信号处理重点实验室雷达信号处理重点实验室 第一章第一章 实时信号处理概述实时信号处理概述 信号处理的发展信号处理的发展 信号处理分类信号处理分类 高速信号处理的实际需要高速信号处理的实际需要 信号处理的现状信号处理的现状 实时信号处理分

2、类实时信号处理分类 实时信号处理举例实时信号处理举例 第二章第二章 实时信号处理的设计流程实时信号处理的设计流程 算法仿真算法仿真 DSP软件设计方法的变革软件设计方法的变革 Matlab仿真仿真DSP软件设计软件设计 Matlab下的下的DSP集成设计环境集成设计环境 第三章第三章 基本原理和算法基本原理和算法 基本结构基本结构 采样定理采样定理 正交插值正交插值-数字正交采样数字正交采样 数据格式数据格式 谱分析和谱分析和FFT 数字滤波器设计数字滤波器设计 卷积和相关的快速算法卷积和相关的快速算法 自适应信号处理自适应信号处理 矩阵运算矩阵运算 图像和语音处理图像和语音处理 通信信号处理

3、的常用算法通信信号处理的常用算法 雷达信号处理的常用算法雷达信号处理的常用算法 第四章第四章 数字前端和后端设计数字前端和后端设计 射频收发子系统射频收发子系统 中频设计中频设计 模拟数字转换模拟数字转换 数字模拟转换数字模拟转换 模拟、数字频率模拟、数字频率 预处理预处理 第五章第五章 处理单元的实现方法处理单元的实现方法 多种数字信号处理器的比较多种数字信号处理器的比较 并行处理器并行处理器 DSP处理系统设计过程处理系统设计过程 FPGA/CPLD设计滤波器、设计滤波器、FFT ？Matlab与与DSP开发的结合？开发的结合？ 第六章第六章 多处理器系统设计多处理器系统设计 系统拓扑结构

4、选择系统拓扑结构选择 性能指标性能指标 开发难度开发难度 第七章第七章 数据存储和通信数据存储和通信 运算和运算和IO的的 平衡平衡 运算和运算和IO的并行的并行DMA 各种类型的存储器各种类型的存储器 数据通信方式数据通信方式 PCI/CPCI总线总线 VME总线总线 点对点通信点对点通信 LVDS技术技术 第八章第八章 硬件设计硬件设计 高速电路设计的特殊性高速电路设计的特殊性 传输线效应传输线效应 电磁兼容和信号完整性电磁兼容和信号完整性 同步和异步电路同步和异步电路 高速存储器高速存储器 负载匹配负载匹配 电源设计和电平转换电源设计和电平转换 模数混合电路模数混合电路 第九章第九章 软

5、件工程软件工程 系统实现的软件化系统实现的软件化 开发手段的演变开发手段的演变 DSP的程序设计和优化的程序设计和优化 操作系统操作系统 测试测试 开发层次分化开发层次分化 软硬件协同设计软硬件协同设计 第十章第十章 实时信号处理系统的优化设计实时信号处理系统的优化设计 折衷设计折衷设计 效率、成本和兼容性效率、成本和兼容性 功耗和散热功耗和散热 抗干扰设计抗干扰设计 可靠性设计可靠性设计 冗余设计冗余设计 加密加密 优化改进优化改进 进度估计进度估计 第十二章第十二章 系统设计的考虑系统设计的考虑 第十三章第十三章 系统设计实例系统设计实例 滤波器设计滤波器设计 电力信号监测设备电力信号监测

6、设备 图像处理图像处理 通用信号处理机设计通用信号处理机设计 空时二维雷达自适应信号处理空时二维雷达自适应信号处理 讲述这门课的目的：讲述这门课的目的： 实时信号处理中的：系统设计、关键技术实时信号处理中的：系统设计、关键技术 参考书：参考书： 高性能与高速实时信号处理：高性能与高速实时信号处理： 、章：、章： 算法应用、并行处理系统设计算法应用、并行处理系统设计 接口电路设计与编程：接口电路设计与编程： 2、 、 4、 、章：章： 硬件选型、电路设计、系统设计硬件选型、电路设计、系统设计 1.1 信号处理的发展信号处理的发展 信号处理信号处理:信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境

7、信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境 中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某 种意义上说，信号处理类似于种意义上说，信号处理类似于“沙里淘金沙里淘金”的过程：它并不能增的过程：它并不能增 加信息量加信息量(即不能增加金子的含量即不能增加金子的含量)，但是可以把信息，但是可以把信息(即金子即金子)从各从各 种噪声、干扰的环境中种噪声、干扰的环境中(即散落在沙子中即散落在沙子中)提取出来，变换成可以提取出来，变换成可以 利用的形式利用的形式(如金条等等如金条等等)。 信号以多种形式存在于自然界中，信号处理可按多种

8、形式进行。信号以多种形式存在于自然界中，信号处理可按多种形式进行。 光信号经过透镜、偏振器可以得到处理。光信号经过透镜、偏振器可以得到处理。 但通常所说的信号处理，几乎无例外地以电信号的形式进行。其他但通常所说的信号处理，几乎无例外地以电信号的形式进行。其他 形式的信号可以通过传感器转化为电信号。电信号通常可以分为形式的信号可以通过传感器转化为电信号。电信号通常可以分为 两大类：一类是时间和幅度都连续取值的模拟信号；另一类是时两大类：一类是时间和幅度都连续取值的模拟信号；另一类是时 间和幅度只能取某些离散值的数字信号。所以，信号处理也分为间和幅度只能取某些离散值的数字信号。所以，信号处理也分为

9、 模拟信号处理和数字信号处理两大类。模拟信号处理和数字信号处理两大类。 由模拟信号处理发展到数字信号处理由模拟信号处理发展到数字信号处理 二十世纪二十世纪7070年代以来，数字技术快速发展并普及年代以来，数字技术快速发展并普及 数字技术的显著优点是：数字技术的显著优点是： （1 1）高稳定性与高精度：与模拟系统相比，其特性不易受使用条件影响，）高稳定性与高精度：与模拟系统相比，其特性不易受使用条件影响， 稳定性、可靠性高，计算精度高稳定性、可靠性高，计算精度高 以加法器为例，模拟电路采用了运放、电阻、电容。电源电压，阻、容误以加法器为例，模拟电路采用了运放、电阻、电容。电源电压，阻、容误 差，

10、负载阻抗匹配，温度漂移都使加法结果不精确或不稳定。同样的电差，负载阻抗匹配，温度漂移都使加法结果不精确或不稳定。同样的电 路，其电气特性无法一致。如存在路，其电气特性无法一致。如存在1%1%的误差，调整校正很难的误差，调整校正很难-温度变化温度变化 后，重新调整。后，重新调整。 数字电路：若采用数字电路：若采用1616位定点，精度即可达到位定点，精度即可达到1/65536= 1/65536= 1.51.5* *1010-5 -5 ，若采用 ，若采用3232位浮点，精度即可达到位浮点，精度即可达到1.71.7* *1010-38 -38 （2 2）高度的灵活性：即可以通过在线重构（）高度的灵活性

11、：即可以通过在线重构（CPLDCPLD）或软件编程（或软件编程（ DSP/PCDSP/PC）在相同的硬件上完成不同的处理功能。在相同的硬件上完成不同的处理功能。 （3 3）便于大规模集成：随着微电子技术的发展，数字电路的集成度越）便于大规模集成：随着微电子技术的发展，数字电路的集成度越 来越高，使数字系统体积小，重量轻，可靠性高，且便于批量生产。来越高，使数字系统体积小，重量轻，可靠性高，且便于批量生产。 （4 4）可以完成模拟系统无法具备的各种复杂处理功能。复杂的信号处）可以完成模拟系统无法具备的各种复杂处理功能。复杂的信号处 理方法如自适应算法、小波。理方法如自适应算法、小波。 （5 5）

12、便于存储和精确回放）便于存储和精确回放- -验证；模拟信号用磁带存储，数字信号用验证；模拟信号用磁带存储，数字信号用 磁盘存储，注意：存储同样质量的电视信号，磁带体积小于磁盘（目磁盘存储，注意：存储同样质量的电视信号，磁带体积小于磁盘（目 前），为降低容量，目前数字化后的电视信号质量不如原模拟信号。前），为降低容量，目前数字化后的电视信号质量不如原模拟信号。 （6 6）便于系统联网，信息共享。）便于系统联网，信息共享。 广义的广义的DSP概念：数字信号处理的简称。概念：数字信号处理的简称。 包括各种数字信号处理的算法，包括各种数字信号处理的算法，Matlab中的术语：诸如中的术语：诸如DFT及

13、及FFT变变 换，换，FIR数字滤波等；还指数字信号处理得以实现的硬件设备，即各数字滤波等；还指数字信号处理得以实现的硬件设备，即各 种数字信号处理系统。种数字信号处理系统。 狭义的狭义的DSP概念：专门指概念：专门指DSP处理器芯片。处理器芯片。 如如TI公司的公司的TMS系列芯片，系列芯片，ADI公司的公司的SHARC系列芯片等。系列芯片等。 本课程中的本课程中的DSP概念指概念指DSP处理器芯片，它与处理器芯片，它与CPU、FPGA并列作为数并列作为数 字信号处理的关键硬件核心。字信号处理的关键硬件核心。 1.2 信号处理分类信号处理分类 理论分析和仿真计算理论分析和仿真计算: 预先研究

14、预先研究,模拟分析模拟分析,系统设计前的仿真系统设计前的仿真,事后分析事后分析 计算机计算机/工作站：工作站：PC，巨型机，单台巨型机，单台/多机多机/网络网络 Fortran, C, Matlab 都是数字信号处理。侧重于分析、验证、测试、模拟都是数字信号处理。侧重于分析、验证、测试、模拟 实时信号处理实时信号处理: 在限定的时间内，现场处理在限定的时间内，现场处理-特定的时间、地点特定的时间、地点 小迟延小迟延,专用型专用型,体积体积/功耗小功耗小,成本低成本低 大多数是嵌入式系统，脱离大多数是嵌入式系统，脱离PC/:DSP/单片机单片机/FPGA,A/D,D/A 移动便携式移动便携式 少

15、数是计算机少数是计算机 EDA,DSP开发工具开发工具,FPGA开发环境开发环境,调试仪器调试仪器 都是数字信号处理都是数字信号处理 许多信号处理的应用都需要两步：许多信号处理的应用都需要两步： 第一步：从理论分析和仿真计算开始，前期预研第一步：从理论分析和仿真计算开始，前期预研 第二步：发展到实时信号处理。从侧重于算法的搜索、优化、第二步：发展到实时信号处理。从侧重于算法的搜索、优化、 验证，到在实际环境中实现它。验证，到在实际环境中实现它。 两步在方法上的区别：两步在方法上的区别： 第一步，分析性能，第一步，分析性能， 第二步，可行性如何，可靠性第二步，可行性如何，可靠性/成本成本/体积体

16、积 1. 3 高速信号处理的实际需要高速信号处理的实际需要 理论分析和仿真理论分析和仿真: 科学计算、地质分析、气象预测、仿真模拟、图像处理，需要每科学计算、地质分析、气象预测、仿真模拟、图像处理，需要每 秒几十亿到几千亿次运算秒几十亿到几千亿次运算； 要模拟的系统越来越大，越来越细致要模拟的系统越来越大，越来越细致/逼真逼真 模拟核武器实验：每秒千亿次运算，一个月。模拟实况模拟核武器实验：每秒千亿次运算，一个月。模拟实况 超级巨型计算机，超级巨型计算机，IBM的每秒万亿次运算的的每秒万亿次运算的ASCII White，体积体积 两个篮球场，功耗相当于一个中等城镇两个篮球场，功耗相当于一个中等

17、城镇 前身：深蓝计算机，国际象棋比赛。前身：深蓝计算机，国际象棋比赛。 运算能力（智力）与硬件和软件都有关运算能力（智力）与硬件和软件都有关 新理论和新方法新理论和新方法:性能好性能好,复杂度和运算量很大复杂度和运算量很大 -不断提高的不断提高的PC：3GHz 实时信号处理领域实时信号处理领域 实时性强实时性强,迟延小迟延小,体积小体积小,功耗小，成本低功耗小，成本低 通信和语音信号通信和语音信号: :每秒几千万到几亿次运算，手机每秒几千万到几亿次运算，手机 视频信号和图象视频信号和图象: :每秒几亿到几十亿次运算，网络图像传输每秒几亿到几十亿次运算，网络图像传输 工程应用：导航，探测，识别工

18、程应用：导航，探测，识别 尖端技术：航空、航天、武器控制尖端技术：航空、航天、武器控制 雷达、声纳信号雷达、声纳信号: :每秒几十至几百亿次运算。每秒几十至几百亿次运算。 新方法新方法, ,扩大的应用领域，军用转民用扩大的应用领域，军用转民用 1. 4 信号处理的现状信号处理的现状 客观基础条件：客观基础条件： 大规模集成电路大规模集成电路( (VLSI)VLSI)设计手段和制作工艺提高设计手段和制作工艺提高: : 工艺工艺:0.1:0.1umum 集成度集成度:1000:1000万门万门 速度速度:3:3GHzGHz 单机处理能力以单机处理能力以1010年年100100倍的速度增长；倍的速度

19、增长； 出现每秒运算出现每秒运算8080亿次的运算单元亿次的运算单元 单片设计利用了并行的两种手段：单片设计利用了并行的两种手段： 流水线、片内多部件并发工作流水线、片内多部件并发工作 单机性能受限于：单机性能受限于： VLSIVLSI器件开关速度、片芯内部连线迟延、器件开关速度、片芯内部连线迟延、 理论特征尺寸理论特征尺寸 1978年年Intel公司推出公司推出8086现在的现在的Pentium IV处理器（这并不是处理器（这并不是 当前最快的处理器，而是最普及的高速处理器），当前最快的处理器，而是最普及的高速处理器）， 20多年的时间里，多年的时间里，CPU的速度是以超线性加速度提高的。在

20、提的速度是以超线性加速度提高的。在提 高的这高的这27000倍里，倍里，540倍来自于时钟频率的提高，另外倍来自于时钟频率的提高，另外50倍倍 来自于处理器结构的改进和变革。来自于处理器结构的改进和变革。8086执行一条指令需要执行一条指令需要15 个时钟周期，而个时钟周期，而Pentium一个时钟周期可执行一个时钟周期可执行3条指令。条指令。 计算机体系结构的更新计算机体系结构的更新: : 多机处理多机处理, ,分布式并行处理分布式并行处理 软件技术的扩展：底层次到高层次软件技术的扩展：底层次到高层次 独立开发到协同开发、系统集成独立开发到协同开发、系统集成 通用并行计算机：通用并行计算机：

21、 几百几百几千个处理单元几千个处理单元 每秒几千亿次运算（峰值速度）每秒几千亿次运算（峰值速度） 商用化商用化 CM-5E: 2600CM-5E: 2600亿次运算亿次运算/ /秒秒 ParagonXR/S: 1500ParagonXR/S: 1500亿次运算亿次运算/ /秒秒 SP2: 1360SP2: 1360亿次运算亿次运算/ /秒秒 美国美国 “ “高性能计算与通信计划高性能计算与通信计划”； ASCII WHITEASCII WHITE：万亿次万亿次/ /秒计算机秒计算机 欧洲欧洲 “ “万亿次计算机计划万亿次计算机计划” 日本日本 3800 3800亿次亿次/ /秒计算机秒计算机

22、实时信号处理实时信号处理： 语音语音处理芯片：单片处理芯片：单片每秒亿次运算每秒亿次运算 图象处理专用芯片：单片图象处理专用芯片：单片每秒几十亿次运算每秒几十亿次运算 无线通信基站及软件无线电：每秒几十亿次运算无线通信基站及软件无线电：每秒几十亿次运算 空时二维信号处理空时二维信号处理( (STAP):STAP):大规模并行处理大规模并行处理(MPP) STAPSTAP系统的系统的EHPSCSEHPSCS：每秒几十亿次浮点运算每秒几十亿次浮点运算 脉动阵脉动阵/波前阵：波前阵：ASIC技术，几十技术，几十千个处理单元，千个处理单元， 每个每个0.11亿次运算亿次运算/每秒每秒 1.5 实时信号

23、处理分类实时信号处理分类 (1)按处理形式按处理形式 流水处理：逐点处理，流水处理：逐点处理，FIRFIR，IIRIIR，DFTDFT，DBFDBF 简单，迟延小简单，迟延小 批处理（块处理）：分批处理，数据到齐才开始，批处理（块处理）：分批处理，数据到齐才开始， 结果也同时输出。结果也同时输出。FFTFFT，相干积累相干积累 迟延大，运算量小，要求存储器大，系统复杂迟延大，运算量小，要求存储器大，系统复杂 选择处理形式是由：选择处理形式是由： 处理要求处理要求/ /特点决定的：吞吐率，迟延特点决定的：吞吐率，迟延 其次也受性价比影响：当两种形式都能满足要求时，选择低性价其次也受性价比影响：当

24、两种形式都能满足要求时，选择低性价 比比。 举例：谱检测，举例：谱检测， FFT: Nlog(N) DFTFFT: Nlog(N) DFT：N N2 2 全检测）（检测 全检测）（检测8 8点）点） N=64 384 4096 N=64 384 4096 512512 N=1024 10000 1000000N=1024 10000 1000000 8192 8192 对慢变信号、大量频率点检测时，批处理方式的对慢变信号、大量频率点检测时，批处理方式的FFTFFT算法成本低。算法成本低。 对快变信号、少量频率点检测时，流水对快变信号、少量频率点检测时，流水DFTDFT处理方式性能好，成本低处理

25、方式性能好，成本低 。 电话拨号中的电话拨号中的DTMFDTMF检测检测（12/1612/16键，键，8 8音：音：4 4高高+4+4低构成低构成1616种键）；对种键）；对 DFTDFT算法改进算法改进 DFTDFT递推算法，更新速度更快，及时监测出信号频率的变化递推算法，更新速度更快，及时监测出信号频率的变化 FFTFFT的流水算法，运算量太大，滑动的流水算法，运算量太大，滑动/ /部分重叠算法部分重叠算法 A/D 模拟 滤 波 采样 DSP 逐点输入 逐点输出 A/D 模拟 滤 波 采样 DSP 逐点输入逐点输出 输 入 缓 存 输 出 缓 存 第 1 批第 3 批第 2 批第 1 批第

26、 3 批第 2 批 小波小波 短时短时FTFT 当采样率一定时，对快变信号的检测容易当采样率一定时，对快变信号的检测容易/ /及时，而对慢及时，而对慢 变信号反而较难变信号反而较难- -积累时间很长。积累时间很长。 对周期信号，采样整数倍周期时间对周期信号，采样整数倍周期时间 电力信号中电力信号中5050Hz,100Hz ,150Hz ,200Hz .,1000HzHz,100Hz ,150Hz ,200Hz .,1000Hz 采样率为采样率为8 8KHz,KHz,检测检测5050Hz,Hz,需要采够需要采够2020msms的整数倍的整数倍, ,存储存储160160 点以上点以上 采样率为采样

27、率为8 8KHz,KHz,检测检测10001000Hz,Hz,需要采够需要采够1 1msms的整数倍的整数倍, ,存储存储8 8 点以上点以上 频率分辨率频率分辨率* *时间分辨率恒定时间分辨率恒定 df df * * dT = pi/4 dT = pi/4 (2)按实现方法按实现方法 硬件：硬件：FPGA，ASIC，固定、简单，吞吐率高固定、简单，吞吐率高 软件：软件：PC、DSP、单片机，灵活，吞吐率低单片机，灵活，吞吐率低 (3)按实现途径按实现途径 完全开发：从底层到系统完全开发：从底层到系统 集成：购买现成的板卡，操作系统、库，软件开发，集成集成：购买现成的板卡，操作系统、库，软件开

28、发，集成 不进行底层设计不进行底层设计 开发周期短、难度低、体积大、成本高。开发周期短、难度低、体积大、成本高。 与与PC等大量生产的设备的区别：外购成品的成本高于自行设计等大量生产的设备的区别：外购成品的成本高于自行设计 (3)按规模分类按规模分类 单片单片/单板：简单单板：简单 多片多片/多板：同构，异构；流水、并发多板：同构，异构；流水、并发 (4)按应用分类按应用分类 消费产品：最关心成本，体积小；批量大，采用专门设计消费产品：最关心成本，体积小；批量大，采用专门设计 尖端国防：性能第一尖端国防：性能第一 1.5 实时信号处理举例实时信号处理举例 数码相机数码相机-视频压缩，再存储视频

29、压缩，再存储 VCD/DVD -视频解压，每秒视频解压，每秒25-30 Frame / s 通信：语音编解码通信：语音编解码-压缩压缩/解压、传输解压、传输 数字化监控：视频压缩卡，传送或存储，用计算机解压回放数字化监控：视频压缩卡，传送或存储，用计算机解压回放 可视门铃：综合上述技术，实时性要求比上述都强。可视门铃：综合上述技术，实时性要求比上述都强。 A/D YUV 单片 Codec SP MIC 摄像头 SAA7113 串 口 视频压缩 音频压缩 音频解压 网络接口 门口端 实时处理设备 原始码流 10FRAME/s*320*240*8bit =768KB/s 原始码流 16KB/s*2

30、 D/A RGB 单片 Codec SP MIC 串 口 视频解压 音频压缩 音频解压 网络接口 家庭端 实时处理设备 输出码流 10FRAME/s*320*240*8bit =768KB/s 原始码流 16KB/s*2 LCD 网络容量1 0 M b /s=1.25MB/s 其 它 网络 终 端 其 它 网络 终 端 探测：便携式仪器进行实地操作，道路地基，堤坝漏洞缝隙探测：便携式仪器进行实地操作，道路地基，堤坝漏洞缝隙 防撞雷达：汽车，毫米波防撞雷达：汽车，毫米波 导航导航GPS：接收卫星信号接收卫星信号 导弹制导：收发信号、目标跟踪、识别、自毁导弹制导：收发信号、目标跟踪、识别、自毁 。

31、 上述例子都不便于用上述例子都不便于用PC机作为处理平台。机作为处理平台。 完整的设计流程如下，可删减完整的设计流程如下，可删减 1 提出处理要求提出处理要求 2 建立模型，分析仿真，搜索算法，建立模型，分析仿真，搜索算法，采用采用MATLAB工具工具: 算法性价比折衷：性能好，可实现性强算法性价比折衷：性能好，可实现性强-运算量不大运算量不大 确定确定A/D位数，采样速率，算法，硬件选型，然后进行尽可能细致的位数，采样速率，算法，硬件选型，然后进行尽可能细致的 仿真验证。反复进行比较，避免后期修正这一步，仿真验证。反复进行比较，避免后期修正这一步，25%时间，在增加时间，在增加 3 硬件设计

32、硬件设计: 15%时间，在减少时间，在减少 选型选型 A/D转换转换 数字信号处理数字信号处理:以以DSP/FPGA为核心，为核心，DSP+FPGA+存储器存储器 D/A变换变换 输入输入/输出接口和控制输出接口和控制 高速电路设计高速电路设计 4 软件设计软件设计: 15%时间时间 采用可编程器件采用可编程器件, DSP的高级语言和汇编语言设计的高级语言和汇编语言设计 5 软硬件联合调试软硬件联合调试: 25%时间时间 调试工具：调试工具：PC、仪器仪器 6 系统测试、改进：系统测试、改进：20%时间时间 可靠性分析；可靠性分析； 简化，去掉冗余设计简化，去掉冗余设计 要求要求: 满足性能指

33、标满足性能指标 可扩展与易维护可扩展与易维护 开发周期短开发周期短:设备成本和人力设备成本和人力 软件化、通用化软件化、通用化 处理功能可扩展处理功能可扩展:软件软件/硬件扩充硬件扩充 软件无线电软件无线电 可编程通用信号处理机可编程通用信号处理机 设计途径设计途径: 自行设计自行设计:低成本低成本,周期长周期长,难度大难度大 购买板级产品或成套系统购买板级产品或成套系统=机箱机箱+板板+操作系统操作系统+软件软件 设计流程 设计要求算法仿真 设备选型 硬件设计、调试软件设计、仿真 硬件仿真 软硬件联调、测试 硬件修改（代价较高） 软件修改（可接受） 算法失效（不可承受） 注意：注意：Matl

34、ab采用双精度浮点格式，实时信号处理用定采用双精度浮点格式，实时信号处理用定 点或单精度浮点格式（代价和速度），存在误差。点或单精度浮点格式（代价和速度），存在误差。 双精度浮点格式双精度浮点格式定点，模仿，精度动态范围定点，模仿，精度动态范围 饱和概念限幅，指标上的余量饱和概念限幅，指标上的余量 双精度浮点格式双精度浮点格式单精度浮点格式：单精度浮点格式：IIR的极点移动到的极点移动到 单位圆外，半径约束、尝试修改设计参数；单位圆外，半径约束、尝试修改设计参数； 大矩阵求逆，对角加载。余量设计大矩阵求逆，对角加载。余量设计 Mablab 比较验证 DSP 代码调试 Matlab 产生仿真数据

35、DSP 程序编写 Matlab 性能仿真 提供 仿真数据 输出 结果 修改 程序 双精度系数截断为IEEE单精度格式系数 b1=5.8451391939403638e-008; b3=-2.3380556775761455e-007; b5=3.5070835163642185e-007; b7=-2.3380556775761455e-007; b9=5.8451391939403638e-008; b2=0;b4=0;b6=0;b8=0; a2=7.53130698945884; a3=-25.188874187641773; a4=48.833357557129574; a5=-60.0

36、01717717869219; a6=47.841275619750178; a7=-24.175816452602906; a8=7.0815628434767826; a9=-0.92118192919123643; b1=5.8451391e-008; b3=-2.3380557e-007; b5=3.5070835e-007; b7=-2.3380557e-007; b9=5.8451391e-008; b2=0;b4=0;b6=0;b8=0; a2=7.5313067; a3=-25.188873; a4=48.833355; a5=-60.001717; a6=47.841274;

37、 a7=-24.175816; a8=7.0815625; a9=-0.92118192; 汇编 算 法 库 数据 通 信 库 运 行 头 文件 实 时 操作核DSP 多处 理器 计算 C,Matlab程 序 工作参 数配 置 (图形界 面 ) 硬件层 低层软件 高层软件 用户层 建立 任务模 型 高层次的设计方法：一体化 Matlab与与DSP技术的结合技术的结合 1 Matlab的优点：一个强大的分析、计算的可视化工具，的优点：一个强大的分析、计算的可视化工具， 特别适用于数字信号处理算法的分析和模拟，使用非特别适用于数字信号处理算法的分析和模拟，使用非 常方便。常方便。 信号处理以及实时

38、信号处理的有力工具。信号处理以及实时信号处理的有力工具。 2 Matlab的局限：程序执行速度太慢，而的局限：程序执行速度太慢，而Matlab所依赖所依赖 的平台是计算机等设备，这类设备的体积大、功耗高，的平台是计算机等设备，这类设备的体积大、功耗高， 不适合于实时信号处理，设备的结构也无法满足实时不适合于实时信号处理，设备的结构也无法满足实时 信号处理所要求的高速数据输入信号处理所要求的高速数据输入/输出。因此输出。因此Matlab在在 实时信号处理应用中，适合于算法的模拟、对实测数实时信号处理应用中，适合于算法的模拟、对实测数 据的事后分析处理。据的事后分析处理。 3 实时信号处理主要还靠

39、实时信号处理主要还靠DSP。一种新的技术，可以将一种新的技术，可以将 DSP和和Matlab两者密切的结合起来，充分利用两者的两者密切的结合起来，充分利用两者的 特长，有力地促进数字信号处理算法的实现。特长，有力地促进数字信号处理算法的实现。 概念区分概念区分 1 Matlab中的中的DSP指数字信号处理（指数字信号处理（D. S. Processing），）， 用用Matlab工具搜索、验证算法工具搜索、验证算法 用用Matlab工具包检验算法在实际硬件上的性能工具包检验算法在实际硬件上的性能 ToolBoxesMATLAB Link for Code Composer Studio Blo

40、ckset DSP Blockset: Design and simulate DSP systems Blockset Embedded Target for TI C6000 DSP C6711 DSK arccot(y)= y-y3/3+y5/5-y7/7+ |y|=0,artan(x)=pi/2-arccot(y) x0,artan(x)=-pi/2-arccot(y) 反正切和反余切这两个级数展开式的收敛速度都太慢，反正切和反余切这两个级数展开式的收敛速度都太慢， 当当|x|接近接近1时，即使用时，即使用21阶级数阶级数:x21/21,误差也高达误差也高达 5%。为此，可以转而求。为此，可以转而求0.5*arctan(x); pi/4 - arctan(x); tan(A)=x,A=artan(x); tan(pi/4-A)=(1-x)/(1+x),x接近切小于接近切小于1，此值就很小，此值就很小， 便于用较少的级数求出便于用较少的