第四章第三部分(DSP第八讲)

DSP技术课程讲授提纲DSP技术课程讲述内容第一章DSP概述：在这一章中，我们将介绍我们数字信号处理的基本框图、DSP的组成特点、DSP的应用、TI的DSP系列等。

第二章和第三章分别介绍DSP的硬件结构与指令系统。

在这两章中我们将介绍TI的DSP 系列中的C2X，C3X，C54X和C6X系列。

重点讲解C54X的硬件结构和指令系统。

第四章开发环境：在这一章中我们将介绍TI的DSP的开发工具，如编译器、汇编器、连接器、调试器的使用，以及集成开发环境CCS的使用。

这章的最后还将介绍DSP的实时操作系统（RTOS）。

第五章DSP的算法实现：以C54X为例，介绍基本加、减、乘、除的实现（定点/浮点），FIR滤波器，自适应滤波器，FFT的实现等。

第六章DSP工程应用：这一章中我们将以两三个具体的应用事例，详细了解DSP的设计流程。

包括：VC5402 DEMO板设计，DTMF的产生和解码，IS-54移动电话，IP电话，V.34调制解调器等。

教材与参考书第一章概论§1-1 为什么要采用数字信号处理?（1）灵活性（2）精度（3）可靠性和可重复性（4）大规模集成（5）虚拟特性与升级（6）特殊应用：有些应用只有数字系统才能实现DSP信号流图§1-2 DSP的发展与特点DSP的特点∙哈佛结构∙硬件乘法/累加器∙并行性∙多DSP协调工作模式∙多种寻址方式∙ DMA∙片上测试口∙ DSP核及延伸芯片∙低功耗DSP的发展∙更高的运行速度和信号处理速度∙多DSP协同工作∙更方便的开发环境∙大量专用DSP的出现（DSP核）∙更低的价格，或更高的性能/价格比∙更广泛的应用（每年以30%增长）∙更低的功耗（55X 0.05mw/MIPS)---------------------------------------------------------------第一次课---------------------------------------- 例：滤波器的实现用模拟电路实现低通滤波器与使用DSP实现低通滤波器的比较。

第一章绪论声学是物理学的一个分支学科，而语音声学又是一个分支学科。

它主要的研究方向是人的发声器官机理，发声器官的类比线路和数学模型，听觉器官的特性（如听、掩蔽、临界宽带、听力损失等），听觉器官的数学模型，语音信号的物理特性（如频谱特性、声调特性、相关特性、概率分布等），语音的清晰度和可懂度等。

当今通信和广播的发展非常迅速，而语音通信和语音广播仍然是最重要的部分、语音声学则是这些技术科学的基础。

语音声学的发展和电子学、计算机科学有着非常密切的关系。

在它发展的过程中，有过几次飞跃。

第一次飞跃是1907年电子管的发明和1920年无线电广播的出现。

因为有了电子管放大器，很微弱的声音也可以放大，而且可以定量测量。

从而使电声学和语音声学的一些研究成果。

扩展到通信和广播部门。

第二次飞跃应该是在20世纪70年代初，由于电子计算机和数子信号处理的发展，人们发现：声音信号，特别是语音信号，可以通过模数转换器（A/D）采样和量化，它们转换为数字信号后，能够送进计算机。

这样就可以用数字计算的方法，对语音信号进行处理和加工。

例如频谱分析可以用傅里叶变换或快速傅里叶变换实现，数字滤波器可以用处分方程实现。

在这个基础上，逐渐形成一门新学科——语音信号处理。

它的发展很快，在通信、自动控制等领域，解决了很多用传统方法难以解决的问题。

在信息科学中占有重要的地位。

1.1 目的与意义语音信号处理是一门比较实用的电子工程的专业课程，语音是人类获取信息的重要来源和利用信息的重要手段，通过语言相互传递信息是人类最重要的基本功能之一，语言是人类特有的功能，它是创造和记载几千年来人类文明史的根本手段，没有语言就没有今天的人类文明，语音是语言的声学表现，是相互传递信息的重要的手段，是人类最重要、最有效、最常用和最方便的交换信息的形式。

语音信号处理是研究用数字信号处理技术对语音信号进行处理的一门学科，它是一门新兴的学科，同时又是综合性的多学科领域行业涉及面很广的交叉学科。

DSP原理与应用第4章DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）是利用数字技术对信号进行处理的一种方式。

它将连续时间的模拟信号转化为离散时间的数字信号，通过数学计算和算法实现对信号的分析、处理和改变。

第4章主要介绍了数字滤波器的原理与应用。

首先，章节讲述了滤波器的概念和分类。

滤波器是一种能够通过特定频率的信号的传递或阻止来改变信号频谱的设备。

按照频率特性，滤波器可以分为低通滤波器、高通滤波器、带通滤波器和带阻滤波器等。

每种滤波器都有不同的特性和适用场景。

接着，章节介绍了数字滤波器的设计方法和基本原理。

数字滤波器可以由时域方法或频域方法进行设计。

时域方法包括有限冲激响应（FIR）滤波器设计和无限冲激响应（IIR）滤波器设计。

FIR滤波器的特点是稳定、线性相位和易于设计，但需要更多的计算资源。

IIR滤波器的优点是需要较少的计算资源，但可能不稳定和非线性相位。

基于频域方法，可以利用离散傅里叶变换（DFT）和离散余弦变换（DCT）等频率域变换方法进行滤波器设计。

频域设计方法可以利用频域特性对滤波器进行更精确的控制。

此外，章节还介绍了数字滤波器的性能评估指标，如幅频特性、相位特性、群延迟和频率选择性等。

这些指标可以衡量滤波器的效果和应用范围。

最后，章节介绍了数字滤波器的应用案例。

数字滤波器广泛应用于音频处理、图像处理、通信系统、雷达系统和生物医学工程等领域。

例如，数字降噪滤波器用于从语音信号中去除噪声，数字滤波器在通信系统中用于信号调制和解调，数字滤波器在雷达系统中用于目标检测和跟踪，数字滤波器在生物医学工程中用于信号分析和生物信号处理。

总结起来，第4章主要介绍了数字滤波器的原理和应用。

通过学习本章内容，我们能够了解到数字滤波器的基本概念、分类、设计方法和性能评估指标，以及其在不同领域中的应用案例。

这对于理解和应用DSP技术具有重要意义。

目录概论第一章DSP原理分析第二章怎样辨别选择摄像机第三章红外摄像机的误区第四章常见视频干扰分析第五章阵列红外摄像机特点第六章摄像机基本故障排除第七章镜头参数概论现今的安防行业到是像在春秋战国时代，各路诸侯割地为王。

没有一种团结的向心力。

客户拖欠货款，小作坊的地下工厂粗制滥造。

就因为这样,引起的话题及争议也最多,大家爬文也是越爬越迷糊,因此,在这里把相关知识做个介绍,大家吹吹牛,真理越辩越明,虽说”水清则无鱼”,但总不能一天到晚打迷糊仗,消费者的权益也得照顾一下。

其实摄像机方案没什么太深奥,只是知道的人太少了,卖的人不清楚就算了,连厂家也搞不太懂,加上每个人都不肯说,搞的神神秘秘的,又找不到资料,弄得市面上所谓”假货”一堆,迟早把市场搞死,干脆花个时间整理一下,让大家搞清楚些，来维护我们这些正规工厂的权益，也有利于行业的健康持续发展！第一章DSP 原理分析原理分析图：上图介绍每一块就是一颗晶片,全部合起来就是一个”方案”,先解释各晶片的功能: CCD: 是Charge Coupled Device(电荷耦合器件)的缩写，它是一种半导体成像器件，因而具有灵敏度高、抗强光、畸变小、体积小、寿命长、抗震动等优点。

就像是人的眼睛,把光影像转成电子讯号,靠的就是上头的感光点,每一点就像一颗太阳能电池,被光照到后会产生电能,依照光的强度不同,会产生不同大小的电能.V-Driver:CCD里头每一点被光照到产生电能,那如何取出来?就是靠这颗V-DRIVER,它会产生不同的脉波,把CCD每点的讯号”挤”出来.CDS/AGC: CCD挤出来的讯号,在这颗晶片内做”修整”,送进D.S.P到以上阶段,记住!全都是模拟讯号D.S.P:重头戏来了,D.S.P 是Digital Signal Processor 的缩写,也就是数位讯号处理器,可是不是说CDS/AGC出来是模拟讯号吗?因此DSP里头包了一颗Decoder (A/D Converter, 模拟数位转换器),先把模拟转成数位,再做一大堆的运算(颜色,亮度,白平衡…..),然后再把数位转模拟(Enco der,也是包在DSP里头),就是视频输出了.挺复杂的,我们所谓的方案就是以用那颗DSP来说的) T.G:Timing Gen: 这是在控制整个处理过程的快慢用的,现在一般看不到了,都包在DSP内了.简单解释了一下,我们会发现一件事,其实摄像机内大部份还是模拟电路.言归正传,开始讲各方案,先从SONY讲起:这颗DSP推出也有10年了,当初把这方案叫SS-1,差点害的一堆工程师切腹自杀,因为一直搞不定,做出来的机子一直有问题,索尼也不承认,过了一阵子又推出一颗新的,就是CXD2163BR 叫SS-1M ,不过大家叫习惯了,还是说SS-1SS-1 可接高解CCD (ICX408AK NTSC ,ICX409AK PAL) 及低解CCD(ICX404AK NT SC ,ICX405AK PAL), 因为是早期的DSP,这颗特难搞定,要想出来的产品能有良好的一致性,须花很多精神, 相对的成本就高, 又因为索尼长久以来只有这颗DSP能接高解CCD(有够不争气的),因此大家只要想到索尼高解就会想到这颗DSP. 不过这颗DSP有个特点, 就是能做电源同步,导致现在还淘汰不了.这颗DSP在1999年推出,当初把这方案做为低价机种,只能接低解CCD,那时是CXD3140, 还是问题一堆,一直搞不定,做出来的机子还是有问题,索尼还是不承认,来年又偷偷推出一颗新的,就是CXD3141R,总算稳定了,后来又出了CXD3142,多了镜像功能.其他两颗都一样,叫SS-1 1SS-11 只能接低解CCD,但在那时品质还是比其他牌子好些,所谓420线的机子就是这样来的,拿低解机来冒充高解机也是从这方案来的,最先搞这花样的是深圳的一家大厂(目前也挺大的), SS-11不能做电源同步(不是不行,是噪讯太大),现在SONY 420线的几乎就用这方案.这颗DSP在2004年推出,距离SS-1已有8,9年了,因此总得大大炒做,就是所谓的520条机种,但翻遍技术资料,跟本看不到”520”这个字眼,这颗DSP还是承袭索尼优良传统: 有问题!!!! 就是过热,!DSP本身温度会高到60多度,不怕的就去用吧,卖到俄罗斯肯定没问题,其实只要不碰到较差的环境,要撑过保固期应该是没问题的,SS-HQ1能接高低解CCD,而且电源同步也没问题,基本上比SS-1好多了(除了发热外)这颗DSP在2005年推出,是目前索尼最新的DSP,在结构上很像是SS-HQ1的改良版(不热了!) 应该有把2163淘汰掉的架式, 嗯! 如果没问题就不叫索尼了!这颗目前的缺点是电源同步杂讯太大.SS-11X能接高低解CCD,还有颗BGA版的,不过没植球,贴片厂看了直犯愁.说完索尼,该谈SHARP了,这简单多了,SHARP 目前只有一颗:好像是2002年推出的,刚好索尼CCD大缺货,给了SHARP爬起来的机会,那时又有几个台湾人为了卖芯片,拿了现成的线路方案到处兜,所以应该说国内摄像机厂百花齐放,SHARP这颗晶片功不可没(那几个台湾人也有功劳,呵呵!),也就是这原因,搞的劣等品一堆,让人一听到SHARP就是烂货便宜货的感觉,颗晶片还不其实这错,主要是很容易就上手,不像SS-1 及SS-11那么难搞定,而且这颗DSP能接高低解CCD.不过,电源同步还是不行,还有搭配的SHARP CCD 品质没有SONY好,加上烂厂一堆,无形中让SHARP有矮了一截的感觉,是有点可惜.当然,这颗DSP也能接SONY CCD,只是没有人那么二百五罢了.D4 还有一颗BGA版,把CDS/AGC, V-DRIVER都包进来了, 只是噪讯太大,只有特殊用途才用到还有, SHARP新的DSP D5 也快出来了.接下来是松下部份,目前松下就剩D5 独撑大局:大约2000年左右推出的,索尼SS-11就是要跟这颗兢争才推出的,可能是松下无心在这市场的关系,推的不是挺成功,而且松下CCD有照度较差的缺点,加上当初价格比索尼还高,除了几家重点厂家外,用的厂不多,一样,电源同步不行,其他特性还不错.而且可以接高低解CCD除了SONY ,SHARP, Panasonic 外,还有其他不被人注意的DSP,一并介绍:韩国NEXTCHIP公司在几年前推出的,主要接SHARP低解或SONY低解CCD,也就是一般说的半索尼,索尼缺货时可用韩国A1 pro 代,就成了”假索尼”,品质嘛,,,就见人见智啰!这是台湾去年出的D.S.P, 在功能上,是很夸张的一颗,可接SONY,SHARP,松下,三星,A1 ,及高低解CCD, 可做电源同步.以上说到的都是目前厂家有用到的,至于像敏通用的DSP是他们业务机密,韩国M6是卖板子的,还有三星用ICX409AK带菜单号称540线的板子,那就不说了,别影响人做生意!第二章怎样辨别选择摄像机太多人都有一样的问题: 我买的索尼机到底是真是假？是好是坏？因为,一样的規格,价錢差了那么多!首先要講一個概念: 几乎所有人的机器,材料成本都差不多! 此话怎说?拆过机子的人都知道,一般抢机的结构就是一块机芯加块尾板,再锁上机壳.机芯占絕大部份成本,而机芯上最主要的就是CCD,DSP,CDS/AGC,V-Driver, EEPROM,EVR(索尼机才有),等主要零件,大家进价都差不多,其他电阻电容二三极管就不用说了,相差有限,电路板及貼片费更是标准价,所以在成本上大家都是差不多,如何同中求異? 有以下方法:1.机壳: 找個公模,省下开模费,压铸件用次级别料,反正上了漆也看不出来,冲压件用薄一點的,又沒人会拿脚踩它! 这样可以省下几块钱.2.滤光片: 找片玻璃镀膜的,又是几块钱下来了,画质变差点? 便宜嘛!3.电源电路: 用简单些的,也可省下1块多,就是噪讯大了些.4.尾板: 拿個铁片钻些洞, 把接头锁上,电路板省了,順便把視頻驱动电路连开关都省了,那么便宜的机子谁会装那么贵的镜头? 这样又省了几块。

冯·诺依曼结构（P5）通用微处理器，存储器结构为冯·诺依曼结构。

程序存储器和数据存储器共用一个公共的存储空间和单一的地址和数据总线。

哈佛结构它是一种并行体系结构，其主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，每个存储器独立编址，独立访问。

系统中设计了程序总线和数据总线两条总线，从而使数据的吞吐率提高了1倍。

TMS320系列DSP芯片更在基本的哈佛结构上作了改进，一是允许数据存放在程序存储器中，并能被算术运算指令直接使用，增强了芯片的灵活性；二是指令存储在高速缓冲器中，当执行此指令时，不需要再从存储器中读取指令，节约了一个指令周期的时间。

（54xx系列的DSP总线结构改进的哈佛结构：1组程序总线，3组数据总线，4组地址总线）流水线操作（P6）DSP芯片采用多组总线结构，允许CPU同时进行指令和数据的访问。

因而可在内部实行流水线操作。

TMS320系列处理器的流水线深度从2-6级不等，也就是说，处理器可以并行处理2-6条指令，每条指令处于流水线上的不同阶段。

在6级流水线操作中，DSP每执行一条指令，需要经过预取指、取指、译码、寻址、取操作数和执行等流水线阶段。

这些操作可以独立的处理，这可使指令的执行能够完全重叠。

这样就增强了处理器的处理能力。

（1）指令送到总线－占用总线运行－运行结束释放总线（2）指令送到总线－占用总线运行－运行结束释放总线（3）指令送到总线－占用总线运行－运行结束释放总线流水线冲突的几个问题？中央处理器单元（P26）乘法器/加法器单元作用和相互之间的关系（P27，作业）⏹乘法器/加法器在一个单指令周期内完成17x17-bit的二进制补码乘法运算和一个40-bit的加法运算。

⏹乘法器/加法器单元由以下部分组成：乘法器，加法器，有符号/无符号输入控制，分数控制，零检测器，舍入器（二进制补码），溢出/饱和逻辑和暂存器（TREG）。

⏹乘法器有两个输入：一个是从TREG，数据存储器操作数，或一个累加器中选择；另一个则从程序存储器，数据存储器，一个累加器或立即数中选择。

第4章定时器及硬件中断4.1定时器硬件结构原理TMS320VC5509 DSPs有两个独立20-bit的软件可编程通用减数计数定时器，可用于产生周期中断给CPU或给DMA控制器发送周期同步事件或给外部设备提供周期信号，也可以用于外部事件计数。

20-bit的通用定时器是减数计数器，它由两部分组成：4位预分频计数器（PSC）和16位主计数器（TIM），定时器结构框图如图4-1所示。

4-1通用定时器结构框图预分频计数器PSC由输入时钟驱动，可以是内部CPU时钟或外部时钟（当FUNC=11b时使用外部时钟，从TIN/TOUT引脚输入，当FUNC为其它值时使用内部CPU时钟），每输入一个时钟PSC减1。

每当PSC减到0，主计数器TIM减1，每当TIM 减到0，定时器给CPU发出一个中断请求TINT，一个同步事件TEVT给DMA控制器和一个输出到定时器引脚（如果FUNC=01b）。

定时器输出速率为：)1()1++=PRD TDDR TINT （输入时钟频率频率 式中： )1()1(++PRD TDDR ＞4预分频寄存器PRSC 由两部分组成：预分频周期寄存器TDDR 和预分频器PSC ，如图4-2所示；预分频器PSC 减到0时，当再有一个输入时钟输入时，预分频器PSC 从预分频周期寄存器TDDR 重新装载预分频器PSC ，当定时器设定为自动装载模式时（ARB=1）。

周期寄存器PRD 和计数器TIM 都为16位寄存器。

计数器TIM 减到0时， TIM 从PRD 重新装载，当定时器设定为自动装载模式时（ARB=1）。

定时器控制寄存器TCR 如图4-3所示，使用它的特定位可以实现对定时器进行配置、启动、停止、装载和重新装载等，表4-1是对定时器控制寄存器TCR 每位进行说明。

R=读 W=写 -n=复位值图4-3 定时器控制寄存器TCR定时器引脚功能模式合法转换如图4-4所示，FUNC 位的某些改变会产生一个错误并反映在ERRTIM 位，FUNC = 01b 到 FUNC = 00b 或 11b ，FUNC = 10b 到 FUNC = 00b 或 11b ，FUNC = 11b 到任意值都会产生一个错误，当ERRTIM = 1，复位DSP 并重新初始化定时器。

DSP 实训讲义目录：第一章电子系统设计总论第一节电子系统设计方法第二节电子系统的调试、组装与总结第三节电子系统的电磁兼容第二章DTMF信号发生和接受器系统设计第一节什么是DTMF信号第二节DTMF信号发生器的要求第三节DTMF信号检测方法第三章DTMF信号发生/检测器的设计第一节基于DSP的DTMF信号发生器硬件设计第二节基于DSP的DTMF 信号检测器硬件设计第三节DTMF信号发生器软件设计第四节DTMF 信号检测器软件设计附录一 protel 简介附录二 CCS2.0简介第一章电子系统设计总论从一般系统到电子系统以系统的观点分析电子系统，那么一个电子系统应该有输入，输出，以及输入输出之间的映射关系，如果，输入和输出之间的映射关系，那么输入输出之间有：对于一个物理可实现的系统来说首先确定的是系统输入输出之间的映射关系对于一个系统来说往往工作在某种环境或者是某些环境下因此往往要求系统能在这种环境下可靠工作也就是环境在一定范围变化的情况下系统输入输出之间的关系还要能保持。

因此在设计一个系统的时候应该考虑两个至少是两个特性：一系统输入和输出之间的关系这个关系可以说就是系统要完成的功能或者说是任务二当系统的工作环境在一定范围变化的时候，系统仍然能够完成设计时的输入和输出之间关系的能力这种能力就叫做可靠性电子系统的设计时应考虑的基本问题在电子系统设计阶段应考虑以下两个问题：一、功能设计二、可靠性设计电子系统的功能是一个电子系统的主要特性，在设计的时候是设计人员主要考虑问题。

设计一个电子系统是为了能在一定的环境和一定的时间段内完成一定的任务，因此设计者在设计电子系统的时候不但要考虑电子系统功能，还要考虑设计的电子系统能不能在规定的环境和时间段上完成设计的功能，也就是要考虑设计的电子系统在一定的环境变化范围内和期望的时间长度上能不能可靠的完成设计时的功能因此电子系统的可靠性是电子系统在规定的时间和环境条件下完成设计的功能的能力，度量可靠性能力的指标就是可靠性度量电子系统功能设计方法电子系统设计方法一般有：A 自下向上设计方法，B 自顶向下设计方法电子系统传统的设计方法是自下向上设计方法这种方法是采用中小规模集成电路和分立元件对电路板设计，采用这种方法对一个复杂电子系统进行设计的时候往往是先设计好底层的电路然后搭积木一般用设计好的底层电路搭建复杂的电子系统。