数字信号处理的实现ppt课件

1、第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现第第9章章 数字信号处置的实现数字信号处置的实现 9.1 数字信号处置中的量化效应数字信号处置中的量化效应9.2 数字信号处置技术的软件实现数字信号处置技术的软件实现9.3 数字信号处置的硬件实现数字信号处置的硬件实现第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现9.1 数字信号处置中的量化效应数字信号处置中的量化效应 信号x(n)值量化后用Qx(n)表示， 量化误差用e(n)表示， e(n)=Qx(n)-x(n)图 9.1.1 量化噪声e(n)的概率密度曲线 (a) 截尾法； (b) 舍入法 q0q1pe(n)e(n)(a)0q1e(n)(b

2、)pe(n)12q12q第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 1. A/D变换器中的量化效应 A/D变换器的功能原理图如图 9.1.2(a)所示， 图中 (n)是量化编码后的输出， 假设未量化的二进制编码用x(n)表示， 那么量化噪声为e(n)= (n)-x(n)， 因此A/D变换器的输出 (n)为xxx( )( )( )x nx ne n(9.1.1) 那么思索A/D变换器的量化效应， 其方框图如图 9.1.2(b)所示。 这样， 由于e(n)的存在而降低了输出端的信噪比。第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 图 9.1.2 A/DC功能原理图(a) A/DC变换器功

3、能原理图； (b) 思索量化效应的方框图采样量化编码x(n)xa(t)xa(nT)(a)理想A/DCxa(t)x(n)(b)e(n)x(n)第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 假设A/D变换器输入信号xa(t)不含噪声， 输出 (n)中仅思索量化噪声e(n)， 信号x-a(t)平均功率用 表示， e(n)的平均功率用 表示， 输出信噪比用S/N表示，x2x2e22xeSN或者用dB数表示 2210lgxeSdBN(9.1.2) A/D变换器采用定点舍入法， e(n)的统计平均值me=0， 方差2221121212beq第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 将 代入(9

4、.1.2)式， 得到:2e26.0210.7910lgxSbN(9.1.3) 为充分利用其动态范围， 取 ， 代入(9.1.3)式， 得13xV6.021.29SbN第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 2. 数字网络中系数的量化效应 数字网络或者数字滤波器的系统函数用下式表示：01( )1MrrrNrrrb zH za z 式中的系数br和ar必需用有限位二进制数进展量化， 存贮在有限长的存放器中， 经过量化后的系数用 和 表示， 量化误差用 br和 ar表示， rrba,rrrrrraaa bbb 第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 对于N阶系统函数的N个系数ar

5、， 都会产生量化误差ar， 每一个系数的量化误差都会影响第i个极点Pi的偏移。 可以推导出第i个极点的偏移Pi服从下面公式：iiiPPP (9.1.4) 111()N rNiirrilllPPaPP(9.1.5) 第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 上式阐明极点偏移的大小与以下要素有关： (1) 极点偏移和系数量化误差大小有关。 (2) 极点偏移与系统极点的密集程度有关。 (3) 极点的偏移与滤波器的阶数N有关， 阶数愈高， 系数量化效应的影响愈大， 因此极点偏移愈大。 3. 数字网络中的运算量化效应 1) 运算量化效应 在图 9.1.3 中， 有两个乘法支路， 采用定点制时共引

6、入两个噪声源， 即e1(n)和e2(n)， 噪声e2(n)直接输出， 噪声e1(n)经过网络h(n)输出， 输出噪声ef(n)为第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现图 9.1.3 思索运算量化效应的一阶网络构造e1(n)e2(n)x(n)abz 1y(n)ef(n)第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 ef(n)=e1(n)*h(n)+e2(n) 假设尾数处置采用定点舍入法， 那么输出端噪声平均值为121212 ( )( )( )( ) ()( )( )fEmmE e nh nE e nEh m e nmE e nmh mm 上式中E 表示求统计平均值， m1和m2分别

7、表示两个噪声源的统计平均值， 这里m1=m2=0， 因此，0fm 第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 由于e1(n)和e2(n)互不相关， 求输出端噪声方差时， 可分别求其在输出端的方差， 再相加。 这里， 每个噪声源的方差均为2222222121,212( ) ( )( )( )beffffffq qE enmE enE enE en输出端的噪声ef(n)的方差为第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 式中， e f1 (n)和e f2 (n)分别表示e1(n)和e2(n)在输出端的输出； 222211100110020022022220( )( )( ) ()( )

8、 ()( ) ( ) () ()( ) ( )()( )( )effmlmlemlemfeemE enE enEh m e nmh l e nlh m h l E e nm e nlh m h lmlhmhm 第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 根据帕斯维尔定理(2.5.29)式， 也可以用下式计算：2212111( )()21( )1feedzH z H zjzbzH zaz第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 2) 网络构造对输出噪声的影响 例 9.1.1 知网络系统函数为1120.40.2( ),0.91 1.70.7zH zzzz 网络采用定点补码制， 尾数处

9、置采用舍入法。 试分别计算直接型、 级联型和并联型构造输出噪声功率。 解 112111110.40.2( )1 1.70.70.40.2110.910.85.65.210.910.8zH zzzzzzzz第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现图 9.1.4 例 9.1.1 的网络构造图e2(n)e1(n)x(n)1.70.2z1e0(n)e3(n)z10.40.72y(n)ef(n)y(n)e1(n)x(n)0.9z1z1e0(n)e2(n)e3(n)5.65.2(a)(c)e3(n)x(n)0.2z1e1(n)e0(n)z10.4y(n)ef(n)y(n)0.90.8e2(n)(b

10、)0.8y(n)ef(n)y(n)第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 (1) 直接型。01232221( )( )( )( )( )( )11122( )()12122ffcene ne ne ne nh ndzqqH z H zjz式中 1111112222110.40.20.40.2( )()22(10.9)(10.8) (10.9 )(10.8 )Re ( )(),0.9Re ( )(),0.861.05328.89932.1641132.1645.52766ccfdzzzdzH z H zjzjzzzzzs H z H zs H z H zqqq第第9章章 数字信号处理的

11、实现数字信号处理的实现 2) 级联型。 01232122212212121221122( )( )( ) ( )( )( )( )1( ),( )( )10.81131( )()()122122111( )()22(10.8)(10.8 )Re ( )()ffccccene nh ne ne ne nh nHzh zZ T HzzdzdzqH z H zqHzjzjzdzdzHz Hzjzjzzzs Hz Hzz1,0.82.778式中 第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现3) 并联型。 0110121111222122222120022222( )( )( )( )( )( )(

12、 )1( ) ( ),( )0.9( )10.91( )( ),( )0.8( )10.8112( )2( )12121111610.9610.81.34fnnfnnene ne nh ne ne nh nH zZT h nh nu nzHzZT h nh nu nzqhnqhnqqq第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 输入信号x(n)方差为 ， 均值mx=0， 输出端信号功率用 表示，2x2y2222101( )( )()2yyxcndzhnH z H zjz输出信噪比S/N用信号和噪声的功率比计算22fySN第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 3) 防止溢出的措

13、施 可以采用限制输入信号动态范围的方法来防止溢出。 设网络节点用vi表示， 从输入节点x(n)到vi节点的单位取样呼应为hi(n)，0max0( ) ()( )iimiimvh m x nmvxh m 式中， xmax为x(n)的最大绝对幅度值， 为保证节点vi不溢出， 要求|vi|1， 那么要求： max01( )imxh m(9.1.6) 第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 上式即是对输入信号动态范围的限制。 例如， 一阶IIR网络， 单位取样呼应h(n)=anu(n), |a|1,max011( )nnxaa u n 图 9.1.5 一阶滤波网络 x(n)z1y(n)Aa第

14、第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 例如， 在图 9.1.5 中， 为防止溢出， 在输入支路上加衰减因子A，0( )( ) ()my nAh m x nm设|x(n)|max=|xmax|， 那么有max0max0( )( ) ,01( )mmy nA xh mAAxh m为防止溢出， 要求|y(n)|3FF ； 设定B1 高地址 LARPAR1 ； 选AR1 为当前间址存放器 MPYK0 ； P存放器置 0 ZAC ； 累加器清 0 RPTK4 ； 反复 5 次第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现MACDFF00, * - ; 乘/累加， AR1减 1， 移位APAC

15、 ； 累加最后一次乘积SACHYN， 1 ； 累加器高 16 位存入YN单元OUTYN， PA1 ； 输出滤波结果y(n)值B NXTPT ； 转入下一个y(n)值的滤波运算处置第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现N节FIR数字滤波器程序如下：YN EQU 45MODE EQU 46CLOKC EQU 47XN EQU 48*; AORG 0; B START;第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现*;CTABLE AORG 32 ； 20H;CH0 DATA H0;CH1 DATA H1;CH2 DATA H2;CHN1 DATA HN-1;MD DATA 000A;SMP DATA 01F3 ; 采样率10 kHz;START EQU $第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现*初始化模拟接口板LOPK 7 ; 选DM第 7 页(DP7);LACK MD TBLR MODE OUT MODE, PA0 LACK SMP TBLR CLOCK ;OUT CLOCK, PA1第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现*装入滤波器系数并进展滤波处置 LARP AR0 ; 由AR0寻址 LRLK AR0, 200 ； 指向B0 RPTK N ; 反复次数为h(n)长度(十六进制)N; BLKP CTAB