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第1章 数字信号处理系统导论1

1.1引言1

1.2典型的DSP算法1

1.2.1卷积2

1.2.2相关3

1.2.3数字滤波器3

1.2.4自适应滤波器5

1.2.5运动估值8

1.2.6离散余弦变换9

1.2.7矢量量化12

1.2.8 Viterbi算法和动态规划14

1.2.9抽取器和扩展器16

1.2.10小波和滤波器组18

1.3 DSP应用需求和按比例缩小的20

CMOS工艺20

1.4 DSP算法的表示23

1.4.1框图24

1.4.2信号流图26

1.4.3数据流图27

1.5本书概要29

1.4.4依赖图29

参考文献30

第2章 迭代边界33

2.1引言33

2.2数据流图表示33

2.3环路边界和迭代边界34

2.4计算迭代边界的算法35

2.4.1最长路径矩阵算法35

2.4.2最小环均值算法38

2.5多速率数据流图的迭代边界41

2.7习题42

2.6结论42

参考文献45

第3章 流水线与并行处理47

3.1引言47

3.2 FIR数字滤波器的流水线48

3.2.1数据广播结构50

3.2.2细粒度流水线51

3.3并行处理51

3.4流水线与并行处理的功耗减低54

3.4.1用流水线降低功耗55

3.4.2用并行处理降低功耗57

3.4.3流水线和并行处理的结合61

3.5结论61

3.6习题61

参考文献65

第4章 重定时67

4.1引言67

4.2.1重定时的定量描述68

4.2.2重定时的性质68

4.2定义与性质68

4.3不等式求解系统70

4.4重定时技术71

4.4.1割集重定时和流水线71

4.4.2时钟周期最小化的重定时73

4.4.3使寄存器数最小化的重定时78

4.5结论82

4.6习题82

参考文献86

第5章 展开89

5.1引言89

5.2一种展开算法90

5.3展开的属性93

5.4关键路径、展开和重定时94

5.5展开的应用95

5.5.1采样周期的缩短95

5.5.2并行处理98

5.6结论103

5.7习题104

参考文献108

6.1引言111

第6章 折叠111

6.2折叠变换112

6.3寄存器最小化技术116

6.3.1寿命分析116

6.3.2采用前向－后向寄存器分配的数据分配技术118

6.4折叠架构的寄存器最小化121

6.4.1双2次节滤波器例子121

6.4.2 IIR滤波器例子122

6.5多速率系统的折叠124

6.6结论128

6.7习题128

参考文献137

7.1引言139

7.2脉动阵列设计方法原理139

第7章 脉动结构设计139

7.3 FIR脉动阵列141

7.3.1设计B1（输入广播，结果移动，权重保持）141

7.3.2设计B2（输入广播，权重移动，结果保持）143

7.3.3设计F（结果扇入，输入移动，权重保持）144

7.3.4设计R1（结果保持，输入和权重反向移动）145

7.3.6设计W1（权重保持，输入和结果反向移动）146

7.3.5设计R2和双R2（结果保持，输入和权重同方向但不同速度移动）146

7.3.7设计W2和双W2（权重保持，输入和结果同方向但不同速度移动）147

7.3.8应用变换的关联脉动设计147

7.4调度矢量的选择147

7.4.1基于调度不等式选择sT147

7.4.2 RIA描述149

7.4.3应用RDG的调度矢量和脉动阵列设计149

7.5矩阵乘法与二维脉动阵列设计151

7.6包含延迟的空间表示脉动设计154

7.8习题155

7.7结论155

参考文献164

第8章 快速卷积165

8.1引言165

8.2 Cook-Toom算法165

8.3 Winograd算法172

8.4迭代卷积178

8.5循环卷积179

8.6通过观察设计快速卷积算法182

8.8习题183

8.7结论183

参考文献184

第9章 滤波器和变换中的算法强度缩减185

9.1引言185

9.2并行FIR滤波器185

9.2.1并行FIR滤波器的多相式分解表示185

9.2.2快速FIR算法188

9.3离散余弦变换和反离散余弦变换200

9.3.1算法结构变换202

9.3.2对2m点DCT的频率抽取快速DCT205

9.4.1奇偶合并分类结构209

9.4秩－阶滤波器的并行结构209

9.4.2秩－阶滤波器结构211

9.4.3并行秩－阶滤波器212

9.4.4运行次序合并分类器－时间映射技术214

9.4.5低功耗秩－阶滤波器216

9.5结论217

9.6习题217

参考文献226

10.2数字滤波器中的流水线交织操作229

10.1引言229

第10章 流水线结构的并行自适应递归滤波器229

10.2.1低效率的单通道／多通道交织230

10.2.2高效的单通道交织231

10.2.3高效率的多通道交织233

10.3一阶IIR数字滤波器中的流水线实现233

10.3.1一阶IIR滤波器的超前流水线结构234

10.3.2在2的幂次分解中实现超前流水线234

103.3在通用分解中实现超前流水线236

10.4高阶IIR数字滤波器中的流水线实现237

10.4.1聚类超前流水线239

10.4.2稳定的聚类超前滤波器设计240

10.4.3离散超前流水线241

104.4基于2的幂次分解的离散超前流水线243

10.4.5在通用分解中实现离散超前流水线244

10.4.6受限的滤波器设计技术244

10.5 IIR滤波器的并行处理247

10.6组合了流水线和并行处理的IIR滤波器252

10.7利用流水线和并行处理的低功耗IIR滤波器设计254

10.8流水线自适应数字滤波器257

10.8.1弛豫超前变换257

10.8.2流水线LMS自适应滤波器260

10.8.3用流水线实现随机梯度格型结构261

10.9结论269

10.10习题269

参考文献273

第11章 缩放噪声与舍入噪声277

11.1引言277

11.2缩放噪声和舍入噪声277

11.2.1缩放操作277

11.2.2舍入噪声278

11.3数字滤波器的状态变量描述280

11.4.1缩放操作282

11.4缩放噪声和舍入噪声的计算282

11.4.2舍入噪声284

11.5流水线IIR滤波器中的舍入噪声287

11.5.1一阶IIR滤波器287

11.5.2二阶IIR滤波器293

11.6舍入噪声的状态变量描述计算296

11.7降速、重定时和流水线298

11.8结论302

11.9习题302

参考文献308

12.2 Schur算法311

12.2.1 Schur多项式的计算311

第12章 格型数字滤波器结构311

12.1引言311

12.2.2 Schur多项式的正规直交性312

12.2.3多项式展开算法315

12.2.4应用Schur算法的功率计算316

12.3基本数字格型滤波器317

12.3.1基本格型滤波器的导出317

12.3.2基本格型滤波器的逆Schur多项式导出320

12.3.3 FIR格型滤波器的导出322

12.4单乘法器格型滤波器的导出324

12.5归一化格型滤波器的导出328

12.6可缩放归一化格型滤波器的导出331

12.7格型滤波器中的舍入噪声计算335

12.7.1应用转置定理的舍入噪声计算336

12.7.2舍入噪声比较337

12.8格型IIR数字滤波器的流水线338

12.8.1 Schur算法的流水线性质339

12.8.2基本格型滤波器的流水线340

12.8.3单乘法器格型滤波器的流水线341

12.8.5可缩放归一化格型滤波器的流水线342

12.8.4归一化格型滤波器的流水线342

12.8.6重定时流水线的格型滤波器343

12.9流水线格型滤波器的设计例子344

12.10低功耗CMOS格型IIR滤波器346

12.11结论347

12.12习题347

参考文献350

第13章 位级运算架构353

13.1引言353

13.2.1具有符号扩展的并行乘法354

13.2并行乘法器354

13.2.2 Baugh-Wooley乘法器358

13.2.3改进的Booth重编码并行乘法器359

13.3交织布局规则与基于位平面的数字滤波器361

13.4位串行乘法器362

13.4.1利用Horner法则的Lyon位串行乘法器的设计362

13.4.2利用脉动映射的位串行乘法器的设计365

13.5位串行滤波器的设计与实现368

13.5.1位串行FIR滤波器369

13.5.2位串行IIR滤波器369

13.6.1 CSD表示法372

13.6正则符号数运算372

13.6.2 CSD乘法374

13.7分布式运算377

13.7.1传统的分布式运算377

13.7.2使用偏移二进制编码的分布式运算379

13.7.3分布式运算的ROM分解381

13.8结论382

13.9习题382

参考文献388

14.2冗余数表示391

第14章 冗余运算391

14.1引言391

14.3无进位基2加法与减法392

14.3.1混合基2加法393

14.3.2混合基2减法394

14.3.3混合基2加法减法器395

14.3.4有符号二进制数位加法减法器395

14.4混合基4加法397

14.4.1最大冗余混合基4加法397

14.4.2最小冗余混合基4加法398

14.5基2混合冗余乘法架构399

14.6数据格式转换403

14.6.1非冗余到冗余转换403

14.7冗余到非冗余转换器404

14.7.1最低数位优先转换405

14.7.2最高数位优先转换405

14.8结论408

14.9习题408

参考文献410

15.3多常数乘法413

15.2子表达式消除413

第15章 数字强度缩减413

15.1引言413

15.3.1线性变换415

15.3.2多项式求值416

15.4数字滤波器中的子表达式共享417

15.5加性和乘性数字拆分423

15.5.1基于行的加性数字拆分424

15.5.2基于列的加性数字拆分425

15.5.3乘性数字拆分426

15.7习题429

15.6结论429

参考文献434

第16章 同步流水线、波流水线和异步流水线435

16.1引言435

16.2同步流水线与时钟风格436

16.3位级流水线VLSI设计中的时钟歪斜与时钟分布442

16.3.1时钟歪斜442

16.3.2时钟分布444

16.4波流水线445

16.5约束空间图与波流水线深度449

16.5.1△≤Tclk450

16.6波流水线系统的实现451

16.5.2△≥O451

16.6.1 NPCPL452

16.6.2给定电路的波流水线算法452

16.7异步流水线455

16.7.1捆绑数据协议和双轨协议456

16.7.2两相和四相协议457

16.8信号转换图457

16.9信号转换图应用于设计互连电路459

16.10.1全定制VLSI实现463

16.10运算单元的实现463

16.10.2 FPGA实现465

16.11结论469

16.12习题469

参考文献470

第17章 低功耗设计473

17.1引言473

17.2理论背景475

17.3按比例缩小与功耗476

17.4.1开关活动率478

17.4功耗分析478

17.4.2物理电容484

17.5功耗降低技术485

17.5.1路径平衡485

17.5.2晶体管和逻辑门尺寸优化486

17.5.3晶体管重排序486

17.5.4用于低功耗的重定时487

17.5.5电压按比例缩小和多电源电压487

17.5.6双／多－Vth489

17.5.8电路风格490

17.5.7 时钟490

17.6功耗估计方法492

17.6.1基于仿真的方法492

17.6.2非仿真性方法493

17.7结论502

17.8习题503

参考文献504

18.1引言509

18.2可编程数字信号处理器的进化509

第18章 可编程数字信号处理器509

18.3 DSP处理器的重要特性510

18.3.1数据路径510

18.3.2存储器架构511

18.3.3流水线作业DSP处理器中的时间固定编码和数据固定编码513

18.4移动通信与无线通信用的DSP处理器514

18.5多媒体信号处理用的处理器515

18.5.1增强对多媒体信号处理的能力515

18.5.2媒体处理器518

18.5.3具有多媒体辅助部件的通用目的微处理器521

18.6结论522

参考文献522

附录A 最短路径算法525

附录B 调度技术和分配技术529

附录C 欧几里德最大公因子算法545

附录D Schur多项式的正规直交性549

附录E 快速二进制加法器和乘法器553

附录F 位串行系统中的调度561

附录G FIR滤波器的系数量化565

索引569