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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 数字信号处理的实现数字信号处理的实现 9.1 数字信号处理中的量化效应数字信号处理中的量化效应9.2 数字信号处理技术的软件实现数字信号处理技术的软件实现9.3 数字信号处理的硬件实现数字信号处理的硬件实现第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现9.1 数字信号处理中的量化效应数字信号处理中的量化效应信号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
2、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，如果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(9.1.1)那么考虑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9.1.2A/DC功能原理图(a)A/DC变换器功能原理图；(b)考虑量化效应的方框图第第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)中仅考虑量化噪声e(n)，信号x-a(
3、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，或者用dB数表示(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(9.1.2)式，得到:(9.1.3)为充分利用其动态范围，取，代入(9.1.3)式，得第第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：式中的系数br和ar必须用有限位二进制数进行量化，存贮在有限长的寄存器中，经过量化后的系数用和表示，量化误差用br和ar表示，第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现对
4、于N阶系统函数的N个系数ar，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：(9.1.4)(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表明极点偏移的大小与以下因素有关：(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，因而极点偏移愈大。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，采用定点制时共引入两个噪声源，即e1(n)和e2(n)，噪声e2(n)直接输出，噪声e1(n)
5、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考虑运算量化效应的一阶网络结构第第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)如果尾数处理采用定点舍入法，则输出端噪声平均值为上式中E表示求统计平均值，m1和m2分别表示两个噪声源的统计平均值，这里m1=m2=0，因此，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
6、理的实现式中，ef1(n)和ef2(n)分别表示e1(n)和e2(n)在输出端的输出；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：第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现2)网络结构对输出噪声的影响例9.1.1已知网络系统函数为网络采用定点补码制，尾数处理采用舍入法。试分别计算直接型、级联型和并联型结构输出噪声功率。解第第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的网络结构图第第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。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2)级联型。式中
7、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。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，输出信噪比S/N用信号和噪声的功率比计算第第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节点的单位取样响应为hi(n)，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：(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
8、网络，单位取样响应h(n)=anu(n),|a|1,图9.1.5一阶滤波网络第第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，设|x(n)|max=|xmax|，则有为防止溢出，要求|y(n)|3FF；设定B1高地址LARPAR1；选AR1为当前间址寄存器MPYK0；P寄存器置0ZAC；累加器清0RPTK4；重复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；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BNXTPT
9、；转入下一个y(n)值的滤波运算处理第第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：YNEQU45MODEEQU46CLOKCEQU47XNEQU48*;AORG0;BSTART;第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现*;CTABLEAORG32；20H;CH0DATAH0;CH1DATAH1;CH2DATAH2;CHN1DATAHN-1;MDDATA000A;SMPDATA01F3;采样率10kHz;STARTEQU$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LOPK7;选DM第7页(DP7);LACKMDTBLRMODEOUT
10、MODE,PA0LACKSMPTBLRCLOCK;OUTCLOCK,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行滤波处理LARPAR0;由AR0寻址LRLKAR0,200；指向B0RPTKN;重复次数为h(n)长度(十六进制)N;BLKPCTABLE,*+;装入从CTABLE开始的N个系数CNFP;B0为程序区WAITBIOZNXTPT；新样值有效BWAIT；新样值有效第第9章章 数字信号处理的实现数字信号处理的实现NXTPTINXN,PA2;指到新样值XNLRLKAR1，3FF；指向B1末端;LARPAR1MPYK0ZACRPTKNMACDFF00,*-APAC;SACHYN,1;OUTYN,PA2;输出y(n)BWAIT;指向下一个点END
