Гузик В.Ф., Беспалов Д.А., Ляпунцова Е.В. Проектирование проблемно-ориентированных вычислительных систем цифровой обработки сигналов

Учебное пособие. — Таганрог: Южный федеральный университет, 2015. — 204 с.Данное учебное пособие представляет собой сборник руководств и заданий к выполнению лабораторных работ по курсу «Проектирование проблемно-ориентированных вычислительных систем». Целью является получение студентами навыков проектирования и реализации современных систем цифровой обработки сигналов на базе систем-на-кристалле (ПЛИС) и практическая реализация цифровых линейных фильтров, быстрых вычислительных алгоритмов Фурье-преобразований цифровых сигналов и вейвлет-анализа.
Учебное пособие предназначено для студентов технических специальностей, магистрантов и аспирантов, а также разработчиков современных средств вычислительной техники.Цифровые сигналы и системы.
Основные характеристики цифровых сигналов.
Примеры цифровых сигналов.
Последовательность прямоугольных импульсов.
Меандр.
Пилообразный сигнал.
Последовательность треугольных импульсов.
Квантование и дискретизация сигналов.
Z-преобразование.
Единичная импульсная функция.
Единичный скачок.
Дискретная экспоненциапьная функция.
Дискретная синусоида с экспоненциальной амплитудой.
Свойства z-преобразования.
Дискретные линейные системы.
Импульсная характеристика линейной системы.
Передаточная функция линейной системы.
Частотная характеристика линейной системы.
Дискретная свертка линейной системы.
Разностное уравнение линейной системы.
Заключение.Разработка и исследование линейных фильтров.
Основные положения.
Фильтр низких частот.
Фильтр высоких частот.
Фазовый фильтр.
Полосовой фильтр.
Полосно-заграждающий фильтр.
Описание линейных фильтров.
Структуры линейных фильтров.
Базовые фильтры 1-го порядка.
Базовые фильтры 2-го порядка.
Базовые фильтры 3-го порядка.
Расчет КИХ-фильтров.
Аналитический расчет и моделирование цифровых фильтров.
Программная реализация цифровых фильтров.
Аппаратная реализация цифровых фильтров.
Генерация фильтров с аппаратным решением в пакетах математического моделирования.
Использование встроенной в САПР Quartus II подпрограммы Altera FIR Compiler MegaCore.
Генерация аппаратного решения средствами Quartus II.
Заключение.Вейвлет-анализ цифровых сигналов.
Введение.
Теоретические основы вейвлет-анализа.
Общие положения.
Частотный подход к аппарату вейвлет-анализа.
Декомпозиция сигнала в базисе вейвлет-коэффициентов.
Локальные максимумы вейвлет-коэффициентов.
Вейвлет-фильтрация цифровых сигналов.
Программирование алгоритмов быстрого вейвлет-преобразования для процессоров цифровой обработки сигналов.
Аппаратная реализация алгоритмов вейвлет-анализа.
Пример обработки цифрового сигнала методами вейвлет-анализа.
Заключение.Преобразование Фурье и спектральный анализ.
Основные положения.
Формы представления рядов Фурье.
Синусно-косинусная форма представления ряда Фурье.
Вещественная форма представления ряда Фурье.
Комплексная форма представления ряда Фурье.
Примеры разложения в ряд Фурье различных сигналов.
Фурье-преобразование последовательности прямоугольных импульсов.
Фурье-преобразование меандра.
Фурье-преобразование пилообразного сигнала.
Фурье-преобразование последовательности треугольных импульсов.
Фурье-преобразование цифровых сигналов.
Дискретное преобразование Фурье с прореживанием по времени.
Дискретное преобразование Фурье с прореживанием по частоте.
Обратное дискретное преобразование Фурье цифровых сигналов.
Аналитический расчет и моделирование цифрового преобразования Фурье.
Программная реализация преобразования Фурье.
Аппаратная реализация преобразования Фурье.
Генерация блоков Фурье-преобразования с аппаратным решением на базе Quartus Altera.
Генерация аппаратного решения средствами Quartus II.
Заключение.Библиографический список.
Приложение А.
Содержание отчета к лабораторной работе № 1.
Исходные данные для генерации входного сигнала к лабораторной работе № 1.
Наборы коэффициентов фильтров к лабораторной работе № 1.
Приложение Б.
Содержание отчета к лабораторной работе № 2.
Варианты заданий.
Приложение В.
Содержание отчета к лабораторной работе № 3.
Приложение Г.
Основной модуль.
Модуль задержки.
Приложение Д.
Модуль FFT.H.
Модуль FFT.C.
Приложение Е.
Модуль FFTbeh.VHD.
Модуль FFTtst.VHD.
Модуль SQ_GEN.VHD.
Модуль TO_POLAR.VHD.