Procesory sygnałowe

Procesory sygnałowe

Wykład 1

Wprowadzenie

Dr inż. Robert
Wielgat

Tarnów 2014

Kontakt

rwielgat@poczta.onet.pl

Godziny konsultacji

Czwartek godz. 11.15 – 13.15

pokój C200B

Literatura - część I

1. Analog Devices, ADSP-21065L. DSP Microcomputer,

Data Sheet, USA, 2003.

2. Analog Devices, ADSP-21065L SHARC

DSP. Technical

Reference, USA, 2003.

3. Analog Devices, ADSP-21065L SHARC

DSP. User’s

Manual, USA, 2003.

4. Jacek Augustyn, „Asemblery μC51, ADSP-21065L

SHARC”, Wydawnictwa Naukowo-Dydaktyczne PWSZ
w Tarnowie, Wyd. IGSMiE PAN, Kraków 2006,

5. Tomasz P. Zieliński, „Cyfrowe przetwarzanie sygnałów

– od teorii do zastosowań”, Wydawnictwo WKiŁ,
Warszawa 2005.

Literatura – część II

1. Analog Devices,

ADSP-21467/ADSP-21469, USA, 2011

2. Analog Devices ADSP-214xx SHARC® Processor -

Hardware Reference, USA, 2010

3. Analog Devices, ADSP-21469 EZ-Board ® Evaluation

System Manual, USA, 2012.

4. Analog Devices, Blackfin®/SHARC® USB EZ-Extender®

Manual, USA, 2012

5. Analog Devices, VisualDSP++ 5.0 Assembler and

Preprocessor Manual, USA, 2010

6. Analog Devices, VisualDSP++ 5.0 Linker and Utilities

Manual, USA, 2010

7. Analog Devices, VisualDSP++ 5.0 Run-Time Library

Manual, USA, 2010

8. Materiały z wykładów i laboratorium

Dokumentację można pobrać ze strony:

www.analog.com/en/processors-dsp/products/index.html

Definicja procesora

sygnałowego

Procesor sygnałowy (ang. DSP) jest to

wyspecjalizowane urządzenie cyfrowe

(procesor) przeznaczone do wysokiej

jakości przetwarzania sygnału

analogowego lub cyfrowego w czasie

rzeczywistym.

Typowy system cyfrowego

przetwarzania sygnałów

Procesor

(Układ scalony

DSP)

CPU

AAU

A/C

C/A

Porty

Sygnał

analogo

Sygnał

cyfrow

CPU – central processing
unit

AAU – auxiliary
arithmetic unit

SP – serial ports

IM – internal
memory

Pamięć

zewnętrzn

Architektura typu Harward

Maszyna von Neumanna (komputery

uniwersalne)

CPU

I/O

Cechy maszyny
von Neumanna:

• Pojedyncza
pamięć

• praca szeregowa

Pamięć

program

u i

danych

adres

dane

Architektura typu Harward (procesory

sygnałowe)

I/O

Cechy archiektury
harwardzkiej

• dwie pamięci

• praca równoległa

Pamięć

danych

adres

dane

Pamięć

Program

adres

dane

Różnice między procesorem

sygnałowym

a standardowym procesorem

•Równoległe mnożenie z akumulacją wykonywane w

jednym cyklu

•Generatory adresu ze specjalnymi trybami
•Wydajny zestaw instrukcji z jedno-cyklowymi

równoległymi operacjami matematycznymi i przesłań w

pamięci oraz sprawną realizacją pętli

•Zintegrowany wewnętrzny koprocesor DMA i RAM dla

jednoczesnych operacji wykonywanych przez CPU i układy

we/wy

•Architektura typu Harward

Zastosowania procesorów

sygnałowych

•

Konwolucja

• Korelacja
• Filtracja cyfrowa
• Filtracja adaptacyjna
• Szybka Transformata Fouriera - FFT
• Transformacje Hilberta
• Generacja przebiegów
• Okienkowanie sygnałów

Procesory sygnałowe znalazły zastosowanie

w wielu dziedzinach życia. Poniżej

przedstawiono wybrane zastosowania

procesorów sygnałowych.

Zastosowania procesorów

sygnałowych w cyfrowym

przetwarzaniu sygnałów

Zastosowania procesorów

sygnałowych – przetwarzanie

dźwięku

•

Korektory

• efekty specjalne

(echo, pogłos, dodawanie głębi),

• Filtracja

• usuwanie echa (ang.echo cancellation)

(telefony

komórkowe, łączność cyfrowa)

• Redukcja zniekształceń i szumów

• kodowanie

(CD, MP3, MP4, telefon i radio cyfrowe)

• systemy aktywnego wyciszania

(słuchawki obsługi

technicznej lotnisk, dźwięk transformatora
energetycznego, hałas wentylatora w komputerze PC, ...)

• echolokacja i lokalizacja bierna: sonary ultradźwiękowe,
wykrywanie, lokalizacja i identyfikacja obiektów

Zastosowania procesorów

sygnałowych – przetwarzanie

sygnału mowy

•

Poprawianie jakości sygnału mowy (ang. speech

enhancement)

•  Synteza mowy (ang. speech synthesis)
•  Rozpoznawanie mowy (ang. speech recognition)
•  Identyfikacja i weryfikacja mówiącego
•  Wokodery głosowe
•  poczta głosowa (ang. voice mail)

Zastosowania procesorów

sygnałowych – przetwarzanie

obrazu

• regulacja parametrów

(barwa, nasycenie,kontrast)

• Cyfrowa filtracja obrazu
• Efekt „obraz w obrazie”
• Korektory

(np. korekcja Gamma)

• przechwytywanie i zatrzymywanie obrazu
• kodowanie/kompresja

(JPG, DIVX)

• rozpoznawanie obrazów

(rozpoznawanie odcisków

palców, skanery kodów paskowych, systemy wizyjne

robotów)

• zmiana rozdzielczości obrazu

Zastosowania procesorów

sygnałowych – metrologia i systemy

pomiarowe

• generatory funkcyjne z syntezą cyfrową
• generatory arbitralne – generatory przebiegów

dowolnych

• oscyloskopy cyfrowe
• analizatory widma

Zastosowania procesorów

sygnałowych – sterowanie maszyn

elektrycznych

• sterowanie silników elektrycznych
• wieloosiowe frezarki i tokarki numeryczne
• nowoczesny napęd pojazdów elektrycznych
• układy sterowania ruchu robotów

przemysłowych

• sterowanie serwomechanizmów

Zastosowania procesorów

sygnałowych – aparatura medyczna

• sprzęt diagnostyczny
• monitorowanie pacjentów
• protetyka
• ultrasonografia

(USG)

• aparaty słuchowe
• logopedia

(echokorektor, transponder częstotliwości)

Przykłady procesorów sygnałowych

produkowanych na świecie

-Texas Instruments:

•

stałoprzecinkowe 16-bitowe:

TMSC32-2xx

•

zmiennoprzecinkowe 32-bitowe:

TMSC320-6xx

-Analog Devices:

•

stałoprzecinkowe 16-bitowe:

ADSP21xx

•

zmiennoprzecinkowe 32-bitowe:

ADSP21xxx

-Motorola:

•

stałoprzecinkowe 24-bitowe:

DSP56xx

-Freescale:

•

Zmiennoprzecinkowe 32-bitowe:

MSC81xx

Rodziny procesorów sygnałowych

produkowanych przez firmę Analog

Devices

- Procesory

Blackfin®

- Procesory

SHARC ®

- Procesory

TigerSHARC®

- Procesory

ADSP-21XX

- Procesory

SigmaDSP®

Procesory Blackfin®

Procesory

Blackfin®

stanowią rodzinę

procesorów 16- i 32-bitowych zawierających w
sobie stałoprzecinkowy procesor sygnałowy
wspomagany 16-bitową jednostką MAC oraz
mikrokontroler o obniżonym poborze mocy. Są
stosowane do przetwarzania sygnałów
dźwiękowych, wideo, głosu, obrazów w różnych
formatach, do sterowania procesami
przemysłowymi oraz w systemach ciągłego
monitoringu obiektów.

Przykłady procesorów z rodziny

Blackfin®

ADSP-BF606
ADSP-BF525
ADSP-BF536

Procesory SHARC®

Procesory

SHARC®

stanowią rodzinę

procesorów zmiennoprzecinkowych do
wydajnych i niskobudżetowych zastosowań w
cyfrowym przetwarzaniu sygnałów. Nazwa tej
rodziny jest skrótem od

Super Harvard

Architecture Single-Chip Computer

Oznaczenia procesorów z rodziny

SHARC®

ADSP-210XX – procesory I generacji
ADSP-211XX – procesory II generacji
ADSP-212XX, ADSP-213XX – procesory III
generacji
ADSP-214XX – procesory IV generacji

Procesory TigerSHARC®

Procesory

TigerSHARC®

są procesorami

sygnałowymi szczególnie nadającymi się do
pracy wieloprocesorowej w zastosowaniach
przemysłowych. Wydajność obliczeniowa
systemów wieloprocesorowych z procesorami z
rodziny

TigerSHARC®

osiąga wartości powyżej

miliarda operacji zmiennoprzecinkowych na
sekundę.
Rodzaje procesorów z rodziny

TigerSHARC®

ADSP-TS101S
ADSP-TS201S
ADSP-TS202S
ADSP-TS203S

Procesory ADSP-21xx

Procesory rodziny

ADSP-21xx

są kompatybilne

ze względu na kod oraz wyprowadzenia.
Częstotliwość zegara może być do 160 MHz, a
pobór prądu około 190μA. Procesory te nadają
się szczególnie do zastosowań związanych z
przetwarzaniem i przesyłaniem sygnału mowy
oraz do sterowania w czasie rzeczywistym.

Przykłady procesorów z rodziny

ADSP-21xx

ADSP-218x
ADSP-219x
ADSP-219xx

Procesory SigmaDSP®

Procesory

SigmaDSP®

są w pełni

programowalnymi jedno-chipowymi
procesorami. Procesory z tej rodziny dają się
łatwo konfigurować za pomocą programu

SigmaStudio Graphical Development

. Nadają

się do zastosowań w przenośnych urządzeniach
audio oraz w radiach samochodowych. Niektóre
procesory

SigmaDSP®

zawierają w sobie

konwertery częstotliwości próbkowania,
przetworniki C/A i A/C oraz wzmacniacze
wyjściowe.

Przykłady procesorów z rodziny

SigmaDSP®

- Zastosowania audio

AD 1940
ADAU 1445

- Zastosowania audio do telewizorów

ADAV 4601

Ogólny schemat blokowy

systemu rozpoznawania

izolowanych słów

BLOK

ANALIZY

TWORZENI

WZORCÓW

BAZA

WZORCÓW

KLASYFIKACJA

UKŁAD

DECYZYJNY

AKWIZYCJ

SYGNAŁU

Sygnał

mowy

Rozpoznan

słowo

Uczenie

Rozpoznawan

Document Outline