12. Форматы представления чисел в системах цос
Форматы представления целых отрицательных чисел
1. Прямой код. Старший разряд – знаковый: «+» – это «0», «–» – это «1». Удобно выполнять умножение и деление (над знаками выполняется операция «исключающее ИЛИ»). Неудобно выполнять сложение и вычитание, т.к. появляется два нуля: положительный и отрицательный.
2. Дополнительный код. Старший разряд числа сохраняет свое значение по модулю, но имеет знак «–». Удобно выполнять сложение/вычитание, один нуль. Изменение знака числа требует инвертирования всех разрядов и прибавления единицы ко всему числу.
3. Смещенный код. Получается прибавлением константы 2N – 1, где N – число разрядов без знакового.
Представление дробных чисел с фиксированной точкой
Обычно в дополнительном коде.
Можно считать, что оно получается делением числа в дополнительном коде с тем же числом разрядов на 2N, где N – число разрядов без знакового.
Ещё
есть формат 1,15 (15 разрядов после точки).
Точность его:
Форматы представления чисел:
1) с одинарной точностью( single в языке pascal, float –в языке С) – 32 бита, включающий знаковый разряд, 8 бит порядка и 23 бита мантиссы;
2) формат с двойной точностью ( double в языках pascal и С) – 64 бита, включающие знаковый разряд, 11 бит порядка и 52 бита мантиссы.
“+” динамический диапазон намного больше чем у чисел с фиксированной точкой
”-” сравнительная сложность реализации с этими числами; неравномерность квантования.
14. Компандирование: а-закон.
-
А-закон.
-15129 («-»-0, «+»-1)
получили 011 1011 0001 1001
Получили 0.110.1101.экс.-(110); м – (1101)
Инв через.бит 0.011.1000. – 56
Декодир обратная операция инвертирования
Получили 0.110.1101, возвращаемся налево по таблице. После экспоненты 1
0.01.1101.100000000=-15104.
15. Компандирование: Мю-закон.
-
для S<0
-
для S>0
-15129 («-»-1, «+»-0)
Кодируется число -15129. к 15129 прибавляется128.получили 011 1011 1001 1001
Получили 1.110.1101.экс.-(110); м – (1101)
Инв кажд.бит 0.001.0010. – 18
Декодир обратная операция инвертирования
Получили 1.110.1101. возвращаемся налево по таблице. После мант. 0, в конце 00
1.01.1101011111100-128= -14972.
16. Кодеки с использованием линейного предсказания: структура и особенности кодирующей части вокодера.
17. Кодеки с использованием линейного предсказания: структура и особенности декодирующей части вокодера.
Вокодеры используются исключительно для кодирования речи. При их построении максимально учитываются особенности образования речи, и её восприятие. Форма восстановленного сигнала может сильно отличаться от исходного. Вокодеры передают по каналам связи не сам сигнал, а параметры моделей его синтеза.
Процесс образования речи. Произнесение звонких звуков – голосовые связки смыкаются и размыкаются с частотой, называемой частотой основного тона, получаемой последовательностью импульсов воздушного потока, которые возбуждают полости голосового тракта. В процессе разговора, человек меняет размеры этих полостей – меняются нерезонансные частоты, называемые формантами. Звонкие звуки, так же называются вокализированными. ЧОТ(Частота основного тона)
Произнесение глухих звуков - проходя по голосовому тракту, воздух создает турбулентный поток. Полости рта и носа при этом возбуждаются шумоподобным сигналом. Результирующий сигнал не содержит периодических составляющих и подобен шуму. В спектре отсутствуют форманты и основной тон.
Органы речи обладают инерционностью на интервале порядка 20 мс. Параметры речи можно считать почти постоянными.
В вокодерах для анализа и фильтрации квазипериодических составляющих используют линейное предсказание.
На этапе Ацп, обычно используют fд=8000Гц, 12-16 бит/отсч (8 бит/отсч – 64 Кбит/с; 16 бит/отсч – 128 Кбит/с). При сегментации использование оконные функции. Типичный размер сегмента 160 отсч – 20 мс.
Фильтр удаления формант. Удаление формант выполняется с использованием линейных предсказаний (текущий отсчет получается как линейная оценка предыдущих).
В реальных вокодерах, порядок предсказания: р=8-12
Разница м/у настоящими и предсказуемым называется первым остаточным сигналом.
спектральная трактовка:
вход
выход
АЧХ
3)Удаление ОТ выполняется с использованием линейного предсказания, но в результате рне= 8-12. только 2 параметра опред. частота и амплитуда основного тона. *
Л
инейные
преобразования проводятся не по всем
160 отсчетам, а по сегментам(40 отсчетов)
18. Архитектура цифровых сигнальных процессоров (ЦСП): общие принципы построения ЦСП и особенности их архитектуры; архитектура фон Неймана и гарвардская архитектура; обобщенная функциональная схема ЦСП.
Цифровые сигнальные процессоры.
Их архитектура адаптирована для наилучшей реализации алгоритмов ЦОС.
Основная операция алгоритмов ЦОС: умножение с накоплением Σ*y; реализация цифровых фильтров; БПФ (быстрые преобразования Фурье).
Для быстрой реализации этой операции, процессор должен быстро выполнять умножение и обеспечивать большую пропускную способность подсистемы памяти.
Архитектура фон Неймана и гарвардская архитектура.
Архитектура фон Неймана:
Гарвардская архитектура:
Для одной операции умножения с накоплением нужны три выборки из памяти: код команды (1-ый и 2-ой сомножитель). Если предположить, что результат записывается в регистр, то четвёртого доступа к памяти для записи результата не нужно.
В архитектуре фон Неймана потребуется не больше трёх тактов.
В гарвардской архитектуре за счёт совмещения кода операции и чтения кода команды из ПП (памяти программ) и выборки одного из сомножителей из ПД, (памяти данных) число тактов на одну операцию с накоплением уменьшится до двух.
Обобщённая функциональная схема ЦСП.
ПР – прерывания
ВУ – внешнее устройство
УВВ – устройство ввода/вывода
УГА – устройство генерации адреса
АЛУ – арифметико-логическое устройство
ВШД – внешняя шина данных
ВША – внешняя шина адреса
ШДПД – шина данных памяти данных
ШАПП – шина адреса памяти программ
ШАПД – шина адреса памяти данных
ШДПД – шина данных памяти данных
ПП – память программ
ПД – память данных
Отличия:
1)Наличие внутри процессора 2-ух комплектов шин и наличие отдельных областей памяти программ и памяти данных.
Внешняя память соединена с процессором одним комплектом шин;
2)Наличие отдельного блока умножителя;
3)В современных ЦСП многие внешние устройства интегрированы на одном кристалле с процессором. То же относится к дополнительным модулям. Наличие этих устройств и модулей позволяет создавать проблемно-ориентированные варианты ЦСП.
Прерывания могут быть внешними или внутренними
Внешние прерывания – это механизм реакции на асинхронные по отношению к выполнению программ события. Внешние прерывания делятся на две группы:
а)реакция на внештатные ситуации: выход напряжения питания за допустимые пределы;
б)согласование с низкоскоростными устройствами.
Внутренние прерывания – это реакция на внештатные ситуации при выполнении программ (пример: деление на ноль).