Digital Signal Processor ( DSP ) [French]

Réalisé par: Assia MOUNIR Khadija BELMOUDDEN Imane BOULLAILI

2ème année Génie Des Systèmes De Télécommunications et RéseauxEtude des antennes

Encadré par:

Mr. TALI

Traitement de la paroleAnnée Universitaire2008-2009

DSP: Digital Signal Processor

Digital Signal Processing

2

PLAN

I- Introduction

II- Les DSP1- Définitions

2- Architecture

3- Particularités des DSP

4- Types de DSP

III- DSP en pratique1- Fabricants

2- Applications

IV- Simulation

V- Conclusion


3

Introduction

C’est quoi DSP?Digital Signal Processor :

processeur de signal numérique, est un micro-processeur optimisé pour les calculs

Application principale = traitement numérique du signal

Filtrage, extraction de signaux, reconnaissance de la parole, etc…


4

Introduction

Pourquoi le traitement numérique du signal ? Grande résistance aux bruits Indépendance par rapport aux tolérances de

fabrication Précision arbitraire Stabilité dans le temps Stockage des données sans dégradation Duplication des valeurs sans altération Programmation flexible Développement rapide


5

Introduction

Structure générale des applications de TNS :

ADC = Analog to Digital Converter DAC = Digital to Analog Converter


6

Introduction

Besoins en TNS :

Calculs rapides Contraintes temps réel Contraintes des systèmes embarqués Production de masse


7

Introduction

Quel processeur utiliser pour le TNS ?

•ASIP = Application Specific Instruction set Processor•ASIC = Application Specific Integrated Circuit

microcontrôleurs : pas assez performants ASIC : beaucoup trop coûteux, mise en oeuvre complexe et longue ASIP : beaucoup trop coûteux, définition complexe processeurs généralistes : pas temps réel, trop coûteux, consomment trop d’énergie,

difficilement embarquables

Solution : Faire des processeurs spécifiques pour le traitement numérique du signal

DSP


8

Définition

La mise en œuvre d’un DSP se fait en lui associant

la mémoire (RAM,ROM) et les périphériques. Un DSP est le cœur d’un système de traitement

numérique audio


9

Architecture DSP

Architecture interne

La façon dont les éléments d'un système à microprocesseur sont interconnectés et échangent leur information

Architecture de Von Neumann

Architecture de Harvard


10

Architecture de Von Neumann

Mémoire globale

La caractéristique de cette architecture est qu'elle ne possède qu'un système de bus. Un microprocesseur basé sur une structure Von Neumann stocke les programmes et les données dans la même zone mémoire.


11

Architecture de Harvard

mémoire séparé

•permet une exécution plus rapide des instructions.•Il n'y a aucun risque que le processeur écrire des données dans la mémoire programme et corrompe le programme.


12

Utilisation de ces structures dans les DSP

L’architecture généralement utilisée par les microprocesseurs classiques est la structure Von Neumann. L’architecture Harvard est plutôt utilisée dans des microprocesseurs spécialisés pour des applications temps réels, comme les DSP.

coût supérieur de la structure de type Harvard

Structure de Harvard modifiée


13

exemple


14

Particularités DSP

L’opération MAC

le traitement numérique du signal revient à effectuer essentiellement des opérations arithmétiques de base du type A = (B x C) + D.

Un microprocesseur classique nécessite plusieurs cycles d’horloge Les DSP disposent de fonctions optimisées permettant de calculer A

beaucoup plus rapidement. Les DSP ont un jeu d’instructions spécialisé permettant de lire en mémoire

une donnée, d’effectuer une multiplication puis une addition, et enfin d’écrire en mémoire le résultat, le tout en un seul cycle d’horloge


15

L’opération MAC

Actuellement, un DSP de gamme moyenne effectue une opération MAC sur des données de 16 bits en moins de 25 nS, soit 40 000 000 opérations par seconde.


16

Utilisation de l’instruction MAC


17

L’accès à la mémoire

Les DSP sont capable de réaliser plusieurs accès mémoire en un seul

cycle. gain du temps

Les modes d’adressages des données sont un point particulier des DSP

Un DSP peut posséder plusieurs unités logiques de génération d’adresse, travaillant en parallèle avec la logique du cœur du DSP.

Il existe plusieurs modes d’adressages pour les DSP.


18

Types de DSP :

DSP à virgule fixe: Les données sont représentées comme étant des nombres

fractionnaires à virgule fixe (exemple -1.0 à 1.0), ou comme des entiers classiques.

DSP à virgule flottante: Les données sont représentées en utilisant une mantisse et un

exposant:

n=mantisse*2exposant


19

Types de DSP :

Sur les DSP à virgule fixe, le programmeur doit rester vigilant à chaque étape d’un calcul. Ces DSP sont plus difficiles à programmer.

Les DSP à virgule flottante fournissent une très grande dynamique. Les DSP à virgule flottante sont plus chers et consomment plus d’énergie.

En termes de rapidité, les DSP à virgule fixe se placent d'ordinaire devant leurs homologues à virgule flottante, ce qui constitue un critère de choix important.


20

DSP en pratique

Etude de marché Domaines d’applications DSP et traitement de la parole


21

Etude de marché

Fabricants:Il existe différents fabricants de DSP sur le marché. Analog Devices propose entre autre des DSP incorporant

comme périphériques des ADC et des DAC. Freescale. Lucent. Microchip propose deux familles dénommées Digital Signal

Contrôler (dsPIC30F et dsPIC33F), qui sont des microcontrôleurs avec des capacités de calcul renforcées et des périphériques de conversion analogique-numérique.

Texas Instruments a une gamme étendue, comportant en particulier les familles C6000, C5000 et C2000.


22

Le classement du tableau est effectué selon le nombre de

bits du bus de données et le temps d’exécution d’un cycle, puis d’une opération complexe, comme la transformée de Fourier rapide à 1024 points de calcul.

Comparaison des DSP fabriqués par Texas Instrument et Analog Devices


23

Les microprocesseurs sont en perpétuelle évolution, chaque nouvelle génération est plus performante que l’ancienne, pour un coût moindre.

Processeur de signal numérique [DSP] Pioneer DEQ-P800

Prix: $59.99

Carte DSP 8 canaux

PRIX : 1 075$

Les prix


24

TELECOMMUNICATIONS

Fonctions dsp :Modulation and Transmission, Démodulation and Réception, Compression, commutation, routage, DTMF, Encryptage, amélioration des signaux, annulation d'écho, multiplexage

Applications :Modems, Fax, autocommutateurs publics et privés, accueils automatiques, radio-téléphones, Pagers, Systèmes GPS, Vidéo Téléphones, systèmes Satellite, boucle locale radio, faisceaux hertziens

Domaines d’applications


25

INSTRUMENTATION ET MESUREFonctions dsp :Transformée de Fourier rapide (FFT), Filtrage, synthèse de forme d'onde, filtrage adaptatif, calculs rapides

Applications :Equipements de tests et mesures, analyse de vibration, Cartes d'entrées-sorties pour PCs, systèmes auto : injection contrôlée, ABS, contrôle actif du bruit (générateurs d' "anti-bruit"), systèmes de forage pétrolier, Instruments sismiques , mesure de puissance, simulateurs de vols, analyseurs de réseaux, générateurs de signaux



26

ELECTRONIQUE MEDICALE

Fonctions dsp :Filtrage, annulation d'écho, FFT 2D et 3D, générateurs de signaux

Applications :équipements d'assistance respiratoire et cardiaque, échographies, analyseurs biologiques, surveillance pré-natale, kinésithérapie, Scanners, IRM, oreillettes



27

TRAITEMENT D'IMAGEFonctions dsp :Filtrage "spatial", FFT 2D et 3D, reconnaissance de forme, lissage, filtrage

Applications :lecteurs de codes à barres, recherche sous-marine d'objets, systèmes d'inspection automatique, reconnaissance d'empreintes digitales, TV numérique, Sonars, Radars, Robotique.



28

INDUSTRIE - CONTROLE DE MOTEURSFonctions dsp :Filtrage, FFT, PID, calculs rapides, réduction de bruit.

Applications :contrôle de vitesse de moteur, Robotique, gestion de puissance, générateurs, ascenseurs, climatisations, contrôle de trafic, systèmes de Navigation, disques durs, analyseurs de Vibration



29AUDIO

Fonctions dsp :Réverbération, contrôle de tonalité, écho, filtrage, compression audio, égalisation en fréquence, transposition de fréquence, effets "spatiaux", surround

Applications :Instruments de musiques et Amplificateurs, consoles de mixage, équipements d'enregistrement digitaux ou non, équipements de diffusion, cartes pour PC, jeux et jouets, auto-radios, lecteurs de CDRom, TV, hauts parleurs haut de gamme



30

TRAITEMENT DE LA PAROLE

Fonctions dsp :synthèse et reconnaissance vocale, Compression, lecture de texte, emails, sms, transposition d fréquence, Filtrage, enregistrement et playback

Applications :enregistreurs sans support magnétique, répondeurs-enregistreurs, boîtes vocales, systèmes de sécurité par reconnaissance vocale, interphones, cartes pour PC, jeux et jouets


31


Application DSP

Présentation de visualdsp++

Simulations


32

Conclusion

Les bonnes raisons d'apprendre DSP :

1- C'est l'avenir

2- DSP peut arracher le succès de la gueule de l'échec

3- Les simples programmes informatiques

4- Digital Filters: simple à mettre en œuvre performance incroyable!

33


Merci pour votre attention!

Digital Signal Processor ( DSP ) [French]

Technology

Transcript of Digital Signal Processor ( DSP ) [French]