Digital Signal Processor ( DSP ) [French]

2ème année Génie Des Systèmes De Télécommunications et Réseaux
Etude des antennes

Réalisé par: Encadré par:
 Assia MOUNIR
Mr. TALI
 Khadija BELMOUDDEN

 Imane BOULLAILI

Année Universitaire Traitement de la parole
2008-2009

PLAN
2

I- Introduction
II- Les DSP
1- Définitions
2- Architecture
3- Particularités des DSP
4- Types de DSP
III- DSP en pratique
1- Fabricants
2- Applications
IV- Simulation
V- Conclusion
Digital Signal Processing

Introduction
3

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…


Introduction
4

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

Introduction
5

Structure générale des applications de TNS :

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


Introduction
6

Besoins en TNS :

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


Introduction
7

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

Définition
8

 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


Architecture DSP
9

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


Architecture de Von Neumann
10

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.


Architecture de Harvard
11

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.


Utilisation de ces structures dans
les DSP
12

 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


exemple
13


Particularités DSP
14

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


L’opération MAC
15

 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.


Utilisation de l’instruction MAC
16


L’accès à la mémoire
17

 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.


Types de DSP :
18

 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


Types de DSP :
19

 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.


DSP en pratique
20

 Etude de marché
 Domaines d’applications

 DSP et traitement de la parole


Etude de marché
21

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.

Comparaison des DSP fabriqués par Texas Instrument et Analog Devices
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.


Les prix
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$


Domaines d’applications
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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 Digital Signal Processing

25

INSTRUMENTATION ET MESURE
Fonctions 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'IMAGE
Fonctions 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. Digital Signal Processing

28

INDUSTRIE - CONTROLE DE MOTEURS
Fonctions 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

29
AUDIO

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 Processing
Digital Signal vocale, interphones, cartes pour
PC, jeux et jouets

31 Simulations
Application DSP
Présentation de visualdsp++


Conclusion
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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!


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