浅谈数字信号处理

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　　摘 要：数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，DSP发展非常迅速，其应用领域也逐渐开展到了通信、计算机、消费类电子产品等多个领域，为数字化时代的到来奠定了基础。
　　关键词：数字信号处理；应用
　　中图分类号： TN911.72 文献标识码：B 文章编号：1009-9166（2010）029(C)-0103-01
　　
　　数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到逊色的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。
　　以前数字信号的处理主要依赖微处理器（MPU）来完成。但是，MPU的运算速度很低，无法满足高速、实时的要求，而且处理系统庞大，成本高昂，限制了数字信号处理系统的应用和发展。直到l970年代末，有人提出了数字信号专用处理器（DSP）的理论和算法。众所周知，数字电路具有便于集成、成本低廉、更新换代迅速、使用方便等优点，而数字信号在传输和处理过程中具有保密性好，便于纠错和处理等优点。所以在诸多的应用场合，尤其是今天的数字化时代，许多模拟信号都是转为数字信号进行处理的。这就是DSP数字信号处理器大显身手的原因。随着微电子技术，尤其是大规模集成电路工艺技术水平和设计水平的飞速提高，DSP发展非常迅速，其应用领域也逐渐开展到了通信、计算机、消费类电子产品等多个领域，为数字化时代的到来奠定了基础。
　　在急需对收集的图像、语音进行处理的军事侦察和航空航天等军事领域方面，DSP应用的最早。例如，侦察卫星收集到了由照相机或摄像机的模拟图像资料后，必须对它们进行处理以便去除背景噪声，获得有用的信息，同时还要发回地面接收站。在整个过程中，以数字化形式处理信号具有显而易见的优势。DSP可以使用这些信号以加密的方式，高速传回地面。DSP用于GPS制导系统中，可以高速分析定位卫星信号并将指令传给飞行器，大大提高了制导效率和制导精度。另外，军事通信、数据处理和传输都是DPS的应用范围。
　　在民用方面，数字移动蜂窝电话是DPS应用的最重要领域。由于DSP具有强大的计算能力以及低廉的价格，使得数字移动通信系统迅速普及，原来笨重而又昂贵的“大砖头”让位给了小巧玲珑、价格合理的GSM手机。另外，由于采用DSP技术，蜂窝电话的升级换代更加方便，只要在统一的硬件平台上就可以通过软件进行，这就是新款手机不断推出的主要原因。
　　Modem是DSP应用较早的领域。早在1987年TI的DSP芯片就用到了Modem上。现在，56Kb/s的Modem已经是拨号上网的标准配置。最近，又开发了ADSL Modem．以及Cable Modem等产品，在这个过程中，DSP芯片扮演了至关重要的角色。ADSL Modem对于因特网可以说是有着划时代意义的，它的下行传输速度可以高达6．3Mb/s，使得传输动态图象成为可能。这样一来，制约因特网发展的速度太慢的问题就得到解决，因特网可以开展一些诸如视频点播，会议电视等新业务，从而使之成为真正的商业化传媒。目前的硬盘容量不断增大，而价格却没有上升，这主要得益于CDSP的出现。预计，在不远的将来，一个DSP就可以完成PC机所有多媒体动能。
　　在消费电子方面，DSP也有极大的发展潜力。数字化的音响设备由于DSP的存在，其更新换代极为迅速；在视频处理上，DPS不仅大量用于JPEG等静止图象，还用在MPEG动态图象系统中，为我们的生活增添了色彩。
　　如今，集成度较高的DSP芯片不仅在图像处理、语音处理、通信、计算机等领域得到广泛应用，而且已经逐渐渗透到我们生活的各个方面，比如汽车驾驶控制（TI为凯迪拉克设计的自动驾驶控制芯片），甚至是玩具（TI为World of Wonder设计的用于洋娃娃的DSP芯片）。
　　随着DSP深入到各种应用领域，系统设计人员和用户也对它提出了更高要求。所以DSP厂家面临下面几个问题：
　　首先，进一步缩小DSP芯片的尺寸，使得系统级DSP成为可能。现在，DSP厂家纷纷采用新工艺，将几个DSP芯核、MPU、专用处理单元、外围电路和存储单元等都集成在一个芯片上，成为系统的DSP。TI的TMS320C80是目前集成水平的芯片，它集成了四个DSP，一个RISC处理器，一个传输控制器，二个视频控制器。但这样的规模和功能依然不能满足系统飞速发展的要求，所以还需要进一步提高系统集成度。
　　第二，提高DSP的灵活性、可扩充性。可编程DSP为DSP应用厂家提供了极大地舞台。不同的厂家可以在同一个DSP平台上开发出用于不同场合的系统。同时，还可以为这些系统的升级留有相当大的空间。因而，这些厂家对于可编程DSP的编程工具、DSP自身价格设计都提出了更高的要求，以便满足迅速变化的市场。
　　第三，更高的运算速度是人们永无止境的追求。目前的TI TMS320C6x是运算速度最快的DSP芯片，该芯片采用VLIW（Very Long Instruction Word超长指令字）技术，其速度高达1600MIPS。现在的DSP大都采用0.5ram―0.35mm CMOS技术。但随着这项大规模集成电路技术的发展，DSP芯片可以进一步变的更小，速度也会越来越快。从理论上讲，DSP芯片速度再提高100倍应是可以的，但这需要DSP的生产厂家付出艰苦的努力。
　　业内人士称，DSP将是未来集成电路领域发展最快的电子产品，并成为电器产品更新换代的决定性因素，它将彻底改变人们的工作、学习和生活方式。
　　
　　 作者单位：徐州空军学院训练部

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