DSP技术的应用和发展前景

DSP技术的应用和发展前景

【摘要】数字信号处理（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。本文概述了数字信号处理技术的发展，分析了DSP处理器在多个领域应用状况，介绍了DSP 的最新发展，对数字信号处理技术的发展前景进行了展望。

【Abstract】Digital signal processing (DSP) is the one who is widely used in many disciplines involved in many areas of emerging disciplines. This paper outlines the development of digital signal processing technology, processes, analyzes the DSP processor, application status in many areas, introduced the latest developments in DSP, digital signal processing technology for the future development prospects.

【关键词】信号数字信号处理信息技术

【Key words】Signal digital signal processing Information Technology

1 什么是DSP？

DSP是Digital Signal Processing 的缩写，意为数字信号处理，简称DSP。DSP是一门涉及许多学科而又广泛应用于诸多领域的新兴学科。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，并到迅速的发展。在过去的二十多年，数字信号处理的应用已从军事、航空航天领域扩展到信号处理、通信、雷达、消费等领域。主要应用有：信号处理、通信、语音、图形／图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗家用电器等。DSP之所以获得广泛应用，是因为其具有显著特点。

2 DSP的特点

数字信号处理包含数字信号处理技术与数字信号处理芯片。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩和识别等处理，得到符合需要的信号形式。数字信号处理的实现方法一般有以下几种：⑴在通用计算机上用软件实现该方法速度太慢，适于算法仿真；⑵在通用计算机系统上加上专用加速处理机实现该方法专用性强，应用受限制，且不便于系统独立运行；⑶用通用单片机实现这种方式多用于一些不太复杂的数字信号处理，如简单的PID控制算法；⑷用通用可编程DSP芯片实现与单片机相比，DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件与硬件资源，可用于复杂的数字信号处理处理算法；用专用DSP芯片实现在一些特殊场合，要求信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现，而专用DSP芯片可以将相应的信号处理处理算法在芯片内部用硬件实现，无需编程。

3 DSP的应用

一、数字化移动电话数字化移动电话尽管花样繁杂，但基本上可划为两大类：高速移动电话和低速移动电话。其中，高速移动电话顾名思义是在高速移动体里使用的电话，诸如可在飞机、轮船和汽车等里自由通话的电话。虽然数字化高速移动通过标准很多，但当今普遍应用的是欧洲GSM（GlobalSyste mforMobileCommunication）标准。自从推出数字化蜂窝式电话机以来，现已遍布全球70多个国家广泛应用。俗称G SM标准的数字化蜂窝电话，叫作数字化大哥大，它具备国际漫游（Roaming）功能，SIMC（SubscriberIdentificat ionModuleCard）给用户带来使用大哥大的方便。现正在扩展数据通信服务能力以及它与ISDN系统兼容性，例如，英国BT公司的Cellnet部已经利用GSM提供数字化数据和传真服务，于是东芝笔记本电脑也安上了数字化的大哥大。所谓低速移动电话，当然在高速移动体里完全不能应用，然而在步行速度下却很好用，价格远比数字化大哥大便宜，因此称为穷人的大哥大。低速移动电话就其实质而论。它是数字化无绳电话，仍然保持模拟式无绳

电话的子母式结构：子机亦称为手机，可以距母机为百米左右半径内的空间里自由步行移动情况下实现通过话；母机也称为基地站，可作为家庭里的留守电话，也可悬挂在商店的墙壁上，街道的电线柱上，广为分布。由统一的交换设施进行管理，实现无缝交递（SeamlessHandOn）功能。这类低速移动电话式标准很多。例如，欧洲较为普遍应用的DECI （DigitalEuropeanCordlessTelecommunictaion），日本、南韩东南亚应用的PHS （PersonalHandy－phoneSystem ）以及Philips和我国联合开发的DCCT（Digital ChinaCord lessTelephone）。其中，尤以PHS和DECT制式低速移动电话发展较快，我国的DCCT由于缺乏关键性的DSP技术仍处于设计阶段。数字化移动电话（包括高速和低速）的每个手机，都要用至少1个DSP器，因此，高速发展的数字化移动电话急需极为大量的DSP器件，请参阅照片3。二、数据调制解调器从所周知，数字信号处理器的传统应用领域之一，就是调制解调器。如今，调制解调器作为联系通信与多媒体信息处理系统的纽带，日益受到重视。特别是近年来Internet热潮，方兴未艾，普通百姓在Internet上冲浪蔚然成风。利用PC机通过调制解调器经由电话线路，实现拨号连接Internet已是最简便的访问形式。由于Internet用户急剧增加，一度致使28．8Kbps的调制解调器成为市场上的脱销产品。特别是由PC机上利用浏览程序调用活动图像信息时，期望使用数据传送速度更高的调制解调器。为适应这种新需求，国际上已制订出高速（33．6Kbps）调制解调器国际标准。这就意味，在高速调制解调器里需要更高性能的DSP器件。这种33．6Kbps的调制解调器（V．34）是为传送数据而设计的，在此基础上发展出DSVD调制解调器，它既可传送数据又可传送声音。无疑，这样一来将需要更高功能的DSP器件。随着高性能调制解调器不断出现，似乎低速的调制解调器如像V．17（14．4Kbps）再也没有用武之地。事实上，刚刚相反，如今信息家电抬头，例如PHS母机留守电话与个人FAX一体化的产品大量上市。这就是说，V．17（14 ．4Kbps）型的调制解调器仍有市场。于是，各种调制解调器里要求的DSP也是多种多样的。三、磁盘／光盘控制器需求随着多媒体信息化的发展，各种信息存储媒体产品都应运而生，诸如磁盘存储器、CD－ROM和DVD（DigitalVer satileDisk）－ROM新产品纷纷上市。今日的磁盘驱动器H DD，存储容量已相当可观，大型HDD姑且不谈，就连普通P C机的HDD的存储容量已高在1GB以上，详见照片4。小型HD D向高密度、高存储容量和高速存取方向发展，其控制器必须具备高精度和高速响应特性，它所用的DSP性能也是今非昔比，高速DSP是必不可少的关键性器件。日本的HDD技术不能超过美国，于是把主攻方向集中到光盘技术，在1996年日本第35届ElectronicsShow＇96上，终于把DVD－ROM产品公布于众。而且，日本并不以此为满足，志在夺取可擦写的DVD－RAM。仅就DVD－ROM而论，单面1片12cm盘片记录4．7GB 信息量，相当于直径12cm的软盘FD片3200张之多，比CD－ROM存储容量高出6倍。如此高密度的DVD－ROM，读出控制的精细程度可想而知。HDD和光盘机的控制器里之所以必须利用高速DSP，主要是利用其高速“积和”处理能力。因为，盘片旋转控制、磁头定位控制和光盘中的激光束聚焦控制，都是采数字伺服与系统控制技术。这是现在控制技术，建立在数学模型基础之上。通过复杂的矩阵运算实现控制。没有高速运算的DSP，是绝对不行的。四、图形图像处理需求DVD里应用的活动图像压缩／解压缩用MPEG2编码／译码器，同时也广泛地应用于视频点播VOD、高品位有线电视和卫星广播等诸多领域。在这些领域里，应用的DSP应该具备更高的处理速度和功能。而且，活动图像压缩／解压技术也日新月异，例如，DCT变换域编码很难提高压缩比与重构图像质量，于是出现了对以视觉感知特性为指导的小波分析图像压缩方法。新的算法出现，要求相应的高性能DSP。最近，日本各大学和高技术企业对于开发虚拟现实VR系统，投入相当力量，利用现代计算机图像学CG生成3 维图形，迫切需要多个DSP并行处理系统。其中，系统里的结点DSP 单元，要求采用与并行处理相适应的体系结构。彩色静止图像压缩／解压，现在普遍应