爱华网DSP技术类型应用及前景
学院:计算机科学与技术
专业：通信工程
摘要：数字信号处理（DigitalSignalProcessing，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迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛DSP技术图解的应用。DSP技术也成为目前电子工业领域发展最迅速的技术，在各行各业的应用越来越广泛，在我国的市场全景也越来越广阔，了解和学习DSP技术知识也越来越重要。
关键字：通信及多媒体领域应用 数字移动通信软件无线电高清晰度电视语音及图像处理识别应用调制解调器 综合业务数字网多媒体个人数字化产品 图形图像处理声音处理 控制领域的应用电机和机器人控制激光打印机、扫描仪和复印机网络控制及传输设备汽车及其他工业应用 石油勘探、飞行器风洞试验的高速数据处理自动测试诊断设备及虚拟仪器 军事武器
随着DSP性能的不断改善，用DSP来完成实时数字信号处理已成为当今数字信号处理技术发展的一个热点。DSP的应用几乎遍及电子学的每一个领域，并成为当今产量和销量增长幅度最大的电子产品之一。现将DSP常见的典型应用归纳为如下几个方面：
(一)通信及多媒体领域应用
在当今的DSP应用市场上，通信设备和网络以下是其中几个应用方面：
(1)数字式移动通信系统多媒体技术是最大的用户
数字式蜂窝移动通信系统(CSM)中，基站和手机设备大量采用DSP来实现CDMA和新的移动通信体制(3G)中，DSP都是其关键技术之一。目前国内已有1。4亿用户持有移动通信手机。并且用户增长势头不减，可见其市场之大。
(2)软件无线电(SonwareRadio)
软件无线电的研究实现工作近年来得到充分重视与迅速发展。软件无线电是指在无线电通信系统中，通信设备或单元的工作频段、调制解调方式、业务种类、数据速率与格式、控制协议等都可以通过软件进行重构和控制，选用不同的软件模块就可以实现不同类型和功能的无线电台。这样，过去的模拟硬件通信系统，就会被数字化、可编程硬件及软件实现所代替。软件无线电的核心思想就是在尽可能靠近天线的地方使用宽带A／D和D／A转换器，以便实现数字化处理，其关键技术之一就是以D5P为核心的高速实时数字信号处理器技术。
(3)高清晰度电视(HDTV)和语音及图像处理识别应用
高清晰度电视(HDTV)系统、VCD、DVD等数字图像影视播放系统，以DSP为核心设计时，产品就具有很强的灵活性和智能化功能，产品的升级换代及制式转换都很容易。语音电话声码器、指纹识别、图像数据压缩与传输、汽车牌照识别与跟踪等需要实时完成数字信号处理任务的系统，都离不开DsP技术。
(4)调制解调器(Modem)
调制解调器中信号处理的算法和信道自适应检测及速率设置主要是依靠DSP或由DSP核组成的专用ASIC来完成。在便携式计算机中，要求调制解调器的体积小、重量轻、功耗特别低，从而对D5P的要求就更高。
(5)综合业务数字网(1SDN)
综合业务数字网ISDN在显著降低成本的同时，使数据转输速率得到了很大的提高。DSP的使用，使一些需要高速率数据传输和信息实时处理的新业务得到发展和应用，如视频会议、远程医疗、远程教学等。
(6)多媒体个人数字化产品
MP3播放器、数码相机、掌上电脑、智能电子辞典、数码录音笔、数码复读学习机等多媒体个人数字化产品是将传统的模拟视频信号和声音信号转换为数字信号并处理和显示的。视频和音频信号数字化所产生的大量数据的处理和产品友好的智能化控制要依靠高性能的DSP来完成。D5P还要完成包括视频信号与音频信号的编码／解码、彩色空间转换、回音消除、滤波、误码校正和复用、比特流协议处理等。
（7）图形图像处理
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
(8)声音处理
声音数字压缩技术早已获得应用，其中以脉冲编码调刿PCM)的方法最普遍。但由于它只能压缿0%数字，因此仍未足以应付未来计算机应用。DSP已经在音效应用中得到广泛采用，而且大部分应用于音效产品的技术，例如应用于多媒体音效卡。NEC公司推出了控制声音区域的DSP，可以应用于音效卡。新加坡音效卡供应商CreativeTechnology的技术销售专家IanSkelton强调指出，DSP面市后，语音便成了工作重点。改进DSP，就能改进语音的吞吐量，从而减轻PC的负荷及改进语音。目前，CreativeTechnolgy正从事语音和多媒体等方面的研究，让用户感到更方便
二）控制领域的应用
(1)电机和机器人控制
传统的电动机控制是采用放大器，电阻，电容等模拟器件来实现的。而
采用高性能和低成本的贴P和微控制器(MCU)的数字式控制器正在取代模拟控制器，以达到最佳的控制效果。以DSP为基础的电机控制有很多优点，可以在单片DSP内集成多个处理器，可采用先进的神经网络和模糊逻辑控制等人工智能算法，从而减少传感器和系统成本，使控制过程既快又精确和平稳。机器人智能的视觉、听觉和四肢的灵活运动都必须有D5P技术支持才能实时实现。
(2)激光打印机、扫描仪和复印机
先进的DSP技术可以使办公设备智能化。DSP在这些设备中所起的作用不仅仅是控制，还有繁重的数字信号处理任务，诸如字符识别、图像增强、色彩调整等。
(3)网络控制及传输设备
随着对网络功能和性能要求的不断提高，如视频信箱、虚拟现实、交互式电视等，从而要求更宽、更灵活的传输带宽。高性能的网络和其他需要实时传输和处理数据的网络控制器、网络服务器和网关等都有DSP技术的支持。异步传输模式(ATM，AsynchmnoMsTransfer Mode)正在成为高速数据通信的世界标准，而先进的D5P已可以为ATM交换提供多种实现方案。
(三)汽车及其他工业应用
由DSP做实时处理芯片的车辆防撞系统可以在极短的时间内作出判断并起动保护控制装置，以防事故的发生。在新型减震系统中，汽车或其他车辆的速度、加速度、车轮的位置等信息由传感器拾取后送给DSP处理，作出实时判断后动态地调整控制车轮的液压系统，以保证车体的平衡。静噪系统和使用D5P的节能及废气监控系统等，使汽车工业成为DSP的一大用户。一辆现代的高级轿车上，有30多处电子控制设备上用到了DSP技术。DSP在其他工业中的应用主要着重于伺服控制，嵌入式系统和实时数据处理。在自动组装、自动加工、工业机器人及现代技术改造传统产业方面起着越来越重要的作用。
(四)石油勘探、飞行器风洞试验的高速数据处理
石油勘探和风洞试验等使用大量的传感器采集现场数据，数据量大，信号处理的数学模型复杂。以DSP为核心的实时铁人式处理系统，可将数据按既定的数学模型作实时处理和压缩后上传。不仅系统的精确度高、抗干扰性好；且试验结束，就可以得到全部试验结果。改变信号处理模型就可改变测量方法，其灵活性是模拟系统无法比拟的。另外，井下测量设备要求体积小、功耗低，数据实时处理能力强以减小对数据上传带宽的要求，这些也只有DSP系统才能满足要求。
(五)自动测试诊断设备及虚拟仪器
现代电子系统设备中，有近月来60%的设备及资金是用于测试设备。自动测试设备(ATE)是DSP应用的又一广阔而活跃的领域。它集高速数据采集、传输、存储、实时处理于一体，自动完成时域、频域、调制域、数据域等的分析和测试，并且具有精度高、可靠性高及用户界面友好等优点。它正在逐步取代传统的模拟测试和分析设备，例如数字示波器、逻辑分析仪，网络测试仪等。在医疗测试与诊断方面，以DSP技术装备的超声仪、x—射线断层扫描、核磁共振等新型设备不断出现并得到广泛应用。
(六)军事武器装备
现代智能化高精尖武器装备中，都离不开嵌入式系统和DSP技术。DSP的功耗低、体积小、实时性反应速度都是武器装备中特别需要的。如机载空空导弹，在有限的体积内装有红外探测仪和相应的DSP信号处理器等部分，完成目标的自动锁定与跟踪。先进战斗机上装备的目视瞄准器和步兵个人携带的头盔式微光仪，需用DSP技术完成图像的滤波与增强，智能化目标搜索捕获。DSP技术还用于自动火炮控制、巡航导弹、预警飞机、相控阵天线等雷达数字信号处理中。
DSP在我国的市场前景
现代社会对数据通信需求正向多样化、个人化方向发展。而无线数据通信作为向社会公众迅速、准确、安全、灵活、高效地提供数据交流的有力手段，其市场需求也日益迫切。正是在这种情况下，3G、4G通信才会不断地被推出，但是无论是3G还是4G，未来通信都将离不开DSP技术（数字信号处理器)，DSP作为一种功能强大的特种微处理器,主要应用在数据、语音、视像信号的高速数学运算和实时处理方面，可以说DSP将在未来通信领域中起着举足轻重的作用。
为了确保未来的通信能在各种环境下自由高效地工作，这就要求组成未来通信的DSP要具有非常高的处理信号的运算速度，才能实现各种繁杂的计算、解压缩和编译码。而目前DSP按照功能的侧重点不一样，可以分为定点DSP和浮点DSP，定点DSP以成本低见长，浮点DSP以速度快见长。如果单一地使用一种类型的DSP，未来通信的潜能就不能得到最大程度的发挥。为了能将定点与浮点的优势集于一身，突破DSP技术上的瓶颈，人们又推出了一种高级多重处理结构--VLIW结构，该结构可以在不提高时钟速度的情况下，实现很强的数字信号处理能力，而且它能同时具备定点DSP和浮点DSP所有的优点。为了能推出一系列更高档的新技术平台，人们又开始注重DSP的内核技术的开发，因为DSP的内核就相当于计算机的CPU一样，被誉为DSP的心脏，大量的算法和操作都得通过它来完成，因此该内核结构的质量如何，将会直接影响整个DSP芯片的性能、功耗和成本。
考虑到未来无线访问Internet因特网和开展多媒体业务的需要，现在美国的Sun公司又开始准备准将该公司的拳头产品--PersonalJava语言嵌入到DSP中，以便能进一步提高DSP在处理信号方面的自动化程度和智能化程度。当然，在以前DSP中也潜入了其他软件语言，例如高级C语言，但这种语言在处理网络资源以及多媒体信息方面无能为力；而PersonalJava是一种适合个人网络连接和应用的Java环境，基于该环境的个人通信系统可以从网络和Internet网上下载数据和图像。此外，人们还在研究开发符合MPEG-4无线解压缩标准DSP，该压缩标准将为未来通信传输各种多媒体信息提供了依据。
DSP的应用已经涵盖了工业、通信、娱乐、个人医疗、教育、环境控制、安全等领域，我们期待着更多更好的应用。将来的人们对具有DSP核心的数字信息产品大概会情有独衷，因丿DSP会创造更多的价值
参考文献
(1) 数字信号处理[书]/丁美玿 高西全等//西安电子科技大学出版
(2) DSP技术及其前景[刊]/裘云//微计算机信息
（3）DSP技术的发展与应用【书】/彭启琮
