DSP技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

吳思龍 劉志超 胡騫 謝峰

摘 要：現(xiàn)在是信息化時代，數(shù)字化是信息化實現(xiàn)的基礎(chǔ)前提。數(shù)字信號處理技術(shù)是數(shù)字化的核心技術(shù)之一。DSP器件完成了數(shù)字信號處理的大部分任務(wù)。所以我們一般用DSP技術(shù)來代表數(shù)字信號處理技術(shù)，已經(jīng)成為快速發(fā)展的前沿技術(shù)。本文介紹了DSP技術(shù)在各個領(lǐng)域的應(yīng)用，并探討了未來的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：數(shù)字化；DSP；應(yīng)用；發(fā)展趨勢

一、引言

DSP（Digital Signal Processing）也就是我們所說的數(shù)字信號處理器。它是專門對模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號后進(jìn)行高速實時處理的專用處理器。數(shù)字信號處理器具有靈敏、快速、低功耗和可編程等優(yōu)點，自它問世以來，得到了廣泛的應(yīng)用。我們現(xiàn)在經(jīng)常遇見的語音、語言的處理、信號的處理、圖像的處理、測量分析等領(lǐng)域，都有DSP技術(shù)的身影。DSP芯片采用了哈佛結(jié)構(gòu)，使得數(shù)據(jù)總線與程序總線分離，相較于傳統(tǒng)的處理器采用的馮若依曼結(jié)構(gòu)，指令執(zhí)行速度更高，性能更好，它的處理速度是目前最快的CPU的10到50倍左右。DSP被譽(yù)為信息社會革命的“旗手”，成為計算機(jī)、通信、手機(jī)等產(chǎn)品的基礎(chǔ)器件。

二、DSP技術(shù)的應(yīng)用

DSP技術(shù)由于其自身具有很大的優(yōu)勢，所以被很多領(lǐng)域所采用。在電力系統(tǒng)：電力系統(tǒng)模擬量采集和測量、繼電器保護(hù)、變電站自動化；數(shù)字通訊技術(shù)領(lǐng)域：多媒體通信、軟件無線電；工業(yè)控制領(lǐng)域：超精密機(jī)床伺服控制方面、機(jī)器人控制；虛擬儀器方面；儀器儀表領(lǐng)域；汽車電子系統(tǒng)等等都有DSP技術(shù)的存在。我們重點介紹DSP技術(shù)在多媒體通信、儀器儀表和汽車電子系統(tǒng)中的應(yīng)用。

1.DSP技術(shù)在多媒體通信的應(yīng)用

文字、語言、圖像、數(shù)據(jù)等媒體就是我們平時所說的多媒體。期中視頻和音頻數(shù)據(jù)占多媒體數(shù)據(jù)的絕大部分。對音視頻的數(shù)字化處理量是非常龐大的，需要先采用先進(jìn)的壓縮編碼算法進(jìn)行壓縮處理，大大縮小占用的空間，提高數(shù)據(jù)傳輸效率，這樣多媒體通信系統(tǒng)才能普遍實現(xiàn)。這就需要在多媒體終端快速處理信息，用戶得到良好的體驗交互。DSP的出現(xiàn)使其成為了現(xiàn)實，它在語音編碼、圖像壓縮與還原等多媒體通信中得到充分的應(yīng)用。DSP基本能夠?qū)崟r實現(xiàn)大部分國際標(biāo)準(zhǔn)的語音編碼解碼算法與協(xié)議。DSP技術(shù)還大量應(yīng)用在移動通信的語音壓縮和調(diào)制解調(diào)器中。現(xiàn)代DSP完全有能力實現(xiàn)中、低速的移頻鍵控、相移鍵控的調(diào)制與解調(diào)以及正交調(diào)幅調(diào)制與解調(diào)等。

2.DSP技術(shù)在儀器儀表中的應(yīng)用

儀器儀表行業(yè)主要用的是高檔單片機(jī)，DSP已經(jīng)開始涉足進(jìn)來，并且發(fā)展迅速，大有取代的趨勢。傳統(tǒng)的儀器儀表，由于需要數(shù)據(jù)處理，硬件電路就會很復(fù)雜。DSP具有豐富的片內(nèi)資源，可以大大簡化硬件電路，實現(xiàn)儀器儀表的SOC（System On Chip，即片上系統(tǒng)）設(shè)計。

測量速度和精度是衡量儀器儀表性能的重要指標(biāo)，DSP芯片的應(yīng)用能使這兩項指標(biāo)大大提高。例如TMS320F2810，它具有32位CPU內(nèi)核，12位A/D轉(zhuǎn)換器、豐富的片內(nèi)存儲器，再加上靈敏的指令系統(tǒng)，為我們提供了開發(fā)快速、高精度儀器的平臺。

3.DSP技術(shù)在汽車電子系統(tǒng)中的應(yīng)用

汽車目前成為了大眾商品，汽車技術(shù)得到長足的發(fā)展，期中汽車電子系統(tǒng)成為汽車發(fā)展的重點。汽車?yán)锏募t外線或毫米波雷達(dá)，需要DSP進(jìn)行分析處理。汽車的防撞系統(tǒng)，需要利用攝像機(jī)把外面拍攝的圖像數(shù)據(jù)傳給駕駛系統(tǒng)，這就需要DSP來對圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

三、DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢

DSP技術(shù)未來的發(fā)展趨勢主要有以下幾個方面：

①向系統(tǒng)集成DSP發(fā)展，在一個芯片上集成DSP芯核、MPU芯核、外圍電路單元、專用處理單元和存儲單元等。

②更多的采用具備多通道、超標(biāo)量、多處理、多線程、超長指令字等超級哈佛結(jié)構(gòu)將在未來的DSP內(nèi)核結(jié)構(gòu)中占據(jù)主導(dǎo)地位。

③可編程的DSP將逐步取代定式的DSP。生產(chǎn)廠商可以在同一個DSP平臺上開發(fā)不同類型的產(chǎn)品用來滿足客戶個性化的需求?？删幊痰腄SP也使得用戶升級系統(tǒng)更加方便。

④更好的性能、更快的運(yùn)算速度是不變的趨勢。

⑤定點DSP將成為主流。浮點DSP的運(yùn)算精度高、動態(tài)范圍大，但是成本高，功耗高。而定點DSP器件成本低、功耗低、對存儲器的要求也低。目前DSP器件市場80%以上都屬于16位定點可編程DSP器件。

⑥FPGA器件配合傳統(tǒng)的DSP器件可以處理更多的信道，來達(dá)到高速實時處理功能，滿足多媒體、無線通信等領(lǐng)域的需要。

⑦DSP與微處理器（MCU）結(jié)合起來的雙核平臺，由于既能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，又可以提高智能控制，成為DSP技術(shù)發(fā)展的新趨勢。OMAP是這種雙核平臺的典型例子，是由TI公司發(fā)布的。

DSP產(chǎn)品在我國擁有廣闊的市場，眾多國內(nèi)外廠商開始在中國布局。DSP芯片的品種和技術(shù)將越來越多種能、低功耗、高性能發(fā)展。

四、結(jié)束語

在這個信息化的時代，DSP應(yīng)用在通訊領(lǐng)域、數(shù)字影音的產(chǎn)品將越來越普及，使得相關(guān)市場需求越來越大，未來DSP市場競爭將越趨激烈。相信在未來的時間里DSP技術(shù)一定會被更加重視及關(guān)注，會為科技的進(jìn)步帶來很大發(fā)展。

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（作者單位：武漢科技大學(xué)國際學(xué)院）