淺談數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展

肖媛媛 李莉

摘要：隨著計(jì)算機(jī)走入千家萬戶，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也開始在各行各業(yè)中取得廣泛應(yīng)用。同時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展前景廣闊。本文主要從數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的概念與工作原理出發(fā)，分析數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用模式，并展望未來數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)；工作原理；應(yīng)用；發(fā)展

一、引言

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)產(chǎn)生于上世紀(jì)七十年左右。隨著八十年代的產(chǎn)品普及，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在之后開始突飛猛進(jìn)。經(jīng)過半個(gè)世紀(jì)的縱向發(fā)展，DSP的應(yīng)用已從軍工領(lǐng)域開始進(jìn)入人民日常消費(fèi)的各個(gè)領(lǐng)域，并在很大程度上決定了電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的速度。目前，我國(guó)已經(jīng)進(jìn)入了DSP需求爆炸性增長(zhǎng)的新時(shí)代。

二、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)綜述

（一）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的概念與工作原理

所謂數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)是指將包括視頻、音頻、圖片在內(nèi)的模擬信息從充滿噪音、具有高度干擾性的環(huán)境中提取出來并轉(zhuǎn)化為機(jī)器與人類能夠識(shí)別的數(shù)據(jù)信息的一種技術(shù)。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的核心是模擬信息的提取與轉(zhuǎn)換，其以DSP微處理器為運(yùn)行基礎(chǔ)。DSP通過接收模擬信號(hào)，并將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為以0或1表示的數(shù)據(jù)信號(hào)。此時(shí)，DSP再對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行一系列的操作后，即可在其他的系統(tǒng)芯片中將處理后的數(shù)據(jù)信號(hào)再度編譯為模擬信號(hào)或適應(yīng)實(shí)際環(huán)境的格式。最終，經(jīng)過DSP微處理器提取與轉(zhuǎn)化的信息即可被機(jī)器與人類識(shí)別。

（二）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)對(duì)比

1、模擬信號(hào)處理技術(shù)

早期的信號(hào)處理領(lǐng)域多采取模擬信號(hào)處理，其在工作過程中常受到隨機(jī)變化值的影響。因此在經(jīng)過多次復(fù)制或遠(yuǎn)程的傳輸后，環(huán)境中隨機(jī)噪聲的負(fù)面效將對(duì)信號(hào)處理的結(jié)果影響較大。盡管在理論上，模擬方法具有無窮分辨率，即可以理解為其精確性理論上比數(shù)字信號(hào)處理的精確性高。但在實(shí)際中由于隨機(jī)噪聲的負(fù)面效應(yīng)會(huì)使信號(hào)受損，并且在受損后幾乎不可能被還原，盡管可以通過放大與過濾的方式降低噪聲的方式消除其負(fù)面效應(yīng)，但在實(shí)際應(yīng)用中，會(huì)導(dǎo)致模擬信號(hào)處理的精度與效率低下等問題。最終，模擬信號(hào)處理開始被逐漸淘汰出局。

2、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)

相較于過去的模擬信號(hào)處理，數(shù)字信號(hào)處理具有靈活精確與高速實(shí)時(shí)的優(yōu)勢(shì)。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)采用二值邏輯的邏輯運(yùn)算方法，因此其在工作過程中受電路噪聲以及溫度等因素的負(fù)面影響較小。這使數(shù)字信號(hào)處理的邏輯翻轉(zhuǎn)可能性較低，運(yùn)行將更加穩(wěn)定。同時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)可以利用軟件自由修改參數(shù)，靈活性更好。并且由于各類并行結(jié)構(gòu)的集成電路的應(yīng)用，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的集成度將更好。

三、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在各行業(yè)的應(yīng)用分析

（一）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在高頻通信領(lǐng)域應(yīng)用

高頻通信又被稱為短波通信，是指利用波長(zhǎng)在十米至一百米之間、頻率在三兆赫至三十兆赫之間的電磁波進(jìn)行的無線電通信。目前，高頻通信領(lǐng)域的關(guān)鍵技術(shù)之實(shí)現(xiàn)都依賴于數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)。例如在系統(tǒng)硬件方面，DSP芯片不僅可以對(duì)專業(yè)音頻信號(hào)進(jìn)行處理，而且部分DSP芯片的主頻效率可達(dá)300兆赫，每秒處理機(jī)器語言指令數(shù)高達(dá)2400。此外，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在高頻通信領(lǐng)域還可應(yīng)用于自適應(yīng)呼叫、靜態(tài)圖像的傳輸以及傳真等方面。運(yùn)用DSP處理信息模塊的工作流程具體可以劃分為三部分，首先必須將前段射頻信號(hào)調(diào)整成高頻信號(hào)，然后將高頻信號(hào)經(jīng)過變頻產(chǎn)生中頻信號(hào)進(jìn)行分析處理，最后將處理好的信號(hào)輸送到其該當(dāng)?shù)念I(lǐng)域中，實(shí)現(xiàn)數(shù)字量化的目標(biāo)。同時(shí)由于接收設(shè)備在接受電臺(tái)信號(hào)時(shí)，各發(fā)射臺(tái)的功率不一且各接收設(shè)備距離發(fā)射臺(tái)的遠(yuǎn)近不同，不同的接收設(shè)備所感生的有效信號(hào)強(qiáng)度也各不相同，并且在縱向空間中有較大起伏。因此，多數(shù)接收設(shè)備中都會(huì)安裝自動(dòng)增益控制電路。自動(dòng)增益控制電路不僅能夠有效反映放大器與寬帶信號(hào)的增益效果，同時(shí)能夠提供更多參考信息，為分析頻率譜密度與波形提供數(shù)據(jù)支持。終端設(shè)備若應(yīng)用了AGC信號(hào)，也能夠降低噪聲負(fù)效應(yīng)。在應(yīng)用自帶編程功能的變頻器將信號(hào)進(jìn)行減速以及濾波處理后，還要求輸出一部分頻譜。在經(jīng)過以上處理后，即可將專用于終端客戶的模擬信號(hào)發(fā)送給需求者。

（二）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在測(cè)繪工程領(lǐng)域的應(yīng)用

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)不僅可適用于高頻通信行業(yè)，還可應(yīng)用于測(cè)繪工程行業(yè)。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高測(cè)繪的精準(zhǔn)度。傳統(tǒng)的測(cè)量?jī)x器中常應(yīng)用高級(jí)單片機(jī)，即在一塊芯片上就集成了中央處理器、主存、只讀內(nèi)存等元器件。盡管單片機(jī)的價(jià)格便宜且應(yīng)用環(huán)境完備，但數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用逐漸淘汰了單片機(jī)。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在測(cè)繪設(shè)備中應(yīng)用時(shí)，不僅可以簡(jiǎn)化其硬件系統(tǒng)，還可提高其指令執(zhí)行效率，同時(shí)性價(jià)比也將更高。其應(yīng)用將推動(dòng)測(cè)繪工程向高精度、準(zhǔn)確性、零失誤的方向發(fā)展。

（三）數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生領(lǐng)域的應(yīng)用

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)在醫(yī)療衛(wèi)生方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在全數(shù)碼助聽器的產(chǎn)生。多數(shù)聽障患者由于其致病因素不同以及學(xué)識(shí)水平、生活習(xí)慣、語系等的差異，對(duì)于助聽器的聽力補(bǔ)償要求各具特色。但由于傳統(tǒng)助聽器的電子放大電路之局限性，其并不能滿足各聽障患者的不同需求。而若將DSP處理器應(yīng)用于助聽器后，DSP的高速實(shí)時(shí)與靈活精確的處理能力便能夠讓聽障患者根據(jù)其自由意志選擇其想聽到或不想聽到的聲音。

四、數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展前景

我國(guó)的數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)隨著半導(dǎo)體制造工藝的發(fā)展開始在各行各業(yè)得到愈加廣泛的應(yīng)用，但由于其發(fā)展時(shí)間尚短，因此總體上數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)仍處于發(fā)展的初級(jí)階段。同時(shí)，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的前景十分廣闊。

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)未來的研發(fā)將主要致力于四個(gè)方向：一是如何提高DSP運(yùn)算速率；二是如何降低功能及資源耗費(fèi)；三是如何縮小物理尺寸；四是如何完善內(nèi)部結(jié)構(gòu)。因此，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)未來的發(fā)展將趨向于自帶編程功能——可編程DSP。其應(yīng)用將使定點(diǎn)工廠的生產(chǎn)具有極大的靈活性，同時(shí)用戶也將更易于升級(jí)。這為通信領(lǐng)域的電子產(chǎn)品軟件升級(jí)提供了技術(shù)基礎(chǔ)。此外，在與其他集成電路融合的研究試驗(yàn)中，將DSP內(nèi)核電路直接嵌入處理器中將提高芯片的性能。

五、結(jié)語

數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的優(yōu)越性已不斷體現(xiàn)在各個(gè)領(lǐng)域中，并逐漸被各行各業(yè)所重視。數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)不僅在高頻通信領(lǐng)域發(fā)光發(fā)熱，也在其他方面取得了巨大成就。在DSP目前的前景規(guī)劃中，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也將根據(jù)實(shí)際需要，致力于提高處理器運(yùn)算速度、降低損耗、優(yōu)化內(nèi)部結(jié)構(gòu)，最終為各個(gè)領(lǐng)域提供更多便利。

參考文獻(xiàn)：

[1]邢文.數(shù)字信號(hào)處理中的前沿技術(shù)分析[J].煉油與化工，2015，26（06）：4-6.

[2]劉明亮，朱江淼.數(shù)字信號(hào)處理對(duì)電子測(cè)量與儀器的影響研究[J].電子測(cè)量與儀器學(xué)報(bào)，2014，28（10）：1041-1046.

[3]謝維信，陳曾平，裴繼紅，黃建軍，馮紀(jì)強(qiáng).大數(shù)據(jù)背景下的信號(hào)處理[J].中國(guó)科學(xué)：信息科學(xué)，2013，43（12）：1525-1546.

[4]李宏俊.數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)分析[J].電子制作，2013（14）：101.