淺談當(dāng)代數(shù)字信號處理特點及應(yīng)用

宋昊洋 劉實 劉瑩

摘要：隨著移動通信的發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)也得到了進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，且在我們的日常生活中扮演著越來越重要的角色。本文對數(shù)字信號處理的概念做了相關(guān)的概述，回顧了數(shù)字信號處理的發(fā)展簡史，從而歸納出數(shù)字信號處理具有靈活、精確、尺寸小、可靠性高、造價低、便于儲存、抗干擾能力強等諸多優(yōu)勢和特點。運用實例分析了數(shù)字信號處理在汽車電子系統(tǒng)領(lǐng)域中的應(yīng)用，并對數(shù)字信號處理的發(fā)展前景進(jìn)行了探索，以期為通信工程專業(yè)的技術(shù)人員提供一些開發(fā)與創(chuàng)新的思路。

關(guān)鍵詞：數(shù)字信號處理;通信工程;發(fā)展前景

一、數(shù)字信號處理的相關(guān)概述

對信號按照信號的自變量和幅度的取值特點可以將信號分為：模擬信號、離散時間信號和數(shù)字信號。模擬信號在時間和幅度上都是連續(xù)的，離散時間信號顧名思義它是自變量時間在定義域內(nèi)是離散的，是非連續(xù)的，可以通過對連續(xù)時間信號的采樣來獲得一個離散時間信號。而離散時間信號又并非數(shù)字信號，因為他只是在時間上離散，但在幅度上并沒有量化。若時間上離散且幅度上量化為有限字長的二進(jìn)制數(shù)，則是可以被我們的DSP芯片、計算機(jī)所運算和處理的數(shù)字信號。

而自然界中存在的信號大多為模擬信號，想要使用數(shù)字信號處理方式去處理，就要對模擬信號進(jìn)行一個模數(shù)轉(zhuǎn)換，然后才能對其進(jìn)行數(shù)字處理。首先，對采集到的模擬信號進(jìn)行濾波，將模擬信號經(jīng)過濾波器濾除信號中的雜散分量。然后，對濾波后的信號進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換（AnalogtoDigital Conversion，ADC），將信號從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域。變換到數(shù)字域以后，對它進(jìn)行數(shù)字信號處理，例如這個信號中含有一些高頻成分的噪聲，通過數(shù)字信號處理，將其從時域變換到頻域，再在頻域里將高頻分量去除掉，即實現(xiàn)了噪聲的濾除。此時得到的信號仍然是一個數(shù)字信號，需要經(jīng)過一個數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DigitaltoAnalog Conversion，DAC）來實現(xiàn)數(shù)模轉(zhuǎn)換。

二、數(shù)字信號處理的背景知識

（一）數(shù)字信號處理的特點及優(yōu)勢

數(shù)字信號處理是將信號以數(shù)字方式進(jìn)行表示和處理的理論和技術(shù)。數(shù)字信號處理的算法需要利用計算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備如數(shù)字信號處理器（DSP芯片）和專用集成電路等來實現(xiàn)。數(shù)字信號處理技術(shù)及設(shè)備不僅可以靈活、精確地運算和處理各種信息，還能將處理之后信息通過相應(yīng)的處理形式進(jìn)行有效地存儲。他的抗干擾能力也非常強，可以排除很多對其精準(zhǔn)運算產(chǎn)生影響和干擾的錯誤信息。而且數(shù)字信號處理設(shè)備的尺寸小、造價低，這滿足了在實際操作中項目的體積小與成本低的需求。此外，作為一種信號處理技術(shù)，廣泛地應(yīng)用于各種信號處理工作中，兼具電話、電報、數(shù)據(jù)及圖像等多種信息的傳送功能，且由于便于進(jìn)行加密和糾錯，因而具有較高的可靠性[1]。

（二）數(shù)字信號處理的發(fā)展簡史

數(shù)字信號處理的學(xué)科體系是在20世紀(jì)40—50年代建立起來的，真正意義上的數(shù)字信號處理的研究開始于20世紀(jì)50年代末期至60年代初。20世紀(jì)60年代中期以后，數(shù)字信號處理的理論和技術(shù)開始呈現(xiàn)大發(fā)展的局面，標(biāo)志是快速傅里葉變換算法的提出和數(shù)字濾波器設(shè)計方法的完善。20世紀(jì)70年代，數(shù)字信號處理已經(jīng)發(fā)展成為一門獨立的學(xué)科。20世紀(jì)80年代以后，數(shù)字信號處理的理論和技術(shù)更加成熟，并滲透到各個重要學(xué)科領(lǐng)域，與語音、圖像、通信等信息產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合，不斷地在理論上有所突破，在技術(shù)上有所創(chuàng)新，開辟著一個個新的學(xué)科分支。

三、數(shù)字信號處理的應(yīng)用及發(fā)展趨勢

（一）數(shù)字信號處理在汽車系統(tǒng)方面的應(yīng)用

隨著科技化的發(fā)展與應(yīng)用，人們的代步工具多種多樣，其中數(shù)字信號處理技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用尤為重要。汽車通過數(shù)字信號處理器將汽車中的一些模擬信息轉(zhuǎn)換成可以供司機(jī)參考的數(shù)字化信息，比如汽車的使用時間、行駛里程數(shù)目等信息，經(jīng)過數(shù)字化處理以后可以顯示在司機(jī)正前方的儀表盤上，對車體內(nèi)的模擬信息進(jìn)行數(shù)字化體現(xiàn)，增加了司機(jī)對車體現(xiàn)狀的了解。在汽車倒車時，通過攝像頭拍攝車體后方及兩側(cè)的影像將圖片信息傳遞到車內(nèi)的屏幕上，方便司機(jī)對附近情況的掌握，避免意外的發(fā)生。此外，汽車電子系統(tǒng)中的紅外線、雷達(dá)、監(jiān)控設(shè)備等都需要數(shù)字信號處理技術(shù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，才能達(dá)到維護(hù)汽車電子系統(tǒng)的目的[2]。

（二）數(shù)字信號處理的發(fā)展趨勢

數(shù)字信號處理技術(shù)在未來會向著低功耗和提高與多種技術(shù)相結(jié)合能力的研究方向發(fā)展。首先，數(shù)字信號處理需要進(jìn)行一系列的調(diào)制、編碼、解碼、解調(diào)等煩瑣的操作來進(jìn)行信號處理，如果能夠提高數(shù)據(jù)處理效率，減少機(jī)器運行時間，從而實現(xiàn)低功耗的特點，進(jìn)而應(yīng)用到各行各業(yè)的實際計算中，那么就可以滿足更多的用戶需求，應(yīng)用也會越來越廣泛。其次，數(shù)字信號處理技術(shù)可以在數(shù)字運算方面進(jìn)行很好處理。若能夠和一些缺少數(shù)字處理方面的技術(shù)相結(jié)合起來一起運用到實際的工程設(shè)計當(dāng)中，或者將兩者設(shè)計到一塊芯片上，使用起來則可以取長補短，結(jié)合雙方的技術(shù)特點將作用發(fā)揮到極致，從而降低整體工程的成本。

同時隨著現(xiàn)代移動通信的不斷進(jìn)步和發(fā)展，DSP芯片的應(yīng)用也會越來越廣泛，數(shù)字信號處理技術(shù)將會逐步滲透到我們的日常生活中來。

參考文獻(xiàn)：

[1]羅嘉銳.數(shù)字信號對電子信息工程的應(yīng)用分析[J].科技視界，2017（10）：122.

[2]李婧思.關(guān)于數(shù)字信號處理的發(fā)展與應(yīng)用分析[J].商情，2017（47）：105.

作者簡介：宋昊洋（1999—），黑龍江佳木斯人，本科，研究方向：通信工程專業(yè);劉實（1998—），男，遼寧沈陽人，本科，研究方向：通信工程。

*通訊作者：劉瑩，女，遼寧鞍山人，碩士研究生，講師，教師，電子信息工程專業(yè)，研究方向：DSP技術(shù)、自動識別技術(shù)。