電子信息工程中數字信號處理技術探析

涂鵬

江西省廣播電視監(jiān)測中心 南昌市 330046

0 前言

隨著數字信號的廣泛應用，要切實體現數字信號的價值，需要不斷對數字信息處理技術的特點進行深入分析，發(fā)揮其體積小、能耗低等方面的優(yōu)勢，采用更好的方式對聲音、圖像進行處理，加大數字信號處理技術的研發(fā)力度，推動應用的多樣化和深層次化，使電子信息工程中數字信息處理技術的應用更為普及。

1 數字信號處理技術的概念與特征

1.1 概念

數字信號處理技術（Digital Signal Processing-DSP），簡單來說，是指通過使用數字技術各種方法，加之計算機對各種信息資料進行收集和有目的性信息處理（如圖1所示）。對模仿信號微處理流程技術而言，此技術對展開數字信號的微處理流程技術最具實際應用優(yōu)點?；诳蛻舳嘣枨螅七M數字信號能夠迅速改變，在新時期環(huán)境下，備受客戶喜愛。在使用數碼信號處理環(huán)節(jié)中，重點是如何借助其數字信號處理器的處理功能，對從接收器所獲得的各種信息資料進行有效篩選處理和跟蹤管理，最后總結出真正對顧客有意義的各種信息，傳遞反饋至顧客手中。目前生物醫(yī)學、自動化等行業(yè)以及雷達和測量儀器等專業(yè)領域范圍內，都已經進行數字信號分析處理等技術方法大范圍地使用。圍繞數字信號管理開發(fā)出的其他新元件及新技術，都已取得了較高水平的應用成果，并已獲得大量業(yè)內人士的廣泛認可。

圖1 數字信號處理系統(tǒng)圖

1.2 特征

對數字信號處理技術而言，其運行原理的重心是關于自身收集的所有新信號，然后進行研究，歸納出具有作用的信息。從而再使用有關的模式將無價值、有價值的信息進行劃分，最終推動數字信號用一類易于分辨的方式進行呈現。在以往信號處理技術使用環(huán)節(jié)中，大眾重點使用的是模擬信號方式，對于之前的模仿數字信號處理技術，尤其需要預防的是關于后續(xù)編改參數流程中的難度，當信號模擬器難以針對外部環(huán)境展開有效感知的基礎上，在新時代環(huán)境下，水平較高的數字信號技術更加受到大眾青睞。面對目前使用最廣的數字信號處理技術，利用中心二值邏輯技術的作用，可以對外部溫度與聲音變動等展開敏銳的感知，脫離外部環(huán)境轉變對其的干擾，并在輸出、輸入訊號時增強穩(wěn)固性。另外，數字信號處理技術能夠利用某些技術軟件，針對處理器的各種參數實行相關性的修改，不僅可以合理提升信號處理器靈敏性，還能為國內信號處理技術的提升奠定牢固的基礎。

2 電子信息工程中數字信號處理技術的優(yōu)點

數字信號處理技術擁有強大的數據信息處理水平，相較于其他技術，數字信號處理技術的優(yōu)點比較突出。從目前數字信號處理體系的運用中就能看出，其含有獨有芯片構造，此芯片構造歸于哈佛構造新派，在哈佛構造的保證下，推進體系的有效平穩(wěn)運轉。在運轉階段，確定可以分別處在兩個不同的單獨空間內，達到程序運行，保證芯片本身的安全性。加強數據處理水平，利用這類方式，能夠避免芯片和其他線路運轉之間出現沖突問題。對其他處理結構來講，哈佛構造可以迅速完成指示的接收，更好地履行相關工作。顯而易見，數字信號處理技術在具體數據信息處理過程中，具備整體性、簡便性特征，促進數據信息處理質量能夠獲得提高。

電子信息工程中，數字信號的處理很多時候需要通過芯片的加強來達成，同時芯片結構具體來說包括兩部分，分別是高速芯片與高位芯片。整體芯片工作的過程中，高速芯片與高位芯片承擔不同的工作內容，因此兩者的工作壓力都得到了降低。相比較于之前的芯片系統(tǒng)來說，這類芯片處理能力更高，體積更小，因此功能以及運算能力更強，這能夠幫助電子信息工程擁有更加穩(wěn)定的計算服務。與哈佛芯片存在的不同就是高速芯片與高位芯片之間不存在連接方式，因此兩者相對來說較為獨立。

3 電子信息工程中數字信號處理技術的應用現狀

3.1 DSP芯片的應用情況

20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。上世紀70年代，DSP芯片（即指能夠實現數字信號處理技術的芯片）的理論和算法基礎已成熟。但那時的DSP僅僅停留在教科書上，即使是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立元件組成的，其應用領域僅局限于軍事、航空航天部門。

在當今的數字化時代背景下，DSP芯片已成為通信、計算機、消費類電子產品等領域的基礎器件。根據美國的權威公司統(tǒng)計，目前DSP芯片在市場上應用最多的是通信領域，占56.1%；其次是計算機領域，占21.16%；消費電子和自動控制占10.69%；軍事、航空占4.59%。

3.2 數字信息處理技術在短波通信中的應用

短波通信是指利用天波發(fā)射3～30MHz頻率信號完成遠距離通信。數字信息處理技術能夠提高短波通信中的通信質量，能夠對通信信號進行更加準確的分析，并建立數字化信號通道從而完成信號掃描等任務，進一步提高通信效率和質量。在應用數字信息處理技術之后，能夠充分展現短波通信的應用價值，提高靜態(tài)圖像輸出等功能的效率。此外，數字信息處理技術還可以通過信號模擬的方式，提高射頻信號處理的效率，并提高音頻信號輸出的穩(wěn)定性。由此可見數字信息處理技術在短波通信系統(tǒng)中的應用有助于推動其發(fā)展。

3.3 數字信息處理技術在軟件無線電中的應用

數字信息處理技術的應用能夠推動軟件無線電通信系統(tǒng)結構的完善，并且在應用中發(fā)現數字信息處理技術能夠提高無線信號轉換效率。軟件無線電主要是通過射頻前端處理器進行信號轉變與處理，而數字信息處理技術能夠將提高中頻信號處理速度，進一步提高無線信號傳輸的穩(wěn)定性，有助于推動軟件無線電技術的發(fā)展。

3.4 數字信息處理技術在移動機器人中的應用

移動機器人作為現代高新技術緊密結合的產物，移動控制系統(tǒng)性能決定著機器人運動效果。而移動控制系統(tǒng)中主要是利用數字信息處理技術完成控制任務。操作人員可以利用數字信息處理技術進行機器人運動性能檢驗，同時能夠記錄機器人的運動軌跡，及時發(fā)現機器人在運行中存在的問題。

4 電子信息工程中數字信號處理技術的應用策略

4.1 完善數字信號系統(tǒng)結構

目前的DSP技術具有很好的技術優(yōu)越性，其主要技術優(yōu)點是采用哈佛公司的芯片架構。哈佛晶體管與普通晶體管最大區(qū)別在于，晶體管的操作和儲存功能是分開的，并分別進行相應的計算。這個方法最大的優(yōu)點是能夠確保整個芯片都是單獨存在的。與常規(guī)處理技術相比，哈佛微處理器具有更強處理能力、更快響應速度和更高處理準確率，從而大大提高該系統(tǒng)性能。哈佛公司芯片使用兩個獨立的存儲器模塊，分別存儲運行和數據兩個程序，每個存儲模塊都不允許指令和數據并存。在實際應用中，數字信號處理方法主要是通過各種裝置的配合來增強數據間聯系和關聯，以便更好地進行數據加工。這種工作模式，可增強和提高整個工作環(huán)境的工作效率，可從本質上增強整個工作系統(tǒng)的工作能力。且此理論還可讓系統(tǒng)處理更多數據和資料，從而提升處理器的處理能力。從這個方面講，此功能可讓數據信號的處理更加有效與穩(wěn)定，還可根據實際情況，利用電子技術，增加軟件適用性與柔性。在電子信息工程學領域，一般都是用來進行數據處理的，而芯片設計分為兩方面，一是速度快，二是體積小。在整個工作流程中，芯片各區(qū)間的工作任務不相同，這樣就可減少工作的緊張程度。相比以前芯片，這種芯片容量要大很多，可讓其性能變得更好。圖3是一種工作模式，和圖2的區(qū)別在于，并未連接到更高位置，所以這兩種芯片都是獨立的。

圖2 哈佛芯片工作方式

圖3 數字芯片工作方式

4.2 普及數字信號處理技術

為保證施工安全，必須進行施工現場技術的訓練，使相關人員能夠熟練學習數字信號、電氣、信息等相關技術，降低工作中的失誤，從而保證施工安全。此外，還可通過專業(yè)人士的指導，讓其更好理解DSP原理、組成與優(yōu)勢，確保操作者能夠熟練地使用DSP技術，并能將所需數據進行統(tǒng)一處理（如圖4所示）。

圖4 DSP控制技術在電源系統(tǒng)中的應用

隨著科學技術的進步，數字信號技術也逐步提高。從我國實際應用來看，我國數字信號處理技術還處于起步階段，通過實踐積累，其技術將會得到不斷提高。具體來說，包括以下內容：數據處理速率逐步提高、資源使用量逐步降低、與社會聯系更加密切。

在數字語言編碼中，Opus技術優(yōu)點是顯而易見的，在水下通訊中，其視野范圍可達到8kHz-48kHz。短波廣播電臺采用Opus編碼技術具有10kbps以上優(yōu)勢，可阻止其他編譯者接收不間斷的頻段。另外，這種代碼可自由地被利用，并對Opus進行了優(yōu)化，在短波電臺中采用這種方式可以提高效率，而與Speex公司的6kbps相結合可以實現更好的應用。

另外，利用DSP技術可以將RF的數據進行仿真，并將其加入到中頻信號中，再經過數字化的運算，最后將其作為語音信號的輸出。合理運用數字化技術，可以有效改善通信系統(tǒng)性能，從而推動通信事業(yè)的整體發(fā)展。

4.3 優(yōu)化數字信號運動控制卡

將數字信號處理技術引入到電子信息領域，需要對其進行適當的控制，以方便改善其性能。在目前機器人技術領域，大部分動作都由步進馬達完成，這樣機器人就能避開障礙。在此階段，必須對運動控制卡內的數碼信號進行適當調整，以改善其工作效率?；谠撓到y(tǒng)的數字信號處理系統(tǒng)，能夠在工作過程中將步進馬達的信息傳輸給機器人，方便其工作過程中的能源供應。在機械臂操作過程中，運用數碼處理技術，不僅可以對微處理器進行改進，而且可以改善其移動能力。比如在設計的時候，通過數字信號技術進行測試，可幫助機器人技術進步。首先，可以選擇兩臺同樣的機器人來做實驗，其中一臺將數碼信號處理設備放在一臺沒有數碼信號處理設備的機器上。將兩臺機械人同時開啟，讓其收集周圍數據，并將這些數據轉化為脈沖，發(fā)送給機器人。在比較兩個機械臂的移動程度后，可以看出，采用數字化信號處理技術后，智能程度有了顯著提高。而移動控制器是一種非常重要的設備，是一種可以實現移動的裝置，通過數碼信號技術可對移動控制器進行更好地優(yōu)化，為其提供技術支持。在這種情況下，信號處理技術將會起到非常關鍵的作用，同時也可以讓機械臂的移動速度得到最大的提高，從而提高數據的質量和效率。

5 數字信號處理技術的發(fā)展方向

目前，國內的數字信號處理技術正逐漸向一體化的系統(tǒng)型數字化轉型，在此過程中，既要對集中式的集成進行統(tǒng)一的設計，又要在持續(xù)發(fā)展中對其進行優(yōu)化。尤其是面對復雜的數據結構、單一指令和多重數據的情況下，需要利用超標量結構和超長指令結構來進行高效的數據分析。在注重對數字信號進行定位的基礎上，對浮點數據的處理技術進行了深入的研究。在實際的發(fā)展中，VLSI技術的迅速發(fā)展，使其具有了更高的性價比。可以說，在今后的發(fā)展中，數碼技術必將對我國的科學技術發(fā)展產生難以估量的影響，將使我們的人生豐富多彩，同時也將使我國在軍事和技術上脫穎而出。同時，數字信號處理技術在今后的發(fā)展過程中也要考慮到行業(yè)發(fā)展的需要，從數字信號處理、模/數轉換、抗混濾波器等方面對數字信號進行處理。這些元件之間的交互，讓許多的數字系統(tǒng)一起工作，讓實時的數據和信號的處理結合在一起，給人們的生活、工作和學習提供了更大的方便。在數字信號的時代來臨之際，數字信號技術更具有不容忽視的科技方法，DSP由于體積小、能耗低、電壓處理低，因此DSP已逐步占據了主導地位。首先，DSP技術將以較快的速率、較低的性能和較低的成本、縮小系統(tǒng)的幾何形狀，以適應當今世界及產業(yè)發(fā)展的需求，行業(yè)對產品的需求量持續(xù)增加。其次，DSP技術將著重于對其核心架構的改善與變化，重點放在對其核心微架構的運用上。未來，若能將其運用于影像資料領域，將會是另一項技術研究的熱點，從而促進其多元化的發(fā)展與創(chuàng)新。

6 結束語

綜上所述，數字信號處理技術在促進電子信息工程發(fā)展中，起到了至關重要的作用。所以，需加強對數字信號處理技術優(yōu)勢、特點等方面的研究，通過對相關技術的不斷完善與創(chuàng)新，增強電子信息工程在市場中的競爭力。