DSP技術(shù)的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

吳思龍 劉志超 胡騫 謝峰

摘 要：現(xiàn)在是信息化時(shí)代，數(shù)字化是信息化實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)前提。數(shù)字信號(hào)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(hào)處理的大部分任務(wù)。所以我們一般用DSP技術(shù)來(lái)代表數(shù)字信號(hào)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(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用，并探討了未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

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

一、引言

DSP（Digital Signal Processing）也就是我們所說(shuō)的數(shù)字信號(hào)處理器。它是專門對(duì)模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)后進(jìn)行高速實(shí)時(shí)處理的專用處理器。數(shù)字信號(hào)處理器具有靈敏、快速、低功耗和可編程等優(yōu)點(diǎn)，自它問(wèn)世以來(lái)，得到了廣泛的應(yīng)用。我們現(xiàn)在經(jīng)常遇見(jiàn)的語(yǔ)音、語(yǔ)言的處理、信號(hào)的處理、圖像的處理、測(cè)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(huì)革命的“旗手”，成為計(jì)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(shì)，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(cè)量、繼電器保護(hù)、變電站自動(dòng)化；數(shù)字通訊技術(shù)領(lǐng)域：多媒體通信、軟件無(wú)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(diǎn)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(yǔ)言、圖像、數(shù)據(jù)等媒體就是我們平時(shí)所說(shuō)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(duì)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(shí)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(yàn)交互。DSP的出現(xiàn)使其成為了現(xiàn)實(shí)，它在語(yǔ)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(shí)實(shí)現(xiàn)大部分國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)音編碼解碼算法與協(xié)議。DSP技術(shù)還大量應(yīng)用在移動(dòng)通信的語(yǔ)音壓縮和調(diào)制解調(diào)器中。現(xiàn)代DSP完全有能力實(shí)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(kāi)始涉足進(jìn)來(lái)，并且發(fā)展迅速，大有取代的趨勢(shì)。傳統(tǒng)的儀器儀表，由于需要數(shù)據(jù)處理，硬件電路就會(huì)很復(fù)雜。DSP具有豐富的片內(nèi)資源，可以大大簡(jiǎn)化硬件電路，實(shí)現(xiàn)儀器儀表的SOC（System On Chip，即片上系統(tǒng)）設(shè)計(jì)。

測(cè)量速度和精度是衡量?jī)x器儀表性能的重要指標(biāo)，DSP芯片的應(yīng)用能使這兩項(xiàng)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(chǔ)器，再加上靈敏的指令系統(tǒng)，為我們提供了開(kāi)發(fā)快速、高精度儀器的平臺(tái)。

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(zhǎng)足的發(fā)展，期中汽車電子系統(tǒng)成為汽車發(fā)展的重點(diǎn)。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(lái)對(duì)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

三、DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

DSP技術(shù)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾個(gè)方面：

①向系統(tǒng)集成DSP發(fā)展，在一個(gè)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(chǔ)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(zhǎng)指令字等超級(jí)哈佛結(jié)構(gòu)將在未來(lái)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(gè)DSP平臺(tái)上開(kāi)發(fā)不同類型的產(chǎn)品用來(lái)滿足客戶個(gè)性化的需求。可編程的DSP也使得用戶升級(jí)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(shì)。

⑤定點(diǎn)DSP將成為主流。浮點(diǎn)DSP的運(yùn)算精度高、動(dòng)態(tài)范圍大，但是成本高，功耗高。而定點(diǎn)DSP器件成本低、功耗低、對(duì)存儲(chǔ)器的要求也低。目前DSP器件市場(chǎng)80%以上都屬于16位定點(diǎn)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(lái)達(dá)到高速實(shí)時(shí)處理功能，滿足多媒體、無(wú)線通信等領(lǐng)域的需要。

⑦DSP與微處理器（MCU）結(jié)合起來(lái)的雙核平臺(tái)，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(shì)。OMAP是這種雙核平臺(tái)的典型例子，是由TI公司發(fā)布的。

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

四、結(jié)束語(yǔ)

在這個(gè)信息化的時(shí)代，DSP應(yīng)用在通訊領(lǐng)域、數(shù)字影音的產(chǎn)品將越來(lái)越普及，使得相關(guān)市場(chǎng)需求越來(lái)越大，未來(lái)DSP市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)將越趨激烈。相信在未來(lái)的時(shí)間里DSP技術(shù)一定會(huì)被更加重視及關(guān)注，會(huì)為科技的進(jìn)步帶來(lái)很大發(fā)展。

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（作者單位：武漢科技大學(xué)國(guó)際學(xué)院）