淺談當代數字信號處理特點及應用

宋昊洋 劉實 劉瑩

摘要：隨著移動通信的發展，數字信號處理技術也得到了進一步的發展和應用，且在我們的日常生活中扮演著越來越重要的角色。本文對數字信號處理的概念做了相關的概述，回顧了數字信號處理的發展簡史，從而歸納出數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勢和特點。運用實例分析了數字信號處理在汽車電子系統領域中的應用，并對數字信號處理的發展前景進行了探索，以期為通信工程專業的技術人員提供一些開發與創新的思路。

關鍵詞：數字信號處理;通信工程;發展前景

一、數字信號處理的相關概述

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、離散時間信號和數字信號。模擬信號在時間和幅度上都是連續的，離散時間信號顧名思義它是自變量時間在定義域內是離散的，是非連續的，可以通過對連續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制數，則是可以被我們的DSP芯片、計算機所運算和處理的數字信號。

而自然界中存在的信號大多為模擬信號，想要使用數字信號處理方式去處理，就要對模擬信號進行一個模數轉換，然后才能對其進行數字處理。首先，對采集到的模擬信號進行濾波，將模擬信號經過濾波器濾除信號中的雜散分量。然后，對濾波后的信號進行模數轉換（AnalogtoDigital Conversion，ADC），將信號從模擬域轉換到數字域。變換到數字域以后，對它進行數字信號處理，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，即實現了噪聲的濾除。此時得到的信號仍然是一個數字信號，需要經過一個數模轉換器（DigitaltoAnalog Conversion，DAC）來實現數模轉換。

二、數字信號處理的背景知識

（一）數字信號處理的特點及優勢

數字信號處理是將信號以數字方式進行表示和處理的理論和技術。數字信號處理的算法需要利用計算機或專用處理設備如數字信號處理器（DSP芯片）和專用集成電路等來實現。數字信號處理技術及設備不僅可以靈活、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的處理形式進行有效地存儲。他的抗干擾能力也非常強，可以排除很多對其精準運算產生影響和干擾的錯誤信息。而且數字信號處理設備的尺寸小、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，廣泛地應用于各種信號處理工作中，兼具電話、電報、數據及圖像等多種信息的傳送功能，且由于便于進行加密和糾錯，因而具有較高的可靠性[1]。

（二）數字信號處理的發展簡史

數字信號處理的學科體系是在20世紀40—50年代建立起來的，真正意義上的數字信號處理的研究開始于20世紀50年代末期至60年代初。20世紀60年代中期以后，數字信號處理的理論和技術開始呈現大發展的局面，標志是快速傅里葉變換算法的提出和數字濾波器設計方法的完善。20世紀70年代，數字信號處理已經發展成為一門獨立的學科。20世紀80年代以后，數字信號處理的理論和技術更加成熟，并滲透到各個重要學科領域，與語音、圖像、通信等信息產業緊密結合，不斷地在理論上有所突破，在技術上有所創新，開辟著一個個新的學科分支。

三、數字信號處理的應用及發展趨勢

（一）數字信號處理在汽車系統方面的應用

隨著科技化的發展與應用，人們的代步工具多種多樣，其中數字信號處理技術在汽車領域的應用尤為重要。汽車通過數字信號處理器將汽車中的一些模擬信息轉換成可以供司機參考的數字化信息，比如汽車的使用時間、行駛里程數目等信息，經過數字化處理以后可以顯示在司機正前方的儀表盤上，對車體內的模擬信息進行數字化體現，增加了司機對車體現狀的了解。在汽車倒車時，通過攝像頭拍攝車體后方及兩側的影像將圖片信息傳遞到車內的屏幕上，方便司機對附近情況的掌握，避免意外的發生。此外，汽車電子系統中的紅外線、雷達、監控設備等都需要數字信號處理技術對數據進行分析，才能達到維護汽車電子系統的目的[2]。

（二）數字信號處理的發展趨勢

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

同時隨著現代移動通信的不斷進步和發展，DSP芯片的應用也會越來越廣泛，數字信號處理技術將會逐步滲透到我們的日常生活中來。

參考文獻：

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

[2]李婧思.關于數字信號處理的發展與應用分析[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;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，研究方向：DSP技術、自動識別技術。