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1、DSP技术的应用摘要：本文简耍介绍了什么是DSP技术以及DSP技术的主耍优缺点；详细介绍TDSP技术在当前信号处理、通信、语音处理、图像处理、军事、仪器仪表、自动控制、医疗、家用电器等领域的主要应用及其发展趋势。关键字：DSP优缺点应用趋势1引言数字信号处理（DigitaISignaIProCeSSing,简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。DSP数字信号处理技术（DigitaisignalProcessing）指理论上的技术，是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来
2、处理现实信号的方法；而DSP数字信号处理器（DigitalSignalProCeSSOr）是指一种对数字信号进行大量处理的微处理器，它具有强大的数据处理能力和较高的运行速度，是数字化电了世界中益重要的电脑芯片。因此，DSP既可以代表数字信号处理技术，也可以代表数字信号处理器，两者是不可分割的，前者要通过后者变成实际产品，而后者以前者的理论为基础。2DSP的主要优缺点DSP的优点包括以下几个部分：D对元件值的容限不嫩感，受温度、环境等外部因素影响小；2）容易实现集成；3）可以分时复用，共享处理器；4）方便调整处理器的系数实现自适应滤波；5）可实现模拟处理不能实现的功能：线性相位、多抽样率处理、级
3、联、易于存储等；6）可用*频率非常低的信号；7）DSP可以工作在省电状态，节省能源。DSP的缺点包括以下几个部分：1）需要模数转换；2）受采样频率的限制，处理频率范围有限；3）数字系统由耗电的有源器件构成，没有无源设备可靠。虽然DSP目前还有一些缺点，但是它的优点远远超过其缺点，我相信随着科学技术的发展，DSP将会不断完善和壮大。3DSP的应用自从DSP芯片诞生以来,DSP芯片得到了飞速的发展。DSP芯片的高速发展，一方面得益于集成电路的发展，另一方面也得益于互大的市场。在短短的十多年时间，DSP芯片已经在信号处理、通信、雷达等许多领域得到广泛的应用。目前，DSP芯片的价格也越来越低，性能价格
4、比日益提高，具有互大的应用潜力。DSP芯片的应用主要有：1）信号处理。例如，数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、相关运算、频谱分析、卷积等；2）通信。例如，调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回坡抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、波形产生等；3）语音。例如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音辨认、语音邮件、语音储存等；4）图像/图形。例如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等；5）军事。例如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航等；6）仪器仪表。例如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等；7）自动控制。例如引擎控制、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制
5、；8）医疗。例如助听、超声设备、诊断工具、病人监护等；9）家用屯器。例如高保真音响、音乐合成、音调控制、游戏玩具、数字电话、电视等。在后文中将针对以上各领域的应用加以简单的举例说明。3.1信号处理3.L1数字滤波为了达到快速进行数字信号处理的目的，DSP芯片一般都具有程序和数据分开的总线结构、流水线操作功能、单周期完成乘法的硬件乘法器以及一套适合数字信号处理的指令集。在DSP上实现的数字滤波器具有实时性好、处理速度快等优点。早期的数字示波器采用DSP处理器的FlR滤波器，近期采用奔腾处理器的IR滤波器，使DSP带宽从IOGHZ提高到20GHz。数字示波器的前端放大器和数字化器完全用硬件是很难实
6、现IoGHZ带宽的幅度和相位的平整频率响应。90年代的微处理器运算速度不足以担当此重任，2000年代高速奔腾处理器的运算能力才使难题得到解决。奔腾处理器主要用于事务处理，但是它的快速多重累加运算正好适合IIR运算，有两个DSP加速指令，即多媒体扩展（MMX）和数据流单指令/多重数据扩展（SSE）起着重要作用。MMX和SSE在一个时钟周期内执行4次多重累加，达到每秒100亿次浮点运算（IOlo9FL0PS）以满足长数据采集和存储时，每取样点需要3000次FLOPS的数据处理速度。力科公司为了数字示波器带宽从IOGHZ提高至20GHz,开发出两路IoGHZ通道频率叠加构成20GHZ带宽的专利电路，
7、代替业界常用的两路20GS/S取样率叠加构成40GS/S取样率的电路。无论频率叠加或取样率叠加，都会遇到硬件在交叠过程中产生频率响应误羌或取样时钟误羞，需要包括滤波、多重累加等许多信号处理算法，以修正硬件导致的误差。力科公司能够巧用DSP波波器，推进数字示波器的DSP带宽达到20GHZO泰克公司长期领导数字示波器的发展，在运用DSP技术方面同样成绩突出，它的高档数字滤波器TDS6000系列采用任意FIR滤波器来补偿通常和禁带的频响特性。它的任意FIR滤波器的滤波系数是根据校准数据计算出来的，因而能够对每台示波器的齐个通道的电压量程作准确补偿，保证某一型号的数字示波器具有规范化的频响特性。用户可
8、使用不同型号的数字示波器获得同样的测量结果，保证测量重复性和一致性。另外，在扩展DSP带宽的同时，保持扩展带所带来的噪声在适度范围内，泰克公司认为它的模拟前端电路具有较低的背境噪声，能够比竞争对手的高档数字示波器提供更高的DSP带宽，例如TDS6154C的模拟带宽是12GHz,DSP带宽扩展到15GHz,相应上升时间从35ps提高到28ps。而且TDS6000系列都提供250MHZ和20MHZ两种频率限制DSP的滤波器。在波形重建和降低数字信号的瞬变失真方面，TDS6000系列的DSP滤波器应用亦有特点。32S信3.21多媒体通信多媒体通信的日益增长使得图像、语音、视频业务的实时传输和处理越来
9、越依赖于DSP技术及相应的软件算法；多媒体通信终端设备中的语音、图像的压缩与还原及传输所需的高速调制解调器普遍都采用了DSP器件。在语音压缩编解码方面，DSP能实时地实现大部分已形成的国际协议，如运用最广泛的语音编码标准：64kbs的A律、S律的脉冲编码调制PCM(PulseCodeModulation)自适应差分脉冲编码调制ADPeM(AdaPtiyeDifferentialPCM)等，还有基于线性预测编码IPC技术的低码率编码协议。DSP与专用编译码芯片相比具有无法替代的优势，可以通过软件的方式适应不同的算法从而实现对不同协议的兼容和支持。在图像压缩编码方面，DSP也表现出了强人的数字信号
10、处理能力。3.2.2移动通信数字式蜂窝系统使用通用DSP来实现语音合成(SPeeChSynthesis)、纠错编码(Error一CorreCtiOnCOding)基带调制解调器(BaSebandMOdem)以及系统控制等功能。DSP的实时性、灵活性以及低廉的价格使其在移动蜂窝通信中得到广泛应用，并促进了无线手机和基站的迅速发展。人类从电话发明到5千万电话用户数花了70年时间，模拟蜂离电话达到5千万用户花了14年，而数字蜂囱电话(GSM是其中之一)只花了5年就达到相同的用户数。无论3G还是4G,都离不开DSP,DSP作为一种功能强大的特种微处理器将在未来通信领域中起着举足轻重的作用。3.23软件
11、无线电软件无线电是一种新的无线电通信的体系结构，其基本思想把硬件作为无线电通信的平台.将A/D,D/A!转换算近射频天线，转换后的所有处理用可编程的DSP等软件实现尽可能多的功能。软件无线电要求在一个开放、模块化的软件平台上实现各种功能，且能够在不同标准之间互联、兼容。DSP芯片必须通过软件完成中频数字变频、滤波、二次抽样、基带处理、信道调制、无线资源管理等过程处理经A/D变换后输出的中频高速数字信号。中频处理对速度的耍求大约在500MIPS/MFIOPS1OGIPS/MFIOPS数量级；基带处理要求大约在10100MIPS/MFIOPS数量级，另外，再加上实现比特流、管理和控制部分的要求，D
12、SP芯片的处理速度至少耍在IGFIOPS以上。软件无线电对DSP提出了实时性很高的要求，它将有力地促进着DSP的发展，其中包括单片处理器的性能、多处理器协同工作的能力、DSP软件开发的环境和DSP实时操作系统等方面。我国提出的第三代移动通信系统方案同步码分多址SCDMA(SynChronoUSCDMA)是一种同步的直接扩频CDMA技术，它结合了DSP、智能天线、软件无线电及话音压缩编码技术等现代通信新技术。3.2.4数据调制解调器从所周知，数字信号处理器的传统应用领域之一，就是调制解调器。如今，调制解调器作为联系通信与多媒体信息处理系统的纽带，Fl益受到重视。特别是近年来Intemet热潮，方
13、兴未艾，普通百姓在Intemet蔚然成风。利用PC机通过调制解调器经由电话线路，实现拨号连接Intemet已是最简使的访问形式。曲于IntCmet用户急剧增加，一度致使28-8Kbps的调制解调器成为市场上的脱销产品。特别是由PC机上利用浏览程序调用活动图像信息时，期望使用数据传送速度更高的调制解调器。为适应这种新需求，国际上己制订出高速(33.6KbPS)调制解调器国际标准。这就意味，在高速调制解调器里需要更高性能的DSP器件。这种33.6KbPS的调制解调器是为传送数据而设计的，在此基础上发展出DSVD调制解调器，它既可传送数据又可传送声音。无疑，这样一来将需要更高功能的DSP器件。随着高
14、性能调制解调器不断出现，似乎低速的调制解调器如像V.17(14.4Kbps)再也没有用武之地事实上，刚刚相反，如今信息家电抬头，例如PHS母机留守电话与个人FAX-体化的产品大量上市。这就是说，V.17(144Kbps)型的调制解调器仍有市场。于是，齐种调制解调器里耍求的DSP也是多种多样的。33语音处理3.3.1声音处理声音数字压缩技术早已获得应用，其中以脉冲编码调制(PCM)的方法最普遍。但由于它只能压缩50%数字，因此仍未足以应付未来计算机应用。DSP已经在音效应用中得到广泛采用，而且人部分应用于音效产品的技术，例如应用于多媒体音效卡。NEC公司推出了控制声音区域的DSP,可以应用于音效
15、卡。新加坡音效卡供应ISjCreatiVeTeChIwlogy的技术销售专家强调指出，DSP面市后，语音便成了工作重点。改进DSP,就能改进语音的吞吐量，从而减轻PC的负荷及改进语音。H前，CreatiVeTeChnOlOgy正从事语音和多媒体等方面的研究，让用户感到更方便。DSP应用于语音识别领域，将会大有用武Z地。MotOrola公司等厂商的设计人员都特别重视DSP在语音识别小的应用。市场调杳公司ForWardCOnCePtS认为,语音识别就是实时完成你想要做的事情。换句话说，就是你要求该设备能即时识别你所讲的话。当然，你也能处理传送中的文字。一段相当长的程序，只有靠DSP才能完成。语音识
16、别技术获得许多DSP供应商的支持。MOtOrola公司已经推出了PC媒介开发套件。这是一种适合软、硬件开发人员应用的开发平台，方便他们建立语音识别、语音合成引擎、扬声器等设备。IBM公司曾经在ThinkPad755系列笔记本电脑里装上自己生产的MwaveDSP,使ThinkPad成为世界上第一台有DSP的多媒体笔记本电脑。意大利计算机厂商OIiVetti也早已将DSP装入笔记本电脑内。将来每台PC主机板上都会有一个DSP。由于具备音频和压缩能力，语音应用将会有较大的发展。NEC公司也推出了UItIker语音识别系统，可应用到个人数字助理(PDA);方面。WiIlStraUSS说，PDA是活用语音识别的一例。事实上，PDA能够大展所长的一个应用领域，就是语音识别，两者可以配合得很好。随着各种计算机外设体积的缩小，数据输入设备如键盘等，亦
