數(shù)字信號發(fā)展前沿

1、數(shù)字信號處理前沿發(fā)展數(shù)字信號處理前沿發(fā)展與與研究情況研究情況20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。數(shù)字信號處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對信號進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。數(shù)字信號處理作為信號和信息處理的一個(gè)分支學(xué)科,已滲透到科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、國防和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,取得了豐碩的成果。對信號在時(shí)域及變換域的特性進(jìn)行分析、處理,能使我們對信號的特性和本質(zhì)有更清楚的認(rèn)識和理解,得到我們需要的信

2、號形式提高信息的利用程度,進(jìn)而在更廣和更深層次上獲取信息。1. 1. 靈活性好靈活性好: :當(dāng)處理方法和參數(shù)發(fā)生變化時(shí),處理系統(tǒng)只需通過改變軟件設(shè)計(jì)以適應(yīng)相應(yīng)的變化。2. 2. 精度高精度高: :信號處理系統(tǒng)可以通過APD 變換的位數(shù)、處理器的字長和適當(dāng)?shù)乃惴M足精度要求。3. 3. 可靠性好可靠性好: :處理系統(tǒng)受環(huán)境溫度、濕度,噪聲及電磁場的干擾所造成的影響較小。4. 4. 可大規(guī)模集成可大規(guī)模集成: :隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展,數(shù)字電路的集成度可以作得很高,具有體積小、功耗小、產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點(diǎn)。一、一、DSP DSP 芯片的發(fā)展芯片的發(fā)展70 年代末80 年代初,AMI 公司的S2

3、811芯片, Intel 公司的2902 芯片的誕生標(biāo)志著DSP 芯片的開端。隨著半導(dǎo)體集成電路的飛速發(fā)展,高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理技術(shù)的要求和數(shù)字信號處理應(yīng)用領(lǐng)域的不斷延伸,在80 年代初至今的十幾年中,DSP 芯片取得了劃時(shí)代的發(fā)展。1 1、從從運(yùn)算速度運(yùn)算速度看看 MAC(乘法并累加) 時(shí)間已從80 年代的400 ns 降低到40 ns 以下,數(shù)據(jù)處理能力提高了幾十倍。 MIPS(每秒執(zhí)行百萬條指令) 從80 年代初的5MIPS 增加到現(xiàn)在的40 MIPS 以上。DSP 芯片內(nèi)部關(guān)鍵部件乘法器從80 年代初的占模片區(qū)的40 %左右下降到小于5 % ,片內(nèi)RAM 增加了一個(gè)數(shù)量級以上2 2、從

4、從制造工藝制造工藝看看 80 年代初采用4m 的NMOS 工藝而現(xiàn)在則采用亞微米CMOS 工藝,DSP 芯片的引腳數(shù)目從80 年代初最多64 個(gè)增加到現(xiàn)在的200 個(gè)以上,引腳數(shù)量的增多使得芯片應(yīng)用的靈活性增加,使外部存儲器的擴(kuò)展和各個(gè)處理器間的通信更為方便。 和早期相比，現(xiàn)在的DSP 芯片有浮點(diǎn)和定點(diǎn)兩種數(shù)據(jù)格式，浮點(diǎn)DSP 芯片能進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算,使運(yùn)算精度極大提高。DSP 芯片的成本、體積、工作電壓、重量和功耗較早期的DSP 芯片有了很大程度的下降。在DSP 開發(fā)系統(tǒng)方面,軟件和硬件開發(fā)工具不斷完善。目前某些芯片具有相應(yīng)的集成開發(fā)環(huán)境,它支持?jǐn)帱c(diǎn)的設(shè)置和程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和DMA 的訪問

5、及程序的單部運(yùn)行和跟蹤等,并可以采用高級語言編程,有些廠家和一些軟件開發(fā)商為DSP 應(yīng)用軟件的開發(fā)準(zhǔn)備了通用的函數(shù)庫及各種算法子程序和各種接口程序,這使得應(yīng)用軟件開發(fā)更為方便,開發(fā)時(shí)間大大縮短,因而提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。二、二、DSP DSP 芯片的應(yīng)用芯片的應(yīng)用1 1、數(shù)字化數(shù)字化移動電話移動電話 數(shù)字移動電話可劃為兩大類：高速移動電話和低速移動電話。而無論是高速移動電話還是低速移動電話，都要用至少1個(gè)DSP，因此，高速發(fā)展的數(shù)字化移動電話急需極為大量的DSP器件。2 2、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器 數(shù)字信號處理器的傳統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域之一，就是調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器是聯(lián)系通信與多媒體信息處理系統(tǒng)

6、的紐帶。利用PC機(jī)通過調(diào)制解調(diào)器經(jīng)由電話線路，實(shí)現(xiàn)撥號連接Internet是最簡便的訪問形式。由于Internet用戶急劇增加，由PC機(jī)上利用瀏覽程序調(diào)用活動圖像信息量增大，就需要使用數(shù)據(jù)傳送速度更高的調(diào)制解調(diào)器。這就意味，在高速調(diào)制解調(diào)器里需要更高性能的DSP器件。3 3、磁盤磁盤光盤控制器需求光盤控制器需求 多種信息存儲媒體產(chǎn)品的迅速發(fā)展，諸如磁盤存儲器、CDROM和DVD（DigitalVersatileDisk）ROM的紛紛上市。今日的磁盤驅(qū)動器HDD，存儲容量已相當(dāng)可觀，大型HDD姑且不談，就連普通PC機(jī)的HDD的存儲容量也遠(yuǎn)在1GB以上，小型HDD向高密度、高存儲容量和高速存取方向

7、發(fā)展，其控制器必須具備高精度和高速響應(yīng)特性，它所用的DSP性能也是今非昔比，高速DSP是必不可少的關(guān)鍵性器件。4 4、圖形圖形圖像處理需求圖像處理需求 DVD里應(yīng)用的活動圖像壓縮解壓縮用MPEG2編碼譯碼器，同時(shí)也廣泛地應(yīng)用于視頻點(diǎn)播VOD、高品位有線電視和衛(wèi)星廣播等諸多領(lǐng)域。這些領(lǐng)域應(yīng)用的DSP應(yīng)該具備更高的處理速度和功能。而且，活動圖像壓縮解壓技術(shù)也日新月異，例如，DCT變換域編碼很難提高壓縮比與重構(gòu)圖像質(zhì)量，于是出現(xiàn)了對以視覺感知特性為指導(dǎo)的小波分析圖像壓縮方法。新的算法出現(xiàn)，要求相應(yīng)的高性能DSP。5 5、汽車汽車電子系統(tǒng)及其它應(yīng)用領(lǐng)域電子系統(tǒng)及其它應(yīng)用領(lǐng)域 汽車電子系統(tǒng)日益興旺發(fā)達(dá)，

8、諸如裝設(shè)紅外線和毫米波雷達(dá)，將需用DSP進(jìn)行分析。利用攝像機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)需要經(jīng)過DSP處理，才能在駕駛系統(tǒng)里顯示出來，供駕駛?cè)藛T參考。因此，DSP在汽車電子領(lǐng)域的應(yīng)用也必然會越來越廣泛。6 6、聲音聲音處理。處理。 聲音數(shù)字壓縮技術(shù)早已開始應(yīng)用，其中以脈沖編碼調(diào)制(PCM)的方法最普遍。由于其只能壓縮50%數(shù)字，不足以應(yīng)付未來計(jì)算機(jī)應(yīng)用。而DSP技術(shù)已經(jīng)在音效應(yīng)用中得到廣泛采用，例如應(yīng)用于多媒體音效卡。而高質(zhì)量、高速度的聲音處理技術(shù)，就需要更多高性能DSP的應(yīng)用。三、三、DSP DSP 的發(fā)展的發(fā)展前景前景1、努力向系統(tǒng)級集成DSP 邁進(jìn)?？s小D S P芯片尺寸始終是DSP 的技術(shù)發(fā)展方向。

9、當(dāng)前的DSP多數(shù)基于RISC（精簡指令集計(jì)算）結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP 廠商紛紛采用新工藝，改進(jìn)DSP 芯核，并將幾個(gè)DSP芯核、MPU 芯核、專用處理單元、外圍電路單元、存儲單元統(tǒng)統(tǒng)集成在一個(gè)芯片上，成為DSP系統(tǒng)級集成電路。這樣的集成縮小了整機(jī)的體積，縮短了產(chǎn)品上市的時(shí)間，是一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。2、D S P 的內(nèi)核結(jié)構(gòu)進(jìn)一步改善。D S P 的結(jié)構(gòu)主要是針對應(yīng)用，并根據(jù)應(yīng)用優(yōu)化DSP設(shè)計(jì)以極大改進(jìn)產(chǎn)品的性能。多通道結(jié)構(gòu)和單指令多重?cái)?shù)據(jù)（S I M D ）、超長指令字結(jié)構(gòu)（V L I M ）、超標(biāo)量結(jié)構(gòu)、超流水結(jié)構(gòu)、多處理、多線程及可并行擴(kuò)展的超級哈佛結(jié)構(gòu)(S

10、HARC)在新的高性能處理器中將占據(jù)主導(dǎo)地位3、可編程DSP 是主導(dǎo)產(chǎn)品。可編程DSP 給生產(chǎn)廠商提供了很大的靈活性。生產(chǎn)廠商可在同一個(gè)DSP 平臺上開發(fā)出各種不同型號的系列產(chǎn)品，以滿足不同用戶的需求。同時(shí)，可編程D S P 也為廣大用戶提供了易于升級的良好途徑。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，許多微控制器能做的事情，使用可編程DSP 將做得更好更便宜。4、追求更高的運(yùn)算速度和進(jìn)一步降低功耗和幾何尺寸。由于電子設(shè)備的個(gè)人化和客戶化趨勢，DSP 必須追求更高更快的運(yùn)算速度，才能跟上電子設(shè)備的更新步伐。同時(shí)由于DSP的應(yīng)用范圍已擴(kuò)大到人們工作生活的各個(gè)領(lǐng)域，特別是便攜式手持產(chǎn)品對于低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP

11、有待于進(jìn)一步降低功耗。5、定點(diǎn)D S P 是主流。雖然浮點(diǎn)D S P 的運(yùn)算精度更高，動態(tài)范圍更大，但定點(diǎn)D S P 器件的成本較低，對存儲器的要求也較低，而且耗電較省。因此，定點(diǎn)運(yùn)算的可編程D S P 器件仍是市場上的主流產(chǎn)品。6、D S P 的許多新應(yīng)用需要比傳統(tǒng)DSP處理器更加強(qiáng)大的數(shù)字信號處理能力，設(shè)計(jì)者往往會借助PLD 和FPGA 來滿足他們?nèi)找嫣岣叩男盘柼幚硇枨蟆Ｅc常規(guī)DSP 器件相比，F(xiàn) P G A 器件配合傳統(tǒng)的D S P 器件可以處理更多信道，可在基站中用來實(shí)現(xiàn)高速實(shí)時(shí)處理功能，滿足無線通信、多媒體等領(lǐng)域多功能和高性能的需要。7、DSP 嵌入式系統(tǒng)。DSP 嵌入式系統(tǒng)是D S P 系統(tǒng)嵌入到應(yīng)用電子系統(tǒng)中的一種通用系統(tǒng)。這種系統(tǒng)既具有DSP 器件在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢，又具有應(yīng)用目標(biāo)所需要的技術(shù)特征。在許多嵌入式應(yīng)用領(lǐng)域，既需要在數(shù)據(jù)處理方面具有獨(dú)特優(yōu)勢的DSP，也需要在智能控制方面技高一籌的微處理器(MCU)。因此，將DSP 與MCU 融合在一起的雙核平臺，將成為DSP 技術(shù)發(fā)展的一種新潮流。 目前，國外眾多廠商涉足我國DSP 產(chǎn)品市場，我國的DSP 應(yīng)用已有了相