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1、 數字信號處理新技術及其發(fā)展方向綜述1數字信號處理技術的發(fā)展歷程DSP的發(fā)展大致分為三個階段：在數字信號處理技術發(fā)展的初期（二十世紀50-60年代），人們只能在微處理器上完成數字信號的處理。直到70年代，有人才提出了DSP的理論和算法基礎。一般認為，世界上第一個單片DSP芯片應當是1978年AMI公司發(fā)布的S281l。1979年美國Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSP芯片的一個重要里程碑。這兩種芯片內部都沒有現代DSP芯片所必須有的單周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的mPD7720是第一個具有硬件乘法器的商用DSP芯片，從而被認為是第一塊單片DSP器件。隨著大規(guī)模集成電

2、路技術的發(fā)展，1982年美國德州儀器公司推出世界上第一代DSP芯片TMS32010及其系列產品，標志了實時數字信號處理領域的重大突破。Ti公司之后不久相繼推出了第二代和第三代DSP芯片。90年代DSP發(fā)展最快。Ti公司相繼推出第四代、第五代DSP芯片等。隨著CMOS技術的進步與發(fā)展，日本的Hitachi公司在1982年推出第一個基于CMOS工藝的浮點DSP芯片，1983年日本Fujitsu公司推出的MB8764，其指令周期為120ns，且具有雙內部總線，從而使處理吞吐量發(fā)生了一個大的飛躍。而第一個高性能浮點DSP芯片應是AT&T公司于1984年推出的DSP32.與其他公司相比，Motorola

3、公司在推出DSP芯片方面相對較晚。1986年，該公司推出了定點處理器MC56001.1990年推出了與IEEE浮點格式兼容的浮點DSP芯片MC96002。美國模擬器件公司（AD）在DSP芯片市場上也占有一定的份額，相繼推出了一系列具有自己特點的DSP芯片。自1980年以來，DSP芯片得到了突飛猛進的發(fā)展，DSP芯片的應用越來越廣泛，并逐漸成為電子產品更新換代的決定因素。從運算速度來看，MAC（一次乘法和一次加法）時間已經從20世紀80年代初的400ns降低到10ns以下，處理能力提高了幾十倍。DSP芯片內部關鍵的乘法器部件從1980年占模片區(qū)的40%左右下降到5%以下，片內RAM數量增加一個數

4、量級以上。DSP芯片的引腳數量從1980年的最多64個增加到現在的200個以上，引腳數量的增加，意味著結構靈活性的增加，如外部存儲器的擴展和處理器間的通信等。2數字信號處理技術的廣泛應用自然界中存在的各種各樣的信息和信號都可以通過傳感器轉換為電信號，例如：聲音、語言和音樂可以通過傳聲器（如話筒）轉換成音頻信號；人體器官的運動信息（如心電、腦電、血壓和血流）可轉換成不同類型的生物醫(yī)學信號；機器運轉產生的一些物理變（如溫度、壓力、轉速、振動和噪聲等）可用不同類型的傳感器轉換成對應于各種物理量的電信號；在人造衛(wèi)星上用遙感技術可得到地面上的地形、地貌，甚至農田水利和各種建筑設施的信息；雷達、聲納能探測

5、遠方飛機和潛艇的距離、方位和運行速度等信息?？傊?，在現代社會里，信息和信號與人民生活、經濟建設、國防建設等很多方面都有著密切的關系。使得數字信號處理技術應用的范圍不斷擴大，現在數字信號處理技術的應用遍及與其相關的各個領域。典型應用：(1)通用信號處理：卷積，相關，FFT，Hilbert變換，自適應濾波，譜分析，波形生成等。(2)通信：高速調制/解調器，編/譯碼器，自適應均衡器，仿真，蜂房網移動電話，回聲/噪聲對消，傳真，電話會議，擴頻通信，數據加密和壓縮等。(3)語音信號處理：語音識別，語音合成，文字變聲音，語音矢量編碼等。(4)圖形圖像信號處理：二、三維圖形變換及處理，機器人視覺，電子地圖，

6、圖像增強與識別，圖像壓縮和傳輸，動畫，桌面出版系統等。(5)自動控制：機器人控制，發(fā)動機控制，自動駕駛，聲控等。(6)儀器儀表：函數發(fā)生，數據采集，航空風洞測試等。(7)消費電子：數字電視，數字聲樂合成，玩具與游戲，數字應答機等。2.1數字信號處理在多媒體通信的應用多媒體是將傳統的模擬視頻信號和聲音信號轉換為數字信號來實現的。視頻和聲音信號的數字化會產生大量的數據，這些數據要依靠高性能的DSP來減小對存儲空間和傳輸帶寬地要求。需要由DSP來完成的任務包括視頻信號和聲音信號的編碼/解碼、彩色空間轉換、回音消除、濾波、誤碼校正、復用、bit流協議處理等。例如，在網絡電話（Voice over IP

7、；VoIP）中，模擬語音信號必須經過處理，轉換成適合在IP網絡上傳輸的IP數據包，這個過程需要先進行數字編碼，轉換為PCM碼，然后經過專門的DSP芯片進行數據壓縮，最后再打上IP包的標記，形成IP數據包的形式，以適合IP網絡上的傳輸帶寬，這涉及PCM、DSP、編碼、壓縮等內容。在IP電話中，利用DSP技術進行語音壓縮和解碼，可以極大地提高語音質量，降低對存儲空間的要求，加快系統處理速度，并進一步壓縮對帶寬的需求。圖4表示VoIP傳輸的基本過程，可以看出，DSP技術在進行語音壓縮和解碼時起著至關重要的作用。近年來，隨著計算機輔助設計、制造和超大規(guī)模集成電路的發(fā)展，各種ASIC專用芯片，如FFT芯

8、片，數字濾波器芯片語音識別和合成芯片語音和圖像壓縮編碼芯片等大量出現。最新的發(fā)展趨勢是進一步提高集成性，將CPU、DSP、大容量存儲器、現場可編程門陣列等集成在同一芯片上，這樣組成的數字信號處理系統具有很大的靈活性，可以作為多媒體的硬件平臺。DSP技術是現代通信的核心技術之一，未來的通信將越來越依賴數字信號處理技術的發(fā)展?，F代通信技術的發(fā)展要求將先進的通信技術、微電子技術和計算技術結合在一起。可以設想，在使用了現代DSP技術的通信系統中，原先不能互聯的多種通信體制將綜合為一個通用的通信體制，人們可以擺脫終端的束縛，實現“一機在手，漫游天下” 的夢想。這種嶄新的通信體制將給我們的生活方式，甚至思

9、維模式帶來巨大的變化。2.2數字信號處理技術在軟件無線電的應用軟件無線電是利用同樣的硬件設備和不同的軟件模塊，來適應不同頻段、不同調制方式下的通信。軟件無線電中，最重要和最具有挑戰(zhàn)性的部分就是高性能的A/D、D/A變換器和以DSP為核心的實時信號處理。軟件無線電對DSP提出了實時性很高的要求，它有力的促進著DSP的發(fā)展，其中包括單片處理器的性能、多處理器協同工作的能力、DSP軟件開發(fā)環(huán)境和DSP實施操作系統等方面。軟件無線電在通信系統中，特別是在第三代移動通信系統中的應用越來越成為研究的熱點。例如，在歐洲的先進通信技術與業(yè)務計劃中（ACIS）,有多項計劃是將軟件無線電技術應用在第三代移動通信系

10、統中。美國也正在研究基于軟件無線電技術的第三代移動通信系統的多頻帶與多模式手機與基站，使軟件無線電設備升級的成本大幅度降低，同時，軟件無線電技術與計算機技術正在不斷融合，為第三代移動通信系統提供良好的用戶界面。我國對軟件無線電技術也相當重視，例如，我國提出的第三代移動通信系統方案SCDMA(同步碼分多址) 是一種同步的直接擴頻CDMA (碼分多址)技術，他結合了DSP、智能天線、軟件無線電技及全質量語音壓縮編碼技術等現代通信技術。圖3表示移動通信手持終端中的信號和信息的傳輸與處理過程，DSP在其中的核心作用是是顯而易見的。2.3數字信號處理技術在電力系統模擬量采集和測量中的應用計算機進入電力系

11、統調度后，引入了EMS/DMS/SCADA的概念，而電力系統數據采集和測量是SCADA的基礎部分。傳統的模擬量的采集和獲得，通過變送器將一次PT和CT的電氣量變?yōu)橹绷髁?，在進行A/D轉換送給計算機。應用了交流采用技術以后，經過二次PT、CT的變換后，直接對每周波的多點采樣值采用DSP處理算法進行計算，得到電壓和電流的有效值和相角，免去了變送器環(huán)節(jié)。這不僅使得分布布置的分布式RTU很快地發(fā)展起來，而且還為變電站自動化提供了功能綜合優(yōu)化的手段。變電站自動化元件較多，模擬量、開關量比較多而且比較分散，要求的實時性也較高，DSP能快速采集、精確處理各種信息，尤其在并行處理上可實現多機多任務操作，實用十

12、分靈活、方便，片內諸多的接口為通訊及人機接口提供了容易的擴展，由于接口的多樣化，使勵磁、調速器及繼電保護的掛網監(jiān)控更容易。由于DSP集成度高，硬件設計方便，使設計起來更容易，而且增加了產品的可靠性，DSP在冗余設計上更容易，為水電站實現無人值班，少人值守的發(fā)展方向，提供了可靠的新技術。2.4數字信號處理技術在家電中的應用DSP擅善于數學運算，嵌入式DSP電機控制芯片把DSP內核與一系列功能強盛的控制外設集成到一個芯片上，這樣便能以快速的DSP內核作為計算引擎，加上片內的A/D模塊提高了電機控制帶寬，而且允許低本錢實現更加復雜垢控制和無傳感器的算法，因此能控制交流感應電動機、無刷直流電動機和開關

13、磁阻電機，需不需要速度或位置傳感器，甚至特另外電流傳感方式。這些計算能力和優(yōu)化的外設使它很容易的完成更多的功能，如功率因數的校正;在不增加控制器本錢的情況下，滿意某些特別應用的要求，如洗衣機的平衡控制。新經濟將我們帶進一個全數字的世界，更多的數字信息將要涌入家庭，如網絡冰箱就是量例。嵌入式DSP使控制器甚至是電器之間建立通信成為易事。最新的嵌入式DSP帶調試用的JTAG和為家庭網絡控制用的CAN總線。DSP計算引擎將與更先進的外設集成，提供一種單片解決方案。因此優(yōu)化的外設是可編程的，而且處于軟件的實時控制之下，所以嵌入式DSP可提供更加靈活多樣的控制特征，且易于升級。3.數字信號處理技術的發(fā)展

14、趨勢（1）努力向系統級集成邁進縮小DSP芯片尺寸始終是DSP的技術發(fā)展方向。當前的DSP多數基于RISC（精簡指令集計算）結構，這種結構的優(yōu)點是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP廠商紛紛采用新工藝，改進DSP芯核，并將幾個DSP芯核、MPU芯核、專用處理單元、外圍電路單元、存儲單元統統集成在一個芯片上，成為DSP系統級集成電路。這樣的集成縮小了整機的體積，縮短了產品上市的時間，是一個重要的發(fā)展趨勢。（2）基一步改善DSP的內核結構DSP的結構主要是針對應用，并根據應用優(yōu)化DSP設計，以極大改進產品性能。多通道結構和單指令多重數據（SIDM）、超常指令字結構（VLIM）、超標量結構、超流水結構、多

15、處理、多線程及可并行擴展的哈佛（SHARC）結構，在新的高性能處理器中將占據主導地位。（3）可編程是DSP主導產品可編程DSP給生產廠商提供了很大的靈活性。生產廠商可在同一個DSP平臺上開發(fā)出各種不同型號的系列產品，以滿足不同用戶的需求。同時，可編程DSP也為廣大用戶提供了易于升級的良好途徑。人們已經發(fā)現，許多微處理器能做的事情，使用可編程DSP將做得更好更便宜。（4）追求更高的運算速度，進一步降低功耗和幾何尺寸由于電子設備的個人化和客戶化趨勢，DSP必須追求更快更高的運算速度，才能跟上電子設備的更新步伐。同時由于DSP的應用范圍已擴大到人們工作生活的各個領域，特別是便攜式手持產品對低功耗和尺

16、寸的要求很高，所以DSP有待于進一步降低功耗。按照CMOS的發(fā)展趨勢，依靠新工藝改進芯片結構，DSP運算速度的提高和功耗幾何尺寸的降低是完全可能的。例如，采用0.13m最新半導體工藝制造的PD77210用1.5V低電壓供電，功耗僅為以往產品的一半。（5）定點DSP是主流雖然負電DSP的運算精度更高，動態(tài)范圍更大，但定點DSP器件的成本較低，對存儲器的要求也低，而且耗電較省。因此，定點運算可編程DSP器件榮是市場上的主流產品。據統計，目前銷售的DSP器件中，80%以上屬于16位定點可編程DSP器件，預計今后的比重將進一步增大。（6）與其它可編程器件結合DSP的許多新應用需要比傳統DSP具有更加強

17、大的數字信號處理能力，設計者往往會借助PLD和FPGA來滿足日益提高的信號處理需求。與常規(guī)DSP器件相比，FPGA器件配合傳統DSP器件可以處理更多信道，可在基站中用來實現高速實時處理，滿足無線通信、多媒體等領域多功能和多性能的需要。（7）DSP嵌入式系統DSP嵌入式系統是DSP系統嵌入到應用電子系統中的一種通用系統。這種系統既具有DSP器件在數據處理方面的優(yōu)勢，又具有應用目標所需要的技術特征。在許多嵌入式應用領域，既需要在數據處理方面具有獨特優(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技術發(fā)展的新潮流。（8）專用DSP

18、芯片針對特定的終端應用，DSP器件也逐漸從傳統的通用性處理器中分離出更多的直接面向特定應用的器件。這些器件多采用DSP+ARM的雙核結構，既可滿足核心算法的需求，又能滿足網絡傳輸和用戶界面等需求。同時，越來越多的專用接口以及協處理器被集成到芯片中，用戶只需添加極少的外部芯片，即可構成一個完整的應用系統。例如，面向第三代無線通信終端的OMAP1510、面向數碼相機的DM270、面向專業(yè)音頻設備的DA610、面向媒體處理的DM642芯片等，都是典型例子。我想隨著DSP芯片性能的不斷改善，用DSP芯片構造數字信號處理系統作信號的實時處理已成為當今和未來數字信號處理技術發(fā)展的一個熱點。隨著各個DSP芯片生產廠家研制的投入，DSP芯片的生產技術不斷更新，產量增大，成本和售價大幅度下降，數字信號處理技術必將得到更大的發(fā)展。 可修改 歡迎下載 精品 Word親愛的用戶：煙雨江南，畫屏如展。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，感謝你的閱讀。1、最困難的事就是認識自己。22.2.162.16.202220:2620:26:212月-2220:262、自知之明是最難得的知識。二二二二二二年二月十六日2022年2月16日星期三3、越是無能的人，越喜歡挑剔別人。20:262.16.202220:262.16.202220:2620:26:212.1