数字信号处理的现状与前景
数字信号处理的现状与前景
摘要：近年来，随着通信技术的飞速发展，DSP 已经成为信号与信息处理领域里一门十分重要的新兴学科，它代表着当今无线系统的主流发展方向。现在，通信领域中许多产品都与DSP 密切联系，例如，Modem 、数据加密、扩频通信、可视电话等。而寻找DSP 芯片来实现算法最开始的目标是在可以接受的时间内对算法做仿真，随后是将波形存储起来，然后再加以处理。由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。
关键字：DSP 技术，现状，前景
正文：
数字信号处理器是一种专门用来实现各种信号处理的微处理器。根据使用方法不同可分为专用DSP 和通用DSP 。专用的DSP 是用来实现某些特定的信号处理功 能, 如数字滤波,FFT 等. 它不需要编程, 使用 方便, 处理速度快, 但是缺乏灵活。通用DSP 则有完整的指令系统, 通过编程来 实现各种信号处理功能. DSP主要是为了满足通信, 雷达, 数字电视, 软 件无线电等领域对数字信号处理的需要。
DSP 的特点有很多，体现在数学计算密集应用，如典型的数字信号处理算法，包括FFT, 数字滤波等, 其特点就是数学计算密集。DSP 在其体系结构上采取了一系列措施, 使其在数学计算方面具有优越的性能. 在通信等领域的调制和解调, 雷达中的信号检测中, 必须在若干微秒至毫秒内完成数据处理, 并且给出运算结果, 这就是所谓实时处理。
DSP 发展历程大致分为四个阶段：第一阶段是70年代理论先行，第二阶段是80年代产品普及，第三阶段是90年代突飞猛进，第四阶段是21 世纪再创辉煌。
在DSP 出现之前数字信号处理只能依靠MPU （微处理器）来完成。但MPU 较低的处理速度无法满足高速实时的要求。因此，70年代有人提出了DSP 的理论和算法基础。而DSP 仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP 系统也是由分立组件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航大部门。
随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上诞生了首枚DSP 芯片。这种DSP 器件采用微米工艺NMOS 技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比MPU 快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP 芯片的问世标志着DSP 应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。随着CMOS 技术的进步与发展，第二代基于CMOS 工艺的DSP 芯片应运而生，其存储容量和运算速度成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技
术的基础。80年代后期，第三代DSP 芯片问世，运算速度进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信、计算机领域。
90年代DSP 发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP 器件。现在的DSP 属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP 芯核及外围组件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP 芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域，前景十分可观。
随着DSP 性能的迅速提高和成本价格的大幅度下降,DSP 的应用范围不断扩大, 成为当前产量和销售量增长最快的电子产品之一.DSP 应用几乎遍及整个电子领域常见的典型应用有:1、通用数字信号处理 数字滤波, 卷积, 相关,FFT, 希尔伯特变换, 自适应滤 波, 窗函数, 波形发生等.2、通信高速调制解调器, 编/译码器, 自适应均衡器, 传真, 程控交换机, 蜂房移动电话, 数字基站, 数字留言机, 回音消除, 噪声抑制, 电视会议, 保密通信, 卫星通信. 随着互联网络的迅猛发展,DSP 又在网络 管理/服务, 信息转发,IP 电话等新领域扮演着重要角色, 而 软件无线电的提出和发展进一步增强了DSP 在无线通信领域的作用。3. 语音处理：语音识别, 合成, 矢量编码, 语音信箱.4. 图形/图像处理：三维图像变换, 模式识别, 图像增强, 动画, 电子出版, 电子 地图等.5. 自动控制：磁盘, 光盘, 打印机伺服控制, 发动机控制, 电机驱动等.6. 仪器仪表：测量数据谱分析, 自动监测及分析, 暂态分析, 勘探, 模拟试验.7. 医学电子：助听器,CT 扫描, 超声波, 心脑电图, 核磁共振, 医疗监护等.
新的形势下，DSP 面临的要求是处理速度更高，功能更多更全，功耗更低，存储器用量更少。①追求更高的运算速度和进一步降低功耗和几何尺寸。由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP 必须追求更高更快的运算速度，才能跟上电子设备的更新步伐。同时由于DSP 的应用范围已扩大到人们工作生活的各个领域，特别是便携式手持产品对于低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP 有待于进一步降低功耗。按照CMOS 的发展趋势，依靠新工艺改进芯片结构，DSP 运算速度的提高和功耗尺寸的降低是完全可能的。②DSP 的内核结构进一步改善。DSP 的结构主要是针对应用，并根据应用优化DSP 设计以极大改进产品的性能。多通道结构和单指令多重数据（SIMD ）、超长指令字结构（VLIM ）、超标量结构、超流水结构、多处理、多线程及可并行扩展的超级哈佛结构(SHARC)在新的高性能处理器中将占据主导地位。③DSP 嵌入式系统[5]。DSP 嵌入式系统是 DSP 系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统[4> 。这种系统既具有DSP 器件在数据处理方面的优势，又具有应用目标所需要的技术特征。在许多嵌入式应用领域，既需要在数据处理方面具有独特优势的DSP ，也需要在智能控制方面技高一筹的微处理器(MCU)。因此，将DSP 与MCU 融合在一起的双核平台，将成为DSP 技术发展的一种新潮流。