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数字信号处理系别：电气工程与自动化专业：自动化摘要：介绍了DSP技术(器件)的主要特点．总结了DSP在家电、办公设备、控制和通信领域的主要应用及其发展趋势。关键词：数字信号处理；音频／视频；控制；通信DSP数字信号处理技术(DigitalSignalProcessing)指理论上的技术；DSP数字信号处理器(DigitalSig—halProcessor)指芯片应用技术。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。两者结合起来就成为解决实际问题和实现方案的手段DsPs一数字信号处理解决方案。DSP运用专用或通用数字信号处理芯片，通过数字计算的方法对信号进行处理，具有精确、灵活、可靠性好、体积小、易于大规模集成等优点。DSP芯片自从1978年AMI公司推出到现在，其性能得到了极大的提高。1DSP的特点1．1修正的哈佛结构DSP芯片采用修正的哈佛结构(Havardstructure)，其特点是程序和数据具有独立的存储空间、程序总线和数据总线，非常适合实时的数字信号处理口]。同时，这种结构使指令存储在高速缓存器中(Cache)，节约了从存储器中读取指令的时间，提高了运行速度。如美国德州仪器公司——TI(TexasInstruments)的DSP芯片结构是基本哈佛结构的改进类型。1．2专用的乘法器一般的算术逻辑单元AIU(ArithmeticandLogicUnit)的乘法(或除法)运算由加法和移位实现，运算速度较慢。DSP设置了专用的硬件乘法器、多数能在半个指令周期内完成乘法运算，速度已达每秒数千万次乃至数十亿次定点运算或浮点运算，非常适用于高度密集、重复运算及大数据流量的信号处理。如MS320C3x系列DSP芯片中有一个硬件乘法器：TMS320C6000系列中则有两个硬件乘法器。1．3特殊的指令设置DSP在指令系统中设置了“循环寻址”(Circularaddressing)及“位倒序”(bit—reversed)等特殊指令，使寻址、排序及运算速度大大提高引。另外，DSP指令系统的流水线操作与哈佛结构相配合，把指令周期减小到最小值，增加了处理器的处理能力。尽管如此，DSP芯片的单机处理能力还是有限的，多个DSP芯片的并行处理已成为研究的热点。2DSP在家电、办公设备中的应用2．1高清晰度电视传统电视采用线性扫描的信号处理方式，画面像素最高仅4O～5O万个，会带来画质的损失，而DSP数字超微点阵(DigitalSuperMicroPixe1)技术，超越传统的线性扫描，进入由“点”组成的微显示数字技术层面，从模拟的“线”飞跃到数字的“点”。DSP是逐点优化的。它运用全新的逐点扫描技术，修复并优化每一个点的质量，消降图像边缘模糊现象，细节部分的锐利度成倍提高。2．2A／V(Audio／Video)设备家庭影院主要由数字化A／V(Audio／Video)设备组成，DSP不仅带来环绕声，而且提供虚拟各种现场效果。VCD(VideoCompactDisc)、DVD(DigitalVideoDisc)、MD(Minidiskette)、DAB(DigitalAudioBrod—casting)、DVB(DigitalVideoBox)等数字音视频产品中，DSP的价值主要体现在音频的Hi—Fi(HighFideli—ty)处理上。目前，对MPEG(MovingPictureExpeGroup)音频Layer2、Iayer3等用c语言仿真研究，在此基础上用C549实现了MP3解码器的采样；用’C6201和’C6701分别实现MP3编码器和MPEG一2AAC编解码器。MPEG一2AAC重建的音质超过MP3和AC一3将成为直播卫星、地面DAB和SW、Mw、AM广播数字化的首选标准。2．3照(摄)相机照相机的说明书常在“XXX万像素”加前缀“插值”，而实际上像素没有这么多。插值就是通过DSP芯片计算，人为地放大图片。就好像是把一张800×600的照片人为放大到1600×1200。因此，购买相机时也要注意实际能提供的像素是多少。2．4打(复)印机、扫描仪DSP在这些设备中所起的作用不仅仅是控制，还担负着繁重的信号处理任务，如字符识别、图象增强、彩色调整等。高速率、高分辨率、彩色、低成本的复印、扫描和打印正是由于DSP性能的不断提高而逐步变成现实。DSP可以使办公室的复印机智能化，使激光打印机将数据文件打印在纸上，使扫描仪将文本(包括文字和图象)读人并变成有效数据文件。3DSP在控制系统中的应用3．1马达控制基于DSP的智能控制器逐步提高马达伺服驱动器的控制器性价比。首先，DSP增加了计数能力，能够实施性能更高的控制算法。如磁场定向控制；其次，利用计算强度更高的算法使用更高效的马达。如可用永磁马达替代AC感应马达，进一步提高效率与动态性能；此外，性能也有助于去除机械组件，采用适当的马达大小，并在控制器上集成诸如速度、定位、转矩断面生成、功率因数校正等更多功能的能力，使设计人员能够以更低的成本做更多的事情[3]。基于DSP的32位控制器能够处理复杂的运算。DSP就马达控制应用进行了优化，片上集成脉宽调制器PWM(PulseWidthModulator)、编码器接口、通信端口以及模数转换器ADC(Analog—to—DigitalConverter)等功能。其中还包括了大量的快闪存储器和RAM(RandomAccessMemory)，这就消除了对外部存储器设备的需求。3．2网络控制视频信箱、虚拟现实、交互式电视的实现要求网络有更灵活的传输带宽。ISDN和多媒体网络必须在同一个传输线上同时传输需要不同带宽的信号。异步传输模式ATM{AsynchorousTransferMode)正在成为高速数据通信的国际标准，而DSP可为ATM交换提供多种实现方案。4DSP在通信中的应用4．1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：64kb／s的A律、S律的脉冲编码调制PCM(PulseCodeModulation)和自适应差分脉冲编码调制ADPCM(AdaptiveDifferentialPCM)等，还有基于线性预测编码IPC(IinearPredictiveCoder)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也表现出了强大的数字信号处理能力。如符合公众电话网上低比特率多媒体通信H．324协议中的H．263图像编解码得到实时实现；用’C542实现的脱机便携式彩色静止图像传输系统，分辨率有576×480、352×288CIF(CommonIntermediateFormat)、176×144QCIF(QuarterCommonInntermediateFormat)等可选择，发送端图像压缩终端如一般的Modem大小，可通过Modem在PSTN(PublicSwitchedTelephoneNetwork)上拨号传输图像，也可通过无线Modem在CDPD(CellularDigitalPacketData)中传输，适用于远程监控、彩色文件传送。4．2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—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，模拟蜂窝电话达到5千万用户花了14年，而数字蜂窝电话(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。4．3软件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转换靠近射频天线，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。中频处理对速度的要求大约在500MIPS／MFIOPS～IOGIPS／GFIOPS数量级；基带处理要求大约在10～1O0MIPS／MFIOPS数量级，另外，再加上实现比特流、管理和控制部分的要求，DSP芯片的处理速度至少要在1GFIOPS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。5结束语DSP在信息数字化处理领域发挥着重要的作用，随着DSP技术不断完善，低成本、高性能DSP器件的不断推出，必定会得到更广泛地开发和应用。