数字信号处理应用及发展前景浅析

数字信号处理技术应用及发展前景浅析

【摘要】数字信号处理（DSP）是广泛应用于许多领域的新兴学科，因其具有可程控、可预见性、精度高、稳定性好、可靠性和可重复性好、易于实现自适应算法、大规模集成等优点，广泛应用于实时信号处理系统中。本文概述了DSP技术在各个领域的应用状况，以及在未来的发展前景。

【关键词】数字信号处理 数据处理 信息技术

1 引言

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。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。数字信号处理是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。 2 DSP目前的主要应用领域

DSP技术在数据通信、汽车电子、图像处理以及声音处理等领域应用广泛。

（1）数字化移动电话

数字移动电话可划为两大类：高速移动电话和低速移动电话。而无论是高速移动电话还是低速移动电话，都要用至少1个DSP，因此，高速发展的数字化移动电话急需极为大量的DSP器件。

（2）数据调制解调器

数字信号处理器的传统应用领域之一，就是调制解调器。调制解调器是联系通信与多媒体信息处理系统的纽带。利用PC机通过调制解调器经由电话线路，实现拨号连接Internet是最简便的访问形式。由于Internet用户急剧增加，由PC机上利用浏览程序调用活动图像信息量增大，就需要使用数据传送速度更高的调制解调器。这就意味，在高速调制解调器里需要更高性能的DSP器件。

（3）磁盘／光盘控制器需求

多种信息存储媒体产品的迅速发展，诸如磁盘存储器、CD－ROM和DVD（DigitalVersatileDisk）－ROM的纷纷上市。今日的磁盘驱动器HDD，存储容量已相当可观，大型HDD姑且不谈，就连普通PC机的HDD的存储容量也远在1GB以上，小型HDD向高密度、高存储容量和高速存取方向发展，其控制器必须具备高精度和高速响应特性，它所用的DSP性能也是今非昔比，高速DSP是必不可少的关键性器件。

（4）图形图像处理需求

DVD里应用的活动图像压缩／解压缩用MPEG2编码／译码器，同时也广泛地应用于视频点播VOD、高品位有线电视和卫星广播等诸多领域。这些领域应用的DSP应该具备更高的处理速度和功能。而且，活动图像压缩／解压技术也日新月异，例如，DCT变换域编码很难提高压缩比与重构图像质量，于是出现了对以视觉感知特性为指导的小波分析图像压缩方法。新的算法出现，要求相应的高性能DSP。

（5）汽车电子系统及其它应用领域

汽车电子系统日益兴旺发达，诸如装设红外线和毫米波雷达，将需用DSP进行分析。利用摄像机拍摄的图像数据需要经过DSP处理，才能在驾驶系统里显示出来，供驾驶人员参考。因此，DSP在汽车电子领域的应用也必然会越来越广泛。

（6）声音处理。

声音数字压缩技术早已开始应用，其中以脉冲编码调制(PCM)的方法最普遍。由于其

只能压缩50%数字，不足以应付未来计算机应用。而DSP技术已经在音效应用中得到广泛采用，例如应用于多媒体音效卡。而高质量、高速度的声音处理技术，就需要更多高性能DSP的应用。

3 DSP未来的发展趋势

全球DSP产品将向着高性能、低功耗、加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP芯片将越来越多地渗透到各种电子产品当中，成为各种电子产品尤其是通信类电子产品的技术核心。DSP未来的发展趋势，大致可以分为以下几个方向：

（1）数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位。

（2）DSP 和微处理器的融合

微处理器是低成本的，主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务，但其数字信号处理功能很差。而DSP的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能，如数字蜂窝电话就需要监测和声音处理功能。因此，把DSP和微处理器结合起来，用单一芯片的处理器实现这两种功能，将加速个人通信机、智能电话、无线网络产品的开发，同时简化设计，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。

（3）DSP 和高档CPU的融合

大多数高档GPP，如Pentium 和PowerPC都是SIMD指令组的超标量结构，速度很快。LSI Logic 公司的LSI401Z采用高档CPU的分支预示和动态缓冲技术，结构规范，利于编程，不用担心指令排队，使得性能大幅度提高。Intel公司涉足数字信号处理器领域将会加速这种融合。

（4）DSP 和SOC的融合

SOC(System-On-Chip)系统包括DSP 和系统接口软件等。比如Virata公司购买了LSI Logic公司的ZSP400处理器内核使用许可证，将其与系统软件如USB、10BASET、以太网、UART、GPIO、HDLC等一起集成在芯片上，应用在xDSL上，得到了很好的经济效益。因此，SOC芯片近几年销售很好，由1998年的1.6亿片猛增至1999年的3.45亿片。1999年，约39%的SOC产品应用于通讯系统。毋庸置疑，SOC将成为市场中越来越耀眼的明星。

（5）DSP 和FPGA的融合

现场编程门阵列器件和DSP集成在一块芯片上，可实现宽带信号处理，大大提高信号处理速度。据报道，Xilinx 公司的Virtex-II FPGA对快速傅立叶变换(FFT)的处理可提高30倍以上。它的芯片中有自由的FPGA可供编程。Xilinx公司开发出一种称作Turbo卷积编译码器的高性能内核。设计者可以在FPGA中集成一个或多个Turbo内核，它支持多路大数据流，以满足第三代(3G)WCDMA无线基站和手机的需要，同时大大节省开发时间，使功能的增加或性能的改善非常容易。因此在无线通信、多媒体等领域将有广泛应用。

【参考文献】

(1) 数字信号处理[M] 丁美玉 高西全等 西安电子科技大学出版社.1997年

(2) DSP在移动通信中的应用[J] 张丽娟(北方交通大学现代能信研究所100044) 电子产品世界.2000(12)

(3) DSP技术发展与应用综述[J] 鲁争焱 中国兵器工业第214研究所，蚌埠

(4) DSP技术及其前景[J] 裘云 微计算机信息-2000年5期

(5) DSP技术的最新发展及其应用现状[J] 魏晓云 陈杰 曾云（中国科学院微电子中心，湖南大学应用物理系）半导体技术. 2003年 28卷 9期