DSP技术及相关应用

DSP技术及相关应用1.什么是DSP技术数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。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。数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。2DSP技术的优点与不足DSP技术有着其独特的两大特色，即强大的数据处理能力以及高运行速度，除此之外，其主要的优点在于：（1）DSP芯片能够在各种比较苛刻环境下进行运用，这主要是因为其具备较高的品质和抗干扰的性能，进而保证整个系统能够正常的可靠的运行；（2）DSP技术能够实现模拟处理不能实现的一些功能，比如：能够实现线性相位、进行多抽样的处理以及共享同一个处理器等；（3）DSP技术能够自动地调整处理器的相关系数而实现自适应滤波等。随着人们对其的要求越来越高，其不足之处也被逐渐放大，比如：（1）在对数字信号进行相关处理时，处理器不能实现对数模的转换；（2）由于受到采样频率的限制，导致其处理频率的范围也受到了一定的限制；（3）数字系统的可靠性不如无源设备[2]等。这些不足之处都是需要我们通过不断的研究去解决的。3DSP技术发展的两大领域就现阶段DSP技术发展的领域而言，可将其归结为两个方面，分别是：（1）在数字信处理的理论和方法方面的发展，其中的数字信号处理涉及到的范围很广，包括：数学领域、随机过程以及数值分析等，这些都可被归结为数字信号处理的基本工具，值得关注的是数字信号处理已将一些十分经典的理论体系作为了理论基础，使其自身形成了一系列的新兴学科。（2）在算法方面，数字信号处理主要研究的是如何在运算量和存储器使用量最小时也能完成指定的任务，随着DSP处理器性能的不断提高，在体积、功耗及成本上的下降，使得其已能够满足低成本便携式电池供电应用系统的要求。DSP技术在上述两个大领域的发展是互相促进的，如果没有对理论和算法进行深层次的研究，也就不能推动其在实际工作中的应用，随着人们对应用不断的提出要求，也就在一定程度上促进了理论的发展。4在各个领域的应用4.1在仪器仪表领域的具体应用。随着DSP技术的不断发展，现如今其已经被应用到了测量仪表[3]和测试仪器行业，并且有取代高档单片机的走势。之所以将DSP技术用于开发新型的测量仪表和测试仪器，主要是考虑到DSP技术的引入，能够在很大程度上简化仪器仪表的硬件电路，进而最终实现仪器仪表的片上系统设计，同时DSP芯片能够在很大程度上提高仪器仪表的测量精度和速度。现阶段的DSP技术正处于高速发展时期，DSP技术的引入能够在一定程度上推进仪器仪表的技术革新。以下就该技术在线阵CCD测量系统中的应用进行分析：就CCD测量系统的工作进程而言，其一般分为3步，首先是利用CCD自身携带的传感器进行光积分，之后是对CCD输出的电信号进行数据采集工作，最后利用DSP系统实现对数字信号的相关处理。利用DSP技术实现对数据的处理，对于每组的数据而言，数据的采集以及数据的处理工作都属于流水线方式。结合AD采样技术能够充分的发挥DSP处理器片内存储器容量大、快速灵活运算能力的特点，使用DSP片内双数据缓冲区交替对CCD进行信号采集和数据处理；在进行数据处理过程中，DSP以中断方式读取AD采样结果。4.2在语音处理领域的应用。在对语音信号进行相关处理时，常需要对信号进行增强，该技术是语音信号处理中的一项十分关键的技术，最主要的目的在于提取出纯净的语音。比如当语音处理系统是在较强噪声下工作时，其内部的DSP芯片相当于是一个微处理器，能够完成语音增强算法的实现并控制系统的正常运行。值得关注的一点是，利用DSP技术能够在中断服务子程序内读取相应的数据，并实现对这些数据的语音增强，也能将增强后的数据存储或传输。4.3在通信领域的应用。随着科技的不断发展，通信技术得到了十分迅速的发展，现阶段的DSP技术已经被看作是信号与信息处理领域的一门新兴学科。现如今，通信领域中的大部分产品与DSP都存在一定的联系，包括：对数据的加密操作、扩频通信以及电话的可视功能等。最初构想的通信的DSP应用系统，其目标也就是在一定的间内对算法进行一定的仿真，将波形存储起来，最后对这些被存储起来的波形进行一定的处理，实现通信功能。就DSP技术在通信方面的具体应用而言，数字蜂窝电话是其最为重要的一个应用领域。随着DSP技术的引入，现如今对蜂窝电话的更新换代显得尤为简单，具体的过程只是在统一的硬件平台基础上，利用软件自身的不断升级，生产出各种各样的新款手机。4.4在多媒体领域的应用。就多媒体的内涵而言，其主要包括如下几个方面，即文字、语言、图像、图形和数据等。多媒体携带的信息大部分属于视频和音频数据，如果对这些数据进行存储则需要很大的存储空间，所以需要采用一定的技术手段对这些数据进行适当的压缩，以便节省储存空间。在这样的背景下，DSP技术的引入实现了对语音的编码、图像的压缩和还原等功能，并且还能够在一定程度上提高通信线路的传输效率。现如今移动通信中的语音压缩和调制解调器也大量采用DSP。上述内容只是简单的说明了DSP技术在一些领域的实际应用，由于DSP技术的日新月异，其应用的领域也在不断的扩展，在不久的将来，DSP技术将会被广泛应用到人们的生活中。5DSP技术的发展趋势随着DSP技术被广泛应用于各个领域，其主要的发展趋势可以归结如下：（1）实现系统的集成，也就是将以往的多个DSP芯核、MPU芯核或者存储单元等，集成在同一个芯片上，实现集成电路；（2）对DSP的内核结构进行完善，以便能够实现单指令多重数据、超流水结构以及多处理等功能；（3）提高运算速度和缩减功耗和相应的几何结构尺寸；（4）就未来而言，主流应该是定点DSP，与浮点DSP相比较而言，定点DSP器件需要的成本较低，并且其对于存储器的要求也较低，实际工作中耗能较少。（5）如果能够实现与可编程器件的结合就更好了，以便实现高速实时处理功能，用于满足无线通信、多媒体等领域多功能和高性能的要求。6结语随着社会的不断发展，也随着人们生活水平的日益提高，人们对于生活的需求也在不断的增长。现阶段，DSP技术已经被越来越多的应用到日常生活中，其发展日新月异，它的应用领域还在不断的扩展。市场的需求促进了技术的迅速发展，正是由于DSP技术的存在，才有了越来越多的新产品。参考文献：[1]申敏.DSP原理及其在移动通信中的应用[M].北京:人民邮电出版社,1999.[2]徐伟.DSP应用的结构和发展方向[J].电子技术应用,1999.[3]彭启琮,李玉柏,管庆.DSP技术的发展与应用[M].北京:高等教育出版社,2007.