dsp論文(精)

1、第1頁數(shù)字信號處理技術(shù)與發(fā)展前景繆家駿(徐州醫(yī)學(xué)院江蘇徐州)內(nèi)容摘要內(nèi)容摘要:20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。通過對互聯(lián)網(wǎng)上資料的搜集和整理，以及由資深工程師多年的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)總結(jié)得出了DSP技術(shù)的七大特點(diǎn)和五大趨勢。希望對讀者在學(xué)習(xí)以及研究方面有些許啟發(fā)。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞:數(shù)字信號處理DSP技術(shù)發(fā)展趨勢Abs

2、tract:Whenitappearedin1960sDigitalSignalProcessingdevelopedrapidlybytherapiddevelopmentofcomputerinfmationtechnology.Inthepast20yearsDSPhasbeenlargelyusedinthefieldlikeinfmationcommunication.WefoundedthatDSPhassevenacter

3、isticsfivedevelopmentdirectionsthroughcollectinginfmationontheinteraskingDSPengineers.Itmightwillbeusefultothereaders.Keywds:DSPembeddedelectronictechnology數(shù)字信號處理（DigitalSignalProcessing，簡稱DSP）是一門涉及許多學(xué)科而又廣泛應(yīng)用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。2

4、0世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時(shí)間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛DSP技術(shù)圖解的應(yīng)用。數(shù)字信號處理是利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對信號進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。數(shù)字信號處理是將信號以數(shù)字方式表示并處理的理論和技術(shù)。數(shù)字信號處理與模擬信號處理是信號處理的子集。數(shù)字信號處理的目的是對真

5、實(shí)世界的連續(xù)模擬信號進(jìn)行測量或?yàn)V波。因此在進(jìn)行數(shù)字信號處理之前需要將信號從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域，這通常通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)。而數(shù)字信號處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。數(shù)字信號處理的算法需要利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備如數(shù)字信號處理器（DSP）和專用集成電路（ASIC）等。數(shù)字信號處理技術(shù)及設(shè)備具有靈活、精確、抗干擾強(qiáng)、設(shè)備尺寸小、造價(jià)低、速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，這些都是模擬信號處理技術(shù)與設(shè)備所無法比擬的。1.1.實(shí)現(xiàn)方法實(shí)現(xiàn)

6、方法DSP的實(shí)現(xiàn)方法一般有以下幾種：(1)在通用的計(jì)算機(jī)（如PC機(jī)）上用軟件（如Ftran、C語言）實(shí)現(xiàn)；(2)在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上專用的加速處理機(jī)實(shí)現(xiàn)；(3)用通用的單片機(jī)（如MCS51、96系列等）實(shí)現(xiàn)，這種方法可用于一些不太復(fù)雜的數(shù)字信號處理，如數(shù)字控制等；(4)用通用的可編程DSP實(shí)現(xiàn)。與單片機(jī)相比，DSP芯片具有更加適合于數(shù)字信號處理的軟件和硬件資源，可用于復(fù)雜的數(shù)字信號處理算法；(5)用專用的DSP芯片實(shí)現(xiàn)。在一些特殊的場

7、合，要求的信號處理速度極高，用通用DSP芯片很難實(shí)現(xiàn)，例如專用于FFT、數(shù)字濾波、卷積、相關(guān)等算法的DSP芯片，這種芯片將相應(yīng)的信號處理算法在芯片內(nèi)部用硬件實(shí)現(xiàn)，無需進(jìn)行編程。在上述幾種方法中，第1種方法的缺點(diǎn)是速度較慢，一般可用于DSP算法的模擬；第2種和第5種方法專用性強(qiáng)，應(yīng)用受到很大的限制，第2種方法也不便于系統(tǒng)的獨(dú)立運(yùn)行；第3頁達(dá)到與硬件支持的零開銷循環(huán)同樣的效果。2.4定點(diǎn)計(jì)算大多數(shù)DSP使用定點(diǎn)計(jì)算，而不是使用浮點(diǎn)。雖然DS

8、P的應(yīng)用必須十分注意數(shù)字的精確，用浮點(diǎn)來做應(yīng)該容易的多，但是對DSP來說，廉價(jià)也是非常重要的。定點(diǎn)機(jī)器比起相應(yīng)的浮點(diǎn)機(jī)器來要便宜（而且更快）。為了不使用浮點(diǎn)機(jī)器而又保證數(shù)字的準(zhǔn)確，DSP處理器在指令集和硬件方面都支持飽和計(jì)算、舍入和移位。2.5專門的尋址方式DSP處理器往往都支持專門的尋址模式，它們對通常的信號處理操作和算法是很有用的。例如，模塊（循環(huán)）尋址（對實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器延時(shí)線很有用）、位倒序?qū)ぶ罚▽FT很有用）。這些非常專門的尋

9、址模式在GPP中是不常使用的，只有用軟件來實(shí)現(xiàn)。2.6執(zhí)行時(shí)間的預(yù)測大多數(shù)的DSP應(yīng)用（如蜂窩電話和調(diào)制解調(diào)器）都是嚴(yán)格的實(shí)時(shí)應(yīng)用，所有的處理必須在指定的時(shí)間內(nèi)完成。這就要求程序員準(zhǔn)確地確定每個(gè)樣本需要多少處理時(shí)間，或者，至少要知道，在最壞的情況下，需要多少時(shí)間。如果打算用低成本的GPP去完成實(shí)時(shí)信號處理的任務(wù)，執(zhí)行時(shí)間的預(yù)測大概不會成為什么問題，應(yīng)為低成本GPP具有相對直接的結(jié)構(gòu)，比較容易預(yù)測執(zhí)行時(shí)間。然而，大多數(shù)實(shí)時(shí)DSP應(yīng)用所要求

10、的處理能力是低成本GPP所不能提供的。這時(shí)候，DSP對高性能GPP的優(yōu)勢在于，即便是使用了高速緩存的DSP，哪些指令會放進(jìn)去也是由程序員（而不是處理器）來決定的，因此很容易判斷指令是從高速緩存還是從存儲器中讀取。DSP一般不使用動態(tài)特性，如轉(zhuǎn)移預(yù)測和推理執(zhí)行等。因此，由一段給定的代碼來預(yù)測所要求的執(zhí)行時(shí)間是完全直截了當(dāng)?shù)?。從而使程序員得以確定芯片的性能限制。2.7開發(fā)工具的要求因?yàn)镈SP應(yīng)用要求高度優(yōu)化的代碼，大多數(shù)DSP廠商都提供一些

11、開發(fā)工具，以幫助程序員完成其優(yōu)化工作。例如，大多數(shù)廠商都提供處理器的仿真工具，以準(zhǔn)確地仿真每個(gè)指令周期內(nèi)處理器的活動。無論對于確保實(shí)時(shí)操作還是代碼的優(yōu)化，這些都是很有用的工具。GPP廠商通常并不提供這樣的工具，主要是因?yàn)镚PP程序員通常并不需要詳細(xì)到這一層的信息。GPP缺乏精確到指令周期的仿真工具，是DSP應(yīng)用開發(fā)者所面臨的的大問題：由于幾乎不可能預(yù)測高性能GPP對于給定任務(wù)所需要的周期數(shù)，從而無法說明如何去改善代碼的性能。3.3.應(yīng)用

12、應(yīng)用現(xiàn)代社會對數(shù)據(jù)通信需求正向多樣化、個(gè)人化方向發(fā)展。而無線數(shù)據(jù)通信作為向社會公眾迅速、準(zhǔn)確、安全、靈活、高效地提供數(shù)據(jù)交流的有力手段，其市場需求也日益迫切。正是在這種情況下，3G、4G通信才會不斷地被推出，但是無論是3G還是4G，未來通信都將離不開DSP技術(shù)（數(shù)字信號處理器)，DSP作為一種功能強(qiáng)大的特種微處理器主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)、語音、視像信號的高速數(shù)學(xué)運(yùn)算和實(shí)時(shí)處理方面，可以說DSP將在未來通信領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。為了確保未來的

13、通信能在各種環(huán)境下自由高效地工作，這就要求組成未來通信的DSP要具有非常高的處理信號的運(yùn)算速度，才能實(shí)現(xiàn)各種繁雜的計(jì)算、解壓縮和編譯碼。而目前DSP按照功能的側(cè)重點(diǎn)不一樣，可以分為定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP，定點(diǎn)DSP以成本低見長，浮點(diǎn)DSP以速度快見長。如果單一地使用一種類型的DSP，未來通信的潛能就不能得到最大程度的發(fā)揮。為了能將定點(diǎn)與浮點(diǎn)的優(yōu)勢集于一身，突破DSP技術(shù)上的瓶頸，人們又推出了一種高級多重處理結(jié)構(gòu)VLIW結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以在