數(shù)字信號處理論文范文

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第1篇

另外一類是需要用復(fù)雜算法對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的應(yīng)用，例如聲納探測和地震探測等，也需要用DSP器件。該類設(shè)備的批量一般較小、算法要求苛刻、產(chǎn)品很大而且很復(fù)雜。所以設(shè)計(jì)工程師在選擇處理器時(shí)會盡量選擇性能最佳、易于開發(fā)并支持多處理器的DSP器件。有時(shí)，設(shè)計(jì)工程師更喜歡選用現(xiàn)成的開發(fā)板來開發(fā)系統(tǒng)而不是從零開始硬件和軟件設(shè)計(jì)，同時(shí)可以采用現(xiàn)成的功能庫文件開發(fā)應(yīng)用軟件。

在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)根據(jù)具體的應(yīng)用選擇合適的DSP。不同的DSP有不同的特點(diǎn)，適用于不同的應(yīng)用，在選擇時(shí)可以遵循以下要點(diǎn)。

算法格式

DSP的算法有多種。絕大多數(shù)的DSP處理器使用定點(diǎn)算法，數(shù)字表示為整數(shù)或-1.0到+1.0之間的小數(shù)形式。有些處理器采用浮點(diǎn)算法，數(shù)據(jù)表示成尾數(shù)加指數(shù)的形式：尾數(shù)×2指數(shù)。

浮點(diǎn)算法是一種較復(fù)雜的常規(guī)算法，利用浮點(diǎn)數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)大的數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)范圍(這個(gè)動(dòng)態(tài)范圍可以用最大和最小數(shù)的比值來表示)。浮點(diǎn)DSP在應(yīng)用中，設(shè)計(jì)工程師不用關(guān)心動(dòng)態(tài)范圍和精度一類的問題。浮點(diǎn)DSP比定點(diǎn)DSP更容易編程，但是成本和功耗高。

由于成本和功耗的原因，一般批量產(chǎn)品選用定點(diǎn)DSP。編程和算法設(shè)計(jì)人員通過分析或仿真來確定所需要的動(dòng)態(tài)范圍和精度。如果要求易于開發(fā)，而且動(dòng)態(tài)范圍很寬、精度很高，可以考慮采用浮點(diǎn)DSP。

也可以在采用定點(diǎn)DSP的條件下由軟件實(shí)現(xiàn)浮點(diǎn)計(jì)算，但是這樣的軟件程序會占用大量處理器時(shí)間，因而很少使用。有效的辦法是“塊浮點(diǎn)”，利用該方法將具有相同指數(shù)，而尾數(shù)不同的一組數(shù)據(jù)作為數(shù)據(jù)塊進(jìn)行處理?！皦K浮點(diǎn)”處理通常用軟件來實(shí)現(xiàn)。

數(shù)據(jù)寬度

所有浮點(diǎn)DSP的字寬為32位，而定點(diǎn)DSP的字寬一般為16位，也有24位和20位的DSP，如摩托羅拉的DSP563XX系列和Zoran公司的ZR3800X系列。由于字寬與DSP的外部尺寸、管腳數(shù)量以及需要的存儲器的大小等有很大的關(guān)系，所以字寬的長短直接影響到器件的成本。字寬越寬則尺寸越大，管腳越多，存儲器要求也越大，成本相應(yīng)地增大。在滿足設(shè)計(jì)要求的條件下，要盡量選用小字寬的DSP以減小成本。

在關(guān)于定點(diǎn)和浮點(diǎn)的選擇時(shí)，可以權(quán)衡字寬和開發(fā)復(fù)雜度之間的關(guān)系。例如，通過將指令組合連用，一個(gè)16位字寬的DSP器件也可以實(shí)現(xiàn)32位字寬雙精度算法(當(dāng)然雙精度算法比單精度算法慢得多)。如果單精度能滿足絕大多數(shù)的計(jì)算要求，而僅少量代碼需要雙精度，這種方法也可行，但如果大多數(shù)的計(jì)算要求精度很高，則需要選用較大字寬的處理器。

請注意，絕大多數(shù)DSP器件的指令字和數(shù)據(jù)字的寬度一樣，也有一些不一樣，如ADI(模擬器件公司)的ADSP-21XX系列的數(shù)據(jù)字為16位而指令字為24位。

DSP的速度

處理器是否符合設(shè)計(jì)要求,關(guān)鍵在于是否滿足速度要求。測試處理器的速度有很多方法，最基本的是測量處理器的指令周期，即處理器執(zhí)行最快指令所需要的時(shí)間。指令周期的倒數(shù)除以一百萬，再乘以每個(gè)周期執(zhí)行的指令數(shù)，結(jié)果即為處理器的最高速率，單位為每秒百萬條指令MIPS。

但是指令執(zhí)行時(shí)間并不能表明處理器的真正性能，不同的處理器在單個(gè)指令完成的任務(wù)量不一樣，單純地比較指令執(zhí)行時(shí)間并不能公正地區(qū)別性能的差異?，F(xiàn)在一些新的DSP采用超長指令字(VLIW)架構(gòu)，在這種架構(gòu)中，單個(gè)周期時(shí)間內(nèi)可以實(shí)現(xiàn)多條指令，而每個(gè)指令所實(shí)現(xiàn)的任務(wù)比傳統(tǒng)DSP少，因此相對VLIW和通用DSP器件而言，比較MIPS的大小時(shí)會產(chǎn)生誤導(dǎo)作用。

即使在傳統(tǒng)DSP之間比較MIPS大小也具有一定的片面性。例如，某些處理器允許在單個(gè)指令中同時(shí)對幾位一起進(jìn)行移位，而有些DSP的一個(gè)指令只能對單個(gè)數(shù)據(jù)位移位；有些DSP可以進(jìn)行與正在執(zhí)行的ALU指令無關(guān)的數(shù)據(jù)的并行處理(在執(zhí)行指令的同時(shí)加載操作數(shù))，而另外有些DSP只能支持與正在執(zhí)行的ALU指令有關(guān)的數(shù)據(jù)并行處理；有些新的DSP允許在單個(gè)指令內(nèi)定義兩個(gè)MAC。因此僅僅進(jìn)行MIPS比較并不能準(zhǔn)確得出處理器的性能。

解決上述問題的方法之一是采用一個(gè)基本的操作(而不是指令)作為標(biāo)準(zhǔn)來比較處理器的性能。常用到的是MAC操作，但是MAC操作時(shí)間不能提供比較DSP性能差異的足夠信息，在絕大多數(shù)DSP中，MAC操作僅在單個(gè)指令周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)，其MAC時(shí)間等于指令周期時(shí)間，如上所述，某些DSP在單個(gè)MAC周期內(nèi)處理的任務(wù)比其它DSP多。MAC時(shí)間并不能反映諸如循環(huán)操作等的性能，而這種操作在所有的應(yīng)用中都會用到。

最通用的辦法是定義一套標(biāo)準(zhǔn)例程，比較在不同DSP上的執(zhí)行速度。這種例程可能是一個(gè)算法的“核心”功能，如FIR或IIR濾波器等，也可以是整個(gè)或部分應(yīng)用程序(如語音編碼器)。圖1為使用BDTI公司的工具測試的幾款DSP器件性能。

在比較DSP處理器的速度時(shí)要注意其所標(biāo)榜的MOPS(百萬次操作每秒)和MFLOPS(百萬次浮點(diǎn)操作每秒)參數(shù)，因?yàn)椴煌膹S商對“操作”的理解不一樣，指標(biāo)的意義也不一樣。例如，某些處理器能同時(shí)進(jìn)行浮點(diǎn)乘法操作和浮點(diǎn)加法操作，因而標(biāo)榜其產(chǎn)品的MFLOPS為MIPS的兩倍。

其次，在比較處理器時(shí)鐘速率時(shí)，DSP的輸入時(shí)鐘可能與其指令速率一樣，也可能是指令速率的兩倍到四倍，不同的處理器可能不一樣。另外，許多DSP具有時(shí)鐘倍頻器或鎖相環(huán)，可以使用外部低頻時(shí)鐘產(chǎn)生片上所需的高頻時(shí)鐘信號。

存儲器管理

DSP的性能受其對存儲器子系統(tǒng)的管理能力的影響。如前所述，MAC和其它一些信號處理功能是DSP器件信號處理的基本能力，快速M(fèi)AC執(zhí)行能力要求在每個(gè)指令周期從存儲器讀取一個(gè)指令字和兩個(gè)數(shù)據(jù)字。有多種方法實(shí)現(xiàn)這種讀取，包括多接口存儲器(允許在每個(gè)指令周期內(nèi)對存儲器多次訪問)、分離指令和數(shù)據(jù)存儲器(“哈佛”結(jié)構(gòu)及其派生類)以及指令緩存(允許從緩存讀取指令而不是存儲器，從而將存儲器空閑出來用作數(shù)據(jù)讀取)。圖2和圖3顯示了哈佛存儲器結(jié)構(gòu)與很多微控制器采用的“馮·諾曼”結(jié)構(gòu)的差別。

另外要注意所支持的存儲器空間的大小。許多定點(diǎn)DSP的主要目標(biāo)市場是嵌入式應(yīng)用系統(tǒng)，在這種應(yīng)用中存儲器一般較小，所以這種DSP器件具有小到中等片上存儲器(4K到64K字左右)，備有窄的外部數(shù)據(jù)總線。另外，絕大多數(shù)定點(diǎn)DSP的地址總線小于或等于16位，因而可外接的存儲器空間受到限制。一些浮點(diǎn)DSP的片上存儲器很小，甚至沒有，但外部數(shù)據(jù)總線寬。例如TI公司的TMS320C30只有6K片上存儲器，外部總線為24位，13位外部地址總線。而ADI的ADSP2-21060具有4Mb的片上存儲器，可以多種方式劃分為程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。

選擇DSP時(shí)，需要根據(jù)具體應(yīng)用對存儲空間大小以及對外部總線的要求來選擇。

開發(fā)的簡便性

對不同的應(yīng)用來說，對開發(fā)簡便性的要求不一樣。對于研究和樣機(jī)的開發(fā)，一般要求系統(tǒng)工具能便于開發(fā)。而如果公司在開發(fā)下一代手機(jī)產(chǎn)品，成本是最重要的因素，只要能降低最終產(chǎn)品的成本，一般他們愿意承受很煩瑣的開發(fā)，采用復(fù)雜的開發(fā)工具(當(dāng)然如果大大延遲了產(chǎn)品上市的時(shí)間則是另一回事)。

因此選擇DSP時(shí)需要考慮的因素有軟件開發(fā)工具(包括匯編、鏈接、仿真、調(diào)試、編譯、代碼庫以及實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)等部分)、硬件工具(開發(fā)板和仿真機(jī))和高級工具(例如基于框圖的代碼生成環(huán)境)。利用這些工具的設(shè)計(jì)過程如圖4所示。

選擇DSP器件時(shí)常有如何實(shí)現(xiàn)編程的問題。一般設(shè)計(jì)工程師選擇匯編語言或高級語言(如C或Ada)，或兩者相結(jié)合的辦法。現(xiàn)在大部分的DSP程序采用匯編語言，由于編譯器產(chǎn)生的匯編代碼一般未經(jīng)最優(yōu)化，需要手動(dòng)進(jìn)行程序優(yōu)化，降低程序代碼大小和使流程更合理，進(jìn)一步加快程序的執(zhí)行速度。這樣的工作對于消費(fèi)類電子產(chǎn)品很有意義，因?yàn)橥ㄟ^代碼的優(yōu)化能彌補(bǔ)DSP性能的不足。

使用高級語言編譯器的設(shè)計(jì)工程師會發(fā)現(xiàn)，浮點(diǎn)DSP編譯器的執(zhí)行效果比定點(diǎn)DSP好，這有幾個(gè)原因：首先，多數(shù)的高級語言本身并不支持小數(shù)算法；其次，浮點(diǎn)處理器一般比定點(diǎn)處理器具有更規(guī)則的指令，指令限制少，更適合編譯器處理；第三，由于浮點(diǎn)處理器支持更大的存儲器，能提供足夠的空間。編譯器產(chǎn)生的代碼一般比手動(dòng)生成的代碼更大。

不管是用高級語言還是匯編語言實(shí)現(xiàn)編程，都必須注意調(diào)試和硬件仿真工具的使用，因?yàn)楹艽笠徊糠值拈_發(fā)時(shí)間會花在這里。幾乎所有的生產(chǎn)商都提供指令集仿真器，在硬件完成之前，采用指令集仿真器對軟件調(diào)試很有幫助。如果所用的是高級語言，對高級語言調(diào)試器功能進(jìn)行評估很重要，包括能否與模擬機(jī)和/或硬件仿真器一起運(yùn)行等性能。

大多數(shù)DSP銷售商提供硬件仿真工具，現(xiàn)在許多處理器具有片上調(diào)試/仿真功能，通過采用IEEE1149.1JTAG標(biāo)準(zhǔn)的串行接口訪問。該串行接口允許基于掃描的仿真，即程序員通過該接口加載斷點(diǎn)，然后通過掃描處理器內(nèi)部寄存器來查看處理器到達(dá)斷點(diǎn)后寄存器的內(nèi)容并進(jìn)行修改。

很多的生產(chǎn)商都可以提供現(xiàn)成的DSP開發(fā)系統(tǒng)板。在硬件沒有開發(fā)完成之前可用開發(fā)板實(shí)現(xiàn)軟件實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)試，這樣可以提高最終產(chǎn)品的可制造性。對于一些小批量系統(tǒng)甚至可以用開發(fā)板作為最終產(chǎn)品電路板。

支持多處理器

在某些數(shù)據(jù)計(jì)算量很大的應(yīng)用中，經(jīng)常要求使用多個(gè)DSP處理器。在這種情況下，多處理器互連和互連性能(關(guān)于相互間通信流量、開銷和時(shí)間延遲)成為重要的考慮因素。如ADI的ADSP-2106X系列提供了簡化多處理器系統(tǒng)設(shè)計(jì)的專用硬件。

電源管理和功耗

DSP器件越來越多地應(yīng)用在便攜式產(chǎn)品中，在這些應(yīng)用中功耗是一個(gè)重要的考慮因素，因而DSP生產(chǎn)商盡量在產(chǎn)品內(nèi)部加入電源管理并降低工作電壓以減小系統(tǒng)的功耗。在某些DSP器件中的電源管理功能包括：a.降低工作電壓：許多生產(chǎn)商提供低電壓DSP版本(3.3V,2.5V,或1.8V)，這種處理器在相同的時(shí)鐘下功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于5V供電的同類產(chǎn)品。

b.“休眠”或“空閑”模式：絕大多數(shù)處理器具有關(guān)斷處理器部分時(shí)鐘的功能，降低功耗。在某些情況下，非屏蔽的中斷信號可以將處理器從“休眠”模式下恢復(fù)，而在另外一些情況下，只有設(shè)定的幾個(gè)外部中斷才能喚醒處理器。有些處理器可以提供不同省電功能和時(shí)延的多個(gè)“休眠”模式。

c.可編程時(shí)鐘分頻器：某些DSP允許在軟件控制下改變處理器時(shí)鐘，以便在某個(gè)特定任務(wù)時(shí)使用最低時(shí)鐘頻率來降低功耗。

d.控制：一些DSP器件允許程序停止系統(tǒng)未用到的電路的工作。

不管電源管理特性怎么樣，設(shè)計(jì)工程師要獲得優(yōu)秀的省電設(shè)計(jì)很困難，因?yàn)镈SP的功耗隨所執(zhí)行的指令不同而不同。多數(shù)生產(chǎn)商所提供的功耗指標(biāo)為典型值或最大值，而TI公司給出的指標(biāo)是一個(gè)例外，該公司的應(yīng)用實(shí)例中詳細(xì)地說明了在執(zhí)行不同指令和不同配置下的功耗。

成本因素

在滿足設(shè)計(jì)要求條件下要盡量使用低成本DSP，即使這種DSP編程難度很大而且靈活性差。在處理器系列中，越便宜的處理器功能越少，片上存儲器也越小，性能也比價(jià)格高的處理器差。

封裝不同的DSP器件價(jià)格也存在差別。例如，PQFP和TQFP封裝比PGA封裝便宜得多。

在考慮到成本時(shí)要切記兩點(diǎn)。首先，處理器的價(jià)格在持續(xù)下跌；第二點(diǎn)，價(jià)格還依賴于批量，如10,000片的單價(jià)可能會比1,000片的單價(jià)便宜很多。

第2篇

摘要：數(shù)字信號處理(DSP)系統(tǒng)由于受運(yùn)算速度的限制，其實(shí)時(shí)性在相當(dāng)?shù)臅r(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)不如模擬信號處理系統(tǒng)。從80年代至今的十多年中，DSP芯片在運(yùn)算速度、運(yùn)算精度、制造工藝、芯片成本、體積、工作電壓、重量和功耗方面取得了劃時(shí)代的發(fā)展，開發(fā)工具和手段不斷完善。DSP芯片有著非?？斓倪\(yùn)算速度，使許多基于DSP芯片的實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。目前，DSP芯片已應(yīng)用在通信、自動(dòng)控制、航天航空及醫(yī)療領(lǐng)域，取得了相當(dāng)?shù)某晒Ｔ谳d人航天領(lǐng)域，基于DSP芯片的技術(shù)具有廣闊的應(yīng)用前景。

TheDevelopmentandApplicationsofDigitalSignalProcessing(DSP)-chip

Abstract:Duetothelimitationofoperationspeed，realtimeperformanceofdigitalsignalprocessing(DSP)systemisfarfromthatofanalogsignalprocessingsystemindecadesago.Sinceearly80’s，DSPchipshavebeengreatlyimprovedinthefollowingaspects:operationspeed，computationprecision，fabricationtechnics，cost，chipvolume，operationalpowersupplyvoltage，weightandpowerconsumption.Furthermore，developmenttoolsandmethodshavebeendevelopedgreatly.ModernDSPchipscanbeoperatedveryfast，whichmaketheimplementationofmanyDSPbasedsignalprocessingsystempossible.NowDSPchipshavebeenwidelyappliedsuccessfullyincommunication，automaticcontrol，aerospaceandmedicine.DSPbasedtechnologyhasverypromisingfutureinmannedspaceflightarea.

Keywords:digitalsignalprocessing(DSP);chip;development;application

數(shù)字信號處理作為信號和信息處理的一個(gè)分支學(xué)科，已滲透到科學(xué)研究、技術(shù)開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、國防和國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，取得了豐碩的成果。對信號在時(shí)域及變換域的特性進(jìn)行分析、處理，能使我們對信號的特性和本質(zhì)有更清楚的認(rèn)識和理解，得到我們需要的信號形式，提高信息的利用程度，進(jìn)而在更廣和更深層次上獲取信息。數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)越性表現(xiàn)為：1.靈活性好：當(dāng)處理方法和參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，處理系統(tǒng)只需通過改變軟件設(shè)計(jì)以適應(yīng)相應(yīng)的變化。2.精度高：信號處理系統(tǒng)可以通過A/D變換的位數(shù)、處理器的字長和適當(dāng)?shù)乃惴M足精度要求。3.可靠性好：處理系統(tǒng)受環(huán)境溫度、濕度，噪聲及電磁場的干擾所造成的影響較小。4.可大規(guī)模集成：隨著半導(dǎo)體集成電路技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字電路的集成度可以作得很高，具有體積小、功耗小、產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點(diǎn)。

然而，數(shù)字信號處理系統(tǒng)由于受到運(yùn)算速度的限制，其實(shí)時(shí)性在相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)遠(yuǎn)不如模擬信號處理系統(tǒng)，使得數(shù)字信號處理系統(tǒng)的應(yīng)用受到了極大的限制和制約。自70年代末80年代初DSP(數(shù)字信號處理)芯片誕生以來，這種情況得到了極大的改善。DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合進(jìn)行數(shù)字信號處理運(yùn)算的微處理器。DSP芯片的出現(xiàn)和發(fā)展，促進(jìn)數(shù)字信號處理技術(shù)的提高，許多新系統(tǒng)、新算法應(yīng)運(yùn)而生，其應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展。目前，DSP芯片已廣泛應(yīng)用于通信、自動(dòng)控制、航天航空、軍事、醫(yī)療等領(lǐng)域。

DSP芯片的發(fā)展

70年代末80年代初，AMI公司的S2811芯片，Intel公司的2902芯片的誕生標(biāo)志著DSP芯片的開端。隨著半導(dǎo)體集成電路的飛速發(fā)展，高速實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理技術(shù)的要求和數(shù)字信號處理應(yīng)用領(lǐng)域的不斷延伸，在80年代初至今的十幾年中，DSP芯片取得了劃時(shí)代的發(fā)展。從運(yùn)算速度看，MAC（乘法并累加）時(shí)間已從80年代的400ns降低到40ns以下，數(shù)據(jù)處理能力提高了幾十倍。MIPS（每秒執(zhí)行百萬條指令）從80年代初的5MIPS增加到現(xiàn)在的40MIPS以上。DSP芯片內(nèi)部關(guān)鍵部件乘法器從80年代初的占模片區(qū)的40%左右下降到小于5%，片內(nèi)RAM增加了一個(gè)數(shù)量級以上。從制造工藝看，80年代初采用4μm的NMOS工藝而現(xiàn)在則采用亞微米CMOS工藝，DSP芯片的引腳數(shù)目從80年代初最多64個(gè)增加到現(xiàn)在的200個(gè)以上，引腳數(shù)量的增多使得芯片應(yīng)用的靈活性增加，使外部存儲器的擴(kuò)展和各個(gè)處理器間的通信更為方便。和早期的DSP芯片相比，現(xiàn)在的DSP芯片有浮點(diǎn)和定點(diǎn)兩種數(shù)據(jù)格式，浮點(diǎn)DSP芯片能進(jìn)行浮點(diǎn)運(yùn)算，使運(yùn)算精度極大提高。DSP芯片的成本、體積、工作電壓、重量和功耗較早期的DSP芯片有了很大程度的下降。在DSP開發(fā)系統(tǒng)方面，軟件和硬件開發(fā)工具不斷完善。目前某些芯片具有相應(yīng)的集成開發(fā)環(huán)境，它支持?jǐn)帱c(diǎn)的設(shè)置和程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和DMA的訪問及程序的單部運(yùn)行和跟蹤等，并可以采用高級語言編程，有些廠家和一些軟件開發(fā)商為DSP應(yīng)用軟件的開發(fā)準(zhǔn)備了通用的函數(shù)庫及各種算法子程序和各種接口程序，這使得應(yīng)用軟件開發(fā)更為方便，開發(fā)時(shí)間大大縮短，因而提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。

目前各廠商生產(chǎn)的DSP芯片有：TI公司的TMS320系列、AD公司的ADSP系列、AT&T公司的DSPX系列、Motolora公司的MC系列、Zoran公司的ZR系列、Inmos公司的IMSA系列、NEC公司的PD系列等。

通用DSP芯片的特點(diǎn)1.在一個(gè)周期內(nèi)可完成一次乘法和一次累加。

2.采用哈佛結(jié)構(gòu)，程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時(shí)訪問指令和數(shù)據(jù)。

3.片內(nèi)有快速RAM，通常可以通過獨(dú)立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時(shí)訪問。

4.具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉(zhuǎn)硬件支持。

5.快速中斷處理和硬件I/O支持。

6.具有在單周期內(nèi)操作的多個(gè)硬件地址產(chǎn)生器。

7.可以并行執(zhí)行多個(gè)操作。

8.支持流水線操作，取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊進(jìn)行。

DSP芯片的應(yīng)用

隨著DSP芯片性能的不斷改善，用DSP芯片構(gòu)造數(shù)字信號處理系統(tǒng)作信號的實(shí)時(shí)處理已成為當(dāng)今和未來數(shù)字信號處理技術(shù)發(fā)展的一個(gè)熱點(diǎn)。隨著各個(gè)DSP芯片生產(chǎn)廠家研制的投入，DSP芯片的生產(chǎn)技術(shù)不斷更新，產(chǎn)量增大，成本和售價(jià)大幅度下降，這使得DSP芯片應(yīng)用的范圍不斷擴(kuò)大，現(xiàn)在DSP芯片的應(yīng)用遍及電子學(xué)及與其相關(guān)的各個(gè)領(lǐng)域。

典型應(yīng)用(1)通用信號處理：卷積，相關(guān)，F(xiàn)FT，Hilbert變換，自適應(yīng)濾波，譜分析，波形生成等。(2)通信：高速調(diào)制/解調(diào)器，編/譯碼器，自適應(yīng)均衡器，仿真，蜂房網(wǎng)移動(dòng)電話，回聲/噪聲對消，傳真，電話會議，擴(kuò)頻通信，數(shù)據(jù)加密和壓縮等。(3)語音信號處理：語音識別，語音合成，文字變聲音，語音矢量編碼等。(4)圖形圖像信號處理：二、三維圖形變換及處理，機(jī)器人視覺，電子地圖，圖像增強(qiáng)與識別，圖像壓縮和傳輸，動(dòng)畫，桌面出版系統(tǒng)等。(5)自動(dòng)控制：機(jī)器人控制，發(fā)動(dòng)機(jī)控制，自動(dòng)駕駛，聲控等。(6)儀器儀表：函數(shù)發(fā)生，數(shù)據(jù)采集，航空風(fēng)洞測試等。(7)消費(fèi)電子：數(shù)字電視，數(shù)字聲樂合成，玩具與游戲，數(shù)字應(yīng)答機(jī)等。

在醫(yī)學(xué)電子學(xué)方面的應(yīng)用如同其它數(shù)字圖像處理一樣，DSP芯片已在醫(yī)學(xué)圖像處理，醫(yī)學(xué)圖像重構(gòu)等領(lǐng)域，如CT、核磁成象技術(shù)等方面得到了廣泛的應(yīng)用，已取得了令人滿意的效果。在助聽，電子耳渦等方面也取得了相當(dāng)?shù)倪M(jìn)展(文獻(xiàn)［1,2］)。國內(nèi)、外也有關(guān)于腦電、心電、心音和肌電信號處理方面基于DSP芯片系統(tǒng)的報(bào)道(文獻(xiàn)［4～7］)，我們對1996年以前國外生物醫(yī)學(xué)工程的部分核心期刊，如IEEETransactionsonBiomedicalEngineering,ComputersandBiomedicalResearch等核心期刊進(jìn)行檢索，有關(guān)基于DSP芯片處理系統(tǒng)的報(bào)道很少。對國內(nèi)生物醫(yī)學(xué)工程的核心期刊，如《中國醫(yī)療器械雜志》、《中國生物醫(yī)學(xué)工程雜志》、《生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)雜志》和《中國生物醫(yī)學(xué)工程學(xué)報(bào)》等刊物進(jìn)行檢索，未見有關(guān)基于DSP芯片系統(tǒng)方面的報(bào)道。對我所的光盤數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，未見有關(guān)在航天醫(yī)學(xué)方面應(yīng)用的報(bào)告。

我們認(rèn)為在生理信號處理領(lǐng)域基于DSP芯片的技術(shù)可以解決我們在實(shí)際工作中遇到的某些問題，如當(dāng)生理信號數(shù)據(jù)量很大(如腦電，肌電等)且處理算法相對復(fù)雜時(shí)，現(xiàn)有的微機(jī)在實(shí)時(shí)采樣、處理、存儲和顯示方面往往不能滿足實(shí)際應(yīng)用要求，而基于DSP芯片的高速處理單元和微機(jī)構(gòu)成主從系統(tǒng)可以較好地解決這類問題。

載人航天領(lǐng)域中信號傳輸帶寬的限制需要對生理數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)壓縮；大型實(shí)驗(yàn)中對龐大的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理依賴于數(shù)字處理系統(tǒng)的構(gòu)成；載人航天中對數(shù)據(jù)處理精度，可靠性要求以及功耗、工作電壓、體積、重量等方面的限制需要我們在構(gòu)造處理系統(tǒng)中選擇性能優(yōu)良的芯片。我們認(rèn)為將DSP技術(shù)應(yīng)用于載人航天領(lǐng)域具有十分重要的意義。

結(jié)束語

以DSP芯片為核心構(gòu)造的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，可集數(shù)據(jù)采集、傳輸、存儲和高速實(shí)時(shí)處理為一體，能充分體現(xiàn)數(shù)字信號處理系統(tǒng)的優(yōu)越性，能很好地滿足載人航天領(lǐng)域設(shè)備測量精度、可靠性、信道帶寬、功耗、工作電壓和重量等方面的要求。目前，DSP芯片正在向高性能、高集成化及低成本的方向發(fā)展，各種各類通用及專用的新型DSP芯片在不斷推出，應(yīng)用技術(shù)和開發(fā)手段在不斷完善。這樣為實(shí)時(shí)數(shù)字信號處理的應(yīng)用——尤其是在載人航天領(lǐng)域中的應(yīng)用提供了更為廣闊的空間。我們有理由相信，DSP芯片進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用將會對載人航天信號處理領(lǐng)域產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

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第3篇

關(guān)鍵詞：二維信號處理

一、隨著集成電路的運(yùn)算速度更快，集成度更高，就有可能耐復(fù)雜目益增加均一些多維數(shù)字信號處理。

所它在最近才開始出現(xiàn)的一個(gè)新領(lǐng)域。盡管如此，多維信號處埋仍然對以下一些間提了解決的辦法，這些問題是：計(jì)算機(jī)輔動(dòng)斷層成術(shù)(CAT)，即綜合來自不同方向的X射線的投影，以重建人體某一部分的三維圖，源聲納陣列的設(shè)計(jì)及通過人造衛(wèi)星地球資源。多維數(shù)字信號處理除具有許多引人注目和淺顯易行的應(yīng)用之外，它還具有堅(jiān)賣的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，這不僅使我們能了解它的實(shí)現(xiàn)情況，而且當(dāng)新問題出現(xiàn)時(shí)，也當(dāng)及時(shí)解決。

典型的信號處理任務(wù)就是把信息從一種信號傳遞到另一種信號上，例如，可將一張照片加以掃描、抽樣，并將共存儲在計(jì)算機(jī)的存儲器中，在這種情況下，信息是從可變的銀粒密度轉(zhuǎn)換戌可見光束，再變成電的波形，最后變戍數(shù)字的序列，隨后該數(shù)字序列用。磁盤上磁疇的排列來表示CAT掃描器是一個(gè)比較復(fù)雜，經(jīng)過處理，最后顯赤射線管(CRT)的熒光屏上或膠片上。數(shù)字處理能增加信息，但可以重新排列信息，使觀察者能更方便地理解它.觀察者不必觀看多個(gè)不同測面的投影而可直接觀察截面圖。

人們感興趣的是信號所包含的信息，而不管信號本身是什么形式。也許可以概括地說，信號處理涉及兩個(gè)基本任務(wù)一一信息的重新排列和信息的壓縮。

二、數(shù)字信號處理涉及到用數(shù)的序列表示的信號的處理，而多維數(shù)字信號處理則涉罰用多維陣列表示的信號的處理，例如對同時(shí)從幾個(gè)傳感器所接收的抽樣圖像和抽樣的時(shí)間波形的處理。由于信號是因而它可以用數(shù)字硬件處理，同時(shí)可以將信號處理的運(yùn)算規(guī)定為算法。

促使人們采用數(shù)字方法的是不言而喻的。數(shù)字方法既有效靈活。我們可以用數(shù)字系統(tǒng)使其有自適應(yīng)性并易于重新組合。可以很方便地把數(shù)字算法由一個(gè)廠商的設(shè)備上轉(zhuǎn)換到另一個(gè)廠商的設(shè)備上去，或者把專用數(shù)字硬件來實(shí)現(xiàn)。同樣，數(shù)字算法也可用來處理作為時(shí)間函數(shù)或空間信號，數(shù)字算法自然地和邏輯算符如模式分類相聯(lián)系。數(shù)字信號能夠長時(shí)間無差錯(cuò)地存儲。對很多種應(yīng)用而言，數(shù)字方法Ⅸ其它方法更為簡單，對另外一些應(yīng)用，則可能根本不存在其他方法。多維信號處理是不同于一維信號處理，想在多維序列上實(shí)現(xiàn)的多運(yùn)算，例如抽樣、濾波和交換等，用于一維序列，然而，嚴(yán)格芯說，我們不得不說多終信號處理與一維信弓有很大差別的。

信號處理與一維信號處理還是有很大差別的，這是由三個(gè)因素造成的；(l)二維通常比一維問題包含的數(shù)據(jù)量大得多；(2)處理多維系統(tǒng)在數(shù)些上不如處理一維系統(tǒng)那樣完備；(3)多維信號處理有更多的自由度，這給系統(tǒng)設(shè)計(jì)音以一維情況中無法比擬的靈活性。雖然所有遞歸數(shù)字濾波器都是用差分方程實(shí)現(xiàn)的，一維情況下差分方程是全有序的，而在多維情況下差分方程僅是部分有序的，岡而就存在著靈活性，在一維情況小，離散傳里旰變換CDET)可以用快速傅里葉變換CEPT)算法來計(jì)算，而在多維情況下，有多且每一個(gè)OFT又可用多種AFT算法來計(jì)算。在一維情況下，我們可以調(diào)整速率。而且也可以調(diào)整抽排列。從另一方面來說，多維多項(xiàng)式不能進(jìn)行因式分解，而一維多項(xiàng)式是可以進(jìn)行因式分解的。因而在多維情況下，我們不能論及孤立的極，氣、孤立的零點(diǎn)及孤立的根。所以，多維信號處理與一維信號處理有相當(dāng)大的差別。在20世紀(jì)60年代初期，用數(shù)字系統(tǒng)來模仿模擬系統(tǒng)的想法，使得一維數(shù)字信號處毫的各種方法得到了發(fā)展。這樣，仿照模擬系統(tǒng)理論，創(chuàng)立了許多離散系統(tǒng)理論。隨后，當(dāng)數(shù)字系統(tǒng)可以很好地模仿模擬系統(tǒng)時(shí)，人們認(rèn)識到數(shù)字系統(tǒng)同時(shí)也可以完成更多的功能。由丁這種認(rèn)識及數(shù)字硬件工藝的有力推動(dòng)，數(shù)字信號處理得到了發(fā)展，而且現(xiàn)今很多通用的方法，已成為數(shù)字方法所特有的，沒有與其等效的模擬方法，在發(fā)展多維數(shù)字信號處理時(shí)，可觀察到同一發(fā)展趨向。因?yàn)闆]有連續(xù)時(shí)間的(或模擬的)二維系統(tǒng)理論可以仿效，因而最初的二維系統(tǒng)是以一維系統(tǒng)為基礎(chǔ)的，80年代后期，多數(shù)二維信號處理都是用可分的二維系統(tǒng)?？煞值亩S系統(tǒng)與用于二維數(shù)據(jù)的一維系統(tǒng)幾乎沒有差別。隨后，發(fā)展了獨(dú)特的多維算法，該算法相當(dāng)于一維算法的邏輯推理。這是一段失敗的時(shí)期，由干許多二維應(yīng)用要求數(shù)據(jù)量很大，且IT缺少二維多項(xiàng)式太分解理論，很多一維方法不能很好地推廣到二維上來。我們現(xiàn)在正處于認(rèn)識的萌芽時(shí)代。計(jì)算機(jī)工業(yè)以其部件的小型化和價(jià)格日趨低廉而有助于我們解決數(shù)據(jù)量問題。盡管我們總是受限于數(shù)學(xué)問題，但仍然認(rèn)識到，多維系統(tǒng)也給了我們新的自由度。以上這些，使得該領(lǐng)域既富于挑戰(zhàn)性又無窮樂趣，電子信息技術(shù)的結(jié)合之軟件結(jié)臺，傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)中可用電產(chǎn)信息技術(shù)的地方，仍然可以在生產(chǎn)或很低的條件下使用人力或傳統(tǒng)機(jī)械。電予信息技術(shù)應(yīng)到限制，在不同領(lǐng)域和不同水平有各種原因，但爛有一個(gè)共大原因是缺乏認(rèn)識。沒有認(rèn)識，便沒有應(yīng)層。

事實(shí)上，在一維和二維信號處理理論之間有實(shí)質(zhì)性的差別，而在二維和更高維之間，除了計(jì)算上的復(fù)雜世方耐差異之外，似乎差別較小。

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