当前位置:首页 >> 信息与通信 >>

浅析DSP技术的创新应用及其发展前景[1]


浅析 DSP 技术的创新应用及其发展前景

摘要: 本文结合理论分析了数字信号处理(DSP)技术在多个领域的应用状况, 阐述了 DSP 在 摘要: 当下应用领域和市场前景应用情况,并对数字信号处理技术的发展前景进行了展望。 1 引言 DSP 即为数字信号处理器(Digital Signal Processing), 是在模拟信号变换成数字信号以后进 行高速实时

处理的专用处理器。 它的工作原理是将现实世界的模拟信号转换成数字信号, 再 用数学方法处理此信号,得到相应的结果。自从数字信号处理器(Digital Signal Processor) 问世以来,由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点,已在图形、图像处 理,语音、语言处理,通用信号处理,测量分析,通信等领域发挥越来越重要的作用。随着 成本的降低,控制界已对此产生浓厚兴趣,已在不少场合得到成功应用。DSP 数字信号处 理器 DSP 芯片采用了数据总线和程序总线分离的哈佛结构及改进的哈佛结构,较传统处理 器的冯##8226;诺依曼结构具有更高的指令执行速度。其处理速度比最快的 CPU 快 10-50 倍。在当今数字化时代背景下,DSP 已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础 器件,被誉为信息社会革命的“旗手”[1]。 2 DSP 技术的发展历程 DSP 发展历程大致分为四个阶段:第一阶段是 70 年代理论先行,第二阶段是 80 年代产品 普及,第三阶段是 90 年代突飞猛进,第四阶段是 21 世纪再创辉煌。 在 DSP 出现之前数字信号处理只能依靠 MPU(微处理器)来完成。但 MPU 较低的处理速 度无法满足高速实时的要求。因此,70 年代有人提出了 DSP 的理论和算法基础。而 DSP 仅仅停留在教科书上,即便是研制出来的 DSP 系统也是由分立组件组成的,其应用领域仅 局限于军事、航空航大部门。 随着大规模集成电路技术的发展,1982 年世界上诞生了首枚 DSP 芯片。这种 DSP 器件采 用微米工艺 NMOS 技术制作,虽功耗和尺寸稍大,但运算速度却比 MPU 快了几十倍,尤 其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。 DSP 芯片的问世标志着 DSP 应用系统由大 型系统向小型化迈进了一大步。 随着 CMOS 技术的进步与发展, 第二代基于 CMOS 工艺的 DSP 芯片应运而生,其存储容量和运算速度成倍提高,成为语音处理、图像硬件处理技术 的基础。80 年代后期,第三代 DSP 芯片问世,运算速度进一步提高,其应用于范围逐步扩 大到通信、计算机领域。 90 年代 DSP 发展最快, 相继出现了第四代和第五代 DSP 器件。 现在的 DSP 属于第五代产 品,它与第四代相比,系统集成度更高,将 DSP 芯核及外围组件综合集成在单一芯片上。 这种集成度极高的 DSP 芯片不仅在通信、计算机领域大显身手,而且逐渐渗透到人们日常 消费领域,前景十分可观[2]。 2 DSP 技术在各领域的创新应用 2.1 通信领域的应用

近年来,随着通信技术的飞速发展,DSP 已经成为信号与信息处理领域里一门十分重要的 新兴学科,它代表着当今无线系统的主流发展方向。现在,通信领域中许多产品都与 DSP 密切联系,例如,Modem、数据加密、扩频通信、可视电话等。而寻找 DSP 芯片来实现算 法最开始的目标是在可以接受的时间内对算法做仿真, 随后是将波形存储起来, 然后再加以 处理。图 1 所示,给出了一个典型的 DSP 应用系统。数字蜂窝电话是 DSP 最为重要的应 用领域。因 DSP 具有强大的计算能力,使得移动通信的蜂窝电话重新崛起,并创造了一批 诸如 GSM、CDMA 等全数字蜂窝电话网[3]。由于采用 DSP 技术,蜂窝电话的更新换代变 得更为容易, 只需在统一的硬件平台基础上, 通过软件的不断升级生产各式各样的新款手机。 输入信号首先进行带限滤波和抽样,然后进行模/数转换,将模拟信号转换成数字比特流。 根据香农抽样定理, 为保持信息的不丢失, 抽样频率至少必须是输入带限信号最高频率的两 倍。 2.2 仪器仪表领域的应用 DSP 已经涉足测量仪表和测试仪器行业,而且大有取代高档单片机的趋势。使用 DSP 开发 测量仪表和测试仪器可将产品提升到一个崭新的水平。新款 DSP 丰富的片内资源可以大大 简化仪器仪表的硬件电路,实现仪器仪表的 SOC(System On Chip,即片上系统)设计。 仪器仪表的测量精度和速度是一项重要的指标,使用 DSP 芯片开发产品可使这两项指标大 大提高。以 TMS320F2810 为例,其高效的 32 位 CPU 内核、优异的 12 位 A/D 转换器、 丰富的片内存储器以及灵活的指令系统为我们开发快速、高精度仪器搭建了广阔的平台。 目前 DSP 正处于一个高速发展的时期,仪器仪表是 DSP 的一个重要应用领域,相信 DSP 的应用会推进仪器仪表的技术革新。 2.3 PC 领域中的应用 可编程多媒体 DSP 是 PC 领域的主流产品。以 XDSL Modem 为代表的高速通信技术与 MPEG 图像技术相结合,使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。 预计在今后的 PC 机中,一个 DSP 即可完成全部所需的多媒体的处理功能。 2.4 全新数码助听器中的应用 由于传统助听器线路功能的局限性, 无法满足大部分听障患者的要求, 这个使命理所当然的 留给了全数码助听器。 在国外, 助听器的技术正由传统的电子放大电路逐步被 DSP 所取代。 DSP 具有强大的处理功能,能让听障患者听到更清晰的、想要听到的声音,去除患者不想 听到的声音, 从而使现代的助听器技术产生一个质的飞跃。 数字信号处理是全数码助听器的 核心部分。它为调整输入/输出特性和系统的频率响应特性提供很强的灵活性 。 2.5 图形图像技术领域的应用 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。在这些领域里,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。最近,日本各大学和高技术企业对于 开发虚拟现实 VR 系统,投入相当力量,利用现代计算机图像学 CG 生成 3 维图形,迫切需 要多个 DSP 并行处理系统。其中,系统里的结点 DSP 单元,要求采用与并行处理相适应 的体系结构。 2.6 汽车电子系统及其他应用领域

汽车电子系统日益兴旺发达起来,诸如装设红外线和毫米波雷达,将需用 DSP 进行分析。 如今,汽车愈来愈多,防冲撞系统已成为研究热点。而且,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。应用 DSP 的领域可以说 是不胜枚举,电视会议系统里,也大量应用 DSP 器件。视听机器里也都应用 DSP。随着科 学技术的发展,将会出现许许多多的 DSP 新应用领域。 3 DSP 技术的发展前景 目前,DSP 市场正处于高速成长阶段,在数字化、个人化和网络化的推动下,2009 年世界 DSP 市场营业额已超过 800 亿美元,预计未来的年增长率高达 40%,在全球 DSP 市场中, 仅就美国而言,据估计,美国有超过 1 亿辆汽车、几千万台个人通信装置、每个家庭中就 有 5~20 个联网的家用电器以及数以百万计的工厂使用 DSP 系统。中国已成为 DSP 芯片 的最大市场,数码相机、IP 电话和手持电子设备的热销带来了对 DSP 芯片的巨大需求。尽 管 DSP 市场日趋成熟,但仍有成长空间。互联网和设备个性化是当前信息社会的特征。互 联网是 PC 时代全球经济新的增长点,由于 PC 市场仍未饱和,市场潜力巨大,也是 DSP 潜在的应用领域。而手机、PDA、MP3 播放器以及手提电脑等则是设备个性化的典型代表, 这些设备的发展水平取决于 DSP 的发展。新的形势下,DSP 面临的要求是处理速度更高, 功能更多更全,功耗更低,存储器用量更少。DSP 的技术发展将会有以下一些走势: (1) 系统级集成 DSP 是潮流。 DSP 芯片尺寸始终是 DSP 的技术发展方向。 小 当前的 DSP 尺寸小、功耗低、性能高。各 DSP 厂商纷纷采用新工艺,改进 DSP 芯核,并将几个 DSP 芯核、MPU 芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上,成为 DSP 系统级集成电路。 (2)追求更高的运算速度和进一步降低功耗和几何尺寸[4]。由于电子设备的个人化和客户 化趋势, DSP 必须追求更高更快的运算速度, 才能跟上电子设备的更新步伐。 同时由于 DSP 的应用范围已扩大到人们工作生活的各个领域, 特别是便携式手持产品对于低功耗和尺寸的 要求很高,所以 DSP 有待于进一步降低功耗。按照 CMOS 的发展趋势,依靠新工艺改进 芯片结构,DSP 运算速度的提高和功耗尺寸的降低是完全可能的。 (3)DSP 的内核结构进一步改善[5]。DSP 的结构主要是针对应用,并根据应用优化 DSP 设计以极大改进产品的性能。多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、超长指令字结构 (VLIM) 超标量结构、 、 超流水结构、 多处理、 多线程及可并行扩展的超级哈佛结构(SHARC) 在新的高性能处理器中将占据主导地位。 (4)DSP 嵌入式系统[5]。DSP 嵌入式系统是 DSP 系统嵌入到应用电子系统中的一种通 用系统[4#gt; 。这种系统既具有 DSP 器件在数据处理方面的优势,又具有应用目标所需要 的技术特征。在许多嵌入式应用领域,既需要在数据处理方面具有独特优势的 DSP,也需 要在智能控制方面技高一筹的微处理器(MCU)。因此,将 DSP 与 MCU 融合在一起的双核 平台,将成为 DSP 技术发展的一种新潮流。 4 结束语 目前 DSP 技术的应可以说是日新月异,它的应用领域就像一个是个大金矿,还远没有探测 完。当前对数字信号处理问题的关心仍然是产业界流行的趋势。每天,我们翻开一本新的杂 志,都会有关于 DSP 技术最新发展的报道,数字化的到来对我们既是机遇也是挑战。相信 DSP 技术的发展和应用将对我们的工作和生活以及观念产生更大的影响,值得为之奋斗。

参考文献 [1] 彭启琮,李玉柏,管庆.DSP 技术的发展与应用[M]. 高等教育出版社,2007. [2] 张雄伟,陈亮,徐光辉.DSP 芯片的原理与开发应用(第 3 版)[J],北京, 电子工业出版 社, 2003.2. [3] 申敏.DSP 原理及其在移动通信中的应用[M].人民邮电出版社,1999. [4] 张至德.单片信号处理器及其应用[J].电子工程信息,1987,(7). [5] 许伟.DSP 应用的结构和发展方向[J].电子技术应用,1999.


相关文章:
浅析DSP技术的创新应用及其发展前景[1]
浅析DSP技术的创新应用及其发展前景[1] 隐藏>> 浅析DSP 技术的创新应用及其发展前景 摘要: 本文结合理论分析了数字信号处理(DSP)技术在多个领域的应用状况, 阐述了...
浅析DSP技术的创新应用及其发展前景
浅析DSP 技术的创新应用及其发展前景数字信号处理(DSP)是一门涉及许多学科而又广泛...[关键词] 信号 数字信号处理 信息技术 1 引言 自从数字信号处理器(Digital ...
浅析DSP技术应用及发展前景
浅析DSP技术的创新应用及... 4页 1下载券 浅谈对DSP的认识和DSP发... 4页...浅析DSP 的技术应用和发展前景施红军信息工程学院控制理论与控制工程 2012 级 14...
浅谈DSP技术的应用和发展前景
浅谈DSP 技术的应用和发展前景 【摘要】数字信号处理(DSP)是一门涉及许多学科...二、dsp 技术的优点 1.哈佛结构:即独立的程序存储空间和独立的数据存储空间;...
dsp论文 【浅谈DSP技术的应用和发展前景】
浅析DSP技术的创新应用及... 3页 免费 DSP技术应用及发展前景浅... 2页 免费...基于DSP的图像处理系统的... 7页 1下载券 基于DSP的图像处理系统的... 暂无...
DSP技术的应用和发展前景
DSP 技术的应用和发展前景【摘要】数字信号处理(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。 本文概述了数字信号处理技术的发展, 分析了 DSP 处理器...
DSP技术的最新发展及其发展前景
浅析DSP技术的创新应用及其... 4页 2财富值 DSP技术应用及发展前景浅析... ...2.2 DSP 系统的特点 [1] 数字信号处理系统是以数字信号处理为基础,因此具有...
DSP技术应用现状以及发展趋势
其他 cpu 控制器融合趋势、发展方向 DSP 技术在各领域的创新应用 2.1 通信...电子系统日益兴旺发达起来,诸如装设红外线毫米波雷达,将需用 DSP 进行 分析。...
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...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...
DSP技术及发展趋势分析
DSP技术及发展趋势分析_互联网_IT/计算机_专业资料。DSP 技术及发展趋势分析 chang...关键字:DSP,数字信号处理技术,信息技术 1、数字信号处理(DSP)数字信号处理(DSP...
更多相关标签:
dsp创新应用 | 浅析太阳能的发展前景 | 电力专业就业前景浅析 | 浅析微商的发展前景 | 浅析创新与中国现代化 | 浅析创新与中国现在化 | dsp前景 | dsp发展前景 |