數(shù)字信號(hào)處理新技術(shù)及發(fā)展方向綜述

1、數(shù)字信號(hào)處理新技術(shù)及發(fā)展方向綜述學(xué)院：電子工程學(xué)院專業(yè)：學(xué)號(hào)：姓名：教師：呂雁日期：一、數(shù)字信號(hào)處理簡(jiǎn)介2二、DSP展史2三、DS明術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用3四、DS麗技術(shù)及發(fā)展方向6第1頁(yè)共8頁(yè)數(shù)字信號(hào)處理新技術(shù)及發(fā)展方向綜述一、數(shù)字信號(hào)處理簡(jiǎn)介數(shù)字信號(hào)處理（DigitalSignalProcessing,簡(jiǎn)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。DSP有兩種含義：digitalSignalProcessing（數(shù)字信號(hào)處理）、DigitalSignalProcessor（數(shù)字信號(hào)處理器）。數(shù)字信號(hào)處理是研究用數(shù)字方法對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、變換、濾波、檢測(cè)、調(diào)制、解調(diào)以及快速算法的一門

2、技術(shù)學(xué)科，主要研究有關(guān)數(shù)字濾波技術(shù)、離散變換快速算法和譜分析方法。隨著數(shù)字電路與系統(tǒng)技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)也相應(yīng)地得到發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛。數(shù)字信號(hào)處理器是一種適合完成數(shù)字信號(hào)處理運(yùn)算的處理器。目前數(shù)字信號(hào)處理還不能取代模擬信號(hào)處理，因?yàn)镈S限有真正做到“實(shí)時(shí)”，不能實(shí)時(shí)處理很高頻率的信號(hào)。但相比模擬信號(hào)處理，DSP具有速度快、精度高、穩(wěn)定性好、抗噪聲性能佳、靈活、可重復(fù)、可編程、功耗低和便于接口等優(yōu)點(diǎn)，已在圖形、圖像處理，語(yǔ)音、語(yǔ)言處理，通用信號(hào)處理，數(shù)字、運(yùn)動(dòng)控制，測(cè)量分析，低功耗、手持設(shè)備、無(wú)線終端，通信等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。其中，數(shù)字控制、運(yùn)動(dòng)控制方面的應(yīng)

3、用主要有磁盤驅(qū)動(dòng)控制、引擎控制、激光打印機(jī)控制、噴繪機(jī)控制、馬達(dá)控制、電力系統(tǒng)控制、機(jī)器人控制、高精度伺服系統(tǒng)控制、數(shù)控機(jī)床等。面向低功耗、手持設(shè)備、無(wú)線終端的應(yīng)用主要有：手機(jī)、PDAGPS數(shù)傳電臺(tái)等。二、DSP發(fā)展史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(hào)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(hào)處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應(yīng)用。在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下，DSP己成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件。DSP的發(fā)展大致分為三個(gè)階段：在DSP出現(xiàn)之前數(shù)字信號(hào)處理只能依靠微處理器來完成。但由于微處理器較低的處理速度不快，根本就無(wú)法滿足

4、越來越大的信息量的高速實(shí)時(shí)要求。因此應(yīng)用更快更高效的信號(hào)處理方式成了日漸迫切的社會(huì)需求，到了70年代，有人提出了DSP的理論和算法基礎(chǔ)。但那時(shí)的DSFft僅停留在教科書上，即使是研制出來的第2頁(yè)共8頁(yè)DSP系統(tǒng)也是由分立元件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航天部門。一般認(rèn)為，世界上第一個(gè)單片DSP芯片是1978年AMI公司發(fā)布的S2811。1979年美國(guó)Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSPE片的一個(gè)主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代DSP5片所必須有的單周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的mPD772比第一個(gè)具有硬件乘法器的商用DSP5片，從而被認(rèn)為是第一塊單片DS

5、喘件。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)和半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展，1982年世界上誕生了第一代DSRE片TMS3201取其系列產(chǎn)品。這種DS端件采用彳米工藝NMO轂術(shù)制作，雖功耗和尺寸稍大，但運(yùn)算速度卻比微處理器快了幾十倍，尤其在語(yǔ)言合成和編碼譯碼器中得到了廣泛應(yīng)用。DSP芯片的問世是個(gè)里程碑，它標(biāo)志著DSP應(yīng)用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進(jìn)了一大步。至80年代中期，隨著CMOST藝的DSP芯片應(yīng)運(yùn)而生，其存儲(chǔ)容量和運(yùn)算速度都得到成倍提高，成為語(yǔ)音處理、圖像硬件處理技術(shù)的基礎(chǔ)。80年代后期，第三代DSP®片問世，運(yùn)算速度進(jìn)一步提高，其應(yīng)用范圍逐步擴(kuò)大到通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域。90年代DSP發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第

6、四代和第五代DS端件?，F(xiàn)在的DSPH于第五代產(chǎn)品，它與第四代相比，系統(tǒng)集成度更高，將DSRE核及外圍元件綜合集成在單一芯片上。這種集成度極高的DSP®片不僅在通信、計(jì)算機(jī)領(lǐng)域大顯身手，而且逐漸滲透到人們的日常生活領(lǐng)域。經(jīng)過20多年的發(fā)展，DSPT品的應(yīng)用已擴(kuò)大到人們的學(xué)習(xí)、工作和生活的各個(gè)方面，并逐步成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。三、DSP技術(shù)在各領(lǐng)域的應(yīng)用DSP技術(shù)在電力系統(tǒng)模擬量采集和測(cè)量中的應(yīng)用計(jì)算機(jī)進(jìn)入電力系統(tǒng)調(diào)度后，引入了EMS/DMS/SCADA概念，而電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和測(cè)量是SCADA勺基礎(chǔ)部分。傳統(tǒng)的模擬量的采集和獲得，通過變送器將一次PT和CT的電氣量變?yōu)橹绷髁浚?/p>

7、在進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換送給計(jì)算機(jī)。應(yīng)用了交流采用技術(shù)以后，經(jīng)過二次PTCT的變換后，直接對(duì)每周波的多點(diǎn)采樣值采用DSP處理算法進(jìn)行計(jì)算，得到電壓和電流的有效值和相角，免去了變送器環(huán)節(jié)。這不僅使得分布布置的分布式RTUim快地發(fā)展起來，而且還為變電站自動(dòng)化提供了功能綜合優(yōu)化的手段。第3頁(yè)共8頁(yè)DSPft變電站自動(dòng)化的應(yīng)用變電站自動(dòng)化元件較多，模擬量、開關(guān)量比較多而且比較分散，要求的實(shí)時(shí)性也較高，DSPfg快速采集、精確處理各種信息，尤其在并行處理上可實(shí)現(xiàn)多機(jī)多任務(wù)操作，實(shí)用十分靈活、方便，片內(nèi)諸多的接口為通訊及人機(jī)接口提供了容易的擴(kuò)展，由于接口的多樣化，使勵(lì)磁、調(diào)速器及繼電保護(hù)的掛網(wǎng)監(jiān)控更容易。由于D

8、SP®成度高，硬件設(shè)計(jì)方便，使設(shè)計(jì)起來更容易，而且增加了產(chǎn)品的可靠性，DSFft冗余設(shè)計(jì)上更容易，為水電站實(shí)現(xiàn)無(wú)人值班，少人值守的發(fā)展方向，提供了可靠的新技術(shù)。DSP在多媒體通信中的應(yīng)用多媒體包括文字、語(yǔ)言、圖像、圖形和數(shù)據(jù)等媒體。多媒體信息中絕大部分是視頻數(shù)據(jù)和音頻數(shù)據(jù)，兒數(shù)字化的音、視頻數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量是非常龐大的，只有采用先進(jìn)的壓縮編碼算法對(duì)其進(jìn)行壓縮，節(jié)省儲(chǔ)存空間，提高通信線路的傳輸效率，才能使高速的多媒體通信系統(tǒng)成為可能。多媒體通信要求多媒體網(wǎng)絡(luò)終端應(yīng)能快速處理信息，并具有較強(qiáng)的交互性。因此，DSFft語(yǔ)音編碼、圖像壓縮與還原的語(yǔ)音通信中得到了成功的應(yīng)用。如今的DSP®

9、;本能實(shí)時(shí)實(shí)現(xiàn)大部分已形成國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的語(yǔ)音編解碼算法與協(xié)議。移動(dòng)通信中的語(yǔ)音壓縮和調(diào)制解調(diào)器也大量采用DSP現(xiàn)代DSPI全有能力實(shí)現(xiàn)中、低速的移頻鍵控、相移鍵控的調(diào)制與解調(diào)以及正交調(diào)幅調(diào)制與解調(diào)等。DSPft軟件無(wú)線電的應(yīng)用軟件無(wú)線電是一種新的無(wú)線通信技術(shù)，是基于同一硬件平臺(tái)上、安裝不同的軟件來靈活實(shí)現(xiàn)多通信功能多頻段的無(wú)線電臺(tái)，他可進(jìn)一步擴(kuò)展至有線領(lǐng)域。隨著DS限術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用的成熟，特別是低功耗DSRE片的出現(xiàn)，使軟件無(wú)線電的應(yīng)用研究成為熱點(diǎn)。軟件無(wú)線電具有系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通用、功能實(shí)現(xiàn)軟件化和互操作性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。其體系結(jié)構(gòu)有電源、天線、多帶射頻轉(zhuǎn)換器和A/D/A變換器與DSPffl成。信號(hào)的數(shù)

10、字化是實(shí)現(xiàn)軟件無(wú)線電的先決條件。關(guān)鍵步驟是以可編程能力強(qiáng)的DS詠代替專用的數(shù)字電路，使系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)與功能相對(duì)獨(dú)立。這樣就可基于一個(gè)相對(duì)通用的硬件平臺(tái)，通過軟件實(shí)現(xiàn)不同的通信功能，并可對(duì)工作頻率、系統(tǒng)頻寬、調(diào)制方式和新品編碼等進(jìn)行編程控制，系統(tǒng)的靈活性大大加強(qiáng)了。DSPft機(jī)器人控制中的應(yīng)用第4頁(yè)共8頁(yè)目前，由于人工智能、計(jì)算機(jī)科學(xué)、傳感器技術(shù)及其它相關(guān)學(xué)科的長(zhǎng)足進(jìn)步，使得機(jī)器人的研究在高水平上進(jìn)行，同時(shí)也對(duì)機(jī)器人控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。隨著機(jī)器人控制系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、數(shù)據(jù)量和計(jì)算要求的不斷提高，采用高速、高性能的DSP等成為主要的控制方式。將DSP應(yīng)用于機(jī)器人的控制系統(tǒng)，充分利用DSP&#

11、174;時(shí)運(yùn)算速度快的特點(diǎn)，這是當(dāng)前發(fā)展的趨勢(shì)。尤其是隨著數(shù)字信號(hào)芯片速度的不斷提高，并易于構(gòu)成并行處理網(wǎng)絡(luò)，可大大提高控系統(tǒng)的性能。DSP通信領(lǐng)域的應(yīng)用2002年1月7日11日，在美國(guó)拉斯維加斯舉行的全球最大的消費(fèi)類電子產(chǎn)品展CES（ConsumerElectronicShow）,以及2月1日在英國(guó)倫敦科學(xué)博物館開幕“通向未來”科學(xué)技術(shù)展，展示了最新研究開發(fā)的DSP新技術(shù)新產(chǎn)品在通信領(lǐng)域的應(yīng)用。DSF®造商新推出一系列的產(chǎn)品，并且都瞄準(zhǔn)了通信領(lǐng)域的應(yīng)用。在定制DSPt,LSILogic、3DSP及新成立的Siroyan公司展示了新穎的DSP產(chǎn)品，這些產(chǎn)品涵蓋了從3G無(wú)線基站到無(wú)線局

12、域網(wǎng)（WLAN廣泛應(yīng)用。Equator技術(shù)公司推出一個(gè)數(shù)字視頻新方案，Broadcom公司第一次提供piceEngine的DSP解決方案，可以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)電話VoIP網(wǎng)關(guān)。LSILogic公司新推出第二代ZSP結(jié)構(gòu)以及首次采用該結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的內(nèi)核ZSP600它是在ZSP400a礎(chǔ)上擴(kuò)展的軟件兼容版本，嵌入的內(nèi)核采用0.13mm工藝技術(shù)，運(yùn)行于300MHz將能夠?qū)崿F(xiàn)更高的速度和更低的功耗。3DSP公司推出了其DSPtfc術(shù)的首個(gè)特殊應(yīng)用實(shí)現(xiàn)方案UniPHY該方案針對(duì)寬帶應(yīng)用中物理層（PHY）的信號(hào)處理進(jìn)行優(yōu)化，特別是802.11a和802.11bWLAN該單指令多重?cái)?shù)據(jù)內(nèi)核運(yùn)行于400MHz將來可達(dá)1

13、GHz據(jù)稱這是首款針對(duì)寬帶物理層的信號(hào)處理進(jìn)行優(yōu)化的DSP內(nèi)核，它是一種能夠?qū)崿F(xiàn)具有成本效益的多標(biāo)準(zhǔn)方案。UniPHY最初是在2001年底推出的，而委托臺(tái)積電（TSMC訟司生產(chǎn)的開發(fā)芯片將于2002年第二季度推出。作為定制DSP市場(chǎng)中的最新進(jìn)入者，Siroyan公司也展示了其OneDS骷構(gòu)，它采用200MHz勺VLIW內(nèi)核群組實(shí)現(xiàn)DSPffiRISC指令，通常可省略獨(dú)立的通用MPUSiroyan首席設(shè)計(jì)師NigelTopham認(rèn)為該公司開發(fā)的處理器可以運(yùn)行于兩種模式，這是通信應(yīng)用中的處理器最經(jīng)常使用的兩類代碼。OneDS時(shí)構(gòu)中每個(gè)內(nèi)核都有兩套執(zhí)行單元，可以分別處理DSP和類似RISC指令。第一

14、個(gè)產(chǎn)品SRA328S于2002年4月推出。第5頁(yè)共8頁(yè)四、DSP新技術(shù)及發(fā)展方向從25年前TI推出第一個(gè)有55000個(gè)晶體管的DSPTMS320C10J如今有6核以上的TNETV3020DSP在25年里性能提升了1萬(wàn)倍以上，而許多以前看似天方夜譚的應(yīng)用也終于可以實(shí)現(xiàn)了。在今年的TIDC大會(huì)上，TI展示了美國(guó)伊利諾大學(xué)最新的研究成果：通過DSPU失去語(yǔ)言表達(dá)和四肢控制能力的殘障人士靈活自如的控制輪椅的行進(jìn)-其原理把通過腦電波給聲帶的信號(hào)轉(zhuǎn)換成語(yǔ)音來完成控制。這項(xiàng)新的應(yīng)用將給全球無(wú)數(shù)的殘障人士帶來福音。TI全球特殊應(yīng)用產(chǎn)品部大中國(guó)業(yè)務(wù)策略拓展副總裁林坤山甚至表示未來可以利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)無(wú)聲的手機(jī)通信

15、。未來將出現(xiàn)大量多核或者單芯片DSPSoC產(chǎn)品，以提供更好的性能、更低的功耗、更方便的開發(fā)環(huán)境加速客戶的產(chǎn)品開發(fā)。DSP已經(jīng)走過以語(yǔ)音應(yīng)用為主的第一個(gè)浪潮以及以?shī)蕵窞橹鞯牡?個(gè)浪潮，現(xiàn)在我們將迎來DSFS用的第3個(gè)浪潮，這個(gè)浪潮將應(yīng)用鎖定在運(yùn)輸工具（汽車）、高質(zhì)量生活、安防、綠色能源等4個(gè)領(lǐng)域。汽車無(wú)人駕駛實(shí)現(xiàn)的歷程將分四個(gè)階段：第一階段，車內(nèi)和車上安裝的攝像頭能幫助駕駛員看到車后情況和盲區(qū)。第二階段，是攝像監(jiān)控系統(tǒng)給駕駛員提供駕駛建議。舉例來說，如果駕駛員希望改道而正好有車在其盲區(qū)，那么可以通過方向盤震動(dòng)來提醒駕駛員檢查盲區(qū)情況。第三階段，攝像監(jiān)控系統(tǒng)為駕駛員做出決策。改道時(shí)盲區(qū)有車的情況下

16、，駕駛員必須大角度轉(zhuǎn)向，以避讓車輛。終極階段，就是汽車無(wú)人駕駛。在高質(zhì)量生活方面，DSP等被廣泛應(yīng)用到醫(yī)療健康領(lǐng)域，并以前所未有的力度推動(dòng)著醫(yī)療創(chuàng)新的發(fā)展。例如，技術(shù)人員已經(jīng)開發(fā)并采用可通過腦電波控制的人造假肢。美國(guó)加利福尼亞的研究人員還通過高級(jí)視網(wǎng)膜變性技術(shù)讓植入的人工眼球幫助失明患者重見光明。止匕外，采用DSP技術(shù)的醫(yī)療產(chǎn)品將不斷提高移動(dòng)性能，這樣病人足不出戶，在家中就能接受治療。在安防應(yīng)用方面，目前安全人員需要對(duì)監(jiān)控室里的多臺(tái)監(jiān)控器進(jìn)行監(jiān)控，跟蹤不同地點(diǎn)的事件發(fā)生情況。下一步將通過適當(dāng)系統(tǒng)來監(jiān)控對(duì)象運(yùn)動(dòng)，要是屏幕出現(xiàn)異常情況，就會(huì)自動(dòng)發(fā)出警報(bào)。此后，我們可以通過統(tǒng)一的監(jiān)控器進(jìn)行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)侵入者后就能發(fā)出警報(bào)，這樣安全人員就能通知警察。最后一步，系統(tǒng)甚至不需要顯示圖像，就能直接報(bào)警。第6頁(yè)共8頁(yè)隨著節(jié)能環(huán)保呼聲日益高漲，DS限術(shù)也將在這個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，稱為“powerscavenging"，這是一種將太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、振動(dòng)能轉(zhuǎn)換成有用能源的技術(shù)。把DSP應(yīng)用到這