數(shù)字信號處理新技術及發(fā)展方向綜述

1、數(shù)字信號處理新技術及發(fā)展方向綜述學院：電子工程學院專業(yè)：學號：姓名：教師：呂雁日期：一、數(shù)字信號處理簡介2二、DSP展史2三、DS明術在各領域的應用3四、DS麗技術及發(fā)展方向6數(shù)字信號處理新技術及發(fā)展方向綜述一、數(shù)字信號處理簡介數(shù)字信號處理（DigitalSignalProcessing,簡稱DSP是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。DSP有兩種含義：digitalSignalProcessing（數(shù)字信號處理）、DigitalSignalProcessor（數(shù)字信號處理器）。數(shù)字信號處理是研究用數(shù)字方法對信號進行分析、變換、濾波、檢測、調(diào)制、解調(diào)以及快速算法的一門技術學科，主

2、要研究有關數(shù)字濾波技術、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)技術以及計算機技術的發(fā)展，數(shù)字信號處理技術也相應地得到發(fā)展，其應用領域十分廣泛。數(shù)字信號處理器是一種適合完成數(shù)字信號處理運算的處理器。目前數(shù)字信號處理還不能取代模擬信號處理，因為DS限有真正做到“實時”，不能實時處理很高頻率的信號。但相比模擬信號處理，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、可編程、功耗低和便于接口等優(yōu)點，已在圖形、圖像處理，語音、語言處理，通用信號處理，數(shù)字、運動控制，測量分析，低功耗、手持設備、無線終端，通信等領域發(fā)揮越來越重要的作用。其中，數(shù)字控制、運動控制方面的應用主要有磁盤

3、驅(qū)動控制、引擎控制、激光打印機控制、噴繪機控制、馬達控制、電力系統(tǒng)控制、機器人控制、高精度伺服系統(tǒng)控制、數(shù)控機床等。面向低功耗、手持設備、無線終端的應用主要有：手機、PDAGPS數(shù)傳電臺等。二、DSP發(fā)展史20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術應運而生并得到迅速的發(fā)展。在過去的二十多年時間里，數(shù)字信號處理已經(jīng)在通信等領域得到極為廣泛的應用。在當今的數(shù)字化時代背景下，DSP己成為通信、計算機、消費類電子產(chǎn)品等領域的基礎器件。DSP的發(fā)展大致分為三個階段：在DSP出現(xiàn)之前數(shù)字信號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，根本就無法滿足越來越大的信

4、息量的高速實時要求。因此應用更快更高效的信號處理方式成了日漸迫切的社會需求，到了70年代，有人提出了DSP的理論和算法基礎。但那時的DSFft僅停留在教科書上，即使是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立元件組成的，其應用領域僅局限于軍事、航空航天部門。一般認為，世界上第一個單片DSP芯片是1978年AMI公司發(fā)布的S2811。1979年美國Intel公司發(fā)布的商用可編程器件2920是DSPE片的一個主要里程碑。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比第一個具有硬件乘法器的商用DSP5片，從而被認為是第一塊單片DS喘件。隨著大規(guī)模集成電路

5、技術和半導體技術的發(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轂術制作，雖功耗和尺寸稍大，但運算速度卻比微處理器快了幾十倍，尤其在語言合成和編碼譯碼器中得到了廣泛應用。DSP芯片的問世是個里程碑，它標志著DSP應用系統(tǒng)由大型系統(tǒng)向小型化邁進了一大步。至80年代中期，隨著CMOST藝的DSP芯片應運而生，其存儲容量和運算速度都得到成倍提高，成為語音處理、圖像硬件處理技術的基礎。80年代后期，第三代DSP®片問世，運算速度進一步提高，其應用范圍逐步擴大到通信、計算機領域。90年代DSP發(fā)展最快，相繼出現(xiàn)了第四代和第五代DS端件。現(xiàn)

6、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、計算機領域大顯身手，而且逐漸滲透到人們的日常生活領域。經(jīng)過20多年的發(fā)展，DSPT品的應用已擴大到人們的學習、工作和生活的各個方面，并逐步成為電子產(chǎn)品更新?lián)Q代的決定因素。三、DSP技術在各領域的應用DSP技術在電力系統(tǒng)模擬量采集和測量中的應用計算機進入電力系統(tǒng)調(diào)度后，引入了EMS/DMS/SCADA概念，而電力系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集和測量是SCADA勺基礎部分。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?，在進行A/D轉換送給計算

7、機。應用了交流采用技術以后，經(jīng)過二次PTCT的變換后，直接對每周波的多點采樣值采用DSP處理算法進行計算，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化提供了功能綜合優(yōu)化的手段。DSPft變電站自動化的應用變電站自動化元件較多，模擬量、開關量比較多而且比較分散，要求的實時性也較高，DSPfg快速采集、精確處理各種信息，尤其在并行處理上可實現(xiàn)多機多任務操作，實用十分靈活、方便，片內(nèi)諸多的接口為通訊及人機接口提供了容易的擴展，由于接口的多樣化，使勵磁、調(diào)速器及繼電保護的掛網(wǎng)監(jiān)控更容易。由于DSP®成度高，硬件設計方便

8、，使設計起來更容易，而且增加了產(chǎn)品的可靠性，DSFft冗余設計上更容易，為水電站實現(xiàn)無人值班，少人值守的發(fā)展方向，提供了可靠的新技術。DSP在多媒體通信中的應用多媒體包括文字、語言、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，只有采用先進的壓縮編碼算法對其進行壓縮，節(jié)省儲存空間，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)絡終端應能快速處理信息，并具有較強的交互性。因此，DSFft語音編碼、圖像壓縮與還原的語音通信中得到了成功的應用。如今的DSP®本能實時實現(xiàn)大部分已形成國際標準的

9、語音編解碼算法與協(xié)議。移動通信中的語音壓縮和調(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軟件無線電的應用軟件無線電是一種新的無線通信技術，是基于同一硬件平臺上、安裝不同的軟件來靈活實現(xiàn)多通信功能多頻段的無線電臺，他可進一步擴展至有線領域。隨著DS限術的發(fā)展和應用的成熟，特別是低功耗DSRE片的出現(xiàn)，使軟件無線電的應用研究成為熱點。軟件無線電具有系統(tǒng)結構通用、功能實現(xiàn)軟件化和互操作性好等一系列優(yōu)點。其體系結構有電源、天線、多帶射頻轉換器和A/D/A變換器與DSPffl成。信號的數(shù)字化是實現(xiàn)軟件無線電的先決條件。關鍵

10、步驟是以可編程能力強的DS詠代替專用的數(shù)字電路，使系統(tǒng)硬件結構與功能相對獨立。這樣就可基于一個相對通用的硬件平臺，通過軟件實現(xiàn)不同的通信功能，并可對工作頻率、系統(tǒng)頻寬、調(diào)制方式和新品編碼等進行編程控制，系統(tǒng)的靈活性大大加強了。DSPft機器人控制中的應用目前，由于人工智能、計算機科學、傳感器技術及其它相關學科的長足進步，使得機器人的研究在高水平上進行，同時也對機器人控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。隨著機器人控制系統(tǒng)對實時性、數(shù)據(jù)量和計算要求的不斷提高，采用高速、高性能的DSP等成為主要的控制方式。將DSP應用于機器人的控制系統(tǒng)，充分利用DSP®時運算速度快的特點，這是當前發(fā)展的趨勢。

11、尤其是隨著數(shù)字信號芯片速度的不斷提高，并易于構成并行處理網(wǎng)絡，可大大提高控系統(tǒng)的性能。DSP通信領域的應用2002年1月7日11日，在美國拉斯維加斯舉行的全球最大的消費類電子產(chǎn)品展CES（ConsumerElectronicShow）,以及2月1日在英國倫敦科學博物館開幕“通向未來”科學技術展，展示了最新研究開發(fā)的DSP新技術新產(chǎn)品在通信領域的應用。DSF®造商新推出一系列的產(chǎn)品，并且都瞄準了通信領域的應用。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無線基站到無線局域網(wǎng)（WLAN廣泛應用。Equator技術公司推

12、出一個數(shù)字視頻新方案，Broadcom公司第一次提供piceEngine的DSP解決方案，可以應用于網(wǎng)絡電話VoIP網(wǎng)關。LSILogic公司新推出第二代ZSP結構以及首次采用該結構實現(xiàn)的內(nèi)核ZSP600它是在ZSP400a礎上擴展的軟件兼容版本，嵌入的內(nèi)核采用0.13mm工藝技術，運行于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術的首個特殊應用實現(xiàn)方案UniPHY該方案針對寬帶應用中物理層（PHY）的信號處理進行優(yōu)化，特別是802.11a和802.11bWLAN該單指令多重數(shù)據(jù)內(nèi)核運行于400MHz將來可達1GHz據(jù)稱這是首款針對寬帶物理層的信號處理進行優(yōu)

13、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準方案。UniPHY最初是在2001年底推出的，而委托臺積電（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市場中的最新進入者，Siroyan公司也展示了其OneDS骷構，它采用200MHz勺VLIW內(nèi)核群組實現(xiàn)DSPffiRISC指令，通?？墒÷元毩⒌耐ㄓ肕PUSiroyan首席設計師NigelTopham認為該公司開發(fā)的處理器可以運行于兩種模式，這是通信應用中的處理器最經(jīng)常使用的兩類代碼。OneDS時構中每個內(nèi)核都有兩套執(zhí)行單元，可以分別處理DSP和類似RISC指令。第一個產(chǎn)品SRA328S于2002年4月推出。四、D

14、SP新技術及發(fā)展方向從25年前TI推出第一個有55000個晶體管的DSPTMS320C10J如今有6核以上的TNETV3020DSP在25年里性能提升了1萬倍以上，而許多以前看似天方夜譚的應用也終于可以實現(xiàn)了。在今年的TIDC大會上，TI展示了美國伊利諾大學最新的研究成果：通過DSPU失去語言表達和四肢控制能力的殘障人士靈活自如的控制輪椅的行進-其原理把通過腦電波給聲帶的信號轉換成語音來完成控制。這項新的應用將給全球無數(shù)的殘障人士帶來福音。TI全球特殊應用產(chǎn)品部大中國業(yè)務策略拓展副總裁林坤山甚至表示未來可以利用該技術實現(xiàn)無聲的手機通信。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

15、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)走過以語音應用為主的第一個浪潮以及以娛樂為主的第2個浪潮，現(xiàn)在我們將迎來DSFS用的第3個浪潮，這個浪潮將應用鎖定在運輸工具（汽車）、高質(zhì)量生活、安防、綠色能源等4個領域。汽車無人駕駛實現(xiàn)的歷程將分四個階段：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。改道時盲區(qū)有車的情況下，駕駛員必須大角度轉向，以避讓車輛。終極階段，就是汽車無人駕

16、駛。在高質(zhì)量生活方面，DSP等被廣泛應用到醫(yī)療健康領域，并以前所未有的力度推動著醫(yī)療創(chuàng)新的發(fā)展。例如，技術人員已經(jīng)開發(fā)并采用可通過腦電波控制的人造假肢。美國加利福尼亞的研究人員還通過高級視網(wǎng)膜變性技術讓植入的人工眼球幫助失明患者重見光明。止匕外，采用DSP技術的醫(yī)療產(chǎn)品將不斷提高移動性能，這樣病人足不出戶，在家中就能接受治療。在安防應用方面，目前安全人員需要對監(jiān)控室里的多臺監(jiān)控器進行監(jiān)控，跟蹤不同地點的事件發(fā)生情況。下一步將通過適當系統(tǒng)來監(jiān)控對象運動，要是屏幕出現(xiàn)異常情況，就會自動發(fā)出警報。此后，我們可以通過統(tǒng)一的監(jiān)控器進行監(jiān)控，發(fā)現(xiàn)侵入者后就能發(fā)出警報，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，就能直接報警。隨著節(jié)能環(huán)保呼聲日益高漲，DS限術也將在這個領域發(fā)揮重要作用，稱為“powerscavenging"，這是一種將太陽能、風能、潮汐能、振動能轉換成有用能源的技術。把DSP