DSP的主要作業(yè)內(nèi)容

DSP的數(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）。我們常說的DSP指的是數(shù)字信號處理器。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。20世紀60年代以來，隨著計算機和信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。極為廣泛的應用。數(shù)字信號處理是利用計算機或專用處理設備，以數(shù)字形式對信號進行采集、變換、濾波、估值、增強、壓縮、識別等處理，以得到符合人們需要的信號形式。數(shù)字信號處理是圍繞著數(shù)字信號處理的理論、實現(xiàn)和應用等幾個方面發(fā)展起來的。數(shù)字信號處理在理論上的發(fā)展推動了數(shù)字信號處理應用的發(fā)展。反過來，數(shù)字信號處理的應用又促進了數(shù)字信號處理理論的提高。而數(shù)字信號處理的實現(xiàn)則是理論和應用之間的橋梁。數(shù)字信號處理是以眾多學科為理論基礎的，它所涉及的范圍極其廣泛。例如，在數(shù)學領域，微積分、概率統(tǒng)計、隨機過程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號處理的基本工具，與網(wǎng)絡理論、信號與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關。近來新興的一些學科，如人工智能、模式識別、神經(jīng)網(wǎng)絡等，都與數(shù)字信號處理密不可分?？梢哉f，數(shù)字信號處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎，同時又使自己成為一系列新興學科的理論基礎。顧名思義,DSP主要應用在數(shù)字信號處理中，目的是為了能夠滿足實時信號處理的要求，因此需要將數(shù)字信號處理中的常用運算執(zhí)行的盡可能快，這就決定了DSP的特點和關鍵技術。適合數(shù)字信號處理的關鍵技術：DSP包含乘法器、累加器、特殊地址產(chǎn)生器、領開銷循環(huán)等；提高處理速度的關鍵技術：流水線技術、并行處理技術、超常指令（VLIW）、超標量技術、DMA等。從廣義上講，DSP、微處理器和微控制器（單片機）等都屬于處理器，可以說DSP是一種CPU。DSP和一般的CPU又不同，最大的區(qū)別在于：CPU是馮.諾伊曼結構的；DSP是數(shù)據(jù)和地址空間分開的哈佛結構。世界上第一個單片DSP芯片應當是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DSP芯片的一個主要里程碑。這兩種芯片內(nèi)部都沒有現(xiàn)代DSP芯片所必須有的單周期乘法器。1980年，日本NEC公司推出的μPD7720是第一個具有乘法器的商用DSP芯片。在這之后，最成功的DSP芯片當數(shù)美國德州儀器公司（TexasInstruments，簡稱TI）的一系列產(chǎn)品。TI公司在1982年成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列產(chǎn)品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17等，之后相繼推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS320C40/C44，第五代DSP芯片TMS320C5X/C54X，第二代DSP芯片的改進型TMS320C2XX，集多片DSP芯片于一體的高性能DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第號的技術相繼出現(xiàn)，繼而形成了一股規(guī)模宏大的潮流，將包括手機、寬帶、硬盤驅動器、三維圖像、MP3、數(shù)碼相繼、筆記本在內(nèi)的各種應用裹挾進來。1982年，全球DSP市場總值僅有1,000萬美元，而2005年，已經(jīng)達到了80億美元。ForwardConcepts和WSTS的聯(lián)合報告表明，2010年，全球DSP市場將一舉突破170億美元的市場規(guī)模。創(chuàng)新應用是引導DSP市場向前發(fā)展的一面大旗。我們已經(jīng)聽夠了的成本、功耗、性能、靈活性等各種因素一直是應用設計方面所面臨的主要挑戰(zhàn)。此外，林坤認為與機會成本息息相關的上市時間在這些因素中處于最重要的地位?！拔覀冃枰谛阅?、功耗以及成本三方面來應對這些挑戰(zhàn)。”他表示。在這里他特別強調(diào)：“對于成本來說，不僅僅是降低芯片本身的價格，如何盡可能壓縮系統(tǒng)方面的開支才是最重要的?！?5年的歷程已經(jīng)證明了DSP在應對上述挑戰(zhàn)方面的能力是無限的。與3微米的AMOS工藝相比，如今TI已有超過50%的DSP采用了90nmCMOS工藝。此外，65nm的CMOS工藝也已使用在C6?55中。而DSP的計算能力也從最初的5MIPS提高到如今的10,000MIPS。DSP的并行能力也在成倍增長，與C1x/2x/5x系列一個機器周期處理1個MAC相比，如今的C6?x+系列已經(jīng)能夠處理8個MAC操作。功耗問題也在從容不迫的被一步步解決，隨著內(nèi)核電壓從10年前的3.5V降低到今天的1V左右，功率技術甚至孕育了與摩爾定律齊名的Gene定律——“半導體工業(yè)每18個月芯片功耗將會降低一半。”為了在提高性能的同時盡可能減少對功耗的影響，除了將內(nèi)核時鐘頻率繼續(xù)上調(diào)之外，多核概念也被引人DSP?！昂芏嗳藭岩啥嗪薉SP技術的成熟度。其實，早在90年代就，市場上就已經(jīng)出現(xiàn)了多核DSP產(chǎn)品。我們最新的例子時面向有線網(wǎng)絡高密度語音市場的TNETV3020，它采用了6個500MHz的C6?xDSP核?！绷掷け硎尽４送?，最初的DSP每MMAC的功耗為500mW左右，方進預計2010年這個數(shù)字將會降低到0.001mW。值得一提的還有SmartReflex技術，由于能夠在不需要高速運轉時自動降低核電壓，該技術甚至令TCI6?88的功耗降低了一半左右。全球累積DSP銷量已經(jīng)達到了100億顆。大規(guī)模量產(chǎn)推動了DSP價格的降低，并使其日益成為具有競爭力的電子解決方案。1982年，5MIPS的TMS320C10售價為500美元，這相當于100美元/MIPS的價格，但是今天，這個價格僅有0.001美元。有理由相信，在可預見的未來，隨著價格的不斷降低，DSP將會滲入人類生活的每個層面。“如果不用擔心性能與價格，DSP的未來會怎樣？”這是方進本次大會主題演講的開頭語。他表示，電信是和娛樂是推動DSP創(chuàng)新的兩次浪潮。前者的數(shù)字化電話系統(tǒng)、DSL、有線Modem，802.11以及數(shù)字蜂窩電話第一次為DSP提供了前所未有的廣闊舞臺，后者對性能、功耗的更高要求、流媒體、以及數(shù)量龐大的消費人群則推動了DSP的進一步應用。DSP的第三波浪潮應該是什么，智能建筑，汽車，醫(yī)療，安防還是綠色能源？或許兼而有之。節(jié)能減排已經(jīng)成為全球保護環(huán)境的主題。如今，全美40%的溫室氣體排放都來自商務樓宇的照明、冷卻和加熱系統(tǒng)。全球智能視頻監(jiān)控技術領導廠商ObjectVideo已經(jīng)在同TI進行合作開發(fā)新一代的智能傳感器。據(jù)稱，將此款傳感器安裝在房間上方中央后，它能感應有人進入，更知道物體的確切位置，并可根據(jù)偵測房間中人的移動來迅速啟動和關閉照明?！皞鹘y(tǒng)感應器利用熱能和超聲波，但錯誤數(shù)值常常導致不當?shù)拈_關，錯誤的偵測不僅浪費能源也增加了成本?！痹摴痉Q，“如果能在10%的大樓中安裝這種智能感應器系統(tǒng)，我們將能減少相當于200萬輛汽車每年CO2的排放量?！睂τ跓o人駕駛汽車這樣的夢想來說，雷達系統(tǒng)是這個項目的關鍵技術。德國大眾汽車就在其去年推出的AudiQ7中首次應用了新一代雷達輔助巡航車距控制系統(tǒng)、帶雷達技術的變道側向輔助調(diào)節(jié)系統(tǒng)。“提起雷達，人們首先就會想到價格昂貴的浮點DSP技術，但這顯然超出了我們所能承受的范圍。”該公司JeanMarc表示，利用TI的DSC和C2000平臺技術，大眾汽車通過定點技術實現(xiàn)了浮點運算?！斑@是個重要的里程碑，它意味著我們距離無人駕駛已經(jīng)為時不遠了?！盇mbient公司與伊利諾伊大學共同開發(fā)的一項無需開口即能實現(xiàn)手機通話的研究項目將為美國高達300萬重度溝通障礙人士帶來福音。該公司的Audeo器件可采集到人腦在說話前腦部向喉部發(fā)送的神經(jīng)信號，在經(jīng)過TI超低功耗單片機MSP430處理后，人腦中的指令將會轉為動力來控制輪椅的行進。該公司的兩位聯(lián)合創(chuàng)始人Thomas和Michael表示，控制輪椅只是應用的一種，人腦信號還可以轉換為語音或者其他指令，目前Ambient的技術已經(jīng)可以實現(xiàn)70%的準確率。“我希望我們的器件未來能夠取代手機?！盡ichael說，“你可以想象一個完全無聲的手機溝通情景，根本無需自己開口或者聽對方講話?！睂τ谠S多消費者來說，停留在他們腦海中的安防系統(tǒng)可能就是在某個房間內(nèi)占滿了整個墻面的顯示器，安全人員需要24小時內(nèi)緊盯這些令人眼花繚亂的顯示器，這不但令他們不堪重負，系統(tǒng)的有效性也無法完全保證。TI已經(jīng)開始在全球實施一項無需顯示系統(tǒng)就能實現(xiàn)自動報警的。其原理是通過對象識別以及運動分析技術來發(fā)現(xiàn)異常情況。據(jù)稱，該系統(tǒng)有望在今后5～10年內(nèi)實現(xiàn)廣泛使用。DSP同樣能夠在替代能源利用中一展身手。以太陽能發(fā)電為例，該類電源的特征是直流電，并且電流大小會隨著日光強度的變化而變化。要將其轉換為工頻電源，需要DSP進行一些運算工作。另外，如果家庭用戶希望將得到的太陽能儲存在蓄電池中或者將其出售給電力公司，DSP的強大運算能力同樣是必須的。方進表示，DSP是可編程的特征使得其在風力發(fā)電、潮汐發(fā)電中也同樣適用。對于半導體產(chǎn)業(yè)來說，生態(tài)系統(tǒng)已經(jīng)成為一個流行詞匯。不僅僅是內(nèi)核供應商、FPGA供應商，DSP供應商也需要這樣一個系統(tǒng)來擴大技術的影響力并團結更多的下游廠商。也許我們對DSP技術本身或者TI25年的太多關注反而忽略了本次TIDC的主題。從某種意義上來說，它更是一個開發(fā)商交流和展示技術的平臺。VSRV6?8。該系統(tǒng)帶有一個128MB的SDRAM以及32MB大小的Flash存儲器，采用TIDSPBIOS5.31.04。可支持MPEG2MP、MPEG4ASP以及H.26?BP等多種流行的視頻文件格式，提供運動自適應解隔行掃描功能可選，能夠在CIF分辨率下實現(xiàn)8通道H.26?編碼或者16通道MPEG-4編碼，并支持ITUG.7x/AAC-LC聲效。VSRV6?8還提供ASO(任意條帶排列)、FMO(靈活宏塊排列)等可選功能。此外，該方案的多通道視頻引擎API也將加速客戶的應用開發(fā)時間。據(jù)介紹，IttiamSystem總部位于印度班加羅爾，已在中國臺灣、新加坡、日本、韓國等地設有聯(lián)絡機構，目前尚未完全進入中國大陸市場。許多工程師在尋找DSP的最佳解決方案之時往往會陷入性能、價格、功耗取舍的謎團，為了滿足這方面的需求，Xilinx公司推出了XtremeDSP的最新成員，第一個經(jīng)過了DSP優(yōu)化的SpartanFPGA——Spartan-3ADSP，這也是該公司此次大會強力推介的產(chǎn)品。據(jù)稱，其核心DSP48Slice的修訂版本DSP48A能夠提供VirtexDSP器件中的DSP功能，使得設計師能夠針對復雜的挑戰(zhàn)實施解決方案。其支持的獨立功能包括乘法器、MAC、3輸入加法器、桶式移位器、寬總線多路復用器、量級比較器等，并同時支持將多個DSP48Slice連在一起形成寬數(shù)學函數(shù)、DSP過濾器和復雜算數(shù)函數(shù)而無需使用總體FPGA架構。此外，DSP48ASlice還具有獨立控制的C-Port和一個預加器，前者在實施DSP算法是提供了更高的靈活性，后者則提高了普通DSP過濾器和FFT的密度。指紋識別與虹膜識別已經(jīng)過時？那么人臉識別呢？上海銀晨智能識別科技有限公司帶來的就是采用了TMS320DM6?x而開發(fā)的四款嵌入式人臉識別模塊：ISVIDEOSD6?/R6?/SR6?/63。其中，R6?/SR6?由四個單元組成，分別是處理能力可達5400MIPS的DSP核心處理單元DM6?2、接有32MSDRAM和16MFlash的外部存儲單元、擁有WIEGANDS26輸出和RS485以及視頻輸出的接口單元，而接口擴展單元則是一個金手指接口。該公司稱，由于采用了先進的紅外人臉識別算法，該模塊可有效的減小甚至避免可見光的影響，從而降低誤識率和拒識率。此外，SR6?還具有H.26?編碼以及G721音頻編碼算法能力。據(jù)稱，采用該公司的模塊后，OEM需要完成的工作只是按照產(chǎn)品外形設計接口板電路即可。為人熟知的TIDSP第三方合作伙伴北京合眾達展臺上推介的是該公司最新的達芬奇數(shù)字媒體開發(fā)平臺——基于Linux/WinCE的SEED-Davinci_EVM。利用TMS320DM6?46的雙核ARM9+DM6?X，該平臺擁有H.263、H.26?、MPEG2、MPEG4、WMV9、JPEG視頻編解碼、MP3、G.711音頻編解碼處理能力，并提供各種API接口函數(shù)。最大可支持8MSRAM、16MFlash、40GATA硬盤、2GDDR2存儲器。并擁有1路RCA視頻輸入、S-Video輸入端子；1路RCA視頻輸出、S-Video輸出端子、RGB分量輸出接口?？商峁〤D音質(zhì)輸入輸出(立體聲輸入輸出，麥克風輸入、耳機輸出)。此外，該平臺還擁有SD卡接口、10M/100M自適應網(wǎng)絡接口，并配有USB2.0(支持主/從)、McBSP、UART接口、WiFi(可選)、LCD顯示屏、800X600VGA輸出、14針JTAG接口等配置。合眾達還為客戶提供了各種Codec演示和測試程序。分銷商WPG也出現(xiàn)在了此次開發(fā)商大會中，該公司主推的就是此前提到的ObjectVideo公司。后者與TI合作開發(fā)的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)ObjectVideoOnboard最初基