數字信號處理DSP的原理及其應用

DSP數字信號處理(DIGITAL Signal Processing，簡(jiǎn)稱(chēng)DSP)是一門(mén)涉及許多學(xué)科而又廣泛應用于許多領(lǐng)域的新興學(xué)科。20世紀60年代以來(lái)，隨著(zhù)計算機和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數字信號處理技術(shù)應運而生并得到迅速的發(fā)展。數字信號處理是一種通過(guò)使用數學(xué)技巧執行轉換或提取信息，來(lái)處理現實(shí)信號的方法，這些信號由數字序列表示。在過(guò)去的二十多年時(shí)間里，數字信號處理已經(jīng)在通信等領(lǐng)域得到極為廣泛的應用。

DSP原理與特點(diǎn)

數字信號處理是將信號以數字方式表示并處理的理論和技術(shù)。數字信號處理與模擬信號處理是信號處理的子集。DPS原理就是利用計算機或專(zhuān)用處理設備，以數字形式對信號進(jìn)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。

數字信號處理的目的是對真實(shí)世界的連續模擬信號進(jìn)行測量或濾波。因此在進(jìn)行數字信號處理之前需要將信號從模擬域轉換到數字域，這通常通過(guò)模數轉換器實(shí)現。而數字信號處理的輸出經(jīng)常也要變換到模擬域，這是通過(guò)數模轉換器實(shí)現的。

數字信號處理的算法需要利用計算機或專(zhuān)用處理設備如數字信號處理器(DSP)和專(zhuān)用集成電路(ASIC)等。數字信號處理技術(shù)及設備具有靈活、精確、抗干擾強、設備尺寸小、造價(jià)低、速度快等突出優(yōu)點(diǎn)，這些都是模擬信號處理技術(shù)與設備所無(wú)法比擬的。

數字信號處理的實(shí)現方法很多，比如 在通用計算機上用軟件(如Fortran、C語(yǔ)言)實(shí)現;在通用計算機系統中加上專(zhuān)用的加速處理機實(shí)現;用通用的單片機實(shí)現，這種方法可用于一些不太復雜的數字信號處理，如數字控制等;

用通用的可編程DSP芯片實(shí)現。與單片機相比，DSP芯片具有更加適合于數字信號處理的軟件和硬件資源，可用于復雜的數字信號處理算法;

用專(zhuān)用的DSP芯片實(shí)現，在一些特殊的場(chǎng)合，要求的信號處理速度極高，用通用DSP芯片很難實(shí)現，例如專(zhuān)用于FFT、數字濾波、卷積等算法的DSP芯片，這種芯片將相應的信號處理算法在芯片內部用硬件實(shí)現，無(wú)需軟件編程。

DSP普遍采用數據總線(xiàn)和程序總線(xiàn)分離的哈佛結構，允許取指令和執行指令進(jìn)行全部重疊進(jìn)行;可直接在程序和數據空間之間進(jìn)行信息傳送，減少訪(fǎng)問(wèn)沖突，從而獲得高速運算能力。

而且大多采用流水技術(shù)，即每條指令都由片內多個(gè)功能單元分別完成取指、譯碼、取數、執行等步驟，從而在不提高時(shí)鐘頻率的條件下減少了每條指令的執行時(shí)間。DSP通常有三級以上的流水線(xiàn)。

在每個(gè)時(shí)鐘周期執行多個(gè)操作。針對濾波、相關(guān)、矩陣運算等需要大量乘法累加運算的特點(diǎn)，DSP大都配有獨立的乘法器和加法器，使得在同一周期內可以完成相乘、累加兩個(gè)運算。有的DSP可以同時(shí)進(jìn)行乘、加、減運算，大大加快了FFT的蝶形運算速度。

DSP系統的應用領(lǐng)域

(1)通用數字信號處理：數字濾波、卷積、相關(guān)、FFT、自適應濾波、波形發(fā)生等。

(2)通信領(lǐng)域：高速調制解調器、編/譯碼器、傳真、程控交換機、衛星通信、IP電話(huà)等。

(3)語(yǔ)音處理：語(yǔ)音識別、合成、矢量編碼、語(yǔ)音信箱等。

典型DSP系統

由DSP器件為核心構成的最小系統包括電壓調整器、復位電路、晶體振蕩器以及程序存儲器和數據存儲器(一般利用DSP器件的內部資源)

典型DSP系統