數(shù)字信號處理Digital-Signal-Processing(DSP)

數(shù)字信號處理

DigitalSignalProcessing(DSP)第一節(jié)什么是數(shù)字信號處理

第二節(jié)數(shù)字信號處理的實現(xiàn)

第三節(jié)數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域

第四節(jié)數(shù)字信號處理器（一）數(shù)字信號處理（DSP）

（Digitalsignalprocessing)數(shù)字信號處理:

是20世紀(jì)60年代，隨著信息學(xué)科和計算機學(xué)科的高速發(fā)展而迅速發(fā)展起來的一門新興學(xué)科。它的重要性日益在各個領(lǐng)域的應(yīng)用中表現(xiàn)出來。數(shù)字信號處理是把信號用數(shù)字或符號表示成序列，通過計算機或通用（專用）信號處理設(shè)備，用數(shù)字的數(shù)值計算方法處理（例如：濾波、變換、增強、估計、識別等），達(dá)到提取有用信息便于應(yīng)用的目的。（二）信號信號是一種物理體現(xiàn)。在信號處理領(lǐng)域中，信號被定義為一個隨機變化的物理量。例如：為了便于處理，通常都使用傳感器把這些真實世界的物理信號------>電信號，經(jīng)處理的電信號--->傳感器--->真實世界的物理信號。

如現(xiàn)實生活中最常見的傳感器是話筒、揚聲器話筒(將聲壓變化)--->電壓信號-->空氣壓力信號(揚聲器)（1）信號的最基本的參數(shù)頻率和幅度3-30kHz:VerylowfrequencyVLF(潛水艇導(dǎo)航)甚低頻30-300kHz:LowfrequencyLF(潛水艇通信)低頻300~3000kHz:Mediumfrequency(調(diào)幅廣播)中頻3-30MHz:Highfrequency(HF)(無線電愛好者，國際廣播，軍事通信無繩電話，電報，傳真)高頻30-300MHz:VeryHighfrequency(VHF)(調(diào)頻FM，甚高頻電視)0.3~3GHz:Ultrahighfrequency(UHF)(UHF電視，蜂窩電話，雷達(dá)，微波，個人通信)超高頻頻率低20Hz范圍，稱為次聲波，它不能被聽到，當(dāng)強度足夠大，能被感覺到。(處于VLFVerylowfrequency)甚低頻頻率20Hz~20KHz稱為聲波，Lowfrequency(處于LF)低頻頻率>20KHz稱為超聲波，具有方向性，可以成束(處于LF)（2）信號分類同一種信號，如電信號，可從不同角度進(jìn)行分類：（a）一維信號、二維信號、矢量信號（b）周期信號和非周期信號（c）確定性信號和隨機信號（d）能量信號和功率信號（e）連續(xù)信號、離散信號（f）模擬信號和數(shù)字信號(a)一維信號、二維信號、矢量信號信號的變量可以是時間，頻率、空間或其他的物理量。若信號是一個變量(如時間)的函數(shù)，稱一維信號若信號是兩個變量(空間坐標(biāo)x,y)的函數(shù)，稱為二維信號；推廣：若信號是多個（例如M個，M

2）變量的函數(shù)，則稱為多維（M維）信號。若信號表示成M維的矢量x=[x1(n),x2(n),…,xM(n)]

(式中

為轉(zhuǎn)置，n為時間變量），則稱為x是一個M維的矢量信號。(b)周期信號和非周期信號若信號滿足：

x(t)=x(t+kT),k為正整數(shù)；或x(n)=x(n+kN)k,N皆為正整數(shù)，

n+kN為任意整數(shù)

則x(t)和x(n)都是周期信號，周期分別為T和N；否則就是非周期信號。(c)確定性信號和隨機信號確定性信號：若信號在任意時刻的取值能精確確定，則稱它為確定信號；它的一個值可以用有限個參量來唯一地加以描述。例：直流信號：僅用一個參量可以描述。階躍信號：可用幅度和時間兩個參量描述。正弦波信號：可用幅度、頻率和相位三個參量來描述。隨機信號：若信號在任意時刻的取值不能精確確定，或說取值是隨機的，即它不能用有限的參量加以描述。也無法對它的未來值確定性地預(yù)測。它只能通過統(tǒng)計學(xué)的方法來描述(概率密度函數(shù)來描述)。例：許多自然現(xiàn)象所發(fā)生的信號、語音信號、圖象信號、噪聲都是隨機信號。它們具有幅度(能量)隨機性、或具有發(fā)生時間上的隨機性或二都兼有之。（d）能量信號和功率信號若信號能量E有限，則稱為能量信號；若信號功率P有限，則稱為功率信號；信號能量E可表示為信號功率P可表示為周期信號及隨機信號一定是功率信號；非周期的絕對可積（和）信號一定是能量信號。(e)連續(xù)時間信號和離散時間信號信號的變量一般有時間與幅值，其取值方式有連續(xù)與離散兩種。時間取值方式可分為連續(xù)時間與離散時間兩種。信號幅值的取值方式可分為連續(xù)與離散兩種方式（幅值的離散稱之為量化）。連續(xù)時間信號：其時間是連續(xù)的，幅值可以是連續(xù)的也可以是離散（量化）的。離散時間信號：時間是離散，幅值是連續(xù)的。(f)模擬信號和數(shù)字信號模擬信號：指時間連續(xù)、幅度連續(xù)的信號。數(shù)字信號：時間和幅度上都是離散（量化）的信號。故數(shù)字信號可用一序列的數(shù)表示，而每個數(shù)又可表示為二制碼的形式。x(t)tx(tn)tnx(n)n采樣模數(shù)保持轉(zhuǎn)換（二）系統(tǒng)系統(tǒng)：處理信號的物理設(shè)備或運算?；蛘哒f，凡是能將信號加以變換以達(dá)到人們要求的各種設(shè)備稱之。系統(tǒng)分類：大小之分，一個大系統(tǒng)可細(xì)分為若干個小系統(tǒng)。實際上，因為系統(tǒng)是完成某種運算（操作）的，因而我們還可把軟件編程也看成一種系統(tǒng)的實現(xiàn)方法。（1）系統(tǒng)分類按所處理的信號種類的不同可將系統(tǒng)分為四類：（a）連續(xù)時間系統(tǒng)（b）離散時間系統(tǒng)（c）模擬系統(tǒng)（d）數(shù)字系統(tǒng)（a）連續(xù)時間系統(tǒng)連續(xù)時間系統(tǒng)：處理連續(xù)時間信號。系統(tǒng)輸入、輸出均為連續(xù)時間連續(xù)幅度的模擬信號。（b）離散時間系統(tǒng)離散時間系統(tǒng)：處理離散時間信號（序列）。系統(tǒng)輸入、輸出均為連續(xù)時間信號。（c）模擬系統(tǒng)模擬系統(tǒng)：處理模擬信號。系統(tǒng)輸入、輸出均為連續(xù)時間連續(xù)幅度的模擬信號。（d）數(shù)字系統(tǒng)數(shù)字系統(tǒng)：處理數(shù)字信號。系統(tǒng)輸入、輸出均為數(shù)字信號。以上系統(tǒng)可以是線性的或非線性的，時不變或時變的。（三）信號處理信號處理是研究系統(tǒng)對含有信息的信號進(jìn)行處理（變換），以獲得人們所希望的信號，從而達(dá)到提取信息、便于利用的一門學(xué)科。系統(tǒng)處理y(t)x(t)(1)信號處理的內(nèi)容濾波變換檢測譜分析估計壓縮識別等一系列的加工處理。（2）數(shù)字信號處理引入多數(shù)科學(xué)和工程中遇到的是模擬信號。以前都是研究模擬信號處理的理論和實現(xiàn)。模擬信號處理缺點：難以做到高精度，受環(huán)境影響較大，可靠性差，且不靈活等。隨著大規(guī)模集成電路以及數(shù)字計算機的飛速發(fā)展，加之從60年代末以來數(shù)字信號處理理論和技術(shù)的成熟和完善，用數(shù)字方法來處理信號，即數(shù)字信號處理，已逐漸取代模擬信號處理。隨著信息時代、數(shù)字世界的到來，數(shù)字信號處理已成為一門極其重要的學(xué)科和技術(shù)領(lǐng)域。（四）數(shù)字信號處理系統(tǒng)的基本組成以下所討論的是模擬信號的數(shù)字信號處理系統(tǒng).前置預(yù)濾波器A/D變換器數(shù)字信號處理器D/A變換器模擬濾波器模擬xa(t)PrFADCDSPDACPoF模擬ya(t)x(n)y(n)(1)前置濾波器將輸入信號xa(t)中高于某一頻率(稱折疊頻率，等于抽樣頻率的一半)的分量加以濾除。txa(t)0(2)A/D變換器由模擬信號產(chǎn)生數(shù)字信號（一個二進(jìn)制流）。其有兩個過程：抽樣和保持。抽樣：每隔T秒(抽樣周期)取出一次xa(t)的幅度，此信號稱為離散信號。它只表示時間點0，T,2T…,nT,…上的值xa(0),xa(T),xa(2T)…,xa(nT)…..。保持：在保持電路中將抽樣信號變換成數(shù)字信號，因為一般采用有限位二進(jìn)制碼，所以它所表示的信號幅度就是有一定限制的。經(jīng)過A/D變換器后，不但時間離散化了，幅度也量化了，這種信號稱為數(shù)字信號。用x(n)表示。例子如4位碼，只能表示24=16種不同的信號幅度，這些幅度稱為量化電平。當(dāng)離散時間信號幅度與量化電平不相同時，就要以最接近的一個量化電平來近似它。所以經(jīng)過A/D變換器后，不但時間離散化了，而且幅度也量化了，產(chǎn)生一個二進(jìn)制流。t0xa(t)0x(n)的二進(jìn)制數(shù)0011011000110110011100101100100110010010抽樣量化nx(n)n(3)數(shù)字信號處理器(DSP)按照預(yù)定要求，在處理器中將信號序列x(n)進(jìn)行加工處理得到輸出信號y(n).ny(n)(4)D/A變換器經(jīng)過D/A變換器，將數(shù)字信號序列反過來變換成模擬信號，這些信號在時間點0,T,2T…nT,…上的幅度應(yīng)等于序列y(n)中相應(yīng)數(shù)碼所代表的數(shù)值大小。即由一個進(jìn)制流產(chǎn)生一個階梯波形，是形成模擬信號的第一步。(5)后置濾波器把階梯波形平滑成預(yù)期的模擬信號。以濾除掉不需要的高頻分量，生成所需的模擬信號ya(t).tya(t)實際數(shù)字信號處理系統(tǒng)實際系統(tǒng)并不一定要包括它的所有框圖。如有些系統(tǒng)只需數(shù)字輸出，可直接以數(shù)字形式顯示或打印，就不需要D/A變換器；另一些系統(tǒng)的輸入就是數(shù)字量，因而就不需要A/D變換器；純數(shù)字系統(tǒng)則只需要數(shù)字信號處理器這一核心即可。（五）數(shù)字信號處理的學(xué)科概貌

1.數(shù)字信號處理開端在國際上一般把1965年由Cooley-Turkey提出快速付里葉變換(FFT)的問世，作為數(shù)字信號處理這一學(xué)科的開端。而它的歷史可以追溯到17世紀(jì)--18世紀(jì)，也即牛頓和高斯的時代。2.數(shù)字信號處理領(lǐng)域的理論基礎(chǔ)數(shù)字信號處理的基本工具：微積分，概率統(tǒng)計，隨機過程，高等代數(shù)，數(shù)值分析，近代代數(shù)，復(fù)雜函數(shù)。數(shù)字信號處理的理論基礎(chǔ)：離散線性變換(LSI)系統(tǒng)理論，離散付里葉變換(DFT)。

3.“數(shù)字信號處理”又成為一些學(xué)科的理論基礎(chǔ)在學(xué)科發(fā)展上，數(shù)字信號處理又和最優(yōu)控制，通信理論，故障診斷等緊緊相連，成為人工智能，模式識別，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，數(shù)字通信等新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。4.數(shù)字信號處理學(xué)科內(nèi)容數(shù)字信號處理學(xué)科包含有（1）離散時間線性時不變系統(tǒng)分析（2）離散時間信號時域及頻域分析、離散付里葉變換（DFT）理論。（3）信號的采集，包括A/D,D/A技術(shù)，抽樣，多率抽樣，量化噪聲理論等。（4）數(shù)字濾波技術(shù)（5）譜分析與快速付里葉變換（FFT），快速卷積與相關(guān)算法。（6）自適應(yīng)信號處理（7）估計理論，包括功率譜估計及相關(guān)函數(shù)估計等。（8）信號的壓縮，包括語音信號與圖象信號的壓縮（9）信號的建模，包括AR，MA，ARMA，CAPON，PRONY等各種模型。（10）其他特殊算法（同態(tài)處理、抽取與內(nèi)插、信號重建等）（11）數(shù)字信號處理的實現(xiàn)。（12)

數(shù)字信號處理的應(yīng)用。第一節(jié)什么是數(shù)字信號處理

第二節(jié)數(shù)字信號處理的實現(xiàn)

第三節(jié)數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域

第四節(jié)數(shù)字信號處理器（一）數(shù)字信號處理實現(xiàn)方法1.采用大、中小型計算機和微機。2.用單片機。3.利用通用DSP芯片4.利用特殊用途的DSP芯片1.采用大、中小型計算機和微機工作站和微機上各廠家的數(shù)字信號軟件，如有各種圖象壓縮和解壓軟件。優(yōu)點：可適用于各種數(shù)字信號處理的應(yīng)用場合，很靈活。2.用單片機由于單片機發(fā)展已經(jīng)很久，價格便宜，且功能很強。優(yōu)點：可根據(jù)不同環(huán)境配不同單片機，其能達(dá)實時控制，但數(shù)據(jù)運算量不能太大。3.利用通用DSP芯片DSP芯片較之單片機有著更為突出優(yōu)點。如內(nèi)部帶有乘法器，累加器，采用流水線工作方式及并行結(jié)構(gòu)，多總線速度快。配有適于信號處理的指令(如FFT指令)等。目前市場上的DSP芯片有：美國德州儀器公司(TI):TMS320CX系列占有90%還有AT&T公司dsp16,dsp32系列Motorola公司的dsp56x,dsp96x系列AD公司的ADSP21X,ADSP210X系列4.利用特殊用途的DSP芯片市場上推出專門用于FFT,FIR濾波器，卷積、相關(guān)等專用數(shù)字芯片。如：BB公司：DF17XX系列MAXIM公司：MAXIM27X,MAXIM28XNational公司：National-SEMI系列：MF系列。其軟件算法已在芯片內(nèi)部用硬件電路實現(xiàn)，使用者只需給出輸入數(shù)據(jù)，可在輸出端直接得到數(shù)據(jù)。（二）數(shù)據(jù)信號處理的特點與模擬系統(tǒng)(ASP)相比，數(shù)字系統(tǒng)具有如下特點：1、精度高2、可靠性高3、靈活性大4、易于大規(guī)模集成5、時分復(fù)用6、可獲得高性能指標(biāo)7、二維與多維處理1.精度高在模擬系統(tǒng)中，它的精度是由元件決定，模擬元器件的精度很難達(dá)到10-3以上。而數(shù)字系統(tǒng)中，17位字長就可達(dá)10-5精度，所以在高精度系統(tǒng)中，有時只能采用數(shù)字系統(tǒng)。2.可靠性強數(shù)字系統(tǒng)：只有兩個信號電平0，1，受噪聲及環(huán)境條件等影響小。模擬系統(tǒng)：各參數(shù)都有一定的溫度系數(shù)，易受環(huán)境條件，如溫度、振動、電磁感應(yīng)等影響，產(chǎn)生雜散效應(yīng)甚至振蕩等

數(shù)字系統(tǒng)采用大規(guī)模集成電路，其故障率遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于采用眾多分立元件構(gòu)成的模擬系統(tǒng)。3.靈活性大數(shù)字系統(tǒng)的性能主要決定于乘法器的各系數(shù)，且系數(shù)存放于系數(shù)存儲器內(nèi)，只需改變存儲的系數(shù)，就可得到不同的系統(tǒng)，比改變模擬系統(tǒng)方便得多。4.易于大規(guī)模集成數(shù)字部件：高度規(guī)范性，便于大規(guī)模集成，大規(guī)模生產(chǎn)，對電路參數(shù)要求不嚴(yán)，故產(chǎn)品成品率高。

例：(尤其)在低頻信號：如地震波分析，需要過濾幾Hz~幾十Hz的信號，用模擬系統(tǒng)處理其電感器、電容器的數(shù)值，體積，重量非常大，且性能亦不能達(dá)到要求，而數(shù)字信號處理系統(tǒng)在這個頻率處卻非常優(yōu)越(顯示出體積，重量和性能的優(yōu)點）。5.時分復(fù)用利用DSP同時處理幾個通道的信號。某一路信號的相鄰兩抽樣值之間存在很大的空隙時間，因而在同步器的控制下，在此時間空隙中送入其他路的信號，而各路信號則利用同一DSP，后者在同步器的控制下，算完一路信號后，再算另一路信號，因而處理器運算速度越高，能處理的信道數(shù)目也就越多。多路器DSP分路器同步123n123n6.可獲得高性能指標(biāo)例：對信號進(jìn)行頻譜分析模擬頻譜儀在頻率低端只能分析到10Hz以上頻率，且難于做到高分辨率(也即足夠窄的帶寬)。但在數(shù)字的譜分析中，已能做到10-3Hz的譜分析。又例：有限長沖激響應(yīng)數(shù)字濾波器，則可實現(xiàn)準(zhǔn)確的線性相位特性，這在模擬系統(tǒng)中是很難達(dá)到的。7.二維與多維處理利用龐大的存儲單元，可以存儲一幀或數(shù)幀圖象信號，實現(xiàn)二維甚至多維信號包括二維或多維濾波，二維及多維譜分析等。8.局限性

數(shù)字系統(tǒng)的速度還不算高，因而不能處理很高頻率的信號。(因為抽樣頻率要滿足奈奎斯特準(zhǔn)則定理)另外，數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計和結(jié)構(gòu)復(fù)雜，價格較高，對一些要求不高的應(yīng)用來說，還不宜使用。第一節(jié)什么是數(shù)字信號處理

第二節(jié)數(shù)字信號處理的實現(xiàn)

第三節(jié)數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域

第四節(jié)數(shù)字信號處理器數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域自20世紀(jì)60年代以來，數(shù)字信號處理的應(yīng)用已成為一種明顯的趨勢，這與它突出優(yōu)點分不開的。數(shù)字信號處理大致可分為：信號分析信號濾波（一）信號分析任務(wù)：涉及信號特性的測量。它通常是一個頻域的運算。主要應(yīng)用于：譜(頻率和/或相位)分析語音分析說話人識別目標(biāo)檢測1.譜估計譜估計就是對各種信號進(jìn)行頻譜分析,或?qū)r間域信號轉(zhuǎn)換為頻率域信號進(jìn)行處理。通過快速付氏變換(FFT)方便地實現(xiàn)這種變換或反變換。

例如：通過對環(huán)境噪聲的譜分析,可以確定主要頻率成分,了解噪聲的成因,找出降低噪聲的對策;對振動信號的譜分析,可了解振動物體的特性,為設(shè)計或故障診斷提供資料和數(shù)據(jù)。對于高保真音樂和電視這樣的寬帶信號轉(zhuǎn)到頻率域后極大多數(shù)能量集中在直流和低頻部分,就可把頻譜中的大部分成分濾去,從而壓縮信號頻帶。（二）信號濾波數(shù)字濾波就是在形形色色的信號中提取所需要的信號,抑制不需要的信號或干擾信號。濾波器還能消除信息在傳輸過程中由于信道不理想所引起的失真,因此在電子系統(tǒng)中各種各樣的濾波器應(yīng)用很多。

應(yīng)用于：濾除不需要的背景噪聲，去除干擾、頻帶分割，信號譜的成形。所以它廣泛地應(yīng)用于數(shù)字通信，雷達(dá)，遙感，聲納，語音合成，圖象處理，測量與控制，高清晰度電視，多媒體物理學(xué)，生物醫(yī)學(xué)，機器人等。（三）DSP的典型應(yīng)用1.網(wǎng)絡(luò)2.無線通信3.家電4.另外還有虛擬現(xiàn)實，噪聲對消技術(shù)，電機控制，圖像處理等等可以說DSP是現(xiàn)代信息產(chǎn)業(yè)的重要基石，它在網(wǎng)絡(luò)時代的地位與CPU在PC時代的地位是一樣的。（四）舉例--語音處理它是最早采用數(shù)字信號處理技術(shù)的領(lǐng)域之一。本世紀(jì)50年代提出語音形成數(shù)字模型，經(jīng)過十多年對語音的分析、綜合、證明是正確的。在語音領(lǐng)域現(xiàn)存在著三種系統(tǒng)：語音分析系統(tǒng)：(自動語音識別系統(tǒng)，它能識別語音，辨認(rèn)說話的人是誰，而且破譯后，能立即作出決斷。語音綜合系統(tǒng)：盲人的自動閱讀機，聲音響應(yīng)的計算機終端，會說話玩具，家用電器(CD,VCD,DVD)。語音分析綜合系統(tǒng)：語音存儲和檢索系統(tǒng)。即廣泛應(yīng)用于電話竊聽。即應(yīng)用于語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人確認(rèn)、語音郵件、語音存儲等。（四）舉例--圖像處理數(shù)字信號處理技術(shù)成功應(yīng)用的圖像處理方法有：數(shù)據(jù)壓縮圖像復(fù)原清晰化與增強由于單個數(shù)字圖像以1兆個采樣值的量級表示，所以要求高性能的處理機、高密度的數(shù)據(jù)存儲器。即要求高速度硬件。（四）舉例--雷達(dá)在軍事上，雷達(dá)、計算機、射擊武器等組成一個自動控制系統(tǒng)。當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入雷達(dá)的作用半徑以內(nèi)并被雷達(dá)自動跟蹤時，雷達(dá)就測量出目標(biāo)的當(dāng)前位置(距離、方位角和高低角)，并把數(shù)據(jù)送入計算機，推算出目標(biāo)的航向，航速，引導(dǎo)導(dǎo)彈或自動火炮去擊中目標(biāo)(愛國者導(dǎo)彈對飛毛腿導(dǎo)彈)。雷達(dá)系統(tǒng)是應(yīng)用高性能數(shù)字信號處理技術(shù)的一個例子。雷達(dá)系統(tǒng)主要信號處理功能包括：信號產(chǎn)生、匹配濾波、門限比較、目標(biāo)參數(shù)(如射程、方位和速度)估計。（四）舉例--通信整個通信領(lǐng)域幾乎沒有不受數(shù)字信號處理技術(shù)影響的地方。數(shù)字技術(shù)已用于信號的調(diào)制、解調(diào)、濾波、混頻、檢波和多路傳輸?shù)葐栴}中。語音數(shù)據(jù)壓縮與解壓是數(shù)字信號處理的重要內(nèi)容。在電信領(lǐng)域，數(shù)字處理技術(shù)已發(fā)展到音調(diào)檢測，回波清除、數(shù)字開關(guān)網(wǎng)和自適應(yīng)均衡、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)壓縮、可視電話等。許多音頻通信的信號處理功能，已由單塊集成電路實現(xiàn)。（五）DSP技術(shù)的發(fā)展方向數(shù)字信號處理技術(shù)已經(jīng)成熟,正在獲得廣泛的應(yīng)用。目前在電子和通信領(lǐng)域正在進(jìn)行一場數(shù)字化革命,ＤＳＰs在其中扮演著主要角色,它為新體制、新原理和新算法提供了最佳的實現(xiàn)條件。DSP技術(shù)的發(fā)展趨勢，可用四個字“多快好省”來概括。1、多、快1.多?？蓮膹V度和深度看，廣度是指DSP的型號越來越多。如TMS320C2x（控制）/5x（低功耗）/6x（高性能處理）.從深度講是多CPU的糅合，一種多DSP的糅合，一種DSP的核和其他事務(wù)性處理的核的糅合在一起如RM核。2.快，即運算的速度越來越快，指令速度越來越快，頻率越來越高，功能越來越強。2、好、省3.好。主要是指性能價格比。

性價比符合摩爾定律：每隔18個月，芯片的速度提高一倍，價格是原來的一半。這是由于半導(dǎo)體工藝的發(fā)展，使得成本降低引起的。4.省。功耗越來越低。

正是由于DSP多快好省的發(fā)展，DSP的應(yīng)用范圍越來越寬。3、數(shù)字信號處理的發(fā)展方向舉例（1）數(shù)字匯聚（digitalconvergence)將信號處理、通信和計算機的融合，其中數(shù)字信號處理是一種粘合劑，它把通信產(chǎn)業(yè)、消費類電子產(chǎn)業(yè)以及計算機產(chǎn)業(yè)緊密結(jié)合在一起。

按照德州儀器（TI）公司的估計，2001年數(shù)字信號處理器的工藝水平可達(dá)到0.1um,運算速度可達(dá)1萬億條指令每秒（1，000，000MIPS）；2010年工藝水平可達(dá)到0.075um，運算速度可達(dá)3萬億條指令每秒（3，000，000MIPS），可以置于任何系統(tǒng)中。（2）遠(yuǎn)程會議系統(tǒng)

（teleconferencesystems)（3）融合網(wǎng)絡(luò)（fusionnet):把公眾電信網(wǎng)絡(luò)與計算機網(wǎng)絡(luò)更好地結(jié)合在一起，并與家庭娛樂信息設(shè)施相適配的網(wǎng)絡(luò)。（4）數(shù)字圖書館（liberary)（5）圖像與文本合一的信息檢索業(yè)務(wù)。（6）多媒體通信：包括媒體的壓縮，媒體的綜合，媒體的識別，消息的轉(zhuǎn)換和自然查詢。（7）個人信息終端：把個人通信系統(tǒng)與個人數(shù)字助理非常自然地結(jié)合在一起，以實現(xiàn)無時不在無處不在的通信功能。第一節(jié)什么是數(shù)字信號處理

第二節(jié)數(shù)字信號處理的實現(xiàn)

第三節(jié)數(shù)字信號處理的應(yīng)用領(lǐng)域

第四節(jié)數(shù)字信號處理器（一）數(shù)字信號處理器數(shù)字信號處理器(DSP

DigitalSignalProcessor）特別適合于實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理運算的微處理器。過去受集成電路技術(shù)和數(shù)字化器件發(fā)展水平限制，只限于理論概念的講授和仿真。DSP具有：（1）豐富的硬件資源（2）改進(jìn)的并行結(jié)構(gòu)、（3）高速的數(shù)據(jù)處理能力和功能強大的指令系統(tǒng)，已成為世界半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)中緊隨微處理器與微控制器（單片機）之后的又一個熱點在通信、航空、航天、機器人、工業(yè)自動化、自動控制、網(wǎng)絡(luò)及家電廣泛的應(yīng)用。（二）DSP單片機、嵌入式微處理器的區(qū)別DSP、單片機以及嵌入式微處理器都是嵌入式家族的一員。數(shù)字信號處理運算的特點是乘/加及反復(fù)相乘求和（乘積累加）高速數(shù)據(jù)的傳輸能力是DSP高速實時處理的關(guān)鍵之一DSP與單片機、嵌入式微處理器相比，在內(nèi)部功能單元并行、多DSP核并行、速度快、功耗小、完成各種DSP算法方面尤為突出。（三）DSP的基本結(jié)構(gòu)與主要特征DSP是一種具有特殊結(jié)構(gòu)的微處理器，為了達(dá)到快速進(jìn)行數(shù)字信號處理的目的，DSP的總線結(jié)構(gòu)大都采用了程序和數(shù)據(jù)分開的形式，并具有流水線操作的功能，單周期完成乘法的硬件乘法器以及一套適合數(shù)字信號處理運算的指令集。（三）DSP的基本結(jié)構(gòu)與主要特征1．程序和數(shù)據(jù)分開的哈佛結(jié)構(gòu)2．流水線操作3.專門的硬件乘法器和乘加指令MAC4.特殊的指令5.豐富的片內(nèi)存儲器件和靈活的尋址方式6.獨立的直接存儲器訪問(DMA)總線及其控制器7.高速的指令運行周期（四）DSP的分類按數(shù)據(jù)格式可分為定點芯片和浮點芯片兩種定點DSP芯片按照定點的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行工作，其數(shù)據(jù)長度通常為16位、24位、32位。定點DSP的特點：體積小、成本低、功耗小、對存儲器的要求不高；但數(shù)值表示范圍較窄，必須使用定點定標(biāo)的方法，并要防止結(jié)果的溢出。浮點DSP芯片按照浮點的數(shù)據(jù)格式進(jìn)行工作，其數(shù)據(jù)長度通常為32位、40位。由于浮點數(shù)的數(shù)據(jù)表示動態(tài)范圍寬，運算中不必顧及小數(shù)點的位置，因此開發(fā)較容易。但它的硬件結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜、功耗較大，且比定點DSP芯片的價格高。通常，浮點DSP芯片使用在對數(shù)據(jù)動態(tài)范圍和精度要求較高的系統(tǒng)中。按照用途分類可分為：通用型和專用型。通用型：適用于普通的數(shù)字信號處理應(yīng)用。專用型：適用于不同的數(shù)字信號處理運算或特定的應(yīng)用場合。例如，數(shù)字卷積、數(shù)字濾波、FFT等。（五

）DSP的主要技術(shù)指標(biāo)1.時鐘頻率要考慮兩個方面：

一是DSP內(nèi)部工作主頻，真正的工作頻率。一般是內(nèi)部主頻越高，DSP的數(shù)據(jù)處理速度越快。

另一個是DSP的外部時鐘頻率，這是DSP片外所加的實際時鐘頻率，這個時鐘頻率一般要經(jīng)過DSP內(nèi)部的鎖相環(huán)倍頻至DSP的內(nèi)部工作主頻。外部時鐘頻率低有利于減少外部電路間的干擾，使PCB布線容易。所以一般是外部時鐘頻率低（減少干擾），內(nèi)部時鐘頻率高（提高處理速度）。（五

）DSP的主要技術(shù)指標(biāo)2.機器周期執(zhí)行一條指令所需要的時間。DSP的大部分指令是單周期指令，即執(zhí)行時間為一個機器周期。它也從一個方面反映了DSP的數(shù)據(jù)處理速度。3.MIPS目前，最通常使用的是MIPS（MillionsofInstructionPerSecond），即每秒執(zhí)行的百萬條指令。它綜合了時鐘頻率、DSP并行度、機器周期等描述DSP處理速度的指標(biāo)。（五

）DSP的主要技術(shù)指標(biāo)4.MOPSMillionsofOperationPerSecond－每秒執(zhí)行的百萬條操作。但是操作次數(shù)并不等于指令條數(shù)。一般完成一條指令需要若干次操作。但是不同的DSP對于操作的定義不同，不同指令所需要完成的操作次數(shù)也不相同。5.MFLOPSMillionsofFloatOperationPerSecond－每秒執(zhí)行的百萬次浮點運算，是衡量浮點DSP浮點運算能力的又一個指標(biāo)。是指浮點DSP內(nèi)部浮點處理單元每秒鐘執(zhí)行浮點運算的次數(shù)。6.MACSMACS是指DSP在1秒內(nèi)完成乘－累加運算的次數(shù)。因為乘/累加運算是數(shù)字信號處理算