DSP技術(shù)及其應(yīng)用

數(shù)字信號(hào)處理是圍繞著數(shù)字信號(hào)處理的理論、實(shí)現(xiàn)和應(yīng)用等幾個(gè)方面發(fā)展起來(lái)的。數(shù)字信號(hào)處理在理論上的發(fā)展推動(dòng)了數(shù)字信號(hào)處理應(yīng)用的發(fā)展。反過(guò)來(lái)，數(shù)字信號(hào)處理的應(yīng)用又促進(jìn)了數(shù)字信號(hào)處理理論的提高。而數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)則是理論和應(yīng)用之間的橋梁。數(shù)字信號(hào)處理是以眾多學(xué)科為理論基礎(chǔ)的，它所涉及的范圍極其廣泛。例如，在數(shù)學(xué)領(lǐng)域，微積分、概率統(tǒng)計(jì)、隨機(jī)過(guò)程、數(shù)值分析等都是數(shù)字信號(hào)處理的基本工具，與網(wǎng)絡(luò)理論、信號(hào)與系統(tǒng)、控制論、通信理論、故障診斷等也密切相關(guān)。近來(lái)新興的一些學(xué)科，如人工智能、模式識(shí)別、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，都與數(shù)字信號(hào)處理密不可分?？梢哉f(shuō)，數(shù)字信號(hào)處理是把許多經(jīng)典的理論體系作為自己的理論基礎(chǔ)，同時(shí)又使自己成為一系列新興學(xué)科的理論基礎(chǔ)。

現(xiàn)代社會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)通信需求正向多樣化、個(gè)人化方向發(fā)展。而無(wú)線數(shù)據(jù)通信作為向社會(huì)公眾迅速、準(zhǔn)確、安全、靈活、高效地提供數(shù)據(jù)交流的有力手段，其市場(chǎng)需求也日益迫切。正是在這種情況下，3G、4G、5G通信才會(huì)不斷地被推出，但是無(wú)論是3G、4G還是5G，未來(lái)的通信都將離不開(kāi)DSP技術(shù)(數(shù)字信號(hào)處理器)，DSP作為一種功能強(qiáng)大的特種微處理器,主要應(yīng)用在數(shù)據(jù)、語(yǔ)音、視像信號(hào)的高速數(shù)學(xué)運(yùn)算和實(shí)時(shí)處理方面，可以說(shuō)DSP將在未來(lái)通信領(lǐng)域中起著舉足輕重的作用。

為了確保未來(lái)的通信能在各種環(huán)境下自由高效地工作，這就要求組成未來(lái)通信的DSP要具有非常高的處理信號(hào)的運(yùn)算速度，才能實(shí)現(xiàn)各種繁雜的計(jì)算、解壓縮和編譯碼。而目前DSP按照功能的側(cè)重點(diǎn)不一樣，可以分為定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP，定點(diǎn)DSP以成本低見(jiàn)長(zhǎng)，浮點(diǎn)DSP以速度快見(jiàn)長(zhǎng)。如果單一地使用一種類型的DSP，未來(lái)通信的潛能就不能得到最大程度的發(fā)揮。為了能將定點(diǎn)與浮點(diǎn)的優(yōu)勢(shì)集于一身，突破DSP技術(shù)上的瓶頸，人們又推出了一種高級(jí)多重處理結(jié)構(gòu)--VLIW結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以在不提高時(shí)鐘速度的情況下，實(shí)現(xiàn)很強(qiáng)的數(shù)字信號(hào)處理能力，而且它能同時(shí)具備定點(diǎn)DSP和浮點(diǎn)DSP所有的優(yōu)點(diǎn)。

為了能推出一系列更高檔的新技術(shù)平臺(tái)，人們又開(kāi)始注重DSP的內(nèi)核技術(shù)的開(kāi)發(fā)，因?yàn)镈SP的內(nèi)核就相當(dāng)于計(jì)算機(jī)的CPU一樣，被譽(yù)為DSP的心臟，大量的算法和操作都得通過(guò)它來(lái)完成，因此該內(nèi)核結(jié)構(gòu)的質(zhì)量如何，將會(huì)直接影響整個(gè)DSP芯片的性能、 功耗和成本?？紤]到未來(lái)無(wú)線訪問(wèn)Internet因特網(wǎng)和開(kāi)展多媒體業(yè)務(wù)的需要，現(xiàn)在美國(guó)的Sun公司又開(kāi)始準(zhǔn)備準(zhǔn)將該公司的拳頭產(chǎn)品--PersonalJava語(yǔ)言嵌入到DSP中，以便能進(jìn)一步提高DSP在處理信號(hào)方面的自動(dòng)化程度和智能化程度。

當(dāng)然，在以前DSP中也潛入了其他軟件語(yǔ)言，例如高級(jí)C語(yǔ)言，但這種語(yǔ)言在處理網(wǎng)絡(luò)資源以及多媒體信息方面無(wú)能為力;而PersonalJava是一種適合個(gè)人網(wǎng)絡(luò)連接和應(yīng)用的Java環(huán)境，基于該環(huán)境的個(gè)人通信系統(tǒng)可以從網(wǎng)絡(luò)和Internet網(wǎng)上下載數(shù)據(jù)和圖像。此外，人們還在研究開(kāi)發(fā)符合MPEG-4無(wú)線解壓縮標(biāo)準(zhǔn)DSP，該壓縮標(biāo)準(zhǔn)將為未來(lái)通信傳輸各種多媒體信息提供了依據(jù)。作為一個(gè)案例研究，我們來(lái)考慮數(shù)字領(lǐng)域里最通常的功能：濾波。簡(jiǎn)單地說(shuō)，濾波就是對(duì)信號(hào)進(jìn)行處理，以改善其特性。例如，濾波可以從信號(hào)里清除噪聲或靜電干擾，從而改善其信噪比。為什么要用微處理器，而不是模擬器件來(lái)對(duì)信號(hào)做濾波呢?我們來(lái)看看其優(yōu)越性：模擬濾波器(或者更一般地說(shuō)，模擬電路)的性能要取決于溫度等環(huán)境因素。而數(shù)字濾波器則基本上不受環(huán)境的影響。數(shù)字濾波易于在非常小的寬容度內(nèi)進(jìn)行復(fù)制，因?yàn)槠湫阅懿⒉蝗Q于性能已偏離正常值的器件的組合。一個(gè)模擬濾波器一旦制造出來(lái)，其特性(例如通帶頻率范圍)是不容易改變的。使用微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)字濾波器，就可以通過(guò)對(duì)其重新編程來(lái)改變?yōu)V波的特性。