數(shù)字信號發(fā)展前沿

1、數(shù)字信號處理前沿發(fā)展數(shù)字信號處理前沿發(fā)展與與研究情況研究情況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。數(shù)字信號處理是利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O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)字信號處理作為信號和信息處理的一個分支學科,已滲透到科學研究、技術開發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、國防和國民經(jīng)濟的各個領域,取得了豐碩的成果。對信號在時域及變換域的特性進行分析、處理,能使我們對信號的特性和本質(zhì)有更清楚的認識和理解,得到我們需要的信

2、號形式提高信息的利用程度,進而在更廣和更深層次上獲取信息。1. 1. 靈活性好靈活性好: :當處理方法和參數(shù)發(fā)生變化時,處理系統(tǒng)只需通過改變軟件設計以適應相應的變化。2. 2. 精度高精度高: :信號處理系統(tǒng)可以通過APD 變換的位數(shù)、處理器的字長和適當?shù)乃惴M足精度要求。3. 3. 可靠性好可靠性好: :處理系統(tǒng)受環(huán)境溫度、濕度,噪聲及電磁場的干擾所造成的影響較小。4. 4. 可大規(guī)模集成可大規(guī)模集成: :隨著半導體集成電路技術的發(fā)展,數(shù)字電路的集成度可以作得很高,具有體積小、功耗小、產(chǎn)品一致性好等優(yōu)點。一、一、DSP DSP 芯片的發(fā)展芯片的發(fā)展70 年代末80 年代初,AMI 公司的S2

3、811芯片, Intel 公司的2902 芯片的誕生標志著DSP 芯片的開端。隨著半導體集成電路的飛速發(fā)展,高速實時數(shù)字信號處理技術的要求和數(shù)字信號處理應用領域的不斷延伸,在80 年代初至今的十幾年中,DSP 芯片取得了劃時代的發(fā)展。1 1、從從運算速度運算速度看看 MAC(乘法并累加) 時間已從80 年代的400 ns 降低到40 ns 以下,數(shù)據(jù)處理能力提高了幾十倍。 MIPS(每秒執(zhí)行百萬條指令) 從80 年代初的5MIPS 增加到現(xiàn)在的40 MIPS 以上。DSP 芯片內(nèi)部關鍵部件乘法器從80 年代初的占模片區(qū)的40 %左右下降到小于5 % ,片內(nèi)RAM 增加了一個數(shù)量級以上2 2、從

4、從制造工藝制造工藝看看 80 年代初采用4m 的NMOS 工藝而現(xiàn)在則采用亞微米CMOS 工藝,DSP 芯片的引腳數(shù)目從80 年代初最多64 個增加到現(xiàn)在的200 個以上,引腳數(shù)量的增多使得芯片應用的靈活性增加,使外部存儲器的擴展和各個處理器間的通信更為方便。 和早期相比，現(xiàn)在的DSP 芯片有浮點和定點兩種數(shù)據(jù)格式，浮點DSP 芯片能進行浮點運算,使運算精度極大提高。DSP 芯片的成本、體積、工作電壓、重量和功耗較早期的DSP 芯片有了很大程度的下降。在DSP 開發(fā)系統(tǒng)方面,軟件和硬件開發(fā)工具不斷完善。目前某些芯片具有相應的集成開發(fā)環(huán)境,它支持斷點的設置和程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器和DMA 的訪問

5、及程序的單部運行和跟蹤等,并可以采用高級語言編程,有些廠家和一些軟件開發(fā)商為DSP 應用軟件的開發(fā)準備了通用的函數(shù)庫及各種算法子程序和各種接口程序,這使得應用軟件開發(fā)更為方便,開發(fā)時間大大縮短,因而提高了產(chǎn)品開發(fā)的效率。二、二、DSP DSP 芯片的應用芯片的應用1 1、數(shù)字化數(shù)字化移動電話移動電話 數(shù)字移動電話可劃為兩大類：高速移動電話和低速移動電話。而無論是高速移動電話還是低速移動電話，都要用至少1個DSP，因此，高速發(fā)展的數(shù)字化移動電話急需極為大量的DSP器件。2 2、數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器調(diào)制解調(diào)器 數(shù)字信號處理器的傳統(tǒng)應用領域之一，就是調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器是聯(lián)系通信與多媒體信息處理系統(tǒng)

6、的紐帶。利用PC機通過調(diào)制解調(diào)器經(jīng)由電話線路，實現(xiàn)撥號連接Internet是最簡便的訪問形式。由于Internet用戶急劇增加，由PC機上利用瀏覽程序調(diào)用活動圖像信息量增大，就需要使用數(shù)據(jù)傳送速度更高的調(diào)制解調(diào)器。這就意味，在高速調(diào)制解調(diào)器里需要更高性能的DSP器件。3 3、磁盤磁盤光盤控制器需求光盤控制器需求 多種信息存儲媒體產(chǎn)品的迅速發(fā)展，諸如磁盤存儲器、CDROM和DVD（DigitalVersatileDisk）ROM的紛紛上市。今日的磁盤驅(qū)動器HDD，存儲容量已相當可觀，大型HDD姑且不談，就連普通PC機的HDD的存儲容量也遠在1GB以上，小型HDD向高密度、高存儲容量和高速存取方向

7、發(fā)展，其控制器必須具備高精度和高速響應特性，它所用的DSP性能也是今非昔比，高速DSP是必不可少的關鍵性器件。4 4、圖形圖形圖像處理需求圖像處理需求 DVD里應用的活動圖像壓縮解壓縮用MPEG2編碼譯碼器，同時也廣泛地應用于視頻點播VOD、高品位有線電視和衛(wèi)星廣播等諸多領域。這些領域應用的DSP應該具備更高的處理速度和功能。而且，活動圖像壓縮解壓技術也日新月異，例如，DCT變換域編碼很難提高壓縮比與重構圖像質(zhì)量，于是出現(xiàn)了對以視覺感知特性為指導的小波分析圖像壓縮方法。新的算法出現(xiàn)，要求相應的高性能DSP。5 5、汽車汽車電子系統(tǒng)及其它應用領域電子系統(tǒng)及其它應用領域 汽車電子系統(tǒng)日益興旺發(fā)達，

8、諸如裝設紅外線和毫米波雷達，將需用DSP進行分析。利用攝像機拍攝的圖像數(shù)據(jù)需要經(jīng)過DSP處理，才能在駕駛系統(tǒng)里顯示出來，供駕駛?cè)藛T參考。因此，DSP在汽車電子領域的應用也必然會越來越廣泛。6 6、聲音聲音處理。處理。 聲音數(shù)字壓縮技術早已開始應用，其中以脈沖編碼調(diào)制(PCM)的方法最普遍。由于其只能壓縮50%數(shù)字，不足以應付未來計算機應用。而DSP技術已經(jīng)在音效應用中得到廣泛采用，例如應用于多媒體音效卡。而高質(zhì)量、高速度的聲音處理技術，就需要更多高性能DSP的應用。三、三、DSP DSP 的發(fā)展的發(fā)展前景前景1、努力向系統(tǒng)級集成DSP 邁進。縮小D S P芯片尺寸始終是DSP 的技術發(fā)展方向。

9、當前的DSP多數(shù)基于RISC（精簡指令集計算）結構，這種結構的優(yōu)點是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP 廠商紛紛采用新工藝，改進DSP 芯核，并將幾個DSP芯核、MPU 芯核、專用處理單元、外圍電路單元、存儲單元統(tǒng)統(tǒng)集成在一個芯片上，成為DSP系統(tǒng)級集成電路。這樣的集成縮小了整機的體積，縮短了產(chǎn)品上市的時間，是一個重要的發(fā)展趨勢。2、D S P 的內(nèi)核結構進一步改善。D S P 的結構主要是針對應用，并根據(jù)應用優(yōu)化DSP設計以極大改進產(chǎn)品的性能。多通道結構和單指令多重數(shù)據(jù)（S I M D ）、超長指令字結構（V L I M ）、超標量結構、超流水結構、多處理、多線程及可并行擴展的超級哈佛結構(S

10、HARC)在新的高性能處理器中將占據(jù)主導地位3、可編程DSP 是主導產(chǎn)品?？删幊藾SP 給生產(chǎn)廠商提供了很大的靈活性。生產(chǎn)廠商可在同一個DSP 平臺上開發(fā)出各種不同型號的系列產(chǎn)品，以滿足不同用戶的需求。同時，可編程D S P 也為廣大用戶提供了易于升級的良好途徑。人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，許多微控制器能做的事情，使用可編程DSP 將做得更好更便宜。4、追求更高的運算速度和進一步降低功耗和幾何尺寸。由于電子設備的個人化和客戶化趨勢，DSP 必須追求更高更快的運算速度，才能跟上電子設備的更新步伐。同時由于DSP的應用范圍已擴大到人們工作生活的各個領域，特別是便攜式手持產(chǎn)品對于低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP

11、有待于進一步降低功耗。5、定點D S P 是主流。雖然浮點D S P 的運算精度更高，動態(tài)范圍更大，但定點D S P 器件的成本較低，對存儲器的要求也較低，而且耗電較省。因此，定點運算的可編程D S P 器件仍是市場上的主流產(chǎn)品。6、D S P 的許多新應用需要比傳統(tǒng)DSP處理器更加強大的數(shù)字信號處理能力，設計者往往會借助PLD 和FPGA 來滿足他們?nèi)找嫣岣叩男盘柼幚硇枨?。與常規(guī)DSP 器件相比，F(xiàn) P G A 器件配合傳統(tǒng)的D S P 器件可以處理更多信道，可在基站中用來實現(xiàn)高速實時處理功能，滿足無線通信、多媒體等領域多功能和高性能的需要。7、DSP 嵌入式系統(tǒng)。DSP 嵌入式系統(tǒng)是D S P 系統(tǒng)嵌入到應用電子系統(tǒng)中的一種通用系統(tǒng)。這種系統(tǒng)既具有DSP 器件在數(shù)據(jù)處理方面的優(yōu)勢，又具有應用目標所需要的技術特征。在許多嵌入式應用領域，既需要在數(shù)據(jù)處理方面具有獨特優(yōu)勢的DSP，也需要在智能控制方面技高一籌的微處理器(MCU)。因此，將DSP 與MCU 融合在一起的雙核平臺，將成為DSP 技術發(fā)展的一種新潮流。 目前，國外眾多廠商涉足我國DSP 產(chǎn)品市場，我國的DSP 應用已有了相