DSP技术的发展及应用探析
摘 要：在这个信息化的时代，数字化是信息化实现的基础前提。数字信号处理技术是数字化的核心技术之一。DSP器件完成了数字信号处理的大部分任务。所以一般用DSP技术来代表数字信号处理技术，己经成为快速发展的前沿技术。文章介绍了DSP技术在各个领域的应用，并探讨了未来的发展趋势。
关键词：DSP技术；应用；发展趋势
1.DSP技术的定义
DSP技术是将事物的运动变化规律以数字的形式进行表示，并通过一定的计算方法从中提取出有效信息，从而满足实际应用需求的技术。信号的最初形态通常是事物的运动变化形态，为了能对这一事物进行分析与处理，必须先用传感器将事物运动特征转换成电信号，当通过特定算法对这一电信号进行处理后，则就能转化为使用者能够看见、利用的形态。在事物运动变化形态向电信号的转化过程中，需要模数转换单元对模拟信号进行不断的测量，并经测量结果以二进制数进行表示；而数字信号处理单元则是根据发出的指令对数字信号进行计算，例如对信号的幅度调制就是通过将声波信号与高频正弦波信号相乘得到的；数模转换单元的功能是将经处理后的数字信号转变为连续的时间信号，对于变化不平滑的数字信号通过低通滤波单元的处理能够得到较为平滑的信号。
2.DSP技术的优势
数字化的音频产品需要将类比信号转换成数字信号后进行传输，而在这一过程中将涉及到大量的数字运算，这就要求音频产品的微处理器必须具备较快的运算速度才能进行实时的字信号处理工作。现在市场中的微处理有着众多种类，不同的微处理根据其特色、功能不同能够应用到不同的场合，而DSP技术则在音频领域有着较为明显的优势，DSP具有两条内部总线，分别为数据总线与程序总线，而市场中传统的微处理器内部只具有一条数据总线用于数据传输与程序执行，相比之下DSP拥有将强的数据传输能力；其次，DSP内部使用的是硬件乘法器，并存在数目众多的寄存器，因此能够在一个周期内快速完成给出的指令，而传统的微处理器采用是微代码的执行方式，当遇到乘法指令时则需要几个周期进行处理，同时传统微处理器内部的寄存器数量较少，因此必须借助外部储存器来共同完成运算工作，相比之下DSP指令具有重新执行功能，这就使得其在运算速度上远远超过传统微处理器。虽然DSP也存在处理频率范围有限、需要进行模数转换等不足，但整体而言DSP在音频领域的应用有着加大优势，因此通过应用这一技术能够给音频领域带来较大发展。
3.DSP技术的阶段性发展
DSP技术的发展主要经历了以下幾个时期：第一个阶段是20世纪50年代到60年代，此阶段产生了全球第一代单片芯片，我们仅可借助微处理器来实现数字信号的相关处理和操作。直至上世纪70年代，不少专业人士提出了一些关于DSP系统处理技术的计算方法及理论知识，与此同时，世界上第一个单片DSP芯片产生，它就是由AMI公司生产的52811。另外，美国的因特尔公司也发布了可编程仪器2920，这也是DSP发展过程中的一个重要里程碑。
上世纪80年代，北美的一家仪器仪表公司生产出世界上第一代DSP芯片TM532010和它的系列产品，此产品的诞生对于数字信号的处理起着关键性的作用。不久之后，不少公司陆续生产出第二代和第三代芯片，再加上信息技术、集成电路技术的迅速进步，不断有性能更佳的DSP芯片出现。
4.DSP技术的应用
DSP技术由于其自身具有很大的优势，所以被很多领域所采用。在电力系统：电力系统模拟量采集和测量、继电器保护、变电站自动化；数字通讯技术领域：多媒体通信、软件无线电；工业控制领域：超精密机床伺服控制方而、机器人控制；虚拟仪器方而；仪器仪表领域；汽车电子系统等等都有DSP技术的存在。我们重点介绍DSP技术在多媒体通信、仪器仪表和汽车电子系统中的应用。
4.1DSP技术在多媒体通信的应用
文字、语高、图像、数据等媒体就是我们平时所说的多媒体。其中视频和音频数据占多媒体数据的绝大部分。对音视频的数字化处理量是非常庞大的，需要先采用先进的压缩编码算法进行压缩处理，大大缩小占用的空间，提高数据传输效率，这样多媒体通信系统才能普遍实现。这就需要在多媒体终端快速处理信息，用户得到良好的体验交互。DSP的出现使其成为了现实，它在语音编码、图像压缩与还原等多媒体通信中得到充分的应用。DSP基木能够实时实现大部分国际标准的语音编码解码算法与协议。DSP技术还大量应用在移动通信的语音压缩和调制解调器中。现代DSP完全有能力实现中、低速的移频键控、相移键控的调制与解调以及止交调幅调制与解调等。
4.2DSP技术在仪器仪表中的应用
仪器仪表行业主要用的是高档单片机，DSP己经开始涉足进来，并且发展迅速，大有取代的趋势。传统的仪器仪表，由于需要数据处理，硬件电路就会很复杂。DSP具有丰富的片内资源，可以大大简化硬件电路，实现仪器仪表的SOC 即片上系纷设计。测量速度和精度是衡量仪器仪表性能的重要指标，DSP芯片的应用能使这两项指标大大提高。例如"fMS320F2810，它具有32位CPU内核，12位A/D转换器、丰富的片内存储器，再加上灵敏的指令系统，为我们提供了开发快速、高精度仪器的平台。
4.3DSP技术在汽车电子系统中的应用
汽车目前成为了大众商品，汽车技术得到长足的发展，其中汽车电子系统成为汽车发展的重点。汽车里的红外线或毫米波雷达，需要DSP进行分析处理。汽车的防撞系统，需要利用摄像机把外而拍摄的图像数据传给驾驶系统，这就需要DSP来对图像数据进行处理。
4.4DSP在软件无线电的应用
软件无线电是一种新的无线通信技术，是基于同、一硬件平台上、安装不同的软件来实现多通信功能多频段的无线电台，它可进一步扩展至有限领域。随养DSP技术的发展和应用的成熟，特别是低功耗DSP芯片的出现使软件无线电的应用研究成为热点。软件无线电具有系统结构通用、功能实现软件化和互操作性好等一系列有优点。其体系结构有电源、天线、多带射频转换器和A/D/A变换器与DSP组成。信号的数字化是实现软件无线电的先决条件。关键步骤是以可编程能力强的DSP来代替专用的数字电路，使系统硬件结构与功能相对独立。这样就可基于一个相对通用的硬件平台，通过软件实现不同的通信功能，并可对工作频率、系统频宽、调制方式和新品编码等进行编程控制，系统的灵活性大大加强了。
5.结语
从目前的时代背景下来看，DSP正处于一个高速发展的阶段，其在诸多领域当中都得到了广泛的运用，在今后的发展过程中，DSP技术必然会朝着高速度、低能耗、小体积的方向继续前进。
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（作者单位：齐齐哈尔工程学院）