數字信號處理DSP的原理及其應用

DSP數字信號處理(DIGITAL Signal Processing，簡稱DSP)是一門涉及許多學科而又廣泛應用于許多領域的新興學科。20世紀60年代以來，隨著計算機和信息技術的飛速發展，數字信號處理技術應運而生并得到迅速的發展。數字信號處理是一種通過使用數學技巧執行轉換或提取信息，來處理現實信號的方法，這些信號由數字序列表示。在過去的二十多年時間里，數字信號處理已經在通信等領域得到極為廣泛的應用。

DSP原理與特點

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。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用處理設備，以數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。

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

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

數字信號處理的實現方法很多，比如 在通用計算機上用軟件(如Fortran、C語言)實現;在通用計算機系統中加上專用的加速處理機實現;用通用的單片機實現，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;

用專用的DSP芯片實現，在一些特殊的場合，要求的信號處理速度極高，用通用DSP芯片很難實現，例如專用于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現，無需軟件編程。

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

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

在每個時鐘周期執行多個操作。針對濾波、相關、矩陣運算等需要大量乘法累加運算的特點，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、累加兩個運算。有的DSP可以同時進行乘、加、減運算，大大加快了FFT的蝶形運算速度。

DSP系統的應用領域

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

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

(3)語音處理：語音識別、合成、矢量編碼、語音信箱等。

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