DSP技术及其应用前景

1、DSP技术及其应用前景07124799殷优07124808黄匡奇07125007马旸2011/2/27DSPDSP技术及其应用前景第第 页共11页DSPDSP技术及其应用前景第第6页共11页芯片很难实现，而专用DSP芯片可以将相应的信号处理处理算法在芯片内部用硬件实现,无需编程。三、DSP的主要应用DSPs芯片自20世纪80年代初诞生以来，在短短的十多年时间内得到了飞速发展。随着DSPs芯片性价比和开发手段的不断提高，DSPs已经在社会生活各个领域得到广泛应用。如同20世纪80年代和90年代微处理器(CPU)随着PC市场的急剧扩张而迅速发展一样，DSPs也正在经历一场由通信、网络和信息家电带动

2、的高速增长时期。由于DSPs的应用领域比微处理器要广，近年来DSPs市场的年平均增长率一直保持在30%左右，甚至超过了20世纪80年代和90年代微处理器的增长速度。DSPs市场的起爆剂是数字移动电话，1997年生产规模即达1亿部。目前DSPs在数字便携电话、无线基站、中心局交换机等通信领域的应用十分广泛。另外，网络市场的急速膨胀使DSPs在56KMODEM、ADSLMODEM、机顶盒等产品中大量得到应用，网络应用已经成为DSPs高速发展的主要市场。除了通信、网络、雷达等领域外，近来DSPs也在马达控制、数码相机、助听器等很有潜力的市场不断拓展，另外空调、洗衣机类产品为节省电能也都开始采用DSP

3、s。据预测，包括模拟集成电路在内，到2007年DSPs的市场将达到500亿美元。还是以TI公司1997年推出的高端DSPsTMS320C6000系列为例，TI公司在芯片设计上瞄准的是多通道无线通信和有线通信的应用领域，例如蜂窝基站、pooledMODEM以及xDSL系统。实际上C6000系列的高速处理能力及其出色的对外接口能力，使得它在雷达、声纳、医用仪器、图像处理等领域都具有极大的应用潜力。C6000系列DSPs所带来的新的系统设计方法使得传统的基于硬件设计变为基于软件设计，C6000的开发工具则能够很好地支持这一设计思想，并充分利用C6000高度并行的VLIW结构。其中C6000的C编译器

4、的效率可达80%以上，创新的线性汇编语言和C6000汇编优化器配合使用，可使代码效率达95%以上，同时编程工作量也成倍降低。DSP技术在现代通信中的应用最为活跃，我们具体介绍具有特殊代表性的几个例子如下：1、数字式蜂房系统数字式蜂房系统使用通用DSP来实现语音合成(speechsynthesis),纠错编码(error-correctioncoding)，基带调制解调器(basebandmodem)以及系统控制等功能。2、软件无线电(Softwarewireless)软件无线电是利用同样的硬件设备和不同的软件模块，来适应不同频段、不同调制方式下的通信。软件无线电中，最重要和最具有挑战性的部分就

5、是高性能的A/D、D/A变换器和以DSP为核心的实时信号处理。软件无线电对DSP提出了实时性很高的要求,它有力的促进着DSP的发展，其中包括单片处理器的性能、多处理器协同工作的能力、DSP软件开发环境和DSP实施操作系统等方面。软件无线电在通信系统中，特别是在第三代移动通信系统中的应用越来越成为研究的热点。例如，在欧洲的先进通信技术与业务计划中(ACIS),有多项计划是将软件无线电技术应用在第三代移动通信系统中。美国也正在研究基于软件无线电技术的第三代移动通信系统的多频带与多模式手机与基站，使软件无线电设备升级的成本大幅度降低，同时，软件无线电技术与计算机技术正在不断融合，为第三代移动通信系统

6、提供良好的用户界面。我国对软件无线电技术也相当重视，例如，我国提出的第三代移动通信系统方案SCDMA(同步码分多址)是一种同步的直接扩频CDMA(码分多址)技术，他结合了DSP、智能天线、软件无线电技及全质量语音压缩编码技术等现代通信技术。图3表示移动通信手持终端中的信号和信息的传输与处理过程，DSP在其中的核心作用是是显而易见的。3、均衡和信道估计信道模拟式DSP的另一个重要应用，并用其估计回声噪音或码间干扰。回声和噪音的对消对有线和无线通信同样重要，很适合用DSP来实现。均衡是另一种信道估计技术，用于消除由于信道延时扩展引起的码间干扰。4、语音和字符识别DSP还常常完成用户界面的任务。这是

7、因为以DSP为基础的产品有很强的设计灵活性，允许系统的设计者把附加的任务交给DSP，以便更充分地利用其处理能力。在移动电话中，语音拨号功能就可以由DSP来实现。在使用个人数字助理(PersonalDigitalAssistant)技术时，把计算机和通信应用结合在一起，人机界面设计变得更加重要。5、调制解调器调制解调器中复杂的数学运算基本上主要依靠DSP或由DSP核组成的ASIC来完成的。在便携式计算机中，对调制解调器的大小、重量、功耗特别关注，对DSP的要求更高。调制解调器的速度随着DSP速度的提高而不断提高。6、多媒体多媒体是将传统的模拟视频信号和声音信号转换为数字信号来实现的。视频和声音信

8、号的数字化会产生大量的数据，这些数据要依靠高性能的DSP来减小对存储空间和传输带宽地要求。需要由DSP来完成的任务包括视频信号和声音信号的编码/解码、彩色空间转换、回音消除、滤波、误码校正、复用、bit流协议处理等。例如，在网络电话(VoiceoverIP；VoIP)中，模拟语音信号必须经过处理，转换成适合在IP网络上传输的IP数据包，这个过程需要先进行数字编码，转换为PCM码，然后经过专门的DSP芯片进行数据压缩，最后再打上IP包的标记，形成IP数据包的形式，以适合IP网络上的传输带宽，这涉及PCM、DSP、编码、压缩等内容。在IP电话中，利用DSP技术进行语音压缩和解码，可以极大地提高语音

9、质量，降低对存储空间的要求，加快系统处理速度，并进一步压缩对带宽的需求。图4表示VoIP传输的基本过程，可以看出，DSP技术在进行语音压缩和解码时起着至关重要的作用。近年来，随着计算机辅助设计、制造和超大规模集成电路的发展，各种ASIC专用芯片，如FFT芯片，数字滤波器芯片语音识别和合成芯片语音和图像压缩编码芯片等大量出现。最新的发展趋势是进一步提高集成性，将CPU、DSP、大容量存储器、现场可编程门阵列等集成在同一芯片上，这样组成的数字信号处理系统具有很大的灵活性，可以作为多媒体的硬件平台。DSP技术是现代通信的核心技术之一，未来的通信将越来越依赖数字信号处理技术的发展。现代通信技术的发展要

10、求将先进的通信技术、微电子技术和计算技术结合在一起。可以设想，在使用了现代DSP技术的通信系统中，原先不能互联的多种通信体制将综合为一个通用的通信体制，人们可以摆脱终端的束缚，实现“一机在手，漫游天下”的梦想。这种崭新的通信体制将给我们的生活方式，甚至思维模式带来巨大的变化。四、DSP的发展前景1、努力向系统级集成迈进缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP多数基于RISC(精简指令集计算）结构，这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺，改进DSP芯核，并将几个DSP芯核、MPU芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DS

11、P系统级集成电路。这样的集成缩小了整机的体积，缩短了产品上市的时间，是一个重要的发展趋势。2、进一步改善DSP的内核结构DSP的结构主要是针对应用，并根据应用优化DSP设计，以极大改进产品性能。多通道结构和单指令多重数据（SIDM）、超常指令字结构（VLIM）、超标量结构、超流水结构、多处理、多线程及可并行扩展的哈佛（SHARC）结构，在新的高性能处理器中将占据主导地位。3、可编程是DSP主导产品可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个DSP平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。同时，可编程DSP也为广大用户提供了易于升级的良好途径。人们已经发现，许多微

12、处理器能做的事情，使用可编程DSP将做得更好更便宜。4、追求更高的运算速度，进一步降低功耗和几何尺寸由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP必须追求更快更高的运算速度，才能跟上电子设备的更新步伐。同时由于DSP的应用范围已扩大到人们工作生活的各个领域，特别是便携式手持产品对低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP有待于进一步降低功耗。按照CMOS的发展趋势，依靠新工艺改进芯片结构，DSP运算速度的提高和功耗几何尺寸的降低是完全可能的。例如，采用0.13口m最新半导体工艺制造的口PD77210用1.5V低电压供电，功耗仅为以往产品的一半。5、与其它可编程器件结合DSP的许多新应用需要比传统DSP具有更

13、加强大的数字信号处理能力，设计者往往会借助PLD和FPGA来满足日益提高的信号处理需求。与常规DSP器件相比，FPGA器件配合传统DSP器件可以处理更多信道，可在基站中用来实现高速实时处理，满足无线通信、多媒体等领域多功能和多性能的需要。6、DSP嵌入式系统DSP嵌入式系统是DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统。这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势，又具有应用目标所需要的技术特征。在许多嵌入式应用领域，既需要在数据处理方面具有独特优势的DSP,也需要在智能控制方面技高一筹的微处理器MCU。因此，将DSP与MCU融合在一起的双核平台，将成为DSP技术发展的新潮流。7、专用DSP芯

14、片针对特定的终端应用，DSP器件也逐渐从传统的通用性处理器中分离出更多的直接面向特定应用的器件。这些器件多采用DSP+ARM的双核结构，既可满足核心算法的需求，又能满足网络传输和用户界面等需求。同时，越来越多的专用接口以及协处理器被集成到芯片中，用户只需添加极少的外部芯片，即可构成一个完整的应用系统。例如，面向第三代无线通信终端的OMAP1510、面向数码相机的DM270、面向专业音频设备的DA610、面向媒体处理的DM642芯片等，都是典型例子。五、DSP的未来走向上世纪90年代初，“DSP”变成一项热门技术，而这个名词也日渐流行。这个缩写代表两个意思：数字信号处理过程，以及数字信号处理器。

15、通常可以根据上下文来判断它的含意，但在有些情况下二者是可以互换的，比如你做数字信号处理，可能是在一个数字信号处理器上进行的。今天，DSP已随处可见。现在难以找到不涉及数字信号处理的嵌入式系统，也难以找到不拥有面向DSP架构特点的嵌入式处理器。在某种意义上，现在所有的处理器都必须是“DSP”。但DSP的风头似乎正在减退。德州仪器(TI)和模拟器件公司(ADI)等主要DSP处理器厂商，不再象以前那样频繁使用DSP这个缩写。最近几年，他们的新闻稿更多地使用“视频处理器”或“多媒体芯片”或“融合处理器”(当然这些处理器都承担数字信号处理任务)。我们很少见到软件公司再宣传其“DSP”软件构件，而是推广音频后处理算法等。用于监控应用的视频处理确实属于DSP，我们的“DSP”基准也与多媒体应用有关。信号处理应用变得如此多样化，DSP部分如此紧密地与非DSP部分结合在一起，因此整个DSP产业都在转向以应用