DSP
技
术 及 应 用 前 景
班级：通信三班姓名： 学号：
DSP技术及应用前景
摘要：DSP技术在各行各业的应用越来越广泛，在我国的市场前景也越来越广阔。了解和学习DSP技术的知识也越来越重要，本文简要介绍了什么是DSP技术，DSP技术的特点，DSP技术在现代通信中的应用和DSP技术未来发展的前景。
外文摘要：DSP technology is widely applied in all walks of life in our increasingly broad market prospects. Understanding of DSP technology, knowledge and learning more and more important, what is briefly introduced DSP technology, DSP technology features, DSP technology in modern communications applications and the prospects for the future development of DSP technology.
关键字：DSP技术，特点，现代通信，DSP未来发展前景。 一 、DSP技术的含义
DSP是Digital Signal Processing 的缩写，意为数字信号处理，简称DSP 。DSP是一门涉及许多学科而又广泛应用于诸多领域的新兴学科。 20世纪60年代以来，随着计算机和信息技术的飞速发展，数字信号处理技术应运而生，并到迅速的发展，数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息，来处理现实信号的方法，这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极
为广泛的应用，主要应用有：信号处理、通信、语音、图形／图像、军事、仪器仪表、自动控制、医疗家用电器等。DSP之所以获得广泛应用，是因为其具有显著特点。
二、特点
DSP数字信号处理的优势决定于DSP芯片的特点。DSP芯片一般具有以下主要特点：
⑴ 哈佛结构
早期的微处理器内部大多采用冯·诺依曼结构，其片内程序空间和数据空间是合在一起的，取指令和取操作数是通过一条总线分时进行。高速运算时，不但不能同时取指令和取操作数，而且还会造成传输通道上的瓶颈现象。而DSP内部采用的是程序空间和数据空间分开的哈佛结构，它允许同时取指令和取操作数，而且还允许在程序空间和数据空间之间相互传送数据。经过改进的哈佛结构，它允许指令存储在高速缓冲器中，执行此指令时，不需要从存储器中读取指令，节约了一个指令周期时间。
⑵ 多总线结构
许多DSP芯片内部都采用多总线结构，以保证在一个机器周期内可以多次访问程序空间和数据空间，大大提高了DSP的运算速度。总线越多，可以完成的功能就越复杂。
⑶ 流水线结构
DSP 执行一条指令，需要通过取指、译码、取操作数和执行等几个阶段，DSP中的流水线结构，使程序运行过程中这几个阶段是重叠的，将指令周期降低到最小。利用这种流水线结构，加上执行重复操作，保证了数
字信号处理中用得最多的乘法累加运算可以在单个指令周期内完成。
⑷ 多处理单元
DSP内部一般有多个处理单元，如算术逻辑运算单元、辅助寄存器运算单元、累加器以及硬件乘法器单元等。他们可以在一个指令周期内同时进行运算。因此，DSP在进行连续乘加运算时，每一次乘加运算都是单周期的。DSP的这种多处理单元结构，特别适用于有限冲激响应和IIR滤波器。此外，许多DSP的多处理单元结构还可以将一些特殊算法，例如FFT的位码倒置寻址和取模运算等，在芯片内部用硬件实现，提高运行速度。
⑸ 指令周期短
早期的DSP的指令周期约400ns，运算速度为每秒执行5百万条指令。现在，高性能DSP的时钟已达300MHz，运算速度达2400 MIPS。
⑹ 运算精度高
早期的DSP的字长为 8位，后来逐步提高到16位、24位和32位。为防止运算过程中溢出，有的累加器达到40位。此外，浮点运算的DSP则提供了更大的动态范围。
⑺ 硬件配置强
新一代DSP的接口功能越来越强，片内具有串口、主机接口、DMA控制器、软件控制的等待状态产生器、锁相环时钟产生器以及实现在片仿真符合IEEE 1149.1 标准的测试仿真接口，使系统设计更易于完成。另外，DSP的功耗也愈来愈低。
三、DSP技术在现代通信中的应用
在DSP的应用领域中，现代通信是最为活跃的领域。下面对一些典型
应用做一简单介绍。
⑴ 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,纠错编码，基带调制解调器以及系统控制等功能。
⑵ 软件无线电
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是一种同步的直接扩频CDMA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。
⑶ 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。
⑷ 语音和字符识别
DSP还常常完成用户界面的任务。这是因为以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。
⑸ 调制解调器
调制解调器中复杂的数算基本上主要依靠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。
⑹ 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。
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将综合为一个通用的通信，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 ⑴ 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DSP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。 ⑵ 基一步改善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。 ⑶ 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。 ⑷ 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。
⑸ 定点DSP是主流
虽然负电DSP的运算精度更高，动态范围更大，但定点DSP器件的成本较低，对存储器的要求也低，而且耗电较省。因此，定点运算可编程DSP器件荣是市场上的主流产品。
⑹ 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。
⑺ 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。 ⑻ 专用DSP 芯片
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。
总之，DSP应用产品具有巨大的市场需求前景，在今后的应用前景相当可观。
参考文献：
1．《DSP实用技术与应用实例》 纪宗南编著 2．《DSP技术的发展与应用》 彭启琮编著 3．《DSP技术及应用》 黄仁欣主编
