DSP技術(shù)介紹,什么是DSP？

DSP即數(shù)字信號(hào)處理，它是英文Digital Signal Processing的簡(jiǎn)寫(xiě)，DSP是一門(mén)面向電子信息學(xué)科的專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)課，具體來(lái)講，DSP是以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、變換、濾波、檢測(cè)、調(diào)制、解調(diào)以及快速算法的一門(mén)技術(shù)學(xué)科。

DSP技術(shù)有精度高、活性大、可靠性高、時(shí)分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)。并且隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，DSP技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得以迅速的發(fā)展。

DSP技術(shù)現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信、雷達(dá)、遙感、聲納、語(yǔ)音合成、圖像處理、測(cè)量與控制，高清晰度電視、數(shù)字音響、多媒體技術(shù)、 地球物理學(xué)、生物醫(yī)學(xué)工程、振動(dòng)工程以及機(jī)器人等各個(gè)領(lǐng)域。

音頻處理非常復(fù)雜，因此，您會(huì)發(fā)現(xiàn)DSP是幾乎所有現(xiàn)代音頻處理設(shè)備的核心。雖然普通消費(fèi)者可能沒(méi)有意識(shí)到它們，但DSP集成到各種音頻設(shè)備中，包括手機(jī)，耳機(jī)，音頻接口，混音器，揚(yáng)聲器和藍(lán)牙耳機(jī)。

1.什么是DSP?

(1)數(shù)字信號(hào)處理(Digital Signal Processing —DSP)

利用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ锰幚碓O(shè)備，以數(shù)字形式對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、估值、增強(qiáng)、壓縮、識(shí)別等處理，以得到符合要求的信號(hào)形式。強(qiáng)調(diào)的是對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理和研究的方法。

(2)數(shù)字信號(hào)處理器(Digital Signal Processor-DSP)

強(qiáng)調(diào)的是通過(guò)專(zhuān)用集成電路芯片，利用數(shù)字信號(hào)處理理論，在芯片上運(yùn)行目標(biāo)程序，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的某種處理。

2. 數(shù)字信號(hào)處理的實(shí)現(xiàn)方法

(1) 在通用的計(jì)算機(jī)(如PC機(jī))上用軟件(如Fortran、C語(yǔ)言、 MATLAB)實(shí)現(xiàn)

優(yōu)缺點(diǎn)：可用于模擬或仿真;速度慢，不能用于實(shí)時(shí)系統(tǒng)。

(2) 在通用計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中加上專(zhuān)用的加速處理機(jī)實(shí)現(xiàn);優(yōu)缺點(diǎn)：專(zhuān)用性強(qiáng)，不便系統(tǒng)獨(dú)立運(yùn)行。

(3) 用通用的單片機(jī)(如MCS-51、96系列等)實(shí)現(xiàn)。

優(yōu)缺點(diǎn)：接口性能比較良好，容易實(shí)現(xiàn)人機(jī)接口;系統(tǒng)復(fù)雜、馮。諾結(jié)構(gòu)、乘法慢，不利實(shí)時(shí)性，不適合復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)處理。

DSP正在慢慢成為每個(gè)現(xiàn)代音頻產(chǎn)品的主要產(chǎn)品，那么究竟什么是DSP呢?為什么它們很重要，它們是如何工作的，它們?nèi)绾斡绊懩愕鸟雎?tīng)體驗(yàn)?

DSP是數(shù)字信號(hào)處理器的首字母縮寫(xiě)。顧名思義，DSP是專(zhuān)門(mén)為音頻信號(hào)處理而設(shè)計(jì)的微處理器。DSP基本上是一個(gè)僅為解決音頻處理問(wèn)題而優(yōu)化的CPU。就像CPU一樣，DSP芯片是音頻硬件的重要組成部分，使數(shù)字音頻操作成為可能。DSP已經(jīng)變得如此重要，以至于您的音頻設(shè)備可能會(huì)在其電路中集成一個(gè)或幾個(gè)DSP。

DSP用于各種日常音頻電子產(chǎn)品。要了解 DSP 對(duì)您的聆聽(tīng)體驗(yàn)的影響，以下是一些您已經(jīng)在使用的 DSP 應(yīng)用程序：

音頻均衡器(EQ)：DSP用于均衡各種音樂(lè)。在錄音棚中使用均衡來(lái)控制不同聲音頻率的音量。如果沒(méi)有均衡，你會(huì)發(fā)現(xiàn)很難聽(tīng)音樂(lè)，因?yàn)槿寺暱赡苈?tīng)起來(lái)很弱，樂(lè)器聽(tīng)起來(lái)會(huì)分散，低音會(huì)壓倒所有頻率，使音頻不清楚或渾濁。

有源音頻分頻器：這些音頻分頻器用于分離不同的音頻頻率，并將其分配給為特定音頻范圍設(shè)計(jì)的不同揚(yáng)聲器。音頻分頻器通常用于汽車(chē)立體聲系統(tǒng)、環(huán)繞聲系統(tǒng)和使用不同尺寸揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的揚(yáng)聲器。

頭戴式耳機(jī)/入耳式 3D 音頻：您可以使用揚(yáng)聲器分頻器以及各種環(huán)繞聲系統(tǒng)實(shí)現(xiàn) 3D 音頻。借助隱蔽的 DSP，您的頭戴式耳機(jī)和入耳式耳機(jī)可以處理音頻，從而在沒(méi)有揚(yáng)聲器的情況下提供 3D 聲音聆聽(tīng)體驗(yàn)。DSP 可以通過(guò)模擬空間聲場(chǎng)來(lái)做到這一點(diǎn)，該空間聲場(chǎng)只需使用耳機(jī)即可模擬聲音在 3D 空間中的移動(dòng)方式。

主動(dòng)降噪 (ANC)：主動(dòng)降噪技術(shù)使用麥克風(fēng)記錄低頻噪聲，然后產(chǎn)生與記錄的噪聲頻率相反的聲音。然后，這種產(chǎn)生的聲音用于在環(huán)境噪音到達(dá)耳膜之前消除環(huán)境噪音。ANC只有在DSP的瞬時(shí)處理速度下才能實(shí)現(xiàn)。

遠(yuǎn)場(chǎng)語(yǔ)音和語(yǔ)音識(shí)別：這項(xiàng)技術(shù)使您的谷歌主頁(yè)，Alexa和亞馬遜Echo能夠可靠地識(shí)別您的聲音。語(yǔ)音助手利用 CPU、DSP 和 AI 來(lái)處理數(shù)據(jù)，并智能地回答您的查詢(xún)和命令。

數(shù)字信號(hào)處理器如何工作?

所有數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)(包括數(shù)字音頻)都表示并存儲(chǔ)為二進(jìn)制數(shù)(1 和 0)。音頻處理(如 EQ 和 ANC)需要操作這些 1 和 0 才能達(dá)到預(yù)期的結(jié)果。需要像DSP這樣的微處理器來(lái)操縱這些二進(jìn)制數(shù)。雖然您也可以使用其他微處理器，如CPU，但DSP通常是音頻處理應(yīng)用的更好選擇。

與任何微處理器一樣，DSP使用硬件架構(gòu)和指令集。

硬件架構(gòu)決定了處理器的運(yùn)行方式。DSP通常使用馮·諾依曼和哈佛架構(gòu)等架構(gòu)。這些更簡(jiǎn)單的硬件架構(gòu)通常用于DSP，因?yàn)樗鼈冊(cè)谂c簡(jiǎn)化的指令集架構(gòu)(ISA)配對(duì)時(shí)足以進(jìn)行數(shù)字音頻處理。

近年來(lái)，隨著通信技術(shù)的飛速發(fā)展，DSP已經(jīng)成為信號(hào)與信息處理領(lǐng)域里一門(mén)十分重要的新興學(xué)科，它代表著當(dāng)今無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的主流發(fā)展方向?，F(xiàn)在，通信領(lǐng)域中許多產(chǎn)品都與DSP密切聯(lián)系，例如，Modem、數(shù)據(jù)加密、擴(kuò)頻通信、可視電話(huà)等。而尋找DSP芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)算法最開(kāi)始的目標(biāo)是在可以接受的時(shí)間內(nèi)對(duì)算法做仿真，隨后是將波形存儲(chǔ)起來(lái)，然后再加以處理。下圖所示，給出了一個(gè)典型的DSP應(yīng)用系統(tǒng)。數(shù)字蜂窩電話(huà)是DSP最為重要的應(yīng)用領(lǐng)域。因DSP具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，使得移動(dòng)通信的蜂窩電話(huà)重新崛起，并創(chuàng)造了一批諸如GSM、CDMA等全數(shù)字蜂窩電話(huà)網(wǎng)。由于采用DSP 技術(shù)，蜂窩電話(huà)的更新?lián)Q代變得更為容易，只需在統(tǒng)一的硬件平臺(tái)基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件的不斷升級(jí)生產(chǎn)各式各樣的新款手機(jī)。

DSP已經(jīng)涉足測(cè)量?jī)x表和測(cè)試儀器行業(yè)，而且大有取代高檔單片機(jī)的趨勢(shì)。使用DSP開(kāi)發(fā)測(cè)量?jī)x表和測(cè)試儀器可將產(chǎn)品提升到一個(gè)嶄新的水平。新款DSP豐富的片內(nèi)資源可以大大簡(jiǎn)化儀器儀表的硬件電路，實(shí)現(xiàn)儀器儀表的SOC(System On Chip，即片上系統(tǒng))設(shè)計(jì)。

儀器儀表的測(cè)量精度和速度是一項(xiàng)重要的指標(biāo)，使用DSP芯片開(kāi)發(fā)產(chǎn)品可使這兩項(xiàng)指標(biāo)大大提高。以TMS320F2810為例，其高效的32位CPU內(nèi)核、優(yōu)異的12位A/D轉(zhuǎn)換器、豐富的片內(nèi)存儲(chǔ)器以及靈活的指令系統(tǒng)為我們開(kāi)發(fā)快速、高精度儀器搭建了廣闊的平臺(tái)。

目前DSP正處于一個(gè)高速發(fā)展的時(shí)期，儀器儀表是DSP的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域，相信DSP的應(yīng)用會(huì)推進(jìn)儀器儀表的技術(shù)革新。

DVD里應(yīng)用的活動(dòng)圖像壓縮/解壓縮用MPEG2編碼/譯碼器，同時(shí)也廣泛地應(yīng)用于視頻點(diǎn)播VOD、高品位有線(xiàn)電視和衛(wèi)星廣播等諸多領(lǐng)域。在這些領(lǐng)域里，應(yīng)用的DSP應(yīng)該具備更高的處理速度和功能。而且，活動(dòng)圖像壓縮/解壓技術(shù)也日新月異，例如，DCT變換域編碼很難提高壓縮比與重構(gòu)圖像質(zhì)量，于是出現(xiàn)了對(duì)以視覺(jué)感知特性為指導(dǎo)的小波分析圖像壓縮方法。新的算法出現(xiàn)，要求相應(yīng)的高性能DSP。最近，日本各大學(xué)和高技術(shù)企業(yè)對(duì)于開(kāi)發(fā)虛擬現(xiàn)實(shí)VR系統(tǒng)，投入相當(dāng)力量，利用現(xiàn)代計(jì)算機(jī)圖像學(xué)CG生成3維圖形，迫切需要多個(gè)DSP并行處理系統(tǒng)。其中，系統(tǒng)里的結(jié)點(diǎn)DSP單元，要求采用與并行處理相適應(yīng)的體系結(jié)構(gòu)。