DSP技術介紹,什么是DSP？

DSP即數(shù)字信號處理，它是英文Digital Signal Processing的簡寫，DSP是一門面向電子信息學科的專業(yè)基礎課，具體來講，DSP是以數(shù)字形式對信號進行分析、變換、濾波、檢測、調(diào)制、解調(diào)以及快速算法的一門技術學科。

DSP技術有精度高、活性大、可靠性高、時分復用的優(yōu)點。并且隨著計算機和信息技術的飛速發(fā)展，DSP技術應運而生并得以迅速的發(fā)展。

DSP技術現(xiàn)在已廣泛應用于數(shù)字通信、雷達、遙感、聲納、語音合成、圖像處理、測量與控制，高清晰度電視、數(shù)字音響、多媒體技術、 地球物理學、生物醫(yī)學工程、振動工程以及機器人等各個領域。

音頻處理非常復雜，因此，您會發(fā)現(xiàn)DSP是幾乎所有現(xiàn)代音頻處理設備的核心。雖然普通消費者可能沒有意識到它們，但DSP集成到各種音頻設備中，包括手機，耳機，音頻接口，混音器，揚聲器和藍牙耳機。

1.什么是DSP?

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

利用計算機或?qū)Ｓ锰幚碓O備，以數(shù)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，以得到符合要求的信號形式。強調(diào)的是對數(shù)字信號進行處理和研究的方法。

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

強調(diào)的是通過專用集成電路芯片，利用數(shù)字信號處理理論，在芯片上運行目標程序，實現(xiàn)對信號的某種處理。

2. 數(shù)字信號處理的實現(xiàn)方法

(1) 在通用的計算機(如PC機)上用軟件(如Fortran、C語言、 MATLAB)實現(xiàn)

優(yōu)缺點：可用于模擬或仿真;速度慢，不能用于實時系統(tǒng)。

(2) 在通用計算機系統(tǒng)中加上專用的加速處理機實現(xiàn);優(yōu)缺點：專用性強，不便系統(tǒng)獨立運行。

(3) 用通用的單片機(如MCS-51、96系列等)實現(xiàn)。

優(yōu)缺點：接口性能比較良好，容易實現(xiàn)人機接口;系統(tǒng)復雜、馮。諾結構、乘法慢，不利實時性，不適合復雜的數(shù)字信號處理。

DSP正在慢慢成為每個現(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)绾斡绊懩愕鸟雎狊w驗?

DSP是數(shù)字信號處理器的首字母縮寫。顧名思義，DSP是專門為音頻信號處理而設計的微處理器。DSP基本上是一個僅為解決音頻處理問題而優(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，以至于您的音頻設備可能會在其電路中集成一個或幾個DSP。

DSP用于各種日常音頻電子產(chǎn)品。要了解 DSP 對您的聆聽體驗的影響，以下是一些您已經(jīng)在使用的 DSP 應用程序：

音頻均衡器(EQ)：DSP用于均衡各種音樂。在錄音棚中使用均衡來控制不同聲音頻率的音量。如果沒有均衡，你會發(fā)現(xiàn)很難聽音樂，因為人聲可能聽起來很弱，樂器聽起來會分散，低音會壓倒所有頻率，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計的不同揚聲器。音頻分頻器通常用于汽車立體聲系統(tǒng)、環(huán)繞聲系統(tǒng)和使用不同尺寸揚聲器驅(qū)動器的揚聲器。

頭戴式耳機/入耳式 3D 音頻：您可以使用揚聲器分頻器以及各種環(huán)繞聲系統(tǒng)實現(xiàn) 3D 音頻。借助隱蔽的 DSP，您的頭戴式耳機和入耳式耳機可以處理音頻，從而在沒有揚聲器的情況下提供 3D 聲音聆聽體驗。DSP 可以通過模擬空間聲場來做到這一點，該空間聲場只需使用耳機即可模擬聲音在 3D 空間中的移動方式。

主動降噪 (ANC)：主動降噪技術使用麥克風記錄低頻噪聲，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)境噪音到達耳膜之前消除環(huán)境噪音。ANC只有在DSP的瞬時處理速度下才能實現(xiàn)。

遠場語音和語音識別：這項技術使您的谷歌主頁，Alexa和亞馬遜Echo能夠可靠地識別您的聲音。語音助手利用 CPU、DSP 和 AI 來處理數(shù)據(jù)，并智能地回答您的查詢和命令。

數(shù)字信號處理器如何工作?

所有數(shù)字數(shù)據(jù)(包括數(shù)字音頻)都表示并存儲為二進制數(shù)(1 和 0)。音頻處理(如 EQ 和 ANC)需要操作這些 1 和 0 才能達到預期的結果。需要像DSP這樣的微處理器來操縱這些二進制數(shù)。雖然您也可以使用其他微處理器，如CPU，但DSP通常是音頻處理應用的更好選擇。

與任何微處理器一樣，DSP使用硬件架構和指令集。

硬件架構決定了處理器的運行方式。DSP通常使用馮·諾依曼和哈佛架構等架構。這些更簡單的硬件架構通常用于DSP，因為它們在與簡化的指令集架構(ISA)配對時足以進行數(shù)字音頻處理。

近年來，隨著通信技術的飛速發(fā)展，DSP已經(jīng)成為信號與信息處理領域里一門十分重要的新興學科，它代表著當今無線系統(tǒng)的主流發(fā)展方向?，F(xiàn)在，通信領域中許多產(chǎn)品都與DSP密切聯(lián)系，例如，Modem、數(shù)據(jù)加密、擴頻通信、可視電話等。而尋找DSP芯片來實現(xiàn)算法最開始的目標是在可以接受的時間內(nèi)對算法做仿真，隨后是將波形存儲起來，然后再加以處理。下圖所示，給出了一個典型的DSP應用系統(tǒng)。數(shù)字蜂窩電話是DSP最為重要的應用領域。因DSP具有強大的計算能力，使得移動通信的蜂窩電話重新崛起，并創(chuàng)造了一批諸如GSM、CDMA等全數(shù)字蜂窩電話網(wǎng)。由于采用DSP 技術，蜂窩電話的更新?lián)Q代變得更為容易，只需在統(tǒng)一的硬件平臺基礎上，通過軟件的不斷升級生產(chǎn)各式各樣的新款手機。

DSP已經(jīng)涉足測量儀表和測試儀器行業(yè)，而且大有取代高檔單片機的趨勢。使用DSP開發(fā)測量儀表和測試儀器可將產(chǎn)品提升到一個嶄新的水平。新款DSP豐富的片內(nèi)資源可以大大簡化儀器儀表的硬件電路，實現(xiàn)儀器儀表的SOC(System On Chip，即片上系統(tǒng))設計。

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

目前DSP正處于一個高速發(fā)展的時期，儀器儀表是DSP的一個重要應用領域，相信DSP的應用會推進儀器儀表的技術革新。

DVD里應用的活動圖像壓縮/解壓縮用MPEG2編碼/譯碼器，同時也廣泛地應用于視頻點播VOD、高品位有線電視和衛(wèi)星廣播等諸多領域。在這些領域里，應用的DSP應該具備更高的處理速度和功能。而且，活動圖像壓縮/解壓技術也日新月異，例如，DCT變換域編碼很難提高壓縮比與重構圖像質(zhì)量，于是出現(xiàn)了對以視覺感知特性為指導的小波分析圖像壓縮方法。新的算法出現(xiàn)，要求相應的高性能DSP。最近，日本各大學和高技術企業(yè)對于開發(fā)虛擬現(xiàn)實VR系統(tǒng)，投入相當力量，利用現(xiàn)代計算機圖像學CG生成3維圖形，迫切需要多個DSP并行處理系統(tǒng)。其中，系統(tǒng)里的結點DSP單元，要求采用與并行處理相適應的體系結構。