数字信号处理DSP的原理及其应用

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DSP数字信号处理（DIGITAL Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。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得到迅速的发展。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。

　　DSP原理与特点


　　数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。DPS原理就是利用计算机或专用处理设备，以数字形式对信号进行采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。

　　数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

　　数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。

　　数字信号处理的实现方法很多，比如 在通用计算机上用软件（如Fortran、C语言）实现；在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；用通用的单片机实现，这种方法可用于一些不太复杂的数字信号处理，如数字控制等；

　　用通用的可编程DSP芯片实现。与单片机相比，DSP芯片具有更加适合于数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法；

　　用专用的DSP芯片实现，在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现，例如专用于FFT、数字滤波、卷积等算法的DSP芯片，这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现，无需软件编程。

　　DSP普遍采用数据总线和程序总线分离的哈佛结构，允许取指令和执行指令进行全部重叠进行；可直接在程序和数据空间之间进行信息传送，减少访问冲突，从而获得高速运算能力。

　　而且大多采用流水技术，即每条指令都由片内多个功能单元分别完成取指、译码、取数、执行等步骤，从而在不提高时钟频率的条件下减少了每条指令的执行时间。DSP通常有三级以上的流水线。

　　在每个时钟周期执行多个操作。针对滤波、相关、矩阵运算等需要大量乘法累加运算的特点，DSP大都配有独立的乘法器和加法器，使得在同一周期内可以完成相乘、累加两个运算。有的DSP可以同时进行乘、加、减运算，大大加快了FFT的蝶形运算速度。

　　DSP系统的应用领域

　　（1）通用数字信号处理：数字滤波、卷积、相关、FFT、自适应滤波、波形发生等。

　　（2）通信领域：高速调制解调器、编/译码器、传真、程控交换机、卫星通信、IP电话等。

　　（3）语音处理：语音识别、合成、矢量编码、语音信箱等。

　　典型DSP系统

　　由DSP器件为核心构成的最小系统包括电压调整器、复位电路、晶体振荡器以及程序存储器和数据存储器（一般利用DSP器件的内部资源）