DSP(digital signal processor)是一种独特的
微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收
模拟信号,转换为0或1的
数字信号。再对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序,远远超过通用微处理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特 {MOD}。
DSP微处理器(芯片)一般具有如下主要特点:
(1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法;
(2)程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据;
(3)片内具有快速RAM,通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问;
(4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持;
(5)快速的中断处理和硬件I/O支持;
(6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器;
(7)可以并行执行多个操作;
(8)支持流水线操作,使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
当然,与通用微处理器相比,DSP微处理器(芯片)的其他通用功能相对较弱些。
DSP优点:
对元件值的容限不敏感,受温度、环境等外部参与影响小;
容易实现集成;VLSI
可以分时复用,共享处理器;
方便调整处理器的系数实现自适应滤波;
可实现模拟处理不能实现的功能:线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等;
可用于频率非常低的信号。
DSP缺点:
需要模数转换;
受采样频率的限制,处理频率范围有限;
数字系统由耗电的有源器件构成,没有无源设备可靠。
但是其优点远远超过缺点。
DSP技术的应用
语音处理:语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。
图像/图形:二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。
军事;保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。
仪器仪表:频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。
自动控制:控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。
医疗:助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。
家用电器:数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。
生物医学信号处理举例:
CT机示例
CT:计算机X射线断层摄影装置。(其中发明头颅CT英国EMI公司的豪斯菲尔德获诺贝尔奖。)
CAT:计算机X射线空间重建装置。出现全身扫描,心脏活动立体图形,脑肿瘤异物,人体躯干图像重建。
心电图分析。
基于DSP的智能视频监控系统
传统的视频监视系统是简单的非智能闭路电视(CCTV)系统,其缺点十分明显。这样的系统或者需要安保人员实时监视画面以捕捉关键事件,或者需要在事后对视频记录进行回放并进行人工分析。耗时耗力,成本高而效率低。近几年,DSP在智能视频监控系统方面的应用不断完善,正在逐渐取代传统的模拟非智能系统。
iSuppli公司2006年的一份分析报告曾指出,IP视频监控系统市场到2010年将增长近十倍。 IP监控的创新技术之一是“智能摄像机”,它拥有强大的数字信号处理器,能探测威胁并触发自动响应。可见,DSP芯片是智能监控的核心。
基于DSP的语音实时变速系统
在外语多媒体教学中,要求对语速进行快慢控制,以适应不同程度学生的需求。然而,传统的语音变速产品往往在教师改变语速的同时,也改变了原说话者的语调,不能达到教学的真正目的。因此,语音变速系统应当具备调整语速的同时,还需要保证原说话者语调保持不变的特点。基于DSP(TMS320C5409)的语音实时变速系统能够任意调整语音语速,达到外语多媒体教学的需求。
DSP的发展轨迹
DSP产业在约40年的历程中经历了三个阶段:第一阶段,DSP意味着数字信号处理,并作为一个新的理论体系广为流行。随着这个时代的成熟,DSP进入了发展的第二阶段,在这个阶段,DSP代表数字信号处理器,这些DSP器件使我们生活的许多方面都发生了巨大的变化。接下来又催生了第三阶段,这是一个赋能(enablement)的时期,我们将看到DSP理论和DSP架构都被嵌入到SoC类产品中。” 第一阶段,DSP意味着数字信号处理 。 80年代开始了第二个阶段,DSP从概念走向了产品,TMS32010所实现的出 {MOD}性能和特性备受业界关注。方进先生在一篇文章中提到,新兴的DSP业务同时也承担着巨大的风险,究竟向哪里拓展是生死攸关的问题。当设计师努力使DSP处理器每MIPS成本降到了适合于商用的低于10美元范围时,DSP在军事、工业和商业应用中不断获得成功。到1991年,TI推出价格可与16位微处理器不相上下的DSP芯片,首次实现批量单价低于5美元,但所能提供的性能却是其5至10倍。 到90年代,多家公司跻身DSP领域与TI进行市场竞争。TI首家提供可定制 DSP——cDSP,cDSP 基于内核 DSP的设计可使DSP具有更高的系统集成度,大加速了产品的上市时间。同时,TI瞄准DSP电子市场上成长速度最快的领域。到90年代中期,这种可编程的DSP器件已广泛应用于数据通信、海量存储、语音处理、汽车电子、消费类音频和视频产品等等,其中最为辉煌的成就是在数字蜂窝电话中的成功。这时,DSP业务也一跃成为TI最大的业务,这个阶段DSP每MIPS的价格已降到10美分到1美元的范围。 21世纪DSP发展进入第三个阶段,市场竞争更加激烈,TI及时调整DSP发展战略全局规划,并以全面的产品规划和完善的解决方案,加之全新的开发理念,深化产业化进程。成就这一进展的前提就是DSP每MIPS价格目标已设定为几个美分或更低。