DSP技术的应用和发展前景

【摘要】数字信号处理（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。本文概述了数字信号处理技术的发展，分析了DSP处理器在多个领域应用状况，介绍了DSP的最新发展，对数字信号处理技术的发展前景进行了展望。

【Abstract】Digital signal processing (DSP) is the one who is widely used in many disciplines involved in many areas of emerging disciplines. This paper outlines the development of digital signal processing technology, processes, analyzes the DSP processor, application status in many areas, introduced the latest developments in DSP, digital signal processing technology for the future development prospects.

【关键词】信号 数字信号处理 信息技术

【Key words】Signal digital signal processing Information Technology

1 什么是DSP？

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xx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。在过去的二十多年，数字信号处理的应用已从军事、航空航天领域扩展到信号处理、通信、雷达、消费等领域。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。

2 DSP的特点

数字信号处理包含数字信号处理技术与数字信号处理芯片。数字信号处理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、压缩和识别等处理，得到符合需要的信号形式。数字信号处理的实现方法一般有以下几种：⑴在通用计算机上用软件实现该方法速度太慢，适于算法仿真；⑵在通用计算机系统上加上专用加速处理机实现该方法专用性强，应用受限制，且不便于系统独立运行；⑶用通用单片机实现这种方式多用于一些不太复杂的数字信号处理，如简单的PID控制算法；⑷用通用可编程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与硬件资源，可用于复杂的数字信号处理处理算法；用专用DSP芯片实现在一些特殊场合，要求信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现，而专用DSP芯片可以将相应的信号处理处理算法在芯片内部用硬件实现，无需编程。

3 DSP的应用

一、数字化移动电话 数字化移动电话尽管花样繁杂，但基本上可划为两大类：高速移动电话和低速移动电话。其中，高速移动电话顾名思义是在高速移动体里使用的电话，诸如可在飞机、轮船和汽车等里自由通话的电话。虽然数字化高速移动通过标准很多，但当今普遍应用的是欧洲GSM（GlobalSyste mforMobileCommunication）标准。自从推出数字化蜂窝式电话机以来，现已遍布全球70多个国家广泛应用。俗称G SM标准的数字化蜂窝电话，叫作数字化大哥大，它具备国际漫游（Roaming）功能，SIMC（SubscriberIdentificat ionModuleCard）给用户带来使用大哥大的方便。现正在扩展数据通信服务能力以及它与ISDN系统兼容性，例如，英国BT公司的Cellnet部已经利用GSM提供数字化数据和传真服务，于是东芝笔记本电脑也安上了数字化的大哥大。 所谓低速移动电话，当然在高速移动体里完全不能应用，然而在步行速度下却很好用，价格远比数字化大哥大便宜，因此称为穷人的大哥大。低速移动电话就其实质而论。它是数字化无绳电话，仍然保持模拟式无绳

电话的子母式结构：子机亦称为手机，可以距母机为百米左右半径内的空间里自由步行移动情况下实现通过话；母机也称为基地站，可作为家庭里的留守电话，也可悬挂在商店的墙壁上，街道的电线柱上，广为分布。由统一的交换设施进行管理，实现无缝交递（SeamlessHandOn）功能。这类低速移动电话式标准很多。例如，欧洲较为普遍应用的DECI （DigitalEuropeanCordlessTelecommunictaion），日本、南韩东南亚应用的PHS（PersonalHandy－phoneSystem ）以及Philips和我国联合开发的DCCT（Digital ChinaCord lessTelephone）。其中，尤以PHS和DECT制式低速移动电话发展较快，我国的DCCT由于缺乏关键性的DSP技术仍处于设计阶段。 数字化移动电话（包括高速和低速）的每个手机，都要用至少1个DSP器，因此，高速发展的数字化移动电话急需极为大量的DSP器件，请参阅照片3。 二、数据调制解调器 从所周知，数字信号处理器的传统应用领域之一，就是调制解调器。如今，调制解调器作为联系通信与多媒体信息处理系统的纽带，日益受到重视。特别是近年来Internet热潮，方兴未艾，普通百姓在Internet上冲浪蔚然成风。利用PC机通过调制解调器经由电话线路，实现拨号连接Internet已是最简便的访问形式。由于Internet用户急剧增加，一度致使28．8Kbps的调制解调器成为市场上的脱销产品。特别是由PC机上利用浏览程序调用活动图像信息时，期望使用数据传送速度更高的调制解调器。为适应这种新需求，国际上已制订出高速（33．6Kbps）调制解调器国际标准。这就意味，在高速调制解调器里需要更高性能的DSP器件。这种33．6Kbps的调制解调器（V．34）是为传送数据而设计的，在此基础上发展出DSVD调制解调器，它既可传送数据又可传送声音。无疑，这样一来将需要更高功能的DSP器件。 随着高性能调制解调器不断出现，似乎低速的调制解调器如像V．17（14．4Kbps）再也没有用武之地。事实上，刚刚相反，如今信息家电抬头，例如PHS母机留守电话与个人FAX一体化的产品大量上市。这就是说，V．17（14 ．4Kbps）型的调制解调器仍有市场。于是，各种调制解调器里要求的DSP也是多种多样的。 三、磁盘／光盘控制器需求 随着多媒体信息化的发展，各种信息存储媒体产品都应运而生，诸如磁盘存储器、CD－ROM和DVD（DigitalVer satileDisk）－ROM新产品纷纷上市。今日的磁盘驱动器H DD，存储容量已相当可观，大型HDD姑且不谈，就连普通P C机的HDD的存储容量已高在1GB以上，详见照片4。小型HD D向高密度、高存储容量和高速存取方向发展，其控制器必须具备高精度和高速响应特性，它所用的DSP性能也是今非昔比，高速DSP是必不可少的关键性器件。日本的HDD技术不能超过美国，于是把主攻方向集中到光盘技术，在19xx年日本第35届ElectronicsShow＇96上，终于把DVD－ROM产品公布于众。而且，日本并不以此为满足，志在夺取可擦写的DVD－RAM。仅就DVD－ROM而论，单面1片12cm盘片记录4．7GB信息量，相当于直径12cm的软盘FD片3200张之多，比CD－ROM存储容量高出6倍。如此高密度的DVD－ROM，读出控制的精细程度可想而知。 HDD和光盘机的控制器里之所以必须利用高速DSP，主要是利用其高速“积和”处理能力。因为，盘片旋转控制、磁头定位控制和光盘中的激光束聚焦控制，都是采数字伺服与系统控制技术。这是现在控制技术，建立在数学模型基础之上。通过复杂的矩阵运算实现控制。没有高速运算的DSP，是绝对不行的。 四、图形图像处理需求 DVD里应用的活动图像压缩／解压缩用MPEG2编码／译码器，同时也广泛地应用于视频点播VOD、高品位有线电视和卫星广播等诸多领域。在这些领域里，应用的DSP应该具备更高的处理速度和功能。而且，活动图像压缩／解压技术也日新月异，例如，DCT变换域编码很难提高压缩比与重构图像质量，于是出现了对以视觉感知特性为指导的小波分析图像压缩方法。新的算法出现，要求相应的高性能DSP。最近，日本各大学和高技术企业对于开发虚拟现实 VR系统，投入相当力量，利用现代计算机图像学CG生成3 维图形，迫切需要多个DSP并行处理系统。其中，系统里的结点DSP单元，要求采用与并行处理相适应的体系结构。 彩色静止图像压缩／解压，现在普遍应

用JPEG标准，其核心算法也是离散余弦变换。JPEG编码／译码器的应用，除了数字化照像机之外，估计彩色打印机和彩色扫描器也将要应用。因此，对于普通DSP的用量，必将日益增长。 五、汽车电子系统及其它应用领域 汽车电子系统日益兴旺发达起来，诸如装设红外线和毫米波雷达，将需用DSP进行分析。如今，汽车愈来愈多，防冲撞系统已成为研究热点。而且，利用摄像机拍摄的图像数据需要经过DSP处理，才能在驾驶系统里显示出来，供驾驶人员参考。

4 DSP技术的发展前景

DSP的发展是非常幸运的，几乎以2倍于半导体工业的增长速度在成长。根据行业分析机构Farward Concepts 的预计，在未来5年时间里，DSP 市场将以12％的年复合增长率增长，该公司总裁Will Strauss 认为：DSP技术在未来几年的发展将远远大于其在问世后xx年之内的发展，并将使人类世界变得前所未有的安全、智能化和联网化

4.1SoC化

SoC(System on Chip)技术是一种高度集成化、固件化的系统集成技术。使用SOC 技术设计系统的核心思想，就是要把整个应用电子系统全部集成在一个芯片中。缩小DSP 芯片尺寸始终是DSP 的技术发展方向。当前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。TI 公司的TMS320C80 代表当今DSP 领域中的最高水平，它在一块芯片上集成了4 个DSP、1 个RISC 处理器、1 个传输控制器、2 个视频控制器。这样的芯片通常称之为MVP（多媒体视频处理器）。它可支持各种图像规格和各种算法，功能相当强。

4.2 高性能化

在数据量飞速提高的同时，更高的运行速度是未来DSP 的必然要求和趋势，从来没有 越发展运行速度越缓慢的可能。从我们的计算机，消费类数字产品等方面来看，更高的性能是必然的趋势。DSP 运算速度的提高，主要依靠新工艺改进芯片结构。DSP 的处理性能按照摩尔定律在飞速提高，双核乃至六核使DSP 的性能轻松实现翻番。目前，TI 的TM320C6X 芯片由于采用VLIWVery Long Instruction Word 超长指令字）结构设计，其处理速度已高达20xxMIPSTMS320C55xTM DSP 系列C55xTM DSP 内核可以为高达600 MIPS 的性能提供300 MHz 时钟频率。当前DSP 器件大都采用0.5μm--0.35μm CMOS工艺，按照CMOS 的发展趋势，DSP 的运算速度再提高100 倍（达到1600GIPS）是完全有可能

4.3 多核化

在多核故事不断上演的今天，DSP 同样也在向多核转变，特别是面向高速、高密度数处理应用。多核DSP 是面向高性能嵌入式应用而出现的一类CMP它在单个芯片内集成了多个DSP 核和其他类型的处理器核。相比单核DSP多核DSP 具有更强的并行处理能力、更优化的功耗管理方法、更方便的编程和调试手段，将成为今后高性能嵌入式应用的核心器件。据ITRS 预测，到20xx年，一个芯片上可以集成的晶体管数目将达32亿个，工艺尺寸则将缩至22 纳米。因此，构建64 核以上的大规模异构多核DSP 已经具备了足够的物理基础。但是，多核DSP 的设计绝不是多个DSP 内核的简单排列或拼凑，仍然面临着许多体系结构设计方面的挑战。其中最主要的挑战就是如何为多核DSP 设计一种数据带宽高、扩展性好、结构灵活、易于编程的数据存储通路，解决多核DSP 访存延迟长、数据带宽不足、扩展性较差等问题，满足多核DSP更高的数据吞吐能力需求，提高访存与计算的并行性。 参考文献：

[1]程佩青，数字信号处理教程[M]，清华大学出版社，20xx

[2]陈杰；曾云；DSP技术的最新发展及其应用现状，半导体技术，20xx09）

[3]孟逢逢,蒋建国的DSP技术的应用及发展

第二篇：多媒体技术的应用及发展趋势

多媒体技术的应用及发展趋势

[摘要]本文分析了多媒体技术在出版业、电视广播业、商业、教育培训等领域的应用，探讨了多媒体技术发展的趋势。

[关键词]多媒体 多媒体技术 教育培训 融合

多媒体技术以数字化为基础，能够对多种媒体信息进行采集、加工处理、存储、和传递，并能使各种媒体信息之间建立起有机的逻辑联系，集成为一个具有良好交互性的系统技术。

目前多媒体技术已经被广泛地应用到社会中的各个领域，并带来了明显效益 。

一、多媒体技术的广泛应用

1．在教育培训中的应用。多媒体为丰富多彩的教学方法又增添了一种新的手段：音频、动画和视频的加入。各种计算机辅助教学软件（CAI）及各类视听类教材图书、培训材料等使现代教育教学和培训的效果越来越好。比如，美国IBM公司将一部动物百科全书制作到一张光盘上，盘中存有229种动物的资料，含700张全屏幕彩色图片，150张动物习性图，45个视频剪辑动画片，高保真的动物声音，交互式游戏，弹出式窗口，学生很容易运行该软件，轻松愉快地学到动物知识。另外，由于各种职业的复杂程度日益增加，必须对从业人员进行职业培训和继续教育。多媒体技术在有些领域的培训工作中发挥着重要的作用，最具有代表性的例子是对飞行员的飞行培训，飞行员在采用多媒体技术的飞行模拟器中模拟进行各种气候条件下的安全飞行，并掌握处理紧急情况的基本技能。这不但能大幅度降低训练成本，而且还可以做飞行员和设备的万无一失。

2．在电视广播业中的应用。在多媒体、互联网的冲击下，电影和电视正经历着被冷落的历程。这是因为人们已不再仅仅满足于被动地接受所喜欢的各种形式的信息，而是要自己切身地参与到信息的交流处理过程中。现代广播电视要求具有灵活的交互功能，能最大限度地服务于观众。据悉美国将于20xx年全面淘汰模拟电视而使用数字电视。这种向数字技术转变的发展趋势势必会引起广播电视技术世界范围内的新一轮技术变革。将来电视台所拥有的丰富的信息资源都以数字化多媒体信息的形式保存在一个巨大的信息库中，用户可以通过计算机网络访问信息库，选择所需要的内容，安排播放的顺序。人们不再满足于被动的接受电视台安排的播放时间观看电视台安排的节目内容，而在任何时间都可以享用电

视台的信息资源。电视台变成了一个公用的多媒体信息库。4．在出版业中的应用。当前，人类知识和信息量的迅猛增长急需一种大容量，便携式的信息载体来代替传统的纸张书籍。随着计算机的普及和多媒体存储技术的发展，信息表现形式丰富多样的多媒体视听产品正在大量地取代纸张。各类电子出版物如电子文献库、电子百科全书、电子字/词典等得到了蓬勃发展。电子书（E—book）正以其大信息量、阅读检索方便、便于携带等鲜明特点而受到越来越多的学习者的青睐。书籍内容的安排方式——非线性的方式越来越接近于人脑中的知识组织方式，这样可大大缩短使用者对知识的掌握和吸收过程。相信在不久的将来，人们将会主要采用阅览电子书这个新的方式来阅读。

总之，就目前的多媒体技术水平来说，已经可以把各种形式的视觉信息和听觉信息进行数字化加工合成。所有靠视觉和听觉传递信息的媒体形式---娱乐行业、广告行业、工商业、新闻传播、教育等都会或多或少的受到多媒体的冲击。 大量的信息一经转化为数字形式便会在计算机网络中迅速传播，这些行业将不得不改变原来的运营模式，以顺应这个数字化、信息化的世界。

二．多媒体技术的发展趋势

伴随着社会信息化步伐的加快，特别是近年来兴起的全球范围“信息高速公路”热潮的推动，多媒体的发展和应用前景将更加广阔。

1. 分布式、网络化、协同工作的多媒体系统。在当前形式下，有线电视网、通信网和因特网这三网正在日趋统一， 各种多媒体系统尤其是基于网络的多媒体系统，如可视电话系统、点播系统、电子商务、远程教学和医疗等将会得到迅速发展。一个多点分布、网络连接、协同工作的信息资源环境正在日益完善和成熟。

2. 三电（电信、电脑、电器）通过多媒体数字技术将相互渗透融合。多媒体技术的进一步发展将会充分地体现出多领域应用的特点，各种多媒体技术手段将不仅仅是科研工作的工具，而且还可以是生产管理的工具、生活娱乐的方式。 如欣赏声像图书馆的各种资料、阅读电子杂志、向综合信息中心咨询、电子购物等。另外，还可以采用多媒体信息形式的远程通信，虽然相距遥远，但其交谈和合作的感受却如同相聚一室。

3. 以用户为中心，充分发展交互多媒体和智能多媒体技术与设备。对于未来的多媒体系统，人类可用日常的感知和表达技能与其进行自然的交互，系统本身不仅能主动感知用户的交互意图，而且还可以根据用户的需求做出相应的反应，系统本身会具有越来越高的智能性。

总之，新一代的多媒体将是网络多媒体、交互多媒体、自适应多媒体。多媒

体技术作为一种整体性的技术，它的研究和发展需要多方面专家的合作，它的完善与成熟将是多学科、多领域、多技术共同发展的结果。

参考文献

[1]胡晓峰等. 多媒体技术教程[M].北京:人民邮电出版社,20xx