实时数字信号处理概述

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1、2实时数字信号处理技术概述2.1绪论2.2实时数字信号处理系统的组成2.3数字信号处理器的选择和发展2.4实时数字信号处理系统的设计2.1绪论信号类型：连续时间信号（模拟信号）、离散时间信号、数字信号模拟信号：有源、无源器件处理随着信息科学和微电子技术的快速发展，数字信号处理的理论及数字信号处理器己广泛应用于通信、家电、航空航天、工业测量和控制、生物医学工程及军事等许许多多的领域。由于设计和实现一个实时的数字信号处理系统不仅需要系统地掌握信号处理的理论，而且要熟练地掌据DSP硬件的知识，因此，对设计者的要求是非常高、也是相当全而的。介

2、绍实时数字信号处理系统的基本概念。2.2实时数字信号处理系统的组成数字信号处理实现：非实时与实时非实时：PC机等实时：1、快速的算法、高效的编程；2、高性能的硬件支持。完成实时数字信号处理任务的高性能硬件包括：DSPs、FPGA等器件。另外还有输入/输出通道、通信（串、并行）、人机接口、总线（PCI、USB、VXI、3xBUS、LAN、CAN）等，整个系统的协调运行还要依靠正确的逻辑控制电路设计。2.2.1输入、输出通道输入通道：放大器、抗混叠滤波器、ADC放大器：放大倍数(增益)、带宽、电平、耦合形式[直流（视频）、交流（变压器耦合

3、、中频）]抗混叠滤波器：低通为主（中频带通）、截止频率ADC：精度（位数）、采样频率（视频、中频）、SNR≈6BdB(16BIT:96dB)、并串、自校验等输入通道重要：a.应用情况；b.量化噪声（ADC为主）；c.设计难度。输出通道：DAC、重构滤波器、放大器（如CD播放机）DAC：精度（位数）、采样频率（速度）、并串、处理（内插滤波）重构滤波器：低通、截止频率放大器：变压器（差分变单端）、电流、电压、带宽、驱动能力等2.2.2DSP硬件2.2.2.1数字信号处理器的特点实时数字信号处理技术的核心和标志是数字信号处理器(DSPs)。

4、第一个DSPs（TMS32010）以来，处理器技术水平得到了十分迅速的提高，而FFT等提出促进DSPs的发展。DSPs有别于普通的科学计算与分析，它强调运算处理的高速实时性，因此DSPs除了具备普通微处理器所强调的高速运算和控制功能外，针对高速实时数字信号处理，在处理器结构、指令系统、指令流程上做了很大的改动，其结构特点如下：①DSP采用数据和程序总线分离的哈佛结构及改进的哈佛结构，而非冯·诺依曼结构，指令执行速度更高；②DSP大多采用流水技术，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；③片内有多条总线可以同时进行取指令和

5、多个数据存取操作，并且有辅助寄存器用于寻址，它们可以在寻址访问前或访问后自动修改内容，以指向下一个要访问的地址；④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，使得同一时钟周期内可以完成相乘、累加两个运算，许多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；⑤许多DSP带有DMA通道控制器，以及串行通信口等，配合片内多总线结构，数据块传送速度大大提高；⑥配有中断处理器和定时控制器，可以很方便地构成一个小规模系统；⑦具有软、硬件等待功能，能与各种存储器接口。2.2.2.2DS

6、P硬件比较2.3DSPs的选择和发展DSP的应用范围十分广阔，不同的应用领域和不同的性能需要不同类型的DSP。在军事和尖端科技领域，对性能因素的考虑远远高于对成本等因素的考虑，因而这一应用领域总是集中体现了当今最先进的DSP发展水平。而在广阔的民用产品设计中，成本和性能同样重要，例如定点DSP的成本远低于浮点DSP，通信、语音、图像处理往往采用定点DSP就可以满足要求。定点DSP功耗也较低，一般在0.5～1.5W，其低电压（2.5V、3.3V）型仅200mw以下，而且在休眠模式下（Powerdown或Sleep）功耗更低。浮点DSP由

7、于片内集成度、运算复杂性较高，功耗是定点DSP的3～5倍。因而过去和现在定点DSP在应用广泛性上占主导地位。但随着VLSI技术的发展，决定芯片生产成本的因素中，生产批量的大小起着越来越大的作用，尽管浮点DSP的结构复杂、集成度很高，如果它能获得市场的承认而得到广泛应用，其价格会大幅度下降。另外，各种DSP面向不同应用领域，有其各自的结构和功能特点。以TMS320系列为例，TMS320F240适合于电机控制，TMS320C54X适合于通信及语音处理，TMS320C80则面向多媒体应用，雷达、声纳信号处理所需要的大动态范围和高速实时处理需

8、要TMS320C4X／C67X这样的高性能或并行DSP。综合起来，选择合适的DSP所应考虑的主要方面有：①性能指标指令速度MIPS或运算速度MFLOPS，考虑是否必须多片并行处理。高速实时信号处理要求DSP处理系统必须在