数字信号处理浅析【文献综述】

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毕业论文文献综述通信工程数字信号处理浅析摘要：数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处理在理论上发展推动了数字信号处理应用的发展。反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。而数字信号处理的实现则是理论和应用的桥梁。关键字：数字信号处理；应用；发展；桥梁一.DSP概述1.1定义DSP是DigitalSignalProcessing（数字信号处理）或DigitalSignalProcessor（数字信号处理器）的缩写，因此DSP包含两种含义：第1种指基于数字信号处理理论的技术和方法；第2种指适宜实现数字信号处理算法的微处理器芯片以及实现方法[1]。1.2系统组成我们所遇见的科学和工程领域的大多数信号在本质上都是模拟的，即信号所对应的函数中的变量是连续变化的，例如时间或空间，这些变量的取值范围也是连续区间。为了对信号进行数字化处理，模拟信号和数字处理器之间需要一个接口，这个接口叫做A/D转化器，A/D转化器的的输出就是数字信号，并且作为数字信号处理器的输入。在实际应用中，数字信号处理器的输出需要以模拟的形式送给用户，例如语音信号。因此还需要一个接口，实现数字信号到模拟信号的转换，这种接口叫D/A转换器[2],如图1。为了保证模拟到数字转换器的转换准确度，可以在A/D转化器前增加一个模拟低通滤波器（LPF），LPF主要用来滤除模拟信号中的高频噪声；同样，数字信号转换成模拟信号后，信号通过一个带通滤波器（BPF）平滑滤波，输出平滑的模拟信号。1.3DSP芯片基本结构DSP芯片的基本结构包括：（1）哈佛结构4 哈佛结构的主要特点是将程序和数据存储在不同的存储空间中，即程序存储器和数据存储器是两个相互独立的存储器，每个存储器独立编址、独立访问。与两个存储器相对应的是系统中设置了程序总线和数据总线，从而使数据的吞吐率提高了一倍。由于程序和数据存储在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠进行。（2）流水线操作DSP芯片广泛采用流水线，以减少指令执行的时间，从而增强了处理器的处理能力。处理器可以并行处理2~4条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。（3）多总线结果许多DSP芯片内部都采用了多总线结构，这样可以保证在一个机器周期内，同时访问数据和程序存储空间。因此可以解决传统芯片的总线冲突问题，使系统的速度和效率大大提高。（4）专用的硬件乘法器乘法速度越快，DSP的性能越高。由于具有专用的应用乘法器，乘法可在一个指令周期内完成。（5）特殊的DSP指令为了更好地满足数字信号处理应用的需要，在DSP指令系统中，设计了一些特殊的DSP指令，以完成一些专门的运算。（6）快速的指令周期哈佛结构、流水线操作、专用的硬件乘法器、特殊的DSP指令再加上集成电路的优化设计，可使DSP芯片的指令周期在50ns以下，现在高档的DSP指令周期可以达到5ns[3][4]。1.4DSP芯片特点DSP芯片，也称数字信号处理器，是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器，其主要应用是实时快速地实行各种数字信号处理算法[5]。根据数字信号处理的要求，DSP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纵。（8）支持流水线操作，使取指、译码和执行等操作可以并行执行[6]。二．DSP应用举例2.1基于DSP的语音信号FIR滤波器系统实现4 语音（源）编码是在无线通信中的一项重要DSP应用。在带宽有限的通信信道中，语音编码器被采用压缩语音信号。用于无线通信的最普通的语音编码器，将语音采样从64b/s（千比特/秒）压缩到6~13b/s范围[7]。用DSP中的一款高性能多媒体数字语音编解码器来采集语音信号，采集到的语音再经一系列变换进行FIR滤波，最终输出高品质的语音信号[8]。2.2基于DSP的调频调制器设计基于软件无线电的思想实现了基于DSP的调频调制器。系统的硬件部分以TMS320VC5402数字信号处理器(DSP)为核心，并使用主机接口(HPI)和PC机实时通信；软件部分由DSP算法程序和主机用户程序两部分组成，DSP算法程序负责完成信号调制等实时处理，主机用户程序负责完成对DSP的控制和通信以及用户交互。该系统充分发挥了通用计算机的灵活性和DSP的高速实时处理能力[9]。2.3直流无刷电机在控制直流无刷电机的DSP控制系统中，直流无刷电机运行过程要进行两种控制：一种是转速控制，也就是控制给定子线圈的电流；另一种是换相控制，在转子到达指定位置改变定子导通相，实现定子磁场改变，这种控制实际上实现了物理电刷的机制。因此这种电机需要有位置反馈机制，比如霍尔元件、光电码盘，或者利用梯形反电动势特点进行反电动势过零检测等。电机速度控制也是根据位置反馈信号，计算出转子速度，再利用PI或PID等控制方法，实现调节PWM占空比等来实现定子电流调节，因此，控制芯片要进行较多的计算过程[10][11]。三．DSP技术发展趋势随着DSP芯片的品种和技术档次不断提高以及向多功能化、高性能化、低功耗化方向发展，DSP日益进入人们的生活。近几年，DSP技术发展很快，表现在以下几个方面：·更新速度快，新产品不断推出，许多旧型号相继停产；·速度越来越快，内部结构越来越复杂，功能越来越强；·封装尺寸小型化，广泛采用表贴或BGA形式；·功耗低，低电压工作，I/O电压3.3V，内核电压从2.5V、1.8V到1.6V；·软件开发工具越来越完善，用高级语言设计已经成为一种趋势。未来的DSP理想设计模式是，设计人员编写通用的C程序，其中调用各名称和参数规范的优化算法函数，当DSP或DSP电路板升级时，只要将C程序在新的DSP开发环境下重新编译和链接，就能生成与实际电路匹配的可执行代码[12]。四．总结数字信号处理（DigitalSignal4 Processing）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。数字信号处理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。数位化脚步的加快，让更多的数位消费性电子产品中可见到DSP的身影。在方兴未艾的消费性电子市场，DSP将继续带领为数众多的消费大众，进入更为细致的数位世界。参考文献[1]张小鸣.DPS控制器原理及应用[M].北京：清华大学出版社，2009.2[2]Proakis,J.G等.USA:DigitalSignalProcessing:Principles,AlogrithmsandApplicationsThirdEdition[M].2004,5[3]清源科技编著.TMS320C54xDSP应用程序设计教程[M].北京：机械工程出版社，2004.1[4]卢靖.数字信号处理器DSP在通信系统中的应用[J].《科海故事博览·科技创新》，2008年第12期[5]付丽琴等，数字信号处理原理及实现[M]，北京：国防工业出版社，2004.6[6]张小虹等，数字信号处理[M],北京：机械工业出版社，2008.8[7]Kuo.S.M.,Lee.B.H.实时数字信号处理[M].北京：中国铁道出版社，2004.11[8]徐向美，黄乡生，基于DSP的语音信号FIR滤波系统的实现[J],电子元器件应用，2008.5[9]符发，易家博，基于DSP的调频调制器设计[J]，现代电子技术，2008年第7期[10]于水生，DSP芯片介绍及选型[J]，单片机与嵌入式系统应用，2006年第4期[11]韩安太，刘峙飞，黄海，DSP控制器原理及其在运动控制系统中的应用[M]，北京：清华大学出版社，2003[12]苏涛，蔺丽华，卢光跃，张林让，DSP实用技术[M]，西安：西安电子科技大学出版社，2002.6[13]AndrewBateman,LainPatersonStephens,TheDSPHandboodAlgorithms,ApplicationsandDesignTechniques.PersonEducationLimited[M],20024