DSP是什么？詳解DSP又稱數字信號處理器

　 ? DSP是什么

　　DSP又稱數字信號處理器。數字信號處理是將信號以數字方式表示并處理的理論和技術。數字信號處理與模擬信號處理是信號處理的子集。數字信號處理的目的是對真實世界的連續模擬信號進行測量或濾波。因此在進行數字信號處理之前需要將信號從模擬域轉換到數字域，這通常通過模數轉換器實現。而數字信號處理的輸出經常也要變換到模擬域，這是通過數模轉換器實現的。

　　數字信號處理（Digital Signal Processing， DSP）與數字信號處理器（Digital Signal Processor，DSP）兩者的縮寫都是DSP，但凡是電子信息類專業的同學，都知道DSP是這個學科最重要的專業基礎課程之一，但實際上，很多朋友對這兩個DSP還有不少的誤解。

　　數字信號處理是“是將信號以數字方式表示并處理的理論和技術”，這是維基百科的定義。在我們更多人的理解中，數字信號處理更多的是指理論方面，比如采樣定理、Z變換、線性時不變理論、濾波器及其設計方法（包括FIR與IIR）、頻譜分析（DFT，FFT）等內容。更高級的數字信號處理內容還包括自適應濾波、功率譜估計、多速率信號處理、小波變換等等。如果把這個框擴大一些，如定義所言，凡是以數字方式處理信號的理論均屬于數字信號處理的范疇。

　　數字信號處理器則更多的是指具體的實現技術方面，也即是說是一類專門用于實現數字信號處理算法的半導體器件。這類器件主要針對數字信號處理典型算法如FIR濾波、FFT等專門優化了內核硬件結構。比如在尋址方式上提供圓周尋址以更有效地實現FIR濾波；再比如針對FFT算法中的位反轉運算，提供了專門的指令；凡此等等，不一而足。只是因為這些有別于通用處理器的設計，使得數字信號處理器非常適合數字信號處理算法應用比較多的場合，比如在通信、語音、視頻、雷達等許多的領域。

　　這兩者的聯系是明顯的。數字信號處理提供思想武器和理論支持，是高高在上的領導者；數字信號處理器在理論的指導下，實實在在地實現某個算法的功能，是腳踏實地的實踐者。針對某個特定的應用，如果沒有成熟的算法，即便是DSP硬件電路搭建得再好，DSP的編程語言再熟悉，終究是解決不了問題。反過來說，如果算法成熟，如果沒有設計優良的硬件電路，沒有編寫完善的軟件代碼，同樣也很解決不了問題。在這個意義上，兩者相互依存，解決實際問題缺一不可。

　　同樣，這兩者的區別也是明顯的。數字信號處理更偏重理論的分析和推導，常用的工具是數學語言。數字信號處理器更偏重實踐，常用的工具是硬件設計的輔助軟件和專門的編程環境和編程語言。數字信號處理更本質，具有更大的普遍性?；镜睦碚撚啦贿^時。比如說數字信號處理基礎的兩大柱石濾波器設計與頻譜分析，多少年來，一代又一代的人在不斷學習。而數字信號處理器則具有易變性。隨著半導體技術的不斷發展，新的芯片層出不窮，今天還是功能強大的新芯片，明天可能就成了過時品，在市面上難覓蹤影。另外，數字信號處理器只是實現數字信號處理的一類芯片，除此之外，其它類型的芯片同樣可以實現數字信號處理算法，比如FPGA，功能可能更強大，從這個角度更能體現數字信號處理的普遍性。

　　DSP的全稱為Digital Signal Process，即數字信號處理技術，DSP芯片即指能夠實現數字信號處理技術的芯片。近年來，數字信號處理器（DSP）芯片已經廣泛用于自動控制、圖像處理、通信技術、網絡設備、儀器儀表和家電等領域;DSP為數字信號處理提供了高效而可靠的硬件基礎。DSP芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的DSP指令。

　　DSP特點

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　　DSP芯片是一種具有特殊結構的微處理器。該芯片的內部采用程序和數據分開的哈佛結構，具有專門的硬件乘法器，廣泛采用流水線操作，提供特殊的指令，可以用來快速地實現各種數字信號處理算法。

　　TMS320x24x系列數字信號處理器是TI公司推出地一種面向數字馬達控制、嵌入式控制系統和數字控制系統開發的新型可編程DSP芯片。LF2407是x240x系列DSP控制器*能最強、片上設施最完備地一個型號，被廣泛用于代碼開發、系統仿真及實際系統中，其主要特點：

　?。?） 采用高性能靜態CMOS技術，使得供電電壓降為3.3V，減小了控制器的功耗;30MIPS的執行速度使得指令周期縮短到33ns（30MHz），從而提高了控制器的實時控制能力。

　?。?） 兩個事件管理器模塊EVA和EVB，每個包括：兩個16位通用定時器;8個16位的脈寬調制（PWM）通道。適用于控制交流感應電機、無刷直流電機、步進電機和逆變器等。

　?。?） 10位A/D轉換器最小轉換時間為500ns，可選擇由兩個事件管理器來觸發兩個8通道輸入A/D轉換器或一個16位通道輸入的A/D轉換器。

　　DSP分類

　　基于DSP芯片構成的控制系統事實上是一個單片系統，因為整個控制所需的各種功能都可由DSP芯片來實現。因此，可以減小目標系統的體積，減少外部元件的個數，增加系統的可靠性。對于那些性能和精度要求高、實時性強、體積小的場合，基于DSP芯片來構成控制系統是具有很高性能價格比的實現方法。DSP芯片可以按照下列三種方式進行分類。

　　按基礎特性分---如果在某時鐘頻率范圍內的任何時鐘頻率上，DSP芯片都能正常工作，這類DSP芯片一般稱為靜態DSP芯片。如果有兩種或以上的DSP芯片，它們的指令集和相應的機器代碼機管腳結構相互兼容，則這類DSP芯片稱為一致性DSP芯片。

　　按數據格式分---數據以定點格式工作的DSP芯片稱為定點DSP芯片，不同浮點DSP芯片所采用的浮點格式不完全一樣，有的DSP芯片采用自定義的浮點格式，而有的DSP芯片則采用IEEE的標準浮點格式。

　　按用途分---按照DSP的用途來分，可分為通用型DSP芯片和專用型DSP芯片。

　　DSP應用

　　自從DSP芯片誕生以來，DSP芯片得到了飛速的發展。DSP芯片高速發展，一方面得益于集成電路的發展，另一方面也得益于巨大的市場。在短短的十多年時間，DSP芯片已經在信號處理、通信、雷達等許多領域得到廣泛的應用。DSP芯片的應用主要有：

　?。?）信號處理——如，數字濾波、自適應濾波、快速傅里葉變換、相關運算、頻譜分析、卷積等。

　?。?）通信——如，調制解調器、自適應均衡、數據加密、數據壓縮、回坡抵消、多路復用、傳真、擴頻通信、糾錯編碼、波形產生等。

　?。?）語音——如語音編碼、語音合成、語音識別、語音增強、說話人辨認、說話人確認、語音郵件、語音儲存等。

　?。?）圖像/圖形——如二維和三維圖形處理、圖像壓縮與傳輸、圖像增強、動畫、機器人視覺等。

　?。?）軍事——如保密通信、雷達處理、聲納處理、導航等。

　?。?）儀器儀表——如頻譜分析、函數發生、鎖相環、地震處理等。

　?。?）自動控制——如引擎控制、深空、自動駕駛、機器人控制、磁盤控制。

　?。?）醫療——如助聽、超聲設備、診斷工具、病人監護等。