DSP技术前景展望

摘要：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、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。 DSP技术的应用

关键字：数字信号、通信系统、DSP技术

一、DSP技术定义

DSP是Digital Signal Processing的缩写，表示数字信号处理器，信息化的基础是数字化，数字化的核心技术之一是数字信号处理，数字信号处理的任务在很大程度上需要由DSP器件来完成，DSP技术已成为人们日益关注的并得到迅速发展的前沿技术。

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。

二、DSP最新技术前沿开发

日前，德州仪器(TI) 宣布作为公司多内核 DSP 核心器件的 TMS320C66x DSP 内核实现了前所未有的性能突破，从而将一如既往地引领业界最高性能数字信号处理器 (DSP) 的发展趋势。TI 的 C66x DSP 频率高达 1.5 GHz，远远超越了业界任何其他 DSP 的性能，其定点和浮点性能在第三方分析公司 Berkeley Design Technology (BDTI) 进行的基准测试中均获得最高分。 

TI 负责 DSP 系统业务的副总裁 Niels Anderskouv 指出：“即便是对于高级多内核器件，内核性能也是非常重要的。就无线基站而言，我们的 C66x 内核结合功能强大的加速器能够确保吞吐量和空间效率的不断提升，而且单位比特的功耗也将持续下降。对于关键任务型高端影像、测试以及自动化市场的多内核客户而言，这意味着他们现在所能构建的产品是他们几个月之前还不敢想象的。我们的 C66x DSP 和 KeyStone 多内核架构堪称业界的重大突破，这还只是我们在今后一年到一年半时间内好戏的刚刚开始，今后的性能和创新必将更加精彩。” 

三、DSP器件的应用

　世界上没有完美的处理器，DSP不是万能的。DSP器件的特点使得它特别适合嵌入式的实时数字信号处理任务。

实时的概念

　实时的定义因具体应用而异。一般而言，对于逐样本 (sample-by-sample) 处理的系统，如果对单次样本的处理可以在相邻两次采样的时间间隔之内完成，我们就称这个系统满足实时性的要求。即：tproess>tsample，其中，tproess代表系统对单次采样样本的处理时间，tsample代表两次采样之间的时间间隔。举例来说，某个系统要对输入信号进行滤波，采用的是一个100阶的FIR滤波器，即。假设系统的采样率为1KHz，如果系统在1ms之内可以完成一次100阶的FIR滤波运算，我们就认为这个系统满足实时性的要求。如果采样率提高到10KHz，那么实时性条件也相应提高，系统必须在0.1ms内完成所有的运算。需要注意，tproess还应当考虑各种系统开销，包括中断的响应时间，数据的吞吐时间等。

嵌入式应用

　嵌入式应用对系统成本、体积和功耗等因素敏感。DSP器件在这些方面都具有可比的优势，因此DSP器件特别适合嵌入式的实时数字信号处理应用。反过来，对于某一个具体的嵌入式的实时数字信号处理任务，DSP却往往不是唯一的，或者是最佳的解决方案。我们看到，越来越多的嵌入式RISC处理器开始增强数字信号处理的功能；FPGA厂商为DSP应用所做的努力一直没有停止过；针对某项特定应用的ASIC/ASSP器件的推出时间也越来越快。开发人员面临的问题是如何根据实际的应用需求客观地评价和选择处理器件。表2对给出了这些器件之间的一些简要对比。

四、DSP目前的主要应用领域

 DSP技术在数据通信、汽车电子、图像处理以及声音处理等领域应用广泛。

（1）数字化移动电话

数字移动电话可划为两大类：高速移动电话和低速移动电话。而无论是高速移动电话还是低速移动电话，都要用至少1个DSP，因此，高速发展的数字化移动电话急需极为大量的DSP器件。

（2）数据调制解调器

数字信号处理器的传统应用领域之一，就是调制解调器。调制解调器是联系通信与多媒体信息处理系统的纽带。利用PC机通过调制解调器经由电话线路，实现拨号连接Internet是最简便的访问形式。由于Internet用户急剧增加，由PC机上利用浏览程序调用活动图像信息量增大，就需要使用数据传送速度更高的调制解调器。这就意味，在高速调制解调器里需要更高性能的DSP器件。

（3）磁盘／光盘控制器需求

多种信息存储媒体产品的迅速发展，诸如磁盘存储器、CD－ROM和DVD（DigitalVersatileDisk）－ROM的纷纷上市。今日的磁盘驱动器HDD，存储容量已相当可观，大型HDD姑且不谈，就连普通PC机的HDD的存储容量也远在1GB以上，小型HDD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。

 （4）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。这些领域应用的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。

（5）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，诸如装设红外线和毫米波雷达，将需用DSP进行分析。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。因此，DSP在汽车电子领域的应用也必然会越来越广泛。

五、DSP未来应用领域的前景

（1）宽带 Internet 接入业务

Internet 已经被大量应用，但尚未达到普及。今后 Internet 会重点向宽带发展。2000年底全球大约有2.5亿人使用 Internet ，分析家预测到2004年使用 Internet 的人数要超过5亿。 Internet 用户数的增长是因为住宅小区宽带业务的增长。在美国，宽带用户会从2000年的500万户跳跃到2004年的4500万户。用户端的宽带 Internet 接入设备如ADSL、VDSL、 Modem 等的需求量极大。

　世界范围内局端宽带基础设备也有巨大的市场。 Modem 和PC机制造商包括 Alcatel 、 Tosh ib a 、 Com paq 、 Gate - way、IBM、 Actiontec 、 Siem ens 、 Ericsson 、 Hyundai 、华为等。

（2）下一代无线通信系统的发展

　下一代无线通信系统(2 .5 G 、3G)要为用户提供无线宽带接入和语音、视频、数据的融合服务。为了获得多媒体效果，如短消息、视频会议和3D交互式游戏等等，供应商不仅要满足基带信号处理的要求，还必须满足无线系统的多媒体处理功能。新一代无线通信系统必须采用基于DSP和GPP结构的复合处理器，如TI的OMAP处理器，其中DSP完成实时多媒体信号处理，GPP完成管理和控制功能。未来的手机既要有通话和收发视频图像的功能，又要具有PDA功能。2002年全球无线用户有10亿，2004年手机销售将达到53亿部，复合年增长率为40%，所有的手机均离不开高性能、低功耗、低成本的DSP。

（3）数字消费电子市场的兴起

　消费电子正在全面数字化，几年前就有的VCD、DVD、MP3播放机等。现在音频广播，电视广播也在向数字化迈进，HDTV接收机、SDTV电视机、机顶盒及数字广播收音机等已经或都将进入市场。MP3播放机方兴未艾，1999年MP3用DSP套件订货量为100万套，2000年增长3倍，2003年急增至3200万套，从1999年至2003年间复合年增长率(C AGR ) 达到141%。另一个DSP销量巨大的市场是数码相机，2000年数码相机有1160万套订货量，2003年的销量会翻一倍，预期为2500万套。

（4）汽车电子市场的发展

　汽车电子是继家电、通信和计算机之后，另一个大有前途的领域。据预测，到2010年中国的轿车将猛增至4000万辆。汽车工业的发展必然带动汽车电子的发展。在国外，电子产品约占整车费用的30%，在中国目前只占到整车费用的15%-20%。汽车电子包括汽车上的娱乐装置，远程信息处理和自动控制装置，这些设备都离不开DSP。

（5）细分的DSP产业链

DSP的发展己有25年历史了，DSP芯片己达到相当高的水平，现在国际上已形成包括DSP芯片设计、制造，DSP开发工具研制生产、应用和咨询共同组成的产业链。全球有5万多客户选用TI定制的软件开发环境，使他们能非常容易地将DSP结合到他们的系统中去。围绕DSP周边的业务就由许许多多的称为第三方(T hird Party ) 的小公司承担，TI的 Third Party 有650多家公司，他们生产数千种基于DSP的产品。围绕DSP芯片产业化可以成立公司的业务很多，概括起来有以下一些：

（6）DSP应用软件

　符合各种国际和区域性标准的语音、图像、视频、数据通信等DSP软件。例如不少公司从事 ITU - T G.系列语音压缩编码标准的DSP编程，如 G.711 、 G.722 、 G.726 、 G.728 、 G.723 、 G.729 等。音频编码有MPEG1，2，4的MP3、AAC， Dolb y 的AC-3等。图像编码有JPEG、J PEG2000 、 H.261 、 H.263 、 H.2 。数据通信就更多了，如各种传输速率的 Modem 、xDSL、 Cable Modem ，还有回声抵消、DTMF等都有很大的市场。

（7）DSP应用系统开发

　 GSM手机、MP3播放机、数码相机、空调、无线局域网、蓝牙、PDA等。

DSP咨询

　　国外有一些DSP的咨询公司，他们起到DSP用户和DSP芯片供应商、DSP第三方之间的桥梁作用，也会为客户提供设计、提供软件和硬件及出版资料图书，有些还办培训班。

六、中国DSP市场发展现状及前景

    中国是发展中的大国，应用方面中国一直保持着与国际上DSP技术同步的态势，从DSP芯片面世开始，中国就有单位应用、销售DSP芯片。随着中国社会数字化、信息化的进展和中国经济的持续稳定增长，刺激了电子信息产业和市场的快速发展，推动了DSP的广泛应用。2002年我国DSP市场的销售额为93亿元，比上年增长了46.7%，而且还是在全球经济不景气的状况下取得的。

　　2002年中国市场上，移动电话、数码相机等DSP产品的主要应用领域走势良好，需求旺盛，成为推动中国DSP市场持续增长的主要因素。中国新兴的数字消费类电子产品进入增长活跃期，市场呈现高增长态势，用户认知率和普及率大幅度提高，而上述市场的高速增长带动了DSP市场的高速发展。此外，计算机、通信和消费类电子产品的数字化融合也为DSP提供了进一步的发展机会。

　　目前，在VoIP、 Internet Audio 、DSL、 Cable Modem 、3G、数字相机和马达控制等需要实时处理大量数据应用中都可见到DSP的身影。目前，中国DSP市场的主要应用集中在移动电话领域，然而随着中国数字消费类产品需求的大幅增长，及DSP对数字信号高速运算与同步处理能力的提高，DSP的应用领域将逐渐从移动电话领域扩展到新型数字消费类产品领域，从而使应用领域横跨3C整个领域，且分布将日趋均衡。DSP芯片在数字消费类产品中主要从事图像压缩与传输等图像信号的处理，语音的编码、合成、识别及高保真等语音信号的处理及通信信号的调制解调、加密、多路复用、扩频、纠错编码等处理。

　　参考文献：（1）DSP技术的最新发展及其应用现状  魏晓云 陈杰 曾云（中国科学院微电子中心，湖南大学应用物理系）半导体技术. 2003年 28卷 9期

（2）DSP巨头展望产业前景  电子工程专辑 2006、12、31

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