浅谈DSP技术发展前景

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论文题目：浅谈DSP技术发展前景

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浅谈DSP技术发展前景

目录

第一章 绪论

1.1 DSP技术简介……………………………………………………..2

1.2 了解DSP技术的重要性 3

1.3 DSP器件的特点 4

第二章 DSP技术的应用和前景

2.1 DSP技术在国内的发展现状……………………………………..5

2.2 DSP技术的应用………………………………………………………………6

2.3 DSP技术的前景………………………………………………………………7

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摘要：随着现代信息技术的迅猛发展，DSP技术在科学技术等各个领域得到了广泛的应用，成为我国经济建设中的重要技术。本文旨在对数字信号处理（DSP）技术中最基础的部分进行介绍，从长远角度来观察其发展趋势和在各方面的研究以及在某些领域的数字信号处理的运用前景。通过典型的介绍来进一步了解DSP技术，了解其重要性在各个应用领域中表现出来。

关键字：DSP，数字信号处理，发展，前景

第一章 绪论

1.1 DSP技术简介

DSP一方面是Digital Signal Processing的缩写，意思是数字信号处理，就是指数字信号理论研究。DSP另一方面是Digital Signal Processor，意思是数字信号处理器，就是用来完成数字信号处理的器件。 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。20世纪60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得到迅速的发展。在过去的二十多年时间里，数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛DSP技术图解的应用。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。

数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。

数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

数字信号处理的算法需要利用计算机或专用处理设备如数字信号处理器（DSP）和专用集成电路（ASIC）等。数字信号处理技术及设备具有灵活、精确、抗干扰强、设备尺寸小、造价低、速度快等突出优点，这些都是模拟信号处理技术与设备所无法比拟的。

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的发展推动了数字信号处理应用的发展。反过来，数字信

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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之间的桥梁。

数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近来新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。

1.2 了解DSP技术的重要性

DSP的功能越来越强，应用越来越广，达到甚至超过了微控制器的功能，比微控制器做得更好而且价格更便宜，许多家电用第二代DSP来控制大功率电机就是一个很好的例子。汽车、个人通信装置、家用电器以及数以百万计的工厂使用DSP系统。数码相机、IP电话和手持电子设备的热销带来了对DSP芯片的巨大需求。而手机、PDA、MP3播放器以及手提电脑等则是设备个性化的典型代表，这些设备的发展水平取决于DSP的发展。新的形势下，DSP面临的要求是处理速度更高，功能更多更全，功耗更低，存储器用量更少。DSP的技术发展将会有以下一些走势：

系统级集成DSP是潮流。小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP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。

追求更高的运算速度和进一步降低功耗和几何尺寸。由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP必须追求更高更快的运算速度，才能跟上电子设备的更新步伐。同时由于DSP的应用范围已扩大到人们工作生活的各个领域，特别是便携式手持产品对于低功耗和尺寸的要求很高，所以DSP有待于进一步降低功耗。按照CMOS的发展趋势，依靠新工艺改进芯片结构，DSP运算速度的提高和功耗尺寸的降低是完全可能的。

DSP的内核结构进一步改善。DSP的结构主要是针对应用，并根据应用优化DSP设计以极大改进产品的性能。多通道结构和单指令多重数据、超长指令字结构、超标量结构、超流水结构、多处理、多线程及可并行扩展的超级哈佛结构(SHARC)在新的高性能处理器中将占据主导地位。

DSP嵌入式系统。DSP嵌入式系统是 DSP系统嵌入到应用电子系统中的一种通用系统。这种系统既具有DSP器件在数据处理方面的优势，又具有应用目标所需要的技术特征。在许多嵌入式应用领域，既需要在数据处理方面具有独特优势的DSP，也需要在智能控制方面技高一筹的微处理器(MCU)。因此，将DSP与MCU融合在一起的双核平台，将成为DSP技术发展的一种新潮流。

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DSP的发展非常迅速，而销售价格逐年降低目前DSP的结构、总线、资源和接口技术都趋于标准化，尤其接口的标准化进展更快。这给从事系统设计的工程技术人员带来很大机遇，采用先进的DSP将会使开发的产品具有更强的市场竞争力。

1.3 DSP器件的特点

1.3.1高速、高精度运算能力

（1）硬件乘法累加操作，在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法。

（2）哈弗结构和流水线结构。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。由于程序和存储器在两个分开的空间中，因此取指和执行能完全重叠。流水线与哈佛结构相关，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。使取指、译码和执行等操作可以重叠执行，处理器可以并行处理二到四条指令，每条指令处于流水线的不同阶段。

（3）硬件循环控制。大多数的DSP都有专门的硬件，用于零开销循环。所谓零开销循环是指处理器在执行循环时，不用花时间去检查循环计数器的值、条件转移到循环的顶部、将循环计数器减1。

（4）特殊的寻址模式。DSP处理器往往都支持专门的寻址模式，它们对通常的信号处理操作和算法是很有用的。例如，模块（循环）寻址（对实现数字滤波器延时线很有用）、位倒序寻址（对FFT很有用）。

（5）具有丰富的外设。DSP具有DMA（有一组或多组独立的DMA总线，与CPU的程序、数据总线并行工作，在不影响CPU工作的条件下，DMA速度已达800Mbyte/s以上）、串口、定时器等外设。

1.3.2 强大的数据通信能力。

1.3.3 灵活的可编程性。

DSP骗内设置RAM和ROM，可以方便地拓展程序、数据及I/O空间，同时允许ROM和RAM直接数据传送。可编程DSP芯片可使设计人员在开发过程中灵活方便地对软件进行修改和升级

1.3.4 低功耗设计。

DSP可以工作在省电状态，节省了能源。

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第二章 DSP技术的应用和前景

2.1 DSP技术在国内的发展现状

中国的DSP市场作为整个半导体市场一样为国际半导体市场的一个组成部分，必然具有国际半导体市场的共性。由于它植根于中国这一特定经济与社会环境的土壤之中，又必然带有自身的强烈个性。概括而言基本特点有：

1.持续的较高增长率

2.基本已与国际市场接轨

具体体现在：产品和技术已基本接轨；价格和上市时间基本接轨；营销方式和服务水平正逐渐接轨。

3. DSP处理器仍为TI、AGERE、ADI等占领；产品受外国大企业控制。

4.海外及港台半导体企业进入中国市场的方式目前仍以产品输出为主

最先进的产品设计技术和芯片生产技术未向中国转移；

最先进的工艺设备制造和原材料仍布局在中国以外。

中国是亚洲发展潜力最大的市场。数码相机、MMoIP电话和手持电子设备等数码产品在中国市场的迅速发展促进了高性能DSP的广泛使用。中国的电子产品制造商众多，对低成本、易使用的DSP需求巨大。

中国电子信息产业快速发展，带动DSP应用市场高度成长，2000年DSP市场总需求量为2.35亿颗，到了2001年达到3.29亿颗，成长幅度高达40%；依据CCID预测，到2005年前，年成长率将高于全球达到40%以上，预计DSP总市场需求量到2005年将达到13亿颗，市场成长迅速。

国内发展DSP的厂商并不多，而主要的应用产品是DVD与无线电话等，因此国内DSP的产值并不高；而在产品应用上，目前重要的DSP应用产品，如行动电话、调制解调器、HDD等个人计算机与通讯领域应用产品，都是采用国际大厂的DSP solution 。

虽然目前DSP的主要应用产品的市场都是由国际半导体大厂所控制，但是我国在政策的扶植下，本土厂商积极投入研发资源，以消费性产品作为进入DSP市场的一个敲门砖，也必将在DSP市场上争得一席之地。

"汉芯一号"16位DSP是国内首块完全由国内设计、国内生产、国内封装、国内测试，达到国际先进水平的高端大规模集成电路。与"汉芯一号"同时诞生的相关开发平台，将使"汉芯一号"有能力在很短的时间内，实现在国产电子整机系统中的广泛应用。此款芯片与平

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台的诞生，预示着我国将能在DSP核心芯片技术领域登上国际竞争舞台。

2.2 DSP技术的应用

自从DSP芯片诞生以来，DSP芯片得到了飞速的发展。DSP芯片高速发展，一方面得益于集成电路的发展，另一方面也得益于巨大的市场。在短短的十多年时间，DSP芯片已经在信号处理、通信、雷达等许多领域得到广泛的应用。目前，DSP芯片的价格也越来越低，性能价格比日益提高，具有巨大的应用潜力。DSP芯片的应用主要有：

信号处理--如，数字滤波、自适应滤波、快速傅里叶变换、相关运算、频谱分析、卷积等。

通信--如，调制解调器、自适应均衡、数据加密、数据压缩、回坡抵消、多路复用、传真、扩频通信、纠错编码、波形产生等。

语音--如语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、说话人辨认、说话人确认、语音邮件、语音储存等。

图像/图形--如二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像增强、动画、机器人视觉等。

军事--如保密通信、雷达处理、声纳处理、导航等。

仪器仪表--如频谱分析、函数发生、锁相环、地震处理等。

自动控制--如引擎控制、深空、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制。

医疗--如助听、超声设备、诊断工具、病人监护等。

家用电器--如高保真音响、音乐合成、音调控制、玩具与游戏、数字电话/电视等

2.3 DSP技术的前景

1999年是半导体行业全面复苏的一年，宣告了1995年底开始的严冬的结束。该年度芯片产业销售达到创纪录的1490亿美元，比1998年增长了近19％，今年有可能增长23％。 然而近几年数字信号处理器(DSP)增长得更快，在许多应用中大有取代Internet微处理器的势头。有预测认为，未来10年DSP市场将超过微处理器。生产DSP这种特殊硅“大脑”芯片的最大厂家是德州仪器公司(TI)。

当然，要达到那一步还要做许多努力。目前DSP仅是微处理器市场规模的1/5。但微处理器的需求已出现下降趋势，今年增长只达1位数，而各 DSP厂家目前推出的新产品足以支撑30％的增长前景。虽然Intel的芯片永远不会退位，但它将面临“身份危机”，因为据一位市场专家分析，“所有的微处理器都在变成DSP芯片，到2101年，每个微处理器都将带有DSP”。

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关于后PC时代的话题，有专家认为，PC在电子行业中一直占据不可动摇的地位，直到移动电话特别是Internet的腾飞。PC时代是数据处理的时代，而我们目前正在进入信号处理的时代。DSP正在掩蔽微处理器的光辉。

DSP芯片是用来处理大量的现实世界信息流的，如图像和声音，把这些模拟信号实时转换成数字信号，一般的微处理器根本应付不了如此大量的数据。DSP靠的是聪明的算法，以防止出现移动电话通话中频繁的静寂中断。移动电话是 DSP的一大应用领域，也是TI公司的主要阵地。2/3的数字移动电话都用他们的产品，包括Nokia和Ericsson生产的手机。TI估计今年将交付4.35亿部数字移动电话，比去年增长 58％，比前年增长69％。此外，新型助听器、心电图芯片心脏病呼救器、数字视频编辑系统等都在推动TI的DSP业务高速增长，去年该类产品的增长幅度为37％，达9亿美元。

TI之外，Analog Devices公司(ADI)、Lucent公司下属的微电子分部及Motorola也是DSP市场的竞争对手，4家公司控制了全球DSP市场的95％，他们采用的是专有的算法和软件。ADI公司去年增长42％，高出TI 25个百分点。更大的压力来自Lucent和Motorola，他们的最新DSP设计一旦被证明是成功的，将形成激烈的竞争。

ADI近半数的DSP都是连同必要的应用软件一起出售的，这一块业务增长最快，也是其市场领先的原因。

为了研制Internet电器所需的新型DSP芯片，ADI与Intel 新近结成伙伴关系，利用Intel丰富的微处理器开发经验设计DSP芯片，以实现移动电话上网浏览、视频显示等功能。 Intel也深知DSP的重要性。去年它收购了DSP通信公司 (日本数字移动电话市场的重要厂商)，而且还对好几家与DSP有关的公司进行投资。

业内人士认为，ADI与Intel结盟对双方都是件大好事，但Intel能忍受DSP的微利吗?从PC世界进入DSP领域在文化上是一场剧变，需要大量的学习。

两年前，Lucent与Motorola联合研制全新的DSP“架构”，称为StarCore。双方预计今年内出产品，新设计速度更快，功耗更低。TI并未等闲视之，上个月推出了自己的超高速低功耗设计，速度是目前产品的10倍，与对手产品不同的是， TI芯片在软件上将与现有产品兼容。

StarCore需要新的芯片编程工具，但这是面向所谓的第3 代(3G)数字移动电话的，Motorola开发的软件既可用于高性能又可用于低功耗应用，而TI 客户则需要两套编程工具。

总而言之，DSP市场正在热闹起来。TI梦想成为下一个 Intel；Intel与ADI结盟角逐DSP市场；Intel芯片似乎注定要加入DSP模块；Lucent与 Motorola联合设计新产品以争夺市场领先地位。但不管怎么说，DSP都是赢家，DSP前途无限。

参考文献：[1] 彭启琮,李玉柏,管庆.DSP技术的发展与应用［M］. 高等教育出版社,2007.

[2] 张雄伟,陈亮,徐光辉.DSP芯片的原理与开发应用（第3版）