DSP作业精.docx

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DSP作业精

DSP的

数字信号处理（DigitalSignalProcessing，简称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。

DSP有两种含义：

DigitalSignalProcessing（数字信号处理）、DigitalSignalProcessor（数字信号处理器）。

我们常说的DSP指的是数字信号处理器。

数字信号处理器是一种适合完成数字信号处理运算的处理器。

20世纪60年代以来，随着计算机和信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。

极为广泛的应用。

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。

顾名思义,DSP主要应用在数字信号处理中，目的是为了能够满足实时信号处理的要求，因此需要将数字信号处理中的常用运算执行的尽可能快，这就决定了DSP的特点和关键技术。

适合数字信号处理的关键技术：

DSP包含乘法器、累加器、特殊地址产生器、领开销循环等；提高处理速度的关键技术：

流水线技术、并行处理技术、超常指令（VLIW）、超标量技术、DMA等。

从广义上讲，DSP、微处理器和微控制器（单片机）等都属于处理器，可以说DSP是一种CPU。

DSP和一般的CPU又不同，最大的区别在于：

CPU是冯.诺伊曼结构的；DSP是数据和地址空间分开的哈佛结构。

世界上第一个单片DSP芯片应当是1978年AMI公司发布的S2811，1979年美国Intel公司发布的商用可编程器件2920是DSP芯片的一个主要里程碑。

这两种芯片内部都没有现代DSP芯片所必须有的单周期乘法器。

1980年，日本NEC公司推出的μPD7720是第一个具有乘法器的商用DSP芯片。

在这之后，最成功的DSP芯片当数美国德州仪器公司（TexasInstruments，简称TI）的一系列产品。

TI公司在1982年成功推出其第一代DSP芯片TMS32010及其系列产品TMS32011、TMS320C10/C14/C15/C16/C17等，之后相继推出了第二代DSP芯片TMS32020、TMS320C25/C26/C28，第三代DSP芯片TMS320C30/C31/C32，第四代DSP芯片TMS320C40/C44，第五代DSP芯片TMS320C5X/C54X，第二代DSP芯片的改进型TMS320C2XX，集多片DSP芯片于一体的高性能DSP芯片TMS320C8X以及目前速度最快的第六代DSP芯片TMS320C62X/C67X等。

TI将常用的DSP芯片归纳为三大系列，即：

TMS320C2000系列（包括TMS320C2X/C2XX）、TMS320C5000系列（包括TMS320C5X/C54X/C55X）、TMS320C6000系列（TMS320C62X/C67X）。

如今，TI公司的一系列DSP产品已经成为当今世界上最有影响的DSP芯片。

TI公司也成为世界上最大的DSP芯片供应商，其DSP市场份额占全世界份额近50％。

目前，DSP处理器仍被TI、AGERE、ADI等占领，产品受外国大企业控制。

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，如移动电话、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DSPsolution。

DSP技术应用到我们生活的每一个角落，从军用到民用，从航空航天到生产生活，都越来越多地使用DSP。

DSP技术在航空航天方面，主要用于雷达和声纳信号处理；在通信方面，主要用于移动电话、IP电话（voiceoverIP）、ADSL和HFC的信号传输；在控制方面，主要用于电机控制、光驱和硬盘驱动器；在测试/测量方面，主要用于虚拟仪器、自动测试系统、医疗诊断等；在电子娱乐方面，主要用于高清晰度电视（HDTV）、机顶盒（STB）、AC-3、家庭影院、DVD等应用；还有数字相机、网络相机等等都应用了DSP技术。

同时，SOC芯片系统、无线应用、嵌入式DSP都是未来DSP的发展方向和趋势。

可以说，没有DSP就没有对互联网的访问，也不会有多媒体，也没有无线通信。

因此，DSP仍将是整个半导体工业的技术驱动力。

现在，DSP应用领域不断拓宽，其函盖面包括宽带Internet接入业务、下一代无线通信系统的发展、数字消费电子市场、汽车电子市场的发展等诸多多方面。

DSP的开发工具包括各种仿真软件、调试软件、硬件仿真器、评估板、初学者实验套件、教学套件等。

国外有一些DSP的咨询公司及网站，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。

国内也有不少DSP论坛，以便用户之间进行DSP技术的交流。

中国DSP市场增长迅速，在DSP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。

要追溯DSP技术的起源，就不得不谈到1978年诞生的著名玩具产品Speak&Spell。

这个在当时来看富有创意的小玩意儿迅速成为美国历史上著名的拼写玩具。

这项当初并不是公司正式产品计划的设计工作采用的单芯片语音合成器正是TI的首款DSP，而它的出现背后就有现任TI首席科学家方进（GeneFrantz）的身影。

Speak&Spell掀起了TI对DSP技术的热情。

五年后，第一款商用DSP在该公司诞生。

尽管这个型号为TMS320C10（当时为TMS32010）的芯片在今天看来显然已经非常落伍了——55,000个晶体管、4KRAM，3微米AMOS工艺，指令处理能力5MIPS——但它开启了一种可能。

此后几年，将温度、图像、电流、电压等各种模拟信号转换为数字信号的技术相继出现，继而形成了一股规模宏大的潮流，将包括手机、宽带、硬盘驱动器、三维图像、MP3、数码相继、笔记本在内的各种应用裹挟进来。

1982年，全球DSP市场总值仅有1,000万美元，而2005年，已经达到了80亿美元。

ForwardConcepts和WSTS的联合报告表明，2010年，全球DSP市场将一举突破170亿美元的市场规模。

创新应用是引导DSP市场向前发展的一面大旗。

我们已经听够了的成本、功耗、性能、灵活性等各种因素一直是应用设计方面所面临的主要挑战。

此外，林坤认为与机会成本息息相关的上市时间在这些因素中处于最重要的地位。

“我们需要在性能、功耗以及成本三方面来应对这些挑战。

”他表示。

在这里他特别强调：

“对于成本来说，不仅仅是降低芯片本身的价格，如何尽可能压缩系统方面的开支才是最重要的。

”

25年的历程已经证明了DSP在应对上述挑战方面的能力是无限的。

与3微米的AMOS工艺相比，如今TI已有超过50%的DSP采用了90nmCMOS工艺。

此外，65nm的CMOS工艺也已使用在C6?

55中。

而DSP的计算能力也从最初的5MIPS提高到如今的10,000MIPS。

DSP的并行能力也在成倍增长，与C1x/2x/5x系列一个机器周期处理1个MAC相比，如今的C6?

x+系列已经能够处理8个MAC操作。

功耗问题也在从容不迫的被一步步解决，随着内核电压从10年前的3.5V降低到今天的1V左右，功率技术甚至孕育了与摩尔定律齐名的Gene定律——“半导体工业每18个月芯片功耗将会降低一半。

”

为了在提高性能的同时尽可能减少对功耗的影响，除了将内核时钟频率继续上调之外，多核概念也被引人DSP。

“很多人会怀疑多核DSP技术的成熟度。

其实，早在90年代就，市场上就已经出现了多核DSP产品。

我们最新的例子时面向有线网络高密度语音市场的TNETV3020，它采用了6个500MHz的C6?

xDSP核。

”林坤表示。

此外，最初的DSP每MMAC的功耗为500mW左右，方进预计2010年这个数字将会降低到0.001mW。

值得一提的还有SmartReflex技术，由于能够在不需要高速运转时自动降低核电压，该技术甚至令TCI6?

88的功耗降低了一半左右。

全球累积DSP销量已经达到了100亿颗。

大规模量产推动了DSP价格的降低，并使其日益成为具有竞争力的电子解决方案。

1982年，5MIPS的TMS320C10售价为500美元，这相当于100美元/MIPS的价格，但是今天，这个价格仅有0.001美元。

有理由相信，在可预见的未来，随着价格的不断降低，DSP将会渗入人类生活的每个层面。

“如果不用担心性能与价格，DSP的未来会怎样？

”这是方进本次大会主题演讲的开头语。

他表示，电信是和娱乐是推动DSP创新的两次浪潮。

前者的数字化电话系统、DSL、有线Modem，802.11以及数字蜂窝电话第一次为DSP提供了前所未有的广阔舞台，后者对性能、功耗的更高要求、流媒体、以及数量庞大的消费人群则推动了DSP的进一步应用。

DSP的第三波浪潮应该是什么，智能建筑，汽车，医疗，安防还是绿色能源？

或许兼而有之。

节能减排已经成为全球保护环境的主题。

如今，全美40%的温室气体排放都来自商务楼宇的照明、冷却和加热系统。

全球智能视频监控技术领导厂商ObjectVideo已经在同TI进行合作开发新一代的智能传感器。

据称，将此款传感器安装在房间上方中央后，它能感应有人进入，更知道物体的确切位置，并可根据侦测房间中人的移动来迅速启动和关闭照明。

“传统感应器利用热能和超声波，但错误数值常常导致不当的开关，错误的侦测不仅浪费能源也增加了成本。

”该公司称，“如果能在10%的大楼中安装这种智能感应器系统，我们将能减少相当于200万辆汽车每年CO2的排放量。

”

对于无人驾驶汽车这样的梦想来说，雷达系统是这个项目的关键技术。

德国大众汽车就在其去年推出的AudiQ7中首次应用了新一代雷达辅助巡航车距控制系统、带雷达技术的变道侧向辅助调节系统。

“提起雷达，人们首先就会想到价格昂贵的浮点DSP技术，但这显然超出了我们所能承受的范围。

”该公司JeanMarc表示，利用TI的DSC和C2000平台技术，大众汽车通过定点技术实现了浮点运算。

“这是个重要的里程碑，它意味着我们距离无人驾驶已经为时不远了。

”Ambient公司与伊利诺伊大学共同开发的一项无需开口即能实现手机通话的研究项目将为美国高达300万重度沟通障碍人士带来福音。

该公司的Audeo器件可采集到人脑在说话前脑部向喉部发送的神经信号，在经过TI超低功耗单片机MSP430处理后，人脑中的指令将会转为动力来控制轮椅的行进。

该公司的两位联合创始人Thomas和Michael表示，控制轮椅只是应用的一种，人脑信号还可以转换为语音或者其他指令，目前Ambient的技术已经可以实现70%的准确率。

“我希望我们的器件未来能够取代手机。

”Michael说，“你可以想象一个完全无声的手机沟通情景，根本无需自己开口或者听对方讲话。

”

对于许多消费者来说，停留在他们脑海中的安防系统可能就是在某个房间内占满了整个墙面的显示器，安全人员需要24小时内紧盯这些令人眼花缭乱的显示器，这不但令他们不堪重负，系统的有效性也无法完全保证。

TI已经开始在全球实施一项无需显示系统就能实现自动报警的。

其原理是通过对象识别以及运动分析技术来发现异常情况。

据称，该系统有望在今后5～10年内实现广泛使用。

DSP同样能够在替代能源利用中一展身手。

以太阳能发电为例，该类电源的特征是直流电，并且电流大小会随着日光强度的变化而变化。

要将其转换为工频电源，需要DSP进行一些运算工作。

另外，如果家庭用户希望将得到的太阳能储存在蓄电池中或者将其出售给电力公司，DSP的强大运算能力同样是必须的。

方进表示，DSP是可编程的特征使得其在风力发电、潮汐发电中也同样适用。

对于半导体产业来说，生态系统已经成为一个流行词汇。

不仅仅是内核供应商、FPGA供应商，DSP供应商也需要这样一个系统来扩大技术的影响力并团结更多的下游厂商。

也许我们对DSP技术本身或者TI25年的太多关注反而忽略了本次TIDC的主题。

从某种意义上来说，它更是一个开发商交流和展示技术的平台。

VSRV6?

8。

该系统带有一个128MB的SDRAM以及32MB大小的Flash存储器，采用TIDSPBIOS5.31.04。

可支持MPEG2MP、MPEG4ASP以及H.26?

BP等多种流行的视频文件格式，提供运动自适应解隔行扫描功能可选，能够在CIF分辨率下实现8通道H.26?

编码或者16通道MPEG-4编码，并支持ITUG.7x/AAC-LC声效。

VSRV6?

8还提供ASO（任意条带排列）、FMO（灵活宏块排列）等可选功能。

此外，该方案的多通道视频引擎API也将加速客户的应用开发时间。

据介绍，IttiamSystem总部位于印度班加罗尔，已在中国台湾、新加坡、日本、韩国等地设有联络机构，目前尚未完全进入中国大陆市场。

许多工程师在寻找DSP的最佳解决方案之时往往会陷入性能、价格、功耗取舍的谜团，为了满足这方面的需求，Xilinx公司推出了XtremeDSP的最新成员，第一个经过了DSP优化的SpartanFPGA——Spartan-3ADSP，这也是该公司此次大会强力推介的产品。

据称，其核心DSP48Slice的修订版本DSP48A能够提供VirtexDSP器件中的DSP功能，使得设计师能够针对复杂的挑战实施解决方案。

其支持的独立功能包括乘法器、MAC、3输入加法器、桶式移位器、宽总线多路复用器、量级比较器等，并同时支持将多个DSP48Slice连在一起形成宽数学函数、DSP过滤器和复杂算数函数而无需使用总体FPGA架构。

此外，DSP48ASlice还具有独立控制的C-Port和一个预加器，前者在实施DSP算法是提供了更高的灵活性，后者则提高了普通DSP过滤器和FFT的密度。

指纹识别与虹膜识别已经过时？

那么人脸识别呢？

上海银晨智能识别科技有限公司带来的就是采用了TMS320DM6?

x而开发的四款嵌入式人脸识别模块：

ISVIDEOSD6?

/R6?

/SR6?

/63。

其中，R6?

/SR6?

由四个单元组成，分别是处理能力可达5400MIPS的DSP核心处理单元DM6?

2、接有32MSDRAM和16MFlash的外部存储单元、拥有WIEGANDS26输出和RS485以及视频输出的接口单元，而接口扩展单元则是一个金手指接口。

该公司称，由于采用了先进的红外人脸识别算法，该模块可有效的减小甚至避免可见光的影响，从而降低误识率和拒识率。

此外，SR6?

还具有H.26?

编码以及G721音频编码算法能力。

据称，采用该公司的模块后，OEM需要完成的工作只是按照产品外形设计接口板电路即可。

为人熟知的TIDSP第三方合作伙伴北京合众达展台上推介的是该公司最新的达芬奇数字媒体开发平台——基于Linux/WinCE的SEED-Davinci_EVM。

利用TMS320DM6?

46的双核ARM9+DM6?

X，该平台拥有H.263、H.26?

、MPEG2、MPEG4、WMV9、JPEG视频编解码、MP3、G.711音频编解码处理能力，并提供各种API接口函数。

最大可支持8MSRAM、16MFlash、40GATA硬盘、2GDDR2存储器。

并拥有1路RCA视频输入、S-Video输入端子；1路RCA视频输出、S-Video输出端子、RGB分量输出接口。

可提供CD音质输入输出（立体声输入输出，麦克风输入、耳机输出）。

此外，该平台还拥有SD卡接口、10M/100M自适应网络接口，并配有USB2.0（支持主/从）、McBSP、UART接口、WiFi（可选）、LCD显示屏、800X600VGA输出、14针JTAG接口等配置。

合众达还为客户提供了各种Codec演示和测试程序。

分销商WPG也出现在了此次开发商大会中，该公司主推的就是此前提到的ObjectVideo公司。

后者与TI合作开发的智能视频监控系统ObjectVideoOnboard最初基于DM6?

2，现在该系统不仅能够基于所有的DM6?

x系列，还将达芬奇技术囊括了进来。

据称，该系统能够依照用户设定的规则主动对视频信号进行监控、分析以及侦测可能的威胁，并可嵌入到包括摄像机、视频解码器、硬盘录像机、网络硬盘录像机在内的视频监控系统所有产品中。

值得一提的是，如果没有侦测到可能的威胁事件，该系统还能够以较小的分辨率以及较低的帧速把视频传递到后端储存，而当侦测到异常情况时，除了及时向安全人员发出报警信号外，系统还能以较大的分辨率和帧速来存储视频信号。

此外，ObjectVideoOnboard还可与其他系统集成，以便在发生异常情况时同其他设备进行联动，实现更高性能的安全防护。