数字信号处理的应用与发展趋势
作者：王欢
天津大学信息学院电信三班
摘要：
数字信号处理是应用于广泛领域的新兴学科，也是电子工业领域发展最为迅速的技术之一。本文就数字信号处理的方法、发展历史、优缺点、现代社会的应用领域以及发展前景五个方面进行了简明扼要的阐述。
关键词：
数字信号处理发展历史灵活稳定应用广泛发展前景
数字信号处理的简介
1.1、什么是数字信号处理
数字信号处理简称DSP，英文全名是Digital Signal Processing。
数字信号处理是利用计算机或专用处理设备以数字的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系统的基本模型如下：
数字信号处理是一门涉及许多学科且广泛应用于许多领域的新兴学科。它以众多的学科为理论基础，所涉及范围及其广泛。例如，在数学领域、微积分、概率统计、随即过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具；同时与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等学科也密切相关。近年来的一些新兴学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都是与数字信号处理密不可分的。数字信号处理可以说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门新兴学科的理论基础。
1.2、数字信号系统的发展过程
数字信号处理技术的发展经历了三个阶段。
70 年代DSP 是基于数字滤波和快速傅里叶变换的经典数字信号处理, 其系统由分立的小规模集成电路组成, 或在通用计算机上编程来实现DSP 处理功能, 当时受到计算机速度和存储量的限制,一般只能脱机处理, 主要在医疗电子、生物电子、应用地球物理等低频信号处理方面获得应用。
80 年代DSP 有了快速发展, 理论和技术进入到以快速傅里叶变换(FFT) 为主体的现代信号处理阶段, 出现了有可编程能力的通用数字信号处理芯片, 例如美国德州仪器公司(TI公司) 的TMS32010 芯片, 在全世界推广应用, 在雷达、语音通信、地震等领域获得应用, 但芯片价格较贵, 还不能进
入消费领域应用。
90 年代DSP 技术的飞速发展十分惊人, 理论和技术发展到以非线性谱估计为代表的更先进的信号处理阶段, 能够用高速的DSP 处理技术提取更深层的信息, 硬件采用更高速的DSP 芯片, 能实时地完成巨大的计算量, 以TI 公司推出的TMS320C6X 芯片为例, 片内有两个高速乘法器、6 个加法器, 能以200MHZ 频率完成8 段32 位指令操作, 每秒可以完成16 亿次操作, 并且利用成熟的微电子工艺批量生产,使单个芯片成本得以降低。并推出了C2X 、C3X 、C5X 、C6X不同应用范围的系列, 新一代的DSP 芯片在移动通信、数字电视和消费电子领域得到广泛应用, 数字化的产品性能价
格比得到很大提高, 占有巨大的市场。
1.3、数字信号处理的特点
1.3.1、优点
由于数字信号处理是用数值运算的方式实现对信号的处理的，因此，相对于模拟信号处理，数字信号处理具有以下优点：
1）灵活性
数字信号处理系统的性能取决于系统参数，这些参数存储在存储器中，很容易改变，因此系统的性能容易改变，甚至通过参数的改变，系统可以变成各种完全不同的系统。灵活性还表现在数字系统可以分时复用，用一套数字系统分时处理几路信号。数字系统可以实现智能系统的功能，可以根据环境条件、用户需求，自动选择最佳的处理算法。
高精度和高稳定性
数字系统的特性不易随使用条件的变化而变化，尤其是使用了超大规模集成的DSP芯片使设备简化，近一步提高了系统的稳定性和可靠性。运算位数又由8位提高到16、32位，在计算精度方面，模拟系统是不能和数字系统相比拟的。
3）便于大规模集成
数字部件具有高度规范性，对电路元件参数要求不严，容易大规模集成和大规模生产，价格不断降低，这也是其发展迅速的主要因素之一。同时由于大规模集成，数字系统体积小、重量轻、可靠性强。
可以实现模拟系统无法实现的诸多功能
数字信号可以存储，数字系统可以进行各种复杂的变换和运算。这一优点使得数字系统可以实现模拟系统无法实现的诸多功能，例如，电视系统中的画中画，多画面以及各种视频特技；变声变调的特殊的配音制作；解卷积；图像信号的压缩编码；高级加密解密；数字滤波器严格的线性相位特性，等等。
1.3.2、局限性
金无足赤人无完人，数字信号处理作为正在发展的一门学科，它必然有一定的局限性：
1)实时性
模拟系统中除开电路引入的延时外，处理是实时的。而数字系统:由计算机的处理速度决定。
2)高频信号的处理
模拟系统可以处理包括微波毫米波乃至光波信号，而数字系统:按照奈奎斯特准则的要求，受S/H、A/D和处理速度的限制。
3)模拟与数字信号的转换
现实世界的信号绝大多数是模拟的(温度、速度、压力等)，转换成的电信号也是模拟的(电流、电压等)。要实现数字处理，就必须进行转换。所以一般在一个DSP系统中都有数/模或模/数转换电路，这也限制了DSP的应用。
数字信号处理的应用领域
DSP是目前电子工业领域增长最迅速的产品之一，近年来，随着DSP芯片产品价格的不断下滑，使DSP能够从以往的军用领域迅速拓展到民用领域，例如应用于计算机、网络、移动电话、调制解调器和磁盘驱动器以及众多的消费电子产品。例如：
1）数字化移动电话
数字化移动电话尽管花样繁杂，但基本上可划为两大类：高速移动电话和低速移动电话。虽然数字化高速移动通过标准很多，但当今普遍应用的是欧洲GSM（Global System for Mobile Communication）标准。俗称GSM标准的数字化蜂窝电话，叫作数字化大哥大，它具备国际漫游功能，给用户带来使用大哥大的方便。现正在扩展数据通信服务能力以及它与
