数字信号处理技术的最新发展
电子与信息工程学院 12S005044 郭晓江
摘要：数字信号处理（DSP,digital signal processing）是一门涉及许多领域的新兴学科，在现代科技发展中发挥着极其重要的作用。近年来，随着半导体技术的进步，处理器芯片的处理能力越来越强大，使得信号处理的研究可以主要放在算法和软件方面，不再像过去那样需要过多考虑硬件。由于它的出色性能，DSP 目前被广泛应用于数字通信、信号处理、工业控制、图像处理等领域。自从数字信号处理器问世以来，由于它具有高速、灵活、可编程、低功耗和便于接口等特点，已在图形、图像处理，语音、语言处理，通用信号处理，测量分析，通信等领域发挥越来越重要的作用。随着技术成本的降低，控制界已对此产生浓厚兴趣，已在不少场合得到成功应用。数字信号处理（DSP）是广泛应用于许多领域的新兴学科，因其具有可程控、可预见性、精度高、稳定性好、可靠性和可重复性好、易于实现自适应算法、大规模集成等优点，广泛应用于实时信号处理系统中。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。
DSP国际发展现状
国外的商业化信号处理设备一直保持着快速的发展势头。欧美等科技大国保持着国际领先的地位。例如美国DSP research公司，Pentek公司，Motorola 公司，加拿大Dy4公司等，他们很多已经发展到相当大的规模，竞争也愈发激烈。我们从国际知名DSP技术公司发布的产品中就可以了解一些当今世界先进的数字信号处理系统的情况。
以Pentek公司一款处理板4293为例，使用8片TI公司 300 MHz的TMS320C6203芯片，具有19 200 MIPS的处理能力，同时集成了8片32 MB的SDRAM，数据吞吐600 MB/s。该公司另一款处理板4294集成了4片Motorola MPC7410 G4 PowerPC处理器，工作频率400/500 MHz，两级缓存256K×64 bit，最高具有16MB 的SDRAM。
ADI公司的TigerSHARC芯片也由于其出色的协同工作能力，可以组成强大的处理器阵列，在诸多领域（特别是军事领域）获得了广泛的应用。以英国Transtech DSP公司的TP-P36N为例，它由4～8片TS101b（TigerSharc）芯片构成，时钟 250 MHz，具有6～12 GFLOPS的处理能力。
DSP应用产品获得成功的一个标志就是进入产业化。在以往的20年中，这一进程在不断重复进行，而且周期在不断缩小。在数字信息时代，更多的新技术和新产品需要快速地推上市场，因此，DSP的产业化进程还是需要加速进行。随着竞争的加剧，DSP生产商随时调整发展规划，以全面的市场规划和完善的解决方案，加上新的开发历年，不断深化产业化进程。
2002年1月7日~11日，在美国拉斯维加斯举行的全球最大的消费类电子产品展CES (Consumer Electronic Show)，以及2月1 日在英国伦敦科学博物馆开幕“通向未来”科学技术展，展示了最新研究开发的 DSP 新技术新产品在通信领域的应用。DSP制造商新推出一系列的产品，并且都瞄准了通信领域的应用。
作为处理数字信号的DSP技术，为人们快速的获取、分析和利用有效信息奠定了基础，必将进一步得到社会各界的普遍关注，由此可见，DSP技术在发展经济、推动社会进步方面的重要作用，是十分明显的。相信在不久的将来，随着制造技术和新材料技术的不断发展DSP技术将会出现一个飞跃，达到一个新的水平。全球DSP产品将向着高性能、低功耗、加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP 芯片将越来越多地渗透到各种电子产品当中，成为各种电子产品尤其是通信类电子产品的技术核心。DSP未来的发展趋势，大致可以分为以下几个方向：在定制DSP中，LSI Logic、3DSP及新成立的Siroyan公司展示了新颖的DSP 产品，这些产品涵盖了从3G无线基站到无线局域网(WLAN)广泛应用。Equator 技术公司推出一个数字视频新方案，Broadcom公司第一次提供piceEngine的DSP 解决方案，可以应用于网络电话VoIP网关。 LSI Logic公司新推出第二代ZSP 结构以及首次采用该结构实现的内核ZSP600，它是在ZSP400基础上扩展的软件兼容版本，嵌入的内核采用0.13mm工艺技术，运行于300MHz，将能够实现更高的速度和更低的功耗。
3DSP公司推出了其DSP技术的首个特殊应用实现方案UniPHY，该方案针对宽带应用中物理层(PHY)的信号处理进行优化，特别是802.11a和802.11b WLAN。该单指令多重数据内核运行于400MHz，将来可达1GHz。据称这是首款针对宽带物理层的信号处理进行优化的DSP内核，它是一种能够实现具有成本效益的多标准方案。UniPHY最初是在2001年底推出的，而委托台积电(TSMC)公司生产的开发芯片将于2002年第二季度推出。作为定制DSP市场中的最新进入者，Siroyan 公司也展示了其OneDSP结构，它采用200MHz的VLIW内核群组实现DSP和RISC 指令，通常可省略独立的通用MPU。Siroyan首席设计师Nigel Topham认为该公司开发的处理器可以运行于两种模式，这是通信应用中的处理器最经常使用的两类代码。OneDSP结构中每个内核都有两套执行单元，可以分别处理DSP和类似RISC指令。第一个产品SRA328已于2002年4月推出。
DSP未来的发展趋势
全球DSP产品将向着高性能、低功耗、加强融合和拓展多种应用的趋势发展，DSP芯片将越来越多地渗透到各种电子产品当中，成为各种电子产品尤其是通信类电子产品的技术核心。DSP未来的发展趋势，大致可以分为以下几个方向：（1）数字信号处理器的内核结构进一步改善，多通道结构和单指令多重数据(SIMD)、特大指令字组(VLIM)将在新的高性能处理器中将占主导地位。
（2）DSP 和微处理器的融合
微处理器是低成本的，主要执行智能定向控制任务的通用处理器能很好执行智能控制任务，但其数字信号处理功能很差。而DSP的功能正好与之相反。在许多应用中均需要同时具有智能控制和数字信号处理两种功能，如数字蜂窝电话就需要监测和声音处理功能。因此，把DSP和微处理器结合起来，用单一芯片的处理器实现这两种功能，将加速个人通信机、智能电话、无线网络产品的开发，同时简化设计，减小PCB体积，降低功耗和整个系统的成本。
（3）DSP 和高档CPU的融合
