数字信号处理

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数字信号处理(Digital Signal Processing,DSP)

　　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。

　　随着大规模集成电路以及数字计算机的飞速发展，加之从20世纪60年代末以来数字信号处理理论和技术的成熟和完善，用数字方法来处理信号，即数字信号处理，已逐渐取代模拟信号处理。现实世界中信号大多数为模拟信号，进行数字信号处理之前，一般先要对信号作预处理和数字化处理，这样的数字信号处理系统如图所示。

　　(1)预处理：是指在数字处理之前对信号用模拟方法进行的处理。把信号变成适于数字处理的形式，以减小数字处理的困难。如对输入信号的幅值进行处理，使信号幅值与A/D转换器的动态范围相适应；衰减信号中不感兴趣的高频成分，减小频混的影响；隔离被分析信号中的直流分量，消除趋势项及直流分量的干扰等项处理。

　　(2)A/D：是将预处理以后的模拟信号变为数字信号，存人到指定的地方，其核心是A/D转换器。信号处理系统的性能指标与其有密切关系。

　　(3)数字信号处理：这是系统的核心部分，对采集到的数字信号进行分析和计算，可用数字运算器件组成信号处理器完成，也可用通用计算机。

　　(4)D/A：是将数字信号处理后的数字量变为初步模拟信号。

　　(5)平滑滤波：将初步模拟信号平滑为所期望的模拟信号。

　　与模拟信号处理(ASP)相比，数字信号处理具有如下特点。

　　(1)可靠性高：模拟系统中的元器件对温度变化和湿度变化敏感，并会随着时间老化。数字系统一般不会随使用条件变化而变化，尤其使用超大规模集成的数字信号处理芯片，设备简化，更提高了系统的稳定性和可靠性。

　　(2)精度高：模拟信号处理系统精度达到1％，属精密仪器，而数字信号处理系统二进制位可以有8位和16位，目前已提高到32位和64位，在计算精度方面，模拟信号处理系统是不能与数字信号处理系统相比拟的。

　　(3)灵活性大：数字信号处理系统很容易进行实时修改，往往通过修改程序就可实现。同样的数字芯片，在通用的硬件平台上，可以开发不同软件来完成多种功能，服务于多种系统，并且可以方便地升级。

　　(4)易于大规模集成：数字部件具有高度的规范性，对电路参数要求不严，容易大规模生产，这也是数字信号处理(DSP)芯片发展迅速的原因之一。

　　数字信号处理相对模拟信号处理的主要不足是处理速度问题，尤其在很高频率时更为突出。

　　由于数字信号处理的突出优点，使得它在通信、语音、雷达、地震测报、声呐、遥感、生物医学、电视和仪器中得到愈来愈广泛的应用。

　　(1)滤波与变换：包括数字滤波/卷积、相关、快速傅里叶变换(FFT)、希尔伯特(Hilbert)变换、自适应滤波和加窗法等。

　　(2)通信：包括自适应差分脉码调制、自适应脉码调制、脉码调制、差分脉码调制、增量调制、自适应均衡、纠错、数字公用交换、信道复用、移动电话、调制解调器、数据或数字信号的加密、破译密码、扩频技术、通信制式的转换、卫星通信，TDMA/FDMA/CDMA等各种通信制式、回波对消，IP电话和软件无线电等。

　　(3)语音、语言：包括语音邮件、语音声码器、语音压缩、数字录音系统、语音识别、语音合成、语音增强、文本语音变换和神经网络等。

　　(4)图像、图形：包括图像压缩、图像增强、图像复原、图像重建、图像变换、图像分割与描绘、模式识别、计算机视觉、固态处理、电子地图、电子m版和动画等。

　　(5)消费电子：包括数字音频、数字电视、音乐综合器、电子玩具和游戏、CD／VCD／DVD播放机、数字留言／应答机和汽车电子装置等。

　　(6)仪器：包括频谱分析仪、函数发生器、地震信号处理器、瞬态分析仪、锁相环和模式匹配等。

　　(7)工业控制与自动化：包括机器人控制、激光打印机控制、伺服控制、自动机、电力线监示器、计算机辅助制造、引擎控制和自适应驾驶控制等。

　　(8)医疗：包括健康助理、病人监视、超声仪器、诊断工具、CT扫描、核磁共振和助听器等。

　　(9)军事：包括雷达处理、声呐处理、导航、射频调制解调器、全球定位系统(GPS)、侦察卫星、航空航天测试、自适应波束形成和阵列天线信号处理等。