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概述

              通過(guò)使用數(shù)字信號(hào)處理器（DSP），就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字語(yǔ)音的上述眾多優(yōu)點(diǎn)。這個(gè)芯片組是在同一塊板上集成了眾多的微處理器，使一些高級(jí)的數(shù)字信號(hào)處理的效率比過(guò)去更高。信號(hào)處理不過(guò)是對(duì)信號(hào)進(jìn)行變換或增強(qiáng)，DSP自然是處理數(shù)宇信號(hào)，不過(guò)通常的信號(hào)處理也可被用于許多模擬應(yīng)用中，比如說(shuō)調(diào)制解調(diào)器。

       處理器可用來(lái)調(diào)制模擬或數(shù)字信號(hào)，也可對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、過(guò)濾（有選擇地通過(guò)或阻塞一定的頻帶）或均衡（使一定的電學(xué)特性平整一些）。DSP組采用數(shù)字邏輯對(duì)數(shù)字波形進(jìn)行以上操作。有時(shí)，模擬信號(hào)先被數(shù)字化以便讓數(shù)字處理器對(duì)它進(jìn)行處理（例如除去噪聲），再被轉(zhuǎn)化回模擬波形。

       從一定意義上可以說(shuō)DSP芯片組就是一臺(tái)小型計(jì)算機(jī)，DSP芯片組有自己的存儲(chǔ)器和處理單元，且可以運(yùn)行程序來(lái)使DSP完成既定的任務(wù)。這種可編程能力是DSP應(yīng)用中最有吸引力的優(yōu)點(diǎn)。現(xiàn)在，可以像把程序裝入PC機(jī)一樣把程序碼載入DSP。DSP的“微碼”（適于微處理器芯片的程序）在編程過(guò)程中被“燒”入芯片，且通常不會(huì)改變。這使得DSP被廣為采用且適應(yīng)力很強(qiáng)，比如說(shuō)應(yīng)用于VoIP。

       今天DSP主要應(yīng)用于四個(gè)方面，首先，DSP被用于回音抵消器中。回音抵消器是一種特殊的電子產(chǎn)品，它可以減小電回音，這種回音主要是由于電信鏈路的一部分到另一部分（例如，一條本地環(huán)路或接入線(xiàn)進(jìn)入一個(gè)語(yǔ)音交換機(jī)）時(shí)阻抗不同而在電路中產(chǎn)生的。其次，DSP用來(lái)識(shí)別雙音多頻（DTMF）的“撥號(hào)音”，這種聲音是在撥打按鍵式電話(huà)時(shí)產(chǎn)生的。當(dāng)模擬的DTMF聲音被轉(zhuǎn)化為數(shù)字（電話(huà)號(hào)碼）時(shí)，DSP就可以工作了。第三，DSP被用于所有的高速調(diào)制解調(diào)器中。所有的調(diào)制解調(diào)器都可進(jìn)行自均衡和信號(hào)調(diào)節(jié)（減小線(xiàn)路特性對(duì)傳輸信號(hào)的影響，例如減小包絡(luò)失真）。在DSP的功能還不能夠做到這點(diǎn)之前，線(xiàn)路必須自己調(diào)節(jié)以傳送可靠的高速碼流（當(dāng)時(shí)是9600bit/s）。最后，DSP被用于在VoIP中實(shí)現(xiàn)低比特率的語(yǔ)音編碼。在許多情況下，DSP對(duì)輸入的64kbit/s的PCM（脈沖編碼調(diào)制）語(yǔ)音進(jìn)行處理，消除其中的靜音，最終生成8kbit/s或更低速率的IP分組流。

        這樣，許多8kbit/s的語(yǔ)音都來(lái)自通常的64kbit/s PCM語(yǔ)音。要了解VoIP的DSP是如何把64kbit/s的PCM語(yǔ)音轉(zhuǎn)化為壓縮的、靜音抑制的8kbit/s或更低速率的分組，有必要看看64kbit/s的PCM語(yǔ)音是如何產(chǎn)生。
數(shù)字信號(hào)處理（DSP）涉及開(kāi)發(fā)可用于以特定方式增強(qiáng)信號(hào)或從中提取一些有用信息的算法。 
模擬信號(hào)處理 最簡(jiǎn)單的模擬信號(hào)處理示例可能是圖1所示的熟悉的RC電路。
 
該電路用作低通濾波器。它去除或?yàn)V除高于電路截止頻率的頻率分量，并以很小的衰減通過(guò)較低頻率的分量。在本例中，信號(hào)處理的目的是消除高頻噪聲并提取所需的信號(hào)部分。
請(qǐng)注意，輸入和輸出均為模擬形式。這是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)閷?duì)科學(xué)和工程感興趣的信號(hào)本質(zhì)上是模擬的。因此，對(duì)于模擬信號(hào)處理，信號(hào)處理模塊的輸入和輸出端不需要接口電路（ADC和DAC）。 
模擬信號(hào)處理的缺點(diǎn)
 

 
如您所見(jiàn)，篩選器響應(yīng)是組件值的函數(shù)。由于電氣元件無(wú)法以完美的精度制造，因此模擬電路的精度受到限制。由于元件公差，性能不是100%可重復(fù)的，我們預(yù)計(jì)不同電路參數(shù)會(huì)有一些板對(duì)板的變化。
另一個(gè)缺點(diǎn)是模擬電路不靈活。例如，要修改上述濾波器的頻率響應(yīng)，我們需要調(diào)整組件的值（硬件需要修改）。數(shù)字信號(hào)處理并非如此。使用DSP，甚至可以通過(guò)簡(jiǎn)單地改變一些可編程系數(shù)將低通濾波器轉(zhuǎn)換為高通濾波器。
此外，模擬電路不適合實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)函數(shù)（乘法、除法等）。這與數(shù)字領(lǐng)域形成鮮明對(duì)比，在數(shù)字領(lǐng)域，甚至可以輕松實(shí)現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。 
數(shù)字信號(hào)處理可以解決許多挑戰(zhàn) 數(shù)字電路不受上述限制。例如，雖然元件值和寄生效應(yīng)的變化會(huì)略微改變CMOS逆變器柵極的延遲，但柵極的整體功能將保持不變。因此，與模擬電路不同，數(shù)字電路不太容易受到元件變化和寄生效應(yīng)的影響。數(shù)字電路也更加靈活，適合實(shí)現(xiàn)數(shù)學(xué)功能。
剩下的問(wèn)題是，我們需要哪些基本組件來(lái)處理數(shù)字域中的信號(hào)。
如圖所示，我們需要在信號(hào)處理模塊的輸入和輸出端安裝模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器，以便將數(shù)字電路與實(shí)際模擬信號(hào)連接起來(lái)。

A/D 轉(zhuǎn)換器的作用 A/D轉(zhuǎn)換器定期對(duì)模擬輸入進(jìn)行采樣，如圖所示。 
 
然后，它量化每個(gè)樣本的振幅。圖4顯示了4位ADC如何量化模擬輸入。 

在此圖中，模擬輸入（藍(lán)色曲線(xiàn)）在A(yíng)DC的輸入范圍內(nèi)取不同的值?？紤]4位ADC，有16個(gè)離散電平來(lái)量化輸入信號(hào)的幅度。這些水平由圖中LSB的倍數(shù)表示。因此，LSB（最低有效位）規(guī)定了ADC可以檢測(cè)到的模擬輸入值的最小變化。換句話(huà)說(shuō)，輸入的最小變化會(huì)導(dǎo)致ADC輸出代碼的變化。
讓我們看看ADC如何為每個(gè)樣本生成二進(jìn)制代碼。ADC將模擬輸入信號(hào)的幅度與其16個(gè)離散電平進(jìn)行比較?；谶@種比較，生成輸入的數(shù)字表示。例如，對(duì)于圖4所示的藍(lán)色曲線(xiàn)，將輸入信號(hào)與ADC的16個(gè)離散電平進(jìn)行比較的過(guò)程可能會(huì)導(dǎo)致所示的紅色曲線(xiàn)。然后，ADC使用二進(jìn)制代碼來(lái)表示所獲得的樓梯近似值的每個(gè)電平。例如，當(dāng)紅色曲線(xiàn)的值等于LSB的4倍時(shí)，我們的四位ADC的輸出為0100。
需要注意的一點(diǎn)是，圖2中的“數(shù)字信號(hào)處理器”模塊接收離散時(shí)間序列，因?yàn)锳DC以預(yù)先指定的采樣間隔的倍數(shù)采樣。并且，每個(gè)樣品的振幅被量化。這與模擬信號(hào)處理相反，在模擬信號(hào)處理中，輸入是連續(xù)時(shí)間信號(hào)，可以取其指定范圍內(nèi)的任何值。 
發(fā)援會(huì)的作用 信號(hào)經(jīng)過(guò)“數(shù)字信號(hào)處理器”模塊處理后，我們通常需要將其轉(zhuǎn)換為等效的模擬信號(hào)。這是通過(guò)D/A轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)的。下圖描述了一個(gè)音頻處理應(yīng)用程序。 
 
在這種情況下，使用數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)來(lái)添加回聲或調(diào)整聲音的速度和音高以獲得完美的聲音。然后，處理后的信號(hào)被傳送到DAC，以產(chǎn)生可由揚(yáng)聲器輸出的模擬信號(hào)。請(qǐng)注意，有些DSP應(yīng)用不需要DAC。例如，雷達(dá)中采用的數(shù)字信號(hào)處理算法可能會(huì)為我們提供飛機(jī)的位置和速度。這些信息可以簡(jiǎn)單地打印在紙上。 
“數(shù)字信號(hào)處理器”模塊 DSP 算法由許多數(shù)學(xué)運(yùn)算組成。例如，四階有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器需要五個(gè)數(shù)字乘法器，四個(gè)加法器以及一些延遲元件，如下所示。
 

因此，數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)際上是一個(gè)計(jì)算引擎。該計(jì)算引擎可以是通用處理器、FPGA，甚至是專(zhuān)用DSP芯片。每個(gè)選項(xiàng)在靈活性、速度、易于編程和功耗方面都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
由于計(jì)算資源非常有價(jià)值，數(shù)字信號(hào)處理試圖為我們提供工具和技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)快速、計(jì)算高效的算法。例如，有幾種不同的結(jié)構(gòu)可用于實(shí)現(xiàn)給定的FIR濾波器。 
DSP 可用于廣泛的應(yīng)用 DSP概念和工具可用于任何需要在數(shù)字域中操縱輸入信號(hào)的應(yīng)用。這包括但不限于音頻和視頻壓縮、語(yǔ)音處理和識(shí)別、數(shù)字圖像處理和雷達(dá)應(yīng)用。
在這些領(lǐng)域追求職業(yè)都需要掌握廣泛的專(zhuān)業(yè)DSP算法，數(shù)學(xué)和技術(shù)。事實(shí)上，任何一個(gè)人似乎都不太可能掌握所有已經(jīng)開(kāi)發(fā)的DSP技術(shù)。然而，幾乎所有DSP應(yīng)用都使用一些常見(jiàn)的DSP概念，如濾波、相關(guān)和頻譜分析。因此，DSP教育的第一步是掌握基本概念，然后專(zhuān)注于特定興趣領(lǐng)域需要的專(zhuān)業(yè)技術(shù)。