淺談數字信號處理技術的應用與發展

肖媛媛 李莉

摘要：隨著計算機走入千家萬戶，數字信號處理技術也開始在各行各業中取得廣泛應用。同時，數字信號處理技術發展前景廣闊。本文主要從數字信號處理技術的概念與工作原理出發，分析數字信號處理技術在各個領域的應用模式，并展望未來數字信號處理技術的發展趨勢。

關鍵詞：數字信號處理技術；工作原理；應用；發展

一、引言

數字信號處理技術產生于上世紀七十年左右。隨著八十年代的產品普及，數字信號處理技術在之后開始突飛猛進。經過半個世紀的縱向發展，DSP的應用已從軍工領域開始進入人民日常消費的各個領域，并在很大程度上決定了電子產品更新換代的速度。目前，我國已經進入了DSP需求爆炸性增長的新時代。

二、數字信號處理技術綜述

（一）數字信號處理技術的概念與工作原理

所謂數字信號處理技術是指將包括視頻、音頻、圖片在內的模擬信息從充滿噪音、具有高度干擾性的環境中提取出來并轉化為機器與人類能夠識別的數據信息的一種技術。數字信號處理技術的核心是模擬信息的提取與轉換，其以DSP微處理器為運行基礎。DSP通過接收模擬信號，并將模擬信號轉化為以0或1表示的數據信號。此時，DSP再對數據信號進行一系列的操作后，即可在其他的系統芯片中將處理后的數據信號再度編譯為模擬信號或適應實際環境的格式。最終，經過DSP微處理器提取與轉化的信息即可被機器與人類識別。

（二）數字信號處理技術的優勢對比

1、模擬信號處理技術

早期的信號處理領域多采取模擬信號處理，其在工作過程中常受到隨機變化值的影響。因此在經過多次復制或遠程的傳輸后，環境中隨機噪聲的負面效將對信號處理的結果影響較大。盡管在理論上，模擬方法具有無窮分辨率，即可以理解為其精確性理論上比數字信號處理的精確性高。但在實際中由于隨機噪聲的負面效應會使信號受損，并且在受損后幾乎不可能被還原，盡管可以通過放大與過濾的方式降低噪聲的方式消除其負面效應，但在實際應用中，會導致模擬信號處理的精度與效率低下等問題。最終，模擬信號處理開始被逐漸淘汰出局。

2、數字信號處理技術

相較于過去的模擬信號處理，數字信號處理具有靈活精確與高速實時的優勢。數字信號處理技術采用二值邏輯的邏輯運算方法，因此其在工作過程中受電路噪聲以及溫度等因素的負面影響較小。這使數字信號處理的邏輯翻轉可能性較低，運行將更加穩定。同時，數字信號處理技術可以利用軟件自由修改參數，靈活性更好。并且由于各類并行結構的集成電路的應用，數字信號處理技術的集成度將更好。

三、數字信號處理技術在各行業的應用分析

（一）數字信號處理技術在高頻通信領域應用

高頻通信又被稱為短波通信，是指利用波長在十米至一百米之間、頻率在三兆赫至三十兆赫之間的電磁波進行的無線電通信。目前，高頻通信領域的關鍵技術之實現都依賴于數字信號處理技術。例如在系統硬件方面，DSP芯片不僅可以對專業音頻信號進行處理，而且部分DSP芯片的主頻效率可達300兆赫，每秒處理機器語言指令數高達2400。此外，數字信號處理技術在高頻通信領域還可應用于自適應呼叫、靜態圖像的傳輸以及傳真等方面。運用DSP處理信息模塊的工作流程具體可以劃分為三部分，首先必須將前段射頻信號調整成高頻信號，然后將高頻信號經過變頻產生中頻信號進行分析處理，最后將處理好的信號輸送到其該當的領域中，實現數字量化的目標。同時由于接收設備在接受電臺信號時，各發射臺的功率不一且各接收設備距離發射臺的遠近不同，不同的接收設備所感生的有效信號強度也各不相同，并且在縱向空間中有較大起伏。因此，多數接收設備中都會安裝自動增益控制電路。自動增益控制電路不僅能夠有效反映放大器與寬帶信號的增益效果，同時能夠提供更多參考信息，為分析頻率譜密度與波形提供數據支持。終端設備若應用了AGC信號，也能夠降低噪聲負效應。在應用自帶編程功能的變頻器將信號進行減速以及濾波處理后，還要求輸出一部分頻譜。在經過以上處理后，即可將專用于終端客戶的模擬信號發送給需求者。

（二）數字信號處理技術在測繪工程領域的應用

數字信號處理技術不僅可適用于高頻通信行業，還可應用于測繪工程行業。數字信號處理技術的應用可以有效提高測繪的精準度。傳統的測量儀器中常應用高級單片機，即在一塊芯片上就集成了中央處理器、主存、只讀內存等元器件。盡管單片機的價格便宜且應用環境完備，但數字信號處理技術的應用逐漸淘汰了單片機。數字信號處理技術在測繪設備中應用時，不僅可以簡化其硬件系統，還可提高其指令執行效率，同時性價比也將更高。其應用將推動測繪工程向高精度、準確性、零失誤的方向發展。

（三）數字信號處理技術在醫療衛生領域的應用

數字信號處理技術在醫療衛生方面的應用主要體現在全數碼助聽器的產生。多數聽障患者由于其致病因素不同以及學識水平、生活習慣、語系等的差異，對于助聽器的聽力補償要求各具特色。但由于傳統助聽器的電子放大電路之局限性，其并不能滿足各聽障患者的不同需求。而若將DSP處理器應用于助聽器后，DSP的高速實時與靈活精確的處理能力便能夠讓聽障患者根據其自由意志選擇其想聽到或不想聽到的聲音。

四、數字信號處理技術的發展前景

我國的數字信號處理技術隨著半導體制造工藝的發展開始在各行各業得到愈加廣泛的應用，但由于其發展時間尚短，因此總體上數字信號處理技術仍處于發展的初級階段。同時，數字信號處理技術的前景十分廣闊。

數字信號處理技術未來的研發將主要致力于四個方向：一是如何提高DSP運算速率；二是如何降低功能及資源耗費；三是如何縮小物理尺寸；四是如何完善內部結構。因此，數字信號處理技術未來的發展將趨向于自帶編程功能——可編程DSP。其應用將使定點工廠的生產具有極大的靈活性，同時用戶也將更易于升級。這為通信領域的電子產品軟件升級提供了技術基礎。此外，在與其他集成電路融合的研究試驗中，將DSP內核電路直接嵌入處理器中將提高芯片的性能。

五、結語

數字信號處理技術的優越性已不斷體現在各個領域中，并逐漸被各行各業所重視。數字信號處理技術不僅在高頻通信領域發光發熱，也在其他方面取得了巨大成就。在DSP目前的前景規劃中，數字信號處理技術也將根據實際需要，致力于提高處理器運算速度、降低損耗、優化內部結構，最終為各個領域提供更多便利。

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