涂鵬

江西省廣播電視監(jiān)測中心 南昌市 330046

0 前言

隨著數(shù)字信號的廣泛應(yīng)用，要切實(shí)體現(xiàn)數(shù)字信號的價(jià)值，需要不斷對數(shù)字信息處理技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行深入分析，發(fā)揮其體積小、能耗低等方面的優(yōu)勢，采用更好的方式對聲音、圖像進(jìn)行處理，加大數(shù)字信號處理技術(shù)的研發(fā)力度，推動(dòng)應(yīng)用的多樣化和深層次化，使電子信息工程中數(shù)字信息處理技術(shù)的應(yīng)用更為普及。

1 數(shù)字信號處理技術(shù)的概念與特征

1.1 概念

數(shù)字信號處理技術(shù)（Digital Signal Processing-DSP），簡單來說，是指通過使用數(shù)字技術(shù)各種方法，加之計(jì)算機(jī)對各種信息資料進(jìn)行收集和有目的性信息處理（如圖1所示）。對模仿信號微處理流程技術(shù)而言，此技術(shù)對展開數(shù)字信號的微處理流程技術(shù)最具實(shí)際應(yīng)用優(yōu)點(diǎn)。基于客戶多元化需求，推進(jìn)數(shù)字信號能夠迅速改變，在新時(shí)期環(huán)境下，備受客戶喜愛。在使用數(shù)碼信號處理環(huán)節(jié)中，重點(diǎn)是如何借助其數(shù)字信號處理器的處理功能，對從接收器所獲得的各種信息資料進(jìn)行有效篩選處理和跟蹤管理，最后總結(jié)出真正對顧客有意義的各種信息，傳遞反饋至顧客手中。目前生物醫(yī)學(xué)、自動(dòng)化等行業(yè)以及雷達(dá)和測量儀器等專業(yè)領(lǐng)域范圍內(nèi)，都已經(jīng)進(jìn)行數(shù)字信號分析處理等技術(shù)方法大范圍地使用。圍繞數(shù)字信號管理開發(fā)出的其他新元件及新技術(shù)，都已取得了較高水平的應(yīng)用成果，并已獲得大量業(yè)內(nèi)人士的廣泛認(rèn)可。

圖1 數(shù)字信號處理系統(tǒng)圖

1.2 特征

對數(shù)字信號處理技術(shù)而言，其運(yùn)行原理的重心是關(guān)于自身收集的所有新信號，然后進(jìn)行研究，歸納出具有作用的信息。從而再使用有關(guān)的模式將無價(jià)值、有價(jià)值的信息進(jìn)行劃分，最終推動(dòng)數(shù)字信號用一類易于分辨的方式進(jìn)行呈現(xiàn)。在以往信號處理技術(shù)使用環(huán)節(jié)中，大眾重點(diǎn)使用的是模擬信號方式，對于之前的模仿數(shù)字信號處理技術(shù)，尤其需要預(yù)防的是關(guān)于后續(xù)編改參數(shù)流程中的難度，當(dāng)信號模擬器難以針對外部環(huán)境展開有效感知的基礎(chǔ)上，在新時(shí)代環(huán)境下，水平較高的數(shù)字信號技術(shù)更加受到大眾青睞。面對目前使用最廣的數(shù)字信號處理技術(shù)，利用中心二值邏輯技術(shù)的作用，可以對外部溫度與聲音變動(dòng)等展開敏銳的感知，脫離外部環(huán)境轉(zhuǎn)變對其的干擾，并在輸出、輸入訊號時(shí)增強(qiáng)穩(wěn)固性。另外，數(shù)字信號處理技術(shù)能夠利用某些技術(shù)軟件，針對處理器的各種參數(shù)實(shí)行相關(guān)性的修改，不僅可以合理提升信號處理器靈敏性，還能為國內(nèi)信號處理技術(shù)的提升奠定牢固的基礎(chǔ)。

2 電子信息工程中數(shù)字信號處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

數(shù)字信號處理技術(shù)擁有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)信息處理水平，相較于其他技術(shù)，數(shù)字信號處理技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)比較突出。從目前數(shù)字信號處理體系的運(yùn)用中就能看出，其含有獨(dú)有芯片構(gòu)造，此芯片構(gòu)造歸于哈佛構(gòu)造新派，在哈佛構(gòu)造的保證下，推進(jìn)體系的有效平穩(wěn)運(yùn)轉(zhuǎn)。在運(yùn)轉(zhuǎn)階段，確定可以分別處在兩個(gè)不同的單獨(dú)空間內(nèi)，達(dá)到程序運(yùn)行，保證芯片本身的安全性。加強(qiáng)數(shù)據(jù)處理水平，利用這類方式，能夠避免芯片和其他線路運(yùn)轉(zhuǎn)之間出現(xiàn)沖突問題。對其他處理結(jié)構(gòu)來講，哈佛構(gòu)造可以迅速完成指示的接收，更好地履行相關(guān)工作。顯而易見，數(shù)字信號處理技術(shù)在具體數(shù)據(jù)信息處理過程中，具備整體性、簡便性特征，促進(jìn)數(shù)據(jù)信息處理質(zhì)量能夠獲得提高。

電子信息工程中，數(shù)字信號的處理很多時(shí)候需要通過芯片的加強(qiáng)來達(dá)成，同時(shí)芯片結(jié)構(gòu)具體來說包括兩部分，分別是高速芯片與高位芯片。整體芯片工作的過程中，高速芯片與高位芯片承擔(dān)不同的工作內(nèi)容，因此兩者的工作壓力都得到了降低。相比較于之前的芯片系統(tǒng)來說，這類芯片處理能力更高，體積更小，因此功能以及運(yùn)算能力更強(qiáng)，這能夠幫助電子信息工程擁有更加穩(wěn)定的計(jì)算服務(wù)。與哈佛芯片存在的不同就是高速芯片與高位芯片之間不存在連接方式，因此兩者相對來說較為獨(dú)立。

3 電子信息工程中數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1 DSP芯片的應(yīng)用情況

20世紀(jì)60年代以來，隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的飛速發(fā)展，數(shù)字信號處理技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生并得到迅速的發(fā)展。上世紀(jì)70年代，DSP芯片（即指能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號處理技術(shù)的芯片）的理論和算法基礎(chǔ)已成熟。但那時(shí)的DSP僅僅停留在教科書上，即使是研制出來的DSP系統(tǒng)也是由分立元件組成的，其應(yīng)用領(lǐng)域僅局限于軍事、航空航天部門。

在當(dāng)今的數(shù)字化時(shí)代背景下，DSP芯片已成為通信、計(jì)算機(jī)、消費(fèi)類電子產(chǎn)品等領(lǐng)域的基礎(chǔ)器件。根據(jù)美國的權(quán)威公司統(tǒng)計(jì)，目前DSP芯片在市場上應(yīng)用最多的是通信領(lǐng)域，占56.1%；其次是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域，占21.16%；消費(fèi)電子和自動(dòng)控制占10.69%；軍事、航空占4.59%。

3.2 數(shù)字信息處理技術(shù)在短波通信中的應(yīng)用

短波通信是指利用天波發(fā)射3～30MHz頻率信號完成遠(yuǎn)距離通信。數(shù)字信息處理技術(shù)能夠提高短波通信中的通信質(zhì)量，能夠?qū)νㄐ判盘栠M(jìn)行更加準(zhǔn)確的分析，并建立數(shù)字化信號通道從而完成信號掃描等任務(wù)，進(jìn)一步提高通信效率和質(zhì)量。在應(yīng)用數(shù)字信息處理技術(shù)之后，能夠充分展現(xiàn)短波通信的應(yīng)用價(jià)值，提高靜態(tài)圖像輸出等功能的效率。此外，數(shù)字信息處理技術(shù)還可以通過信號模擬的方式，提高射頻信號處理的效率，并提高音頻信號輸出的穩(wěn)定性。由此可見數(shù)字信息處理技術(shù)在短波通信系統(tǒng)中的應(yīng)用有助于推動(dòng)其發(fā)展。

3.3 數(shù)字信息處理技術(shù)在軟件無線電中的應(yīng)用

數(shù)字信息處理技術(shù)的應(yīng)用能夠推動(dòng)軟件無線電通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的完善，并且在應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)數(shù)字信息處理技術(shù)能夠提高無線信號轉(zhuǎn)換效率。軟件無線電主要是通過射頻前端處理器進(jìn)行信號轉(zhuǎn)變與處理，而數(shù)字信息處理技術(shù)能夠?qū)⑻岣咧蓄l信號處理速度，進(jìn)一步提高無線信號傳輸?shù)姆€(wěn)定性，有助于推動(dòng)軟件無線電技術(shù)的發(fā)展。

3.4 數(shù)字信息處理技術(shù)在移動(dòng)機(jī)器人中的應(yīng)用

移動(dòng)機(jī)器人作為現(xiàn)代高新技術(shù)緊密結(jié)合的產(chǎn)物，移動(dòng)控制系統(tǒng)性能決定著機(jī)器人運(yùn)動(dòng)效果。而移動(dòng)控制系統(tǒng)中主要是利用數(shù)字信息處理技術(shù)完成控制任務(wù)。操作人員可以利用數(shù)字信息處理技術(shù)進(jìn)行機(jī)器人運(yùn)動(dòng)性能檢驗(yàn)，同時(shí)能夠記錄機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)軌跡，及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器人在運(yùn)行中存在的問題。

4 電子信息工程中數(shù)字信號處理技術(shù)的應(yīng)用策略

4.1 完善數(shù)字信號系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

目前的DSP技術(shù)具有很好的技術(shù)優(yōu)越性，其主要技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是采用哈佛公司的芯片架構(gòu)。哈佛晶體管與普通晶體管最大區(qū)別在于，晶體管的操作和儲存功能是分開的，并分別進(jìn)行相應(yīng)的計(jì)算。這個(gè)方法最大的優(yōu)點(diǎn)是能夠確保整個(gè)芯片都是單獨(dú)存在的。與常規(guī)處理技術(shù)相比，哈佛微處理器具有更強(qiáng)處理能力、更快響應(yīng)速度和更高處理準(zhǔn)確率，從而大大提高該系統(tǒng)性能。哈佛公司芯片使用兩個(gè)獨(dú)立的存儲器模塊，分別存儲運(yùn)行和數(shù)據(jù)兩個(gè)程序，每個(gè)存儲模塊都不允許指令和數(shù)據(jù)并存。在實(shí)際應(yīng)用中，數(shù)字信號處理方法主要是通過各種裝置的配合來增強(qiáng)數(shù)據(jù)間聯(lián)系和關(guān)聯(lián)，以便更好地進(jìn)行數(shù)據(jù)加工。這種工作模式，可增強(qiáng)和提高整個(gè)工作環(huán)境的工作效率，可從本質(zhì)上增強(qiáng)整個(gè)工作系統(tǒng)的工作能力。且此理論還可讓系統(tǒng)處理更多數(shù)據(jù)和資料，從而提升處理器的處理能力。從這個(gè)方面講，此功能可讓數(shù)據(jù)信號的處理更加有效與穩(wěn)定，還可根據(jù)實(shí)際情況，利用電子技術(shù)，增加軟件適用性與柔性。在電子信息工程學(xué)領(lǐng)域，一般都是用來進(jìn)行數(shù)據(jù)處理的，而芯片設(shè)計(jì)分為兩方面，一是速度快，二是體積小。在整個(gè)工作流程中，芯片各區(qū)間的工作任務(wù)不相同，這樣就可減少工作的緊張程度。相比以前芯片，這種芯片容量要大很多，可讓其性能變得更好。圖3是一種工作模式，和圖2的區(qū)別在于，并未連接到更高位置，所以這兩種芯片都是獨(dú)立的。

圖2 哈佛芯片工作方式

圖3 數(shù)字芯片工作方式

4.2 普及數(shù)字信號處理技術(shù)

為保證施工安全，必須進(jìn)行施工現(xiàn)場技術(shù)的訓(xùn)練，使相關(guān)人員能夠熟練學(xué)習(xí)數(shù)字信號、電氣、信息等相關(guān)技術(shù)，降低工作中的失誤，從而保證施工安全。此外，還可通過專業(yè)人士的指導(dǎo)，讓其更好理解DSP原理、組成與優(yōu)勢，確保操作者能夠熟練地使用DSP技術(shù)，并能將所需數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一處理（如圖4所示）。

圖4 DSP控制技術(shù)在電源系統(tǒng)中的應(yīng)用

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，數(shù)字信號技術(shù)也逐步提高。從我國實(shí)際應(yīng)用來看，我國數(shù)字信號處理技術(shù)還處于起步階段，通過實(shí)踐積累，其技術(shù)將會得到不斷提高。具體來說，包括以下內(nèi)容：數(shù)據(jù)處理速率逐步提高、資源使用量逐步降低、與社會聯(lián)系更加密切。

在數(shù)字語言編碼中，Opus技術(shù)優(yōu)點(diǎn)是顯而易見的，在水下通訊中，其視野范圍可達(dá)到8kHz-48kHz。短波廣播電臺采用Opus編碼技術(shù)具有10kbps以上優(yōu)勢，可阻止其他編譯者接收不間斷的頻段。另外，這種代碼可自由地被利用，并對Opus進(jìn)行了優(yōu)化，在短波電臺中采用這種方式可以提高效率，而與Speex公司的6kbps相結(jié)合可以實(shí)現(xiàn)更好的應(yīng)用。

另外，利用DSP技術(shù)可以將RF的數(shù)據(jù)進(jìn)行仿真，并將其加入到中頻信號中，再經(jīng)過數(shù)字化的運(yùn)算，最后將其作為語音信號的輸出。合理運(yùn)用數(shù)字化技術(shù)，可以有效改善通信系統(tǒng)性能，從而推動(dòng)通信事業(yè)的整體發(fā)展。

4.3 優(yōu)化數(shù)字信號運(yùn)動(dòng)控制卡

將數(shù)字信號處理技術(shù)引入到電子信息領(lǐng)域，需要對其進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂?，以方便改善其性能。在目前機(jī)器人技術(shù)領(lǐng)域，大部分動(dòng)作都由步進(jìn)馬達(dá)完成，這樣機(jī)器人就能避開障礙。在此階段，必須對運(yùn)動(dòng)控制卡內(nèi)的數(shù)碼信號進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以改善其工作效率?；谠撓到y(tǒng)的數(shù)字信號處理系統(tǒng)，能夠在工作過程中將步進(jìn)馬達(dá)的信息傳輸給機(jī)器人，方便其工作過程中的能源供應(yīng)。在機(jī)械臂操作過程中，運(yùn)用數(shù)碼處理技術(shù)，不僅可以對微處理器進(jìn)行改進(jìn)，而且可以改善其移動(dòng)能力。比如在設(shè)計(jì)的時(shí)候，通過數(shù)字信號技術(shù)進(jìn)行測試，可幫助機(jī)器人技術(shù)進(jìn)步。首先，可以選擇兩臺同樣的機(jī)器人來做實(shí)驗(yàn)，其中一臺將數(shù)碼信號處理設(shè)備放在一臺沒有數(shù)碼信號處理設(shè)備的機(jī)器上。將兩臺機(jī)械人同時(shí)開啟，讓其收集周圍數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為脈沖，發(fā)送給機(jī)器人。在比較兩個(gè)機(jī)械臂的移動(dòng)程度后，可以看出，采用數(shù)字化信號處理技術(shù)后，智能程度有了顯著提高。而移動(dòng)控制器是一種非常重要的設(shè)備，是一種可以實(shí)現(xiàn)移動(dòng)的裝置，通過數(shù)碼信號技術(shù)可對移動(dòng)控制器進(jìn)行更好地優(yōu)化，為其提供技術(shù)支持。在這種情況下，信號處理技術(shù)將會起到非常關(guān)鍵的作用，同時(shí)也可以讓機(jī)械臂的移動(dòng)速度得到最大的提高，從而提高數(shù)據(jù)的質(zhì)量和效率。

5 數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展方向

目前，國內(nèi)的數(shù)字信號處理技術(shù)正逐漸向一體化的系統(tǒng)型數(shù)字化轉(zhuǎn)型，在此過程中，既要對集中式的集成進(jìn)行統(tǒng)一的設(shè)計(jì)，又要在持續(xù)發(fā)展中對其進(jìn)行優(yōu)化。尤其是面對復(fù)雜的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、單一指令和多重?cái)?shù)據(jù)的情況下，需要利用超標(biāo)量結(jié)構(gòu)和超長指令結(jié)構(gòu)來進(jìn)行高效的數(shù)據(jù)分析。在注重對數(shù)字信號進(jìn)行定位的基礎(chǔ)上，對浮點(diǎn)數(shù)據(jù)的處理技術(shù)進(jìn)行了深入的研究。在實(shí)際的發(fā)展中，VLSI技術(shù)的迅速發(fā)展，使其具有了更高的性價(jià)比。可以說，在今后的發(fā)展中，數(shù)碼技術(shù)必將對我國的科學(xué)技術(shù)發(fā)展產(chǎn)生難以估量的影響，將使我們的人生豐富多彩，同時(shí)也將使我國在軍事和技術(shù)上脫穎而出。同時(shí)，數(shù)字信號處理技術(shù)在今后的發(fā)展過程中也要考慮到行業(yè)發(fā)展的需要，從數(shù)字信號處理、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、抗混濾波器等方面對數(shù)字信號進(jìn)行處理。這些元件之間的交互，讓許多的數(shù)字系統(tǒng)一起工作，讓實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)和信號的處理結(jié)合在一起，給人們的生活、工作和學(xué)習(xí)提供了更大的方便。在數(shù)字信號的時(shí)代來臨之際，數(shù)字信號技術(shù)更具有不容忽視的科技方法，DSP由于體積小、能耗低、電壓處理低，因此DSP已逐步占據(jù)了主導(dǎo)地位。首先，DSP技術(shù)將以較快的速率、較低的性能和較低的成本、縮小系統(tǒng)的幾何形狀，以適應(yīng)當(dāng)今世界及產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求，行業(yè)對產(chǎn)品的需求量持續(xù)增加。其次，DSP技術(shù)將著重于對其核心架構(gòu)的改善與變化，重點(diǎn)放在對其核心微架構(gòu)的運(yùn)用上。未來，若能將其運(yùn)用于影像資料領(lǐng)域，將會是另一項(xiàng)技術(shù)研究的熱點(diǎn)，從而促進(jìn)其多元化的發(fā)展與創(chuàng)新。

6 結(jié)束語

綜上所述，數(shù)字信號處理技術(shù)在促進(jìn)電子信息工程發(fā)展中，起到了至關(guān)重要的作用。所以，需加強(qiáng)對數(shù)字信號處理技術(shù)優(yōu)勢、特點(diǎn)等方面的研究，通過對相關(guān)技術(shù)的不斷完善與創(chuàng)新，增強(qiáng)電子信息工程在市場中的競爭力。