DSP结课论文

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DSP原理及应用结课论文



概述：DSP（digital signal processor）是一种独特的微处理器，是以数字信号来处理大量

信息的器件。其工作原理是接收模拟信号，转换为0或1的数字信号，再对数字信号进行修改、删除、强化，并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性，而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序，远远超过通用微处理器，是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度，是最值得称道的两大特色。DSP（Demand-Side Platform），就是需求方平台。这一概念起源于网络广告发达的欧美，是伴随着互联网和广告业的飞速发展新兴起的网络广告领域。它与Ad Exchange和RTB一起迅速崛起于美国，已在全球快速发展，2011年已经覆盖到了欧美、亚太以及澳洲。在世界网络展示广告领域，DSP方兴未艾。DSP传入中国，并迅速成为热潮，成为推动中国网络展示广告RTB市场快速发展的动力之一。

1.1信号处理/DSP[数字信号处理]

现代社会对数据通信需求正向多样化、个人化方向发展。而无线数据通信作为向社会公众迅速、准确、安全、灵活、高效地提供数据交流的有力手段，其市场需求也日益迫切。正是在这种情况下，3G、4G通信才会不断地被推出，但是无论是3G还是4G，未来通信都将离不开DSP技术（数字信号处理器)，DSP作为一种功能强大的特种微处理器,主要应用在数据、语音、视像信号的高速数学运算和实时处理方面，可以说DSP将在未来通信领域中起着举足轻重的作用。

为了确保未来的通信能在各种环境下自由高效地工作，这就要求组成未来通信的DSP要具有非常高的处理信号的运算速度，才能实现各种繁杂的计算、解压缩和编译码。而目前DSP按照功能的侧重点不一样，可以分为定点DSP和浮点DSP，定点DSP以成本低见长，浮点DSP以速度快见长。如果单一地使用一种类型的DSP，未来通信的潜能就不能得到最大程度的发挥。为了能将定点与浮点的优势集于一身，突破DSP技术上的瓶颈，人们又推出了一种高级多重处理结构--VLIW结构，该结构可以在不提高时钟速度的情况下，实现很强的数字信号处理能力，而且它能同时具备定点DSP和浮点DSP所有的优点。为了能推出一系列更高档的新技术平台，人们又开始注重DSP的内核技术的开发，因为DSP的内核就相当于计算机的CPU一样，被誉为DSP的心脏，大量的算法和操作都得通过它来完成，因此该内核结构的质量如何，将会直接影响整个DSP芯片的性能、功耗和成本。

考虑到未来无线访问Internet因特网和开展多媒体业务的需要，现在美国的Sun公司又开始准备准将该公司的拳头产品--PersonalJava语言嵌入到DSP中，以便能进一步提高DSP在处理信号方面的自动化程度和智能化程度。当然，在以前DSP中也潜入了其他软件语言，例如高级C语言，但这种语言在处理网络资源以及多媒体信息方面无能为力；而PersonalJava是一种适合个人网络连接和应用的Java环境，基于该环境的个人通信系统可以从网络和Internet网上下载数据和图像。此外，人们还在研究开发符合MPEG-4无线解压缩标准DSP，该压缩标准将为未来通信传输各种多媒体信息提供了依据。

作为一个案例研究，我们来考虑数字领域里最通常的功能：滤波。简单地说，滤波就是对信号进行处理，以改善其特性。例如，滤波可以从信号里清除噪声或静电干扰，从而改善其信噪比。为什么要用微处理器，而不是模拟器件来对信号做滤波呢？我们来看看其优越性：模拟滤波器（或者更一般地说，模拟电路）的性能要取决于温度等环境因素。而数字滤波器则基本上不受环境的影响。数字滤波易于在非常小的宽容度内进行复制，因为其性能并不取决于性能已偏离正常值的器件的组合。一个模拟滤波器一旦制造出来，其特性（例如通带频率


范围）是不容易改变的。使用微处理器来实现数字滤波器，就可以通过对其重新编程来改变滤波的特性。

1.2架构/DSP[数字信号处理]

数字信号处理是一种将现实世界中的真实信号(专业术语称之为连续信号)转换为计算机能够处理的信息的过程。比如人们说话的声音，这就是一个连续信号,除此之外，现实生活中还有很多这样的信号，比如光、压力、温度等等。这些信号通过一个模拟向数字的转换过程(称之为AD)，变成数字信号送给处理器，进行数字计算，处理结束后，再把结果通过数字向模拟的转换过程重新变成连续信号(称之为DA)。用一般的通用微处理器可以完成这些工作，但是面临的问题是满足如此高的计算速度，就很难保证耗电量很低，更难保证价格足够便宜。因此，另一种微处理器应运而生：数字信号处理器，简称DSP。

DSP是微处理器的一种,这种微处理器具有极高的处理速度.因为应用这类处理器的场合要求具有很高的实时性(Real Time)。比如通过移动电话进行通话,如果处理速度不快就只能等待对方停止说话，这一方才能通话。如果双方同时通话，因为数字信号处理速度不够,就只能关闭信号连接.在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU(微处理器)来完成。但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。因此，直到70年代，有人才提出了DSP的理论和算法基础。那时的DSP仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP系统也是由分立元件组成的，其应用领域仅局限於军事、航空航天部门。

90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属於第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。

1.3处理平台/DSP[数字信号处理]

该设备简称HVD。

HVD是一个通用的视频图象处理平台，功能模块包括：视频图象的输入、AD转换、计算和处理、输出接口。

典型应用：用于交通数据的采集。在公路上架设摄像头，将视频接入HVD，对过往车辆的车牌号、当前车速、车型进行自动识别和计算,并将采集到的数据上报给公路管理部门,作为交通管理或管制的基础数据。

典型应用的功能描述：从外接公路摄像头将视频模拟信号接入到HVD中，HVD先将模拟视频AD，将AD后的原始视频数据送到高速DSP中计算、分析、识别，输出有关的车辆车牌信息和车速有关信息，HVD可以通过TCP/IP标准以太网接口与上层监视中心连接，也可以通过GPRS与上层监视中心实现无线连接，HVD同时具有位置信息上报功能（集成GPS模块）。 车牌识别系统算法分为三个步骤，检测（检测出车牌在当前视频帧上所处的位置）、切割（将车牌号所在的图像区域切割出来，用于后继的识别运算）、识别（识别出车牌号和车速）。由于识别步骤所使用的是浮点运算，为了确保HVD有足够的处理能力，将浮点运算独立出来，使用专门的浮点DSP来进行该部分的浮点运算。 主DSP的选型为TMS320DM642GDK，该型号DSP有视频数据接口，有EMAC接口，有标准的EMIF接口，用在该系统中可去省去很多的中间连接芯片。从DSP的选型为TMS320C6713GDP，浮点DSP，有16位HPI接口。主从DSP通讯是通过主DSP的EMIF和从DSP的HPI接口来实现的，接口易实现和可靠。

视频A/D芯片为：SAA7111A，3.3V供电。 以太网接口芯片为：LXT972A，3.3V供电。

GPRS模块型号：SIM100，内部集成TCP/IP协议栈。 GPS模块：GPS25-LVS，常用GPS模块。 外接电源为市电，220V交流。


该设备是工业级的，充分考虑了电磁干扰问题，特别是在公路上电火花的冲击、电源的大幅波动。

1.4应用前景

广义来说，数字信号处理是研究用数字方法对信号进行分析、变换、滤波、检测、调制、解调以及快速算法的一门技术学科。但很多人认为：数字信号处理主要是研究有关数字滤波技术、离散变换快速算法和谱分析方法。随着数字电路与系统技术以及计算机技术的发展，数字信号处理技术也相应地得到发展，其应用领域十分广泛。数字控制、运动控制方面的应用主要有磁盘驱动控制、引擎控制、激光打印机控制、喷绘机控制、马达控制、电力系统控制、机器人控制、高精度伺服系统控制、数控机床等。面向低功耗、手持设备、无线终端的应用主要有：手机、PDA、GPS、数传电台等。 参考文献： 【1】TMS320F2833x DSP应用开发与实践 符晓，朱洪顺 编著 北京航空航天大学出版社 【2】DSP原理及图像处理应用

赵小强李大湘白本督编著 人民邮电出版社

【3】DSP原理及电机控制应用:基于TMS320LF240X系列 刘和平 等编著 北京航天航空大学出版社

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