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浅析数字信号处理技术

来源:UC论文网2019-04-08 13:16

摘要:

  摘要:由于参与河南省重大科技专项――工业蓄电池在线安全预警系统的研究需要采用数字信号处理技术,因此研究了数字信号技术的发展历程并将掌握的知识总结成文。数字信号处理可以运用计算机以及相关的特殊处理设备,借助数值运算等手段来采集、变换、综合、识别以及估值信号等。这些技术可以在很大程度上加工处理相关的信号,这样就能够达到提取信息,为数字信号的应用提供了较大的便利。本文论述了数字信号的特征,阐述了数字...

  摘要:由于参与河南省重大科技专项――工业蓄电池在线安全预警系统的研究需要采用数字信号处理技术,因此研究了数字信号技术的发展历程并将掌握的知识总结成文。数字信号处理可以运用计算机以及相关的特殊处理设备,借助数值运算等手段来采集、变换、综合、识别以及估值信号等。这些技术可以在很大程度上加工处理相关的信号,这样就能够达到提取信息,为数字信号的应用提供了较大的便利。本文论述了数字信号的特征,阐述了数字信号处理技术的发展过程,在文章的第三部分,文章研究了数字信号处理的具体运用。


  关键词:数字信号处理特点发展应用


  中图分类号:TN911.72文献标识码:A文章编号:1007-0745(2013)06-0243-02


  一、数字信号的特点


  数字信号只能在有限的时间点上针对模拟信号进行取值,在数值离散化后,形成了若干具备有限电平的相关信号。借助计算机可以很容易地处理和分析此类信号,从数字信号的分类来看,包括一维及多维、确定性、平稳随机、单通道以及多通道等多种类型。


  二、数字信号处理技术的发展


  数字信号处理器(DSP)是微处理器的一种,属于高速专用的处理器。它的关键特征在于具备了强大的数学计算功能,而且有着十分丰富的资源。可以运用它来高速地输入、输出以及传输相关数据,它专门处理以运算为主的实时信号。从20世纪60年代开始,有关学者和专家提出了数字信号处理技术,经过了50多年的发展和技术突破,已经形成了DSP的相关理论以及算法。在分立元件组成的数字信号系统中,数字信号理论得到了相应的运用。最开始,它主要在美国的重点部门中使用,如美国军事以及航天部门。也就是从这时开始,真正的数字信号处理器出现了。在1982年,全球第一个DSP芯片在美国的TI公司被制造出来。在其后的几十年中,伴随着数字处理理论和技术的不断发展和进步,数字处理产品的更新速度也经历了较快的发展,平均每2~3年就更新一代。从当前来看,TMS320C6416T是目前最高性能典型的数字处理技术芯片,它是建立在先进的第二代高性能高速超长指令结构(VelociTI.2TM)基础之上研发而成的,这种数字处理器运用了0.09μm的技术加工工艺,而且执行了IEEE1149.1标准进行边界扫描。它的电压是1.2V,提供了64路独立通道的EDMA数据传输总线。在1GHz时钟频率(时钟周期为1ns)的工作模式下,8位数据的即时计算速度可以达到8000MIPS,在执行16位乘法运算时,速度可以达到4000MMACS。与此同时,每个时钟周期还可以同时执行8条32位指令。


  除此之外,在芯片内部,还可以专门支持3GPP系统,因为它提供了10路2Mbps和60路384Kbps的传输控制协议。通常情况下,在DSP系统中除了有DSP芯片,还可以连接专用的外接存储器。当前情况下,外部程序存储器通常都选用FLASHROM,例如AT29LV系列,它们的速度非常快,并且具有擦除功能。在数据存储器方面,可以选用DRAM或者SRAM,如果是在速度要求更高的情况下,则可以选用双端口存储器。它们的内部都配备有仲裁电路,可以同时在两个端口输入和输出数据,而且还可以将输入设备以及输出设备隔离开来。在这种条件下,还能够较好地服务于大规模的数字信号处理案例,例如,应用在数据运算量过于庞大,并且图像还需要进行实时的压缩处理以及3GPP与3GPP2等情况下。


  三、数字信号处理的应用


  当前,数字信号处理在技术和理论方面的发展都很快,这不仅取决于集成电路的发展速度,而且还是由于市场对数字处理技术的需求非常强烈。数字信号处理在社会生活中得到了非常普遍的运用,关键运用在通用数字信号处理、通信、自动控制、医疗、军事以及图像视频处理等多种方面。以下举例说明:


  1、数字照相机。20世纪90年代早期美国生产出第一个数码相机,此后数码技术得到了迅猛的发展。从美国的情况来看,利用卫星上传输太空照片,后来扩展到民用领域,如今它几乎将传统的光学相机市场占领殆尽。从数字照相机来看,它不使用任何胶卷,只需要运用光敏半导体器件转换相关的光信号,之后还要经过数字处理压缩,将这些图像文件储存在存储器中。图像操作非常便利,可以在电脑和电视机上显示出来,也能够在打印机上打印出来,可以直接在电脑上处理数字照相机所拍摄的相关照片,不仅快捷,而且准确。此外还能够处理图像的黑白平衡和彩色平衡,进行边缘矫正,这样就可以改进图像质量。还能够将这些照片进行压缩,从而节约存储器空间。可以在数字信号处理芯片上来处理这些图片,是数字照相机中最为关键的技术。伴随着信息技术的快速发展,数字照相机的价格在逐步下降,性能却在逐步提升,都为数字照相机逐步地走进人民群众的日常生活奠定了基础。


  2、数字视频光盘机。它涵盖了我们所熟悉的VCD、CVD、DVD等,VCD俗称影音光碟,可以兼容CD碟片,能够运用数字形式来记录和读取图像以及声音的相关信号,如今已不多见。CVD的性能则明显地超越了VCD,除了具有VCD的性能,还可以和VCD以及CD音响相互兼容,市场竞争性强较强。DVD是数字光盘存储器,存储密度更高,它的存储器空间也较大。从图像处理以及分辨率来看,它的发展水平更高,功能也更加强大,可以和VCD相互兼容,而且得到了广泛的普及和运用。


  3、数字化电视、电脑以及电脑电视。伴随着数字处理技术的不断发展和进步,网络也在日新月异地发展变化。因此,家庭网络化消费就变成了主要的消费模式之一,这在很大程度上促进了家庭化信息产品的发展。从家庭的诸多数字化产品中可以看出,电脑电视的发展非常吸引人们的眼球。电脑电视指的是将电脑当成最为重要的配置,可以看电视,也可以运用遥控器或鼠标键盘来操作电脑。这种电脑电视同时具备了电视机与电脑的诸多功能。它要运用相关的系统集成技术,使其具有不惧怕病毒、操作十分方便、快捷的特点,重要的是它的成本非常低。电脑电视的出现可以让人们在日常生活中通过电视机来浏览互联网网页,而且还具备了VCD以及VCD等诸多功能。


  4、微弱信号提取与测量。本人所参与的工业蓄电池在线安全预警系统就属于此类范畴,系统的测量对象就是蓄电池的内阻。常用蓄电池的内阻都是毫欧级甚至是微殴级。该系统适用于国民经济重要行业和要害部门后备电源的安全预警,对保证备用电源系统的正常运行和防止重大安全事故的发生具有重要意义,为蓄电池的研发、生产、选型、验收和维护等各个环节提供了全新的、更加精确的检测方法。本项目中的数字处理技术选用窄带滤波和相关运算方法进行数字处理。经程序修改也可实验混沌等其他数字信号处理方法。选用TI公司DSP芯片,设计IIR软件滤波、相关运算及FFT算法,提高对微弱信号的处理能力和抗干扰能力。


  四、结束语


  全新的数字处理应用技术正在经历较快的发展,数字信号处理产品的功能也在变得越来越强大,而且使用寿命越来越长。不但要面临数字信号处理的技术难题,而且还要注重它的实用性和普及性能。从CPU速度来看,有着越来越高的要求,所以数字信号处理器的制造商要勇敢地面对此类挑战,进一步推进数字信号处理技术的发展和进步。尽管数字信号处理技术的发展十分迅猛,在使用过程中仍然存在着这样那样的不足和缺陷。从数字信号处理技术的普及程度来看,它在社会生活的诸多领域都得到了较好的应用,可以看出它的市场前景非常广阔,我们也期待着数字信号处理技术会得到更为广泛的普及和运用。从自身的工作来说,通过对数字处理技术的了解,掌握数字信号处理器件的应用,使其更好的服务于工业蓄电池在线安全预警项目当中。


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