數字信號處理（DSP）自1965年由Cooley和Tukey提出DFT（離散傅里葉變換）的高效快速算法（Fourier Transform，簡稱FFT）以來，已有近40年的歷史。隨著計算機和信息技術的發展，數字信號處理技術已形成一門獨立的學科系統。數字信號處理作為一門獨立學科是圍繞著三個方面迅速發展的：理論、現實和應用。作為數字信號理論，一般是指利用經典理論（如數字、信號與系統分析等）作為基礎而形成的獨特的信號處理理論，以及各種快速算法和各類濾波技術等基礎理論。由此在各個應用領域如語音與圖象處理、信息的壓縮與編碼、信號的調制與調解、信道的辨識與均衡、各種智能控制與移動通訊等都延伸出各自的理論與技術，到目前可以說凡是用計算機來處理各類信號的場合都引用了數字信號處理的基本理論、概念和技術。

數字化技術有今天的飛速發展，是依仗于強大的軟、硬件環境支撐。作為數字信號處理的一個實際任務就是要求能夠快速、高效、實時完成處理任務，這就要通過通用或專用的數字信號處理器來完成。因此，數字信號處理器是用來完成數字信號處理任務的一個軟、硬件環境和硬件平臺。

DSP算法及芯片分類

DSP運算的基本類型是乘法和累加(MAC)運算，對于卷積、相關、濾波和FFT基本上都是這一類運算。這樣的運算可以用通用機來完成，但受到其成本和結構的限制不可能有很高的實時處理能力。

DSP運算的特點是尋址操作。數據尋址范圍大，結構復雜但很有規律。例如FFT運算，它的蝶形運算相關節點從相鄰兩點直至跨越N/2間隔的地址范圍，每次變更都很有規律，級間按一定規律排列，雖然要運算log2N遍，但每級的地址都可以預測，也就是尋址操作很有規律而且可以預測。這就不同于一般的通用機，在通用機中對數據庫的操作，具有很大的隨機性，這種隨機尋址方式不是信號處理器的強項。



可以看出無論是專用的DSP芯片或通用DSP芯片在結構考慮上都能適應DSP運算的這些特點。而專用芯片在結構上考慮的更加專業化，更為合理，因而有更高的運算速度。

DSP芯片按用途或構成分類可以分為下列幾種類型： 為不同算法而專門設計的專用芯片：例如用于做卷積/相關并具有橫向濾波器結構： INMOS公司的A100、A110；HARRIS公司的HPS43168； PLESSY GEC 公司的PDSP16256等。 用于做FFT： Austek公司的A41102， PLESSY GEC 公司的PDSP16150等。這些都是為做FIR、IIR、FFT運算而設計的，因而運算速度高，但是具有有限的可編程能力，靈活性差。

為某種目的應用的專門設計系統，即ASIC系統。它只涉及一種或一種以上自然類型數據的處理，例如音頻、視頻、語音的壓縮和解壓，調制/解調器等。其內部都是由基本DSP運算單元構建，包括FIR、IIR、FFT、DCT，以及卷積碼的編/解碼器及RS編/解碼器等。其特點是計算復雜而且密集，數據量、運算量都很大。

積木式結構：它是由乘法器、存儲器、控制電路等單元邏輯電路搭接而成，這種結構方式也稱為硬連線邏輯電路。它是一種早期實現方法，具有成本低、速度高等特點，由于是硬連接因而沒有可編程能力。目前主要用于接收機的前端某些高頻操作中。

用FPGA（現場可編程陳列）實現DSP的各種功能。實質上這也是一種硬連接邏輯電路，但由于有現場可編程能力，允許根據需要迅速重新組合基礎邏輯來滿足使用要求，因而更加靈活，而且比通用DSP芯片具有更高的速度。一些大的公司如 Xinlinx、Altera也正把FPGA產品擴展到DSP應用中去。

通用可編程DSP芯片：這是目前用得最多的數字信號處理應用器件，其特點本文將予以詳細討論。

片上系統Soc(System on Chip)，這是數字化應用及微電子技術迅速發展的產物，是下一代基于DSP產品的主要發展方向之一。它把一種應用系統集成在一個芯片上。通常，為滿足系統的性能要求和提高功率效率，會把DSP和MCU的多處理器處理平臺集成在一起。圖1 是由TI公司推出的開放多媒體應用平臺（OMAP），用來支持2.5G和3G應用而設計的處理器體系結構，它支持語音、音頻、圖像和視頻信號處理應用的各種性能。其中關鍵器件有：低功耗的DSP芯片，用來做媒體處理；MCU用來支持應用操作系統及以控制為核心的應用處理；MTC是內存和流量控制器，確保處理器能高效訪問外部存儲區，避免產生瓶頸現象，提高整個平臺的處理速度。

DSP對MCU性能上的改進

對數字信號處理器可以確切的下這樣的定義：解決實時處理要求，適合DSP運算需求的單片可編程微處理器芯片。原理上說通用微機、單片機都可以用來做信號處理的硬件平臺，但作為DSP實時處理要求必須滿足大數據量、復雜計算、實時性強的各種運算，因而DSP芯針對DSP算法特點做了以下幾方面的改進：

運算能力上的擴充

采用專用的硬件乘法器，有足夠的字長，乘法結果保留全部數值，用雙字長乘法存儲器，同時可以用來做雙精度運算。

自動產生數據地址

通用處理器由ALU產生地址，在DSP中專門有地址產生單元，通過程序循環，自動產生數據地址，這一單元本身也是一個微處理器，可以通過編程產生復雜的非順序地址（例如FFT中的倒位序地址產生）。

指令時序的產生不對其他運算單元造成額外開銷

指令時序是可編程的，在遇到執行程序轉移和循環時，不會額外增加開銷。

簡單比例定標運算得到寬的動態范圍

一般DSP芯片中都有桶形移位器，可以在一定范圍內調整數據輸出寬度，特別是在做浮點和塊浮點運算時，免去主處理器作多次移位和旋轉操作。

審核編輯：湯梓紅