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概述

              通過使用數(shù)字信號處理器（DSP），就能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字語音的上述眾多優(yōu)點(diǎn)。這個芯片組是在同一塊板上集成了眾多的微處理器，使一些高級的數(shù)字信號處理的效率比過去更高。信號處理不過是對信號進(jìn)行變換或增強(qiáng)，DSP自然是處理數(shù)宇信號，不過通常的信號處理也可被用于許多模擬應(yīng)用中，比如說調(diào)制解調(diào)器。

       處理器可用來調(diào)制模擬或數(shù)字信號，也可對信號進(jìn)行放大、過濾（有選擇地通過或阻塞一定的頻帶）或均衡（使一定的電學(xué)特性平整一些）。DSP組采用數(shù)字邏輯對數(shù)字波形進(jìn)行以上操作。有時，模擬信號先被數(shù)字化以便讓數(shù)字處理器對它進(jìn)行處理（例如除去噪聲），再被轉(zhuǎn)化回模擬波形。

       從一定意義上可以說DSP芯片組就是一臺小型計算機(jī)，DSP芯片組有自己的存儲器和處理單元，且可以運(yùn)行程序來使DSP完成既定的任務(wù)。這種可編程能力是DSP應(yīng)用中最有吸引力的優(yōu)點(diǎn)?，F(xiàn)在，可以像把程序裝入PC機(jī)一樣把程序碼載入DSP。DSP的“微碼”（適于微處理器芯片的程序）在編程過程中被“燒”入芯片，且通常不會改變。這使得DSP被廣為采用且適應(yīng)力很強(qiáng)，比如說應(yīng)用于VoIP。

       今天DSP主要應(yīng)用于四個方面，首先，DSP被用于回音抵消器中。回音抵消器是一種特殊的電子產(chǎn)品，它可以減小電回音，這種回音主要是由于電信鏈路的一部分到另一部分（例如，一條本地環(huán)路或接入線進(jìn)入一個語音交換機(jī)）時阻抗不同而在電路中產(chǎn)生的。其次，DSP用來識別雙音多頻（DTMF）的“撥號音”，這種聲音是在撥打按鍵式電話時產(chǎn)生的。當(dāng)模擬的DTMF聲音被轉(zhuǎn)化為數(shù)字（電話號碼）時，DSP就可以工作了。第三，DSP被用于所有的高速調(diào)制解調(diào)器中。所有的調(diào)制解調(diào)器都可進(jìn)行自均衡和信號調(diào)節(jié)（減小線路特性對傳輸信號的影響，例如減小包絡(luò)失真）。在DSP的功能還不能夠做到這點(diǎn)之前，線路必須自己調(diào)節(jié)以傳送可靠的高速碼流（當(dāng)時是9600bit/s）。最后，DSP被用于在VoIP中實現(xiàn)低比特率的語音編碼。在許多情況下，DSP對輸入的64kbit/s的PCM（脈沖編碼調(diào)制）語音進(jìn)行處理，消除其中的靜音，最終生成8kbit/s或更低速率的IP分組流。

        這樣，許多8kbit/s的語音都來自通常的64kbit/s PCM語音。要了解VoIP的DSP是如何把64kbit/s的PCM語音轉(zhuǎn)化為壓縮的、靜音抑制的8kbit/s或更低速率的分組，有必要看看64kbit/s的PCM語音是如何產(chǎn)生。
數(shù)字信號處理（DSP）涉及開發(fā)可用于以特定方式增強(qiáng)信號或從中提取一些有用信息的算法。 
模擬信號處理 最簡單的模擬信號處理示例可能是圖1所示的熟悉的RC電路。
 
該電路用作低通濾波器。它去除或濾除高于電路截止頻率的頻率分量，并以很小的衰減通過較低頻率的分量。在本例中，信號處理的目的是消除高頻噪聲并提取所需的信號部分。
請注意，輸入和輸出均為模擬形式。這是一個很大的優(yōu)勢，因為對科學(xué)和工程感興趣的信號本質(zhì)上是模擬的。因此，對于模擬信號處理，信號處理模塊的輸入和輸出端不需要接口電路（ADC和DAC）。 
模擬信號處理的缺點(diǎn)
 

 
如您所見，篩選器響應(yīng)是組件值的函數(shù)。由于電氣元件無法以完美的精度制造，因此模擬電路的精度受到限制。由于元件公差，性能不是100%可重復(fù)的，我們預(yù)計不同電路參數(shù)會有一些板對板的變化。
另一個缺點(diǎn)是模擬電路不靈活。例如，要修改上述濾波器的頻率響應(yīng)，我們需要調(diào)整組件的值（硬件需要修改）。數(shù)字信號處理并非如此。使用DSP，甚至可以通過簡單地改變一些可編程系數(shù)將低通濾波器轉(zhuǎn)換為高通濾波器。
此外，模擬電路不適合實現(xiàn)數(shù)學(xué)函數(shù)（乘法、除法等）。這與數(shù)字領(lǐng)域形成鮮明對比，在數(shù)字領(lǐng)域，甚至可以輕松實現(xiàn)更復(fù)雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算。 
數(shù)字信號處理可以解決許多挑戰(zhàn) 數(shù)字電路不受上述限制。例如，雖然元件值和寄生效應(yīng)的變化會略微改變CMOS逆變器柵極的延遲，但柵極的整體功能將保持不變。因此，與模擬電路不同，數(shù)字電路不太容易受到元件變化和寄生效應(yīng)的影響。數(shù)字電路也更加靈活，適合實現(xiàn)數(shù)學(xué)功能。
剩下的問題是，我們需要哪些基本組件來處理數(shù)字域中的信號。
如圖所示，我們需要在信號處理模塊的輸入和輸出端安裝模數(shù)（A/D）和數(shù)模（D/A）轉(zhuǎn)換器，以便將數(shù)字電路與實際模擬信號連接起來。

A/D 轉(zhuǎn)換器的作用 A/D轉(zhuǎn)換器定期對模擬輸入進(jìn)行采樣，如圖所示。 
 
然后，它量化每個樣本的振幅。圖4顯示了4位ADC如何量化模擬輸入。 

在此圖中，模擬輸入（藍(lán)色曲線）在ADC的輸入范圍內(nèi)取不同的值?？紤]4位ADC，有16個離散電平來量化輸入信號的幅度。這些水平由圖中LSB的倍數(shù)表示。因此，LSB（最低有效位）規(guī)定了ADC可以檢測到的模擬輸入值的最小變化。換句話說，輸入的最小變化會導(dǎo)致ADC輸出代碼的變化。
讓我們看看ADC如何為每個樣本生成二進(jìn)制代碼。ADC將模擬輸入信號的幅度與其16個離散電平進(jìn)行比較。基于這種比較，生成輸入的數(shù)字表示。例如，對于圖4所示的藍(lán)色曲線，將輸入信號與ADC的16個離散電平進(jìn)行比較的過程可能會導(dǎo)致所示的紅色曲線。然后，ADC使用二進(jìn)制代碼來表示所獲得的樓梯近似值的每個電平。例如，當(dāng)紅色曲線的值等于LSB的4倍時，我們的四位ADC的輸出為0100。
需要注意的一點(diǎn)是，圖2中的“數(shù)字信號處理器”模塊接收離散時間序列，因為ADC以預(yù)先指定的采樣間隔的倍數(shù)采樣。并且，每個樣品的振幅被量化。這與模擬信號處理相反，在模擬信號處理中，輸入是連續(xù)時間信號，可以取其指定范圍內(nèi)的任何值。 
發(fā)援會的作用 信號經(jīng)過“數(shù)字信號處理器”模塊處理后，我們通常需要將其轉(zhuǎn)換為等效的模擬信號。這是通過D/A轉(zhuǎn)換器實現(xiàn)的。下圖描述了一個音頻處理應(yīng)用程序。 
 
在這種情況下，使用數(shù)字信號處理系統(tǒng)來添加回聲或調(diào)整聲音的速度和音高以獲得完美的聲音。然后，處理后的信號被傳送到DAC，以產(chǎn)生可由揚(yáng)聲器輸出的模擬信號。請注意，有些DSP應(yīng)用不需要DAC。例如，雷達(dá)中采用的數(shù)字信號處理算法可能會為我們提供飛機(jī)的位置和速度。這些信息可以簡單地打印在紙上。 
“數(shù)字信號處理器”模塊 DSP 算法由許多數(shù)學(xué)運(yùn)算組成。例如，四階有限脈沖響應(yīng)（FIR）濾波器需要五個數(shù)字乘法器，四個加法器以及一些延遲元件，如下所示。
 

因此，數(shù)字信號處理器實際上是一個計算引擎。該計算引擎可以是通用處理器、FPGA，甚至是專用DSP芯片。每個選項在靈活性、速度、易于編程和功耗方面都有自己的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
由于計算資源非常有價值，數(shù)字信號處理試圖為我們提供工具和技術(shù)，以實現(xiàn)快速、計算高效的算法。例如，有幾種不同的結(jié)構(gòu)可用于實現(xiàn)給定的FIR濾波器。 
DSP 可用于廣泛的應(yīng)用 DSP概念和工具可用于任何需要在數(shù)字域中操縱輸入信號的應(yīng)用。這包括但不限于音頻和視頻壓縮、語音處理和識別、數(shù)字圖像處理和雷達(dá)應(yīng)用。
在這些領(lǐng)域追求職業(yè)都需要掌握廣泛的專業(yè)DSP算法，數(shù)學(xué)和技術(shù)。事實上，任何一個人似乎都不太可能掌握所有已經(jīng)開發(fā)的DSP技術(shù)。然而，幾乎所有DSP應(yīng)用都使用一些常見的DSP概念，如濾波、相關(guān)和頻譜分析。因此，DSP教育的第一步是掌握基本概念，然后專注于特定興趣領(lǐng)域需要的專業(yè)技術(shù)。