数字信号处理器

数字信号处理器

数字信号处理器的品种越来越繁多，除了大家熟知的四大DSPs产商：TexasInstruments（德州仪器）公司、Lucent Technologies（朗讯技术）公司、Analog. 数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。

数字信号处理器算法格式

数字信号处理器的算法有多种。绝大多数的数字信号处理器处理器使用定点算法，数字表示为整数或-1.0到+1.0之间的小数形式。有些处理器采用浮点算法，数据表示成尾数加指数的形式：尾数×2指数。

浮点算法是一种较复杂的常规算法，利用浮点数据可以实现大的数据动态范围(这个动态范围可以用最大和最小数的比值来表示)。浮点数字信号处理器在应用中，设计工程师不用关心动态范围和精度一类的问题。浮点数字信号处理器比定点数字信号处理器更容易编程，但是成本和功耗高。

由于成本和功耗的原因，一般批量产品选用定点数字信号处理器。编程和算法设计人员通过分析或仿真来确定所需要的动态范围和精度。如果要求易于开发，而且动态范围很宽、精度很高，可以考虑采用浮点数字信号处理器。

也可以在采用定点数字信号处理器的条件下由软件实现浮点计算，但是这样的软件程序会占用大量处理器时间，因而很少使用。有效的办法是“块浮点”，利用该方法将具有相同指数，而尾数不同的一组数据作为数据块进行处理。“块浮点”处理通常用软件来实现。

数字信号处理器数据宽度

所有浮点数字信号处理器的字宽为32位，而定点数字信号处理器的字宽一般为16位，也有24位和20位的数字信号处理器，如摩托罗拉的数字信号处理器563XX系列和Zoran公司的ZR3800X系列。由于字宽与数字信号处理器的外部尺寸、管脚数量以及需要的存储器的大小等有很大的关系，所以字宽的长短直接影响到器件的成本。字宽越宽则尺寸越大，管脚越多，存储器要求也越大，成本相应地增大。在满足设计要求的条件下，要尽量选用小字宽的数字信号处理器以减小成本。

在关于定点和浮点的选择时，可以权衡字宽和开发复杂度之间的关系。例如，通过将指令组合连用，一个16位字宽的数字信号处理器器件也可以实现32位字宽双精度算法(当然双精度算法比单精度算法慢得多)。如果单精度能满足绝大多数的计算要求，而仅少量代码需要双精度，这种方法也可行，但如果大多数的计算要求精度很高，则需要选用较大字宽的处理器。

请注意，绝大多数数字信号处理器器件的指令字和数据字的宽度一样，也有一些不一样，如ADI(模拟器件公司)的A数字信号处理器-21XX系列的数据字为16位而指令字为24位。

数字信号处理器数据宽度

所有浮点数字信号处理器的字宽为32位，而定点数字信号处理器的字宽一般为16位，也有24位和20位的数字信号处理器，如摩托罗拉的数字信号处理器563XX系列和Zoran公司的ZR3800X系列。由于字宽与数字信号处理器的外部尺寸、管脚数量以及需要的存储器的大小等有很大的关系，所以字宽的长短直接影响到器件的成本。字宽越宽则尺寸越大，管脚越多，存储器要求也越大，成本相应地增大。在满足设计要求的条件下，要尽量选用小字宽的数字信号处理器以减小成本。

在关于定点和浮点的选择时，可以权衡字宽和开发复杂度之间的关系。例如，通过将指令组合连用，一个16位字宽的数字信号处理器器件也可以实现32位字宽双精度算法(当然双精度算法比单精度算法慢得多)。如果单精度能满足绝大多数的计算要求，而仅少量代码需要双精度，这种方法也可行，但如果大多数的计算要求精度很高，则需要选用较大字宽的处理器。

请注意，绝大多数数字信号处理器器件的指令字和数据字的宽度一样，也有一些不一样，如ADI(模拟器件公司)的A数字信号处理器-21XX系列的数据字为16位而指令字为24位。

数字信号处理器的速度

处理器是否符合设计要求，关键在于是否满足速度要求。测试处理器的速度有很多方法，最基本的是测量处理器的指令周期，即处理器执行最快指令所需要的时间。指令周期的倒数除以一百万，再乘以每个周期执行的指令数，结果即为处理器的最高速率，单位为每秒百万条指令MIPS。

但是指令执行时间并不能表明处理器的真正性能，不同的处理器在单个指令完成的任务量不一样，单纯地比较指令执行时间并不能公正地区别性能的差异。现在一些新的数字信号处理器采用超长指令字(VLIW)架构，在这种架构中，单个周期时间内可以实现多条指令，而每个指令所实现的任务比传统数字信号处理器少，因此相对VLIW和通用数字信号处理器器件而言，比较MIPS的大小时会产生误导作用。

即使在传统数字信号处理器之间比较MIPS大小也具有一定的片面性。例如，某些处理器允许在单个指令中同时对几位一起进行移位，而有些数字信号处理器的一个指令只能对单个数据位移位；有些数字信号处理器可以进行与正在执行的ALU指令无关的数据的并行处理(在执行指令的同时加载操作数)，而另外有些数字信号处理器只能支持与正在执行的ALU指令有关的数据并行处理；有些新的数字信号处理器允许在单个指令内定义两个MAC。因此仅仅进行MIPS比较并不能准确得出处理器的性能。

解决上述问题的方法之一是采用一个基本的操作(而不是指令)作为标准来比较处理器的性能。常用到的是MAC操作，但是MAC操作时间不能提供比较数字信号处理器性能差异的足够信息，在绝大多数数字信号处理器中，MAC操作仅在单个指令周期内实现，其MAC时间等于指令周期时间，如上所述，某些数字信号处理器在单个MAC周期内处理的任务比其它数字信号处理器多。MAC时间并不能反映诸如循环操作等的性能，而这种操作在所有的应用中都会用到。

最通用的办法是定义一套标准例程，比较在不同数字信号处理器上的执行速度。这种例程可能是一个算法的“核心”功能，如FIR或IIR滤波器等，也可以是整个或部分应用程序(如语音编码器)。图1为使用BDTI公司的工具测试的几款数字信号处理器器件性能。

在比较数字信号处理器处理器的速度时要注意其所标榜的MOPS(百万次操作每秒)和MFLOPS(百万次浮点操作每秒)参数，因为不同的厂商对“操作”的理解不一样，指标的意义也不一样。例如，某些处理器能同时进行浮点乘法操作和浮点加法操作，因而标榜其产品的MFLOPS为MIPS的两倍。

其次，在比较处理器时钟速率时，数字信号处理器的输入时钟可能与其指令速率一样，也可能是指令速率的两倍到四倍，不同的处理器可能不一样。另外，许多数字信号处理器具有时钟倍频器或锁相环，可以使用外部低频时钟产生片上所需的高频时钟信号。

数字信号处理器的应用

内置数字信号处理器(数字信号处理器，DigitalSignalProcessor)是车载主机内以逻辑电路对音视频数字信号进行再加工处理的专用元件，是一个统称名词，包括数字效果器、EQ、3D环绕等等。数字信号处理器（数字信号处理器，即DigitalSignalProcessor）是进行数字信号处理的专用芯片，是伴随着微电子学、数字信号处理技术、计算机技术的发展而产生的新器件。

数字信号处理器并非只局限于音视频层面，它广泛的应用于通信与信息系统、信号与信息处理、自动控制、雷达、军事、航空航天、医疗、家用电器等许多领域。以往是采用通用的微处理器来完成大量数字信号处理运算，速度较慢，难以满足实际需要；而同时使用位片式微处理器和快速并联乘法器，曾经是实现数字信号处理的有效途径，但此方法器件较多，逻辑设计和程序设计复杂，耗电较大，价格昂贵。数字信号处理器数字信号处理器的出现，很好的解决了上述问题。数字信号处理器可以快速的实现对信号的采集、变换、滤波、估值、增强、压缩、识别等处理，以得到符合人们需要的信号形式。

对于车载主机而言，数字信号处理器数字信号处理器目前主要是提供特定的音场或效果，例如剧场、爵士乐等等，有些还能接收高清晰度(HD)无线电和卫星无线电等等，以达到最大的视听享受。数字信号处理器数字信号处理器增强了车载主机的性能和可用性，提高了音视频质量、提供了更多的灵活性和更快的设计周期。随着技术的发展，相信以后还能提供更多的听觉和视觉特效，而使车载主机成为车内的高科技信息和娱乐中心。