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手術(shù)室無線對講系統(tǒng)廠家-數(shù)字信號處理器(DSP)

2023-10-20 12:07

釋放雙眼,帶上耳機,聽聽看~!

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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。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行變換或增強,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(使一定的電學特性平整一些)。DSP組采用數(shù)字邏輯對數(shù)字波形進行以上操作。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,DSP芯片組有自己的存儲器和處理單元,且可以運行程序來使DSP完成既定的任務。這種可編程能力是DSP應用中最有吸引力的優(yōu)點?,F(xiàn)在,可以像把程序裝入PC機一樣把程序碼載入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被廣為采用且適應力很強,比如說應用于VoIP。

       今天DSP主要應用于四個方面,首先,DSP被用于回音抵消器中?;匾舻窒魇且环N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)路或接入線進入一個語音交換機)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,例如減小包絡失真)。在DSP的功能還不能夠做到這點之前,線路必須自己調(diào)節(jié)以傳送可靠的高速碼流(當時是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
 

 
如您所見,篩選器響應是組件值的函數(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%可重復的,我們預計不同電路參數(shù)會有一些板對板的變化。
另一個缺點是模擬電路不靈活。例如,要修改上述濾波器的頻率響應,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)學函數(shù)(乘法、除法等)。這與數(shù)字領域形成鮮明對比,在數(shù)字領域,甚至可以輕松實現(xiàn)更復雜的數(shù)學運算。 
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的影響。數(shù)字電路也更加靈活,適合實現(xiàn)數(shù)學功能。
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制代碼。ADC將模擬輸入信號的幅度與其16個離散電平進行比較?;谶@種比較,生成輸入的數(shù)字表示。例如,對于圖4所示的藍色曲線,將輸入信號與ADC的16個離散電平進行比較的過程可能會導致所示的紅色曲線。然后,ADC使用二進制代碼來表示所獲得的樓梯近似值的每個電平。例如,當紅色曲線的值等于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)生可由揚聲器輸出的模擬信號。請注意,有些DSP應用不需要DAC。例如,雷達中采用的數(shù)字信號處理算法可能會為我們提供飛機的位置和速度。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)學運算組成。例如,四階有限脈沖響應(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)點和缺點。
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)字圖像處理和雷達應用。
在這些領域追求職業(yè)都需要掌握廣泛的專業(yè)DSP算法,數(shù)學和技術(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域需要的專業(yè)技術(shù)。


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