DSP发展应用纵横谈

    数字信号处理器是在模拟信号变换成数字信号以后进行高速实时处理的专用处理器，其处理速度比最快的CPU还快10-50倍。在当今的数字化时代背景下，DSP已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件，被誉为信息社会革命的旗手。业内人士预言，DSP将是未来集成电路中发展最快的电子产品，并成为电子产品更新换代的决定因素，它将彻底变革人们的工作、学习和生活方式。

    1 DSP的发展历程

    ---- DSP发展历程大致分为三个阶段：70年代理论先行，80年代产品普及 ，90年代突飞猛进。
   
    ---- 在DSP出现之前数字信号处理只能依靠MPU（微处理器）来完成。但MPU较低的处理速度无法满足高速实时的要求。因此，直到70年代，有人才提出了DSP的理论和算法基础。那时的DSP仅仅停留在教科书上，即便是研制出来的DSP系统也是由分立元件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。

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nbsp; ---- 随着大规模集成电路技术的发展，1982年世界上诞生了首枚DSP芯片。这种DSP器件采用微米工艺NMOS技术制作，虽功耗和尺寸稍大，但运算速度却比MPU快了几十倍，尤其在语音合成和编码解码器中得到了广泛应用。DSP芯片的问世是个里程碑，它标志着DSP应用系统由大型系统向小型化迈进了一大步。 至80年代中期，随着CMOS技术的进步与发展，第二代基于CMOS工艺的DSP芯片应运而生，其存储容量和运算速度都得到成倍提高，成为语音处理、图像硬件处理技术的基础。

    ---- 80年代后期，第三代DSP芯片问世，运算速度进一步提高，其应用于范围逐步扩大到通信、计算机领域。

    ---- 90年代DSP发展最快，相继出现了第四代和第五代DSP器件。现在的DSP属于第五代产品，它与第四代相比，系统集成度更高，将DSP芯核及外围元件综合集成在单一芯片上。这种集成度极高的DSP芯片不仅在通信、计算机领域大显身手，而且逐渐渗透到人们日常消费领域。

    ---- 经过20多年的发展，DSP产品的应用已扩大到人们的学习、工作和生活的各个方面，并逐渐成为电子产品更新换代的决定因素。目前，对DSP爆炸性需求的时代已经来临，前景十分可观。

    2 DSP的应用领域
    DSP应用广泛，其主要应用市场为3C(CommunicaTIon、Computer、Consumer-通信、计算机、消费类)领域，合占整个市场需求的90%。

    2．1 数字蜂窝电话
    数字蜂窝电话是DSP最为重要的应用领域。由于DSP具有强大的计算能力，使得移动通信的蜂窝电话重新崛起，并创造了一批诸如GSM、CDMA等全数字蜂窝电话网。由于采用DSP技术，蜂窝电话的更新换代变得更为容易，只需在统一的硬件平台基础上，通过软件的不断升级而生产出各式各样的新款手机。

    2．2 Modem
    在Modem器件中，DSP更是成效卓著。56Kbps的Modem才问世三年，最近又开发出ADSL Modem，其传输速率已高达6.3Mbps，且具有接收动态图像能力。ADSL Modem不仅可以使更多的用户上因特网，而且使以前需10分钟下载的文件变得只需短短的5秒钟。

    2．3 PC机
    可编程多媒体DSP是PC领域的主流产品。以XDSL Modem为代表的高速通信技术与MPEG图像技术相结合，使得高品位的音频和视频形式的计算机数据有可能实现实时交换。目前的硬盘空间大得简直是“海量”，这主要得益于CDSP（可定制DSP）的巨大作用。预计在今后的PC机中，一个DSP即可完成全部所需的多媒体处理功能。

    2．4 消费类电子产品
    DSP是消费类电子产品中的关键器件。由于DSP的广泛应用，数字音响设备的更新换代周期变得如此短暂。用于图像处理的DSP，目前已形成一个品种不少的产品群。一种是JPEG标准的静态图像数据处理DSP；另一种是用于动态图像数据处理的DSP。

    3. DSP的市场规模
 

;   ---- DSP市场正处于高速成长的阶段。在数字化、个人化和网络化的推动下，1997年世界DSP市场营销额超过32亿美元，预计未来的年均增长率高达40%，按照这一增长速度，至2007年，世界DSP市场营销额将突破500亿美元。

    ---- 在全球DSP产品市场中，TI公司独占鳌头，占世界市场45%的份额，其次是朗讯（28%）、ADI（12%）、摩托罗拉（12%）、其他公司（3%）。

    3．1 TI独占鳌头

    TI（Texas Instruments）公司是DSP业界公认的龙头老大。TI产品遍及全球，每2个数字蜂窝电话中就有1 个采用TI产品，全世界90%的硬盘和33%的Modem均采用TI DSP技术。1997年，TI公司的两项重大投资项目夯实了其地位不可动摇。一是设立1亿美元的风险基金，支持那些需要启动资金的DSP应用企业，为掀起DSP的应用高潮打下坚实的基础。二是启动500万美元的全球大学科研基金，用于支持各高校的DSP教育。TI已在国内十

余所大学建立了DSP实验室和技术中心。可以这么讲，TI将未来的前途押在DSP事业上。

    TI独占鳌头 I（Texas Instruments）公司是DSP业界公认的龙头老大。TI产品遍及全球，每2个数字蜂窝电话中就有1 个采用TI产品，全世界90%的硬盘和33%的Modem均采用TI DSP技术。 1997年，TI公司的两项重大投资项目夯实了其地位不可动摇。一是设立1亿美元的风险基金，支持那些需要启动资金的DSP应用企业，为掀起DSP的应用高潮打下坚实的基础。二是启动2500万美元的全球大学科研基金，用于支持各高校的DSP教育。TI已在国内十余所大学建立了DSP实验室和技术中心。可以这么讲，TI将未来的前途押在DSP事业上。

    3．2 朗讯不甘示弱
    朗讯（Lucent）公司的DSP业务主要集中在通信产品上，在看好GSM移动电话市场的同时，已经将目光移向下一代移动通信系统CDMA。在下一代ADSL Modem的开发工作中，朗讯也不甘示弱，目前已投入该市场。

    3．3 ADI紧追不舍
    ADI（Analog Devices Inc.模拟器件公司）紧紧瞄准DSP技术的发展方向，不断开发新产品，并声称在每一个DSP市场上与TI公司较量，力争成为DSP业界的Intel。ADI制定了一系列计划并进行了广泛宣传，以通过大量消费类设备来定位自己的客户对象和应用方向。ADI另一个重要目标是车载移动电话设备，在该领域，ADI处于领先地位。

    4. DSP技术展望

    4．1 系统级集成DSP是潮流
    缩小DSP芯片尺寸始终是DSP的技术发展方向。当前的DSP多数基于RISC（精简指令集计算）结构，这种结构的优点是尺寸小、功耗低、性能高。各DSP厂商纷纷采用新工艺，改进DSP芯核，并将几个DSP芯核、MPU芯核、专用处理单元、外围电路单元、存储单元统统集成在一个芯片上，成为DSP系统级集成电路。TI公司的TMS320C80代表当今DSP领域中的最高水平，它在一块芯片上集成了4个DSP、1个RISC处理器、1个传输控制器、2个视频控制器。这样的芯片通常称之为MVP（多媒体视频处理器）。它可支持各种图像规格和各种算法，功能相当强。

    4．2 可编程DSP是主导产品
    可编程DSP给生产厂商提供了很大的灵活性。生产厂商可在同一个DSP平台上开发出各种不同型号的系列产品，以满足不同用户的需求。同时，可编程DSP也为广大用户提供了易于升级的良好途径。人们已经发现，许多微控制器能做的事情，使用可编程DSP将做得更好更便宜。例如冰箱、洗衣机，这些原来装有微控制器的家电如今已换成可编程DSP来进行大功率电机控制。 据统计，去年的可编程DSP销售额占了整个DSP市场的40%份额，预计今后的比重将逐年增大，到2001年可望占据整个DSP销售额的半边江山。

    4．3 追求更高的运算速度
    目前一般的DSP运算速度为100MIPS，即每秒钟可运算1亿条指令。但仍嫌不够快。由于电子设备的个人化和客户化趋势，DSP必须追求更高更快的运算速度，才能跟上电子设备的更新步

伐。DSP运算速度的提高，主要依靠新工艺改进芯片结构。目前，TI的TM320C6X芯片由于采用VLIW（Very Long Instruction Word超长指令字）结构设计，其处理速度已高达2000MIPS，计划今年年中批量生产，这是迄今为止的最高速度。当前DSP器件大都采用0.5μm--0.35μmCMOS工艺，按照CMOS的发展趋势，DSP的运算速度再提高100倍（达到1600GIPS）是完全有可能的。

    4．4 定点DSP是主流
    从理论上讲，虽然浮点DSP的动态范围比定点DSP大，且更适合于DSP的应用场合，但定点运算的DSP器件的成本较低，对存储器的要求也较低，而且耗电较省。因此，定点运算的可编程DSP器件仍是市场上的主流产品。据统计，目前销售的DSP器件中的80%以上属于16位定点可编程DSP器件，预计今后的比重将逐渐增大。