dsp 计算信号频率 DSP数字信号的速算家

DSP（Digital Signal Processing）即数字信号处理技术，其接收经数字化处理的音频、视频、压力、温度以及位置等现实世界信号后，会以数学方式进行处理。其可以非常快速地执行加减乘除等运算。

通过上图可以了解MP3中DSP的工作原理。在录制过程，模拟的音频信号通过麦克风或其他输入源输入，接着通过ADC（模数转换器）转换为数字信号传至DSP，DSP进行MP3编码将文件存储在内存;在播放过程中，文件从内存中取出，由DSP进行解码，再经DAC（数模转换器）转换为模拟信号，然后再由扬声器等音响系统输出。

DSP其独特之处在于能够快速地对信号进行采集、变换、滤波、压缩等运算。而这是由其特殊的软硬件结构决定的。

1.哈佛结构

如上图所示，传统的冯诺依曼结构，只有一个存储器空间通过一组总线（地址总线和数据总线连接到内核），做一次乘法会访问4次存储器，花费4个指令周期。而DSP采用了哈佛结构，其将存储器空间划分为程序区域和数据区域，有两组总线连接到内核，允许同时对它们进行访问，这种方式可以同时为内核提供数据和指令。

2.流水线操作

DSP采用流水线技术，每条指令都由片内多个功能单元分别完成取指、译码、取数、执行等步骤，从而在不提高时钟频率的情况下减少执行时间。

3.零开销循环

DSP采用专门的硬件用于零开销循环，零开销循环指处理器在执行循环时，不用花时间去检查循环计数器的值，条件转移到循环的顶部以及将循环计数器减一这些操作，从而减少处理时间。

4.定点计算

大多数DSP使用定点，而不是浮点计算；定点计算虽然没有浮点计算精确，但其更便宜更快，且DSP为了保证数值精确，其在指令集和硬件方面都支持饱和计算、舍入和移位。

5.寻址方式

DSP芯片支持专门的寻址方式，它们对一些信号处理算法及操作的时间起到提升作用；例如位倒序寻址对FFT(快速傅里叶变换)处理时间有提升作用，循环寻址对数字滤波器延时线实现有提升作用。

6.专用的硬件乘法器

如下图所示,针对滤波、相关、矩阵等运算需要大量乘法累加运算的特点，DSP大都采用独立的乘法器和加法器，使得在同一指令周期内可以完成相乘、累加两个运算。

7.定点DSP指令集

定点DSP指令集是按两个目标来设计的:1.使处理器能够在每个指令周期内完成多个操作，从而提高每个指令周期的计算效率；2.将存储DSP程序的存储器空间减到最小。

随着现代科技发展及计算机技术迭代更新下，DSP技术已经成为一门涉及领域广泛、前景十分广阔的技术学科。目前该技术已经在计算机、电子、通信、军事、医学、仪器等领域有着广泛的应用。那么在这种高速发展形势下，DSP也必然面临要求功能更加完全、处理速度更快、存储器用量更少，功耗更低的巨大挑战！