浅议数字信号处理技术的应用及发展前景
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[摘要]数字信号处理技术具有灵活性高、可靠性强、能时分复用、容易大规模集成等优点，目前已经广泛应用于工业控制、通信、仪器仪表、医疗卫生和国防军事等领域，并且将会随着计算机和信息学科的快速发展而受到人们越来越多的关注和重视。本文首先阐述了数字信号处理技术的实现方法和优势，然后深入探讨了数字信号处理技术的应用及发展前景，具有一定的参考价值。
关键词：数字信号处理技术；实现方法；应用；发展前景
中图分类号：TN949.197
近年来数字信号处理技术（Digital Signal Processing， 简称DSP）的理论和应用得到了飞跃式发展，它是将信号用数字或符号表示的序列，通过计算机或通用/专用信号处理设备，用数字的数值计算方法（如滤波、变换、压缩、增强、估计、识别等），以达到提取有用信息便于应用的目的。
1. 数字信号处理技术的实现方法和优势分析
数字信号处理技术的实现方法主要有如下三种：（1）软件实现。在通用计算机上编程序来实现各种复杂的处理算法，程序可以由处理者开发，也可以使用信号处理程序库中现有的程序；（2）专用硬件实现。采用加法器、乘法器和延时器构成的专用数字网络，或者使用专用集成电路实现某种专用的信号处理功能；（3）软硬件结合实现。采用通用单片机或数字信号处理专用单片机的硬件资源，配置相应的信号处理软件，来实现工程实际中的各种信号处理功能。
相较于模拟信号处理，数字信号处理技术具有如下优势：数字信号处理技术适合用计算机处理，也可以用可编程器件实现，从而使系统实现各种不同的处理功能；数字信号处理系统稳定可靠，通过数据进行耦合，因此不存在模拟电路中的阻抗匹配问题；数字信号处理系统工作在二进制状态，因此基本不受内部噪声的干扰，处理精度高；数字信号处理技术便于加解密，同时便于大规模集成和大规模生产；数字信号处理系统容易根据各种状态自动执行相应的操作，并且一个系统可以实现多种功能；数字信号处理系统可以实现很多模拟系统无法实现的现代处理功能，如时分复用、解卷积和特高选择性滤波等。
2. 数字信号处理技术的应用
2.1 数字信号处理技术在图形图像技术领域的应用
DVD里应用的活动图像压缩/解压技术，以及缩用MPEG2编码/译码器，可以研究月球的地貌、气象云图的分析、宇宙星体的构成等，因此在很多领域得到了广泛的应用。此外，根据图像信号处理的特点，还可以将图像进行压缩、解压、分割、识别、编码和重建等几个方面。
2.2 数字信号处理技术在机器人控制领域的应用
近年来，由于计算机科学、人工智能和传感器技术等学科的飞速发展，使得机器人研究上了一个新台阶，这对机器人控制系统的性能提出了更高的要求。新时期，机器人控制系统向着实时性、大数据和迅速反应的方向不断发展，采用高性能和高速数字信号处理技术已经成为控制的主要方式。将数字信号处理技术应用于机器人控制领域，能够提高控制系统的处理速度并且构成并行处理网络，从而大大提高
控制系统的性能。
2.3 数字信号处理技术在生物医学信号处理领域的应用
在生物医学信号处理领域方面，数字信号处理技术主要被用来辅助生物医学基础理论的研究、诊断检查和监护，其中包括脑神经学、细胞学等方面的基础理论研究。将数字信号处理技术应用于心电或脑电的自动分析中，能够为生物医学提供一种新的研究方法，有助于降低死亡率。
2.4 数字信号处理技术在电力系统领域的应用
首先，数字信号处理技术可以用于电力系统模拟量采集和测量领域。电力系统数据采集和测量是数据采集与监视控制系统的基础部分，传统模拟量的采集和获得，是通过变送器将一次CT和PT的电气量变为直流量，再进行A/D转换送给计算机。使用交流采用技术后，经过二次PT、CT的变换后，直接对每周波的多点采样值采用数字信号处理技术进行计算，得到电流和电压的相角和有效值，免去了变送器环节。
其次，数字信号处理技术可以用于变电站自动化领域。变电站自动化元件较多，开关量和模拟量比较分散且对实时性要求较高，采用数字信号处理技术能够对各种信息进行快速、准确的采集和处理，尤其在并行处理上可实现多机多任务操作，使用非常灵活且方便，片内诸多的接口使调速器、励磁机继电保护的挂网监控更容易。由于数字信号处理技术的集成度高且硬件设计方便，在冗余设计上更为容易，因此可为变电站实现“无人值守或少人值守”提供可靠的新技术。
2.5 数字信号处理技术在气体检测领域的应用
社会的发展使得环境受到很多污染，在气体检测和治理方面，气体污染物的检测受到人们越来越多的关注和重视，同时在有害气体、易燃易爆气体泄漏的环境下工作时，气体检测对工作人员人身安全的保障显得尤为重要。目前对大气污染物的检测广泛采用可调谐二极管吸收光谱技术（TDLAS），可调谐二极管吸收光谱技术目前采用波长调制技术和二次谐波的检测技术进行调制检测，对采集的信号采用数字信号处理的方法，具有准确度高、稳定性好的优点，对于大气污染物的检测和治理至关重要。
2.6 数字信号处理技术在噪声测量领域的应用
噪声不仅给人们带来不需要的信号和干扰，长期暴露在强烈噪声环境中会严重危害人体健康，引起神经系统、心血管系统方面的疾病并导致听力受损，因此近年来市场上出现了各种噪声测量装置。目前在噪声测量技术中直接测量噪声的声强比较困难，而声压则是比较容易测得的物理量，将数字信号处理技术应用于噪声测量领域，可以研制出基于数字信号处理的噪声频谱分析仪，它集谱分析仪、积分声级计、噪声统计分析仪、数据采集器、数字式记录仪和噪声剂量计等几种功能于一体，具有信号处理的动态范围大、抗干扰能力、灵活性高和结构紧凑的优点。
3. 数字信号处理技术的发展前景
数字信号处理技术在不断满足人们需求的同时，逐步向着低功耗化和个人化的方向发展，它的发展前景是非常乐观的。不过目前DSP市场正在逐渐走向饱和，DSP面临着严峻的挑战，DSP应该向着如下如下的方向发展和渗透：
（1）数字信号处理和微处理器的融合。微处理器的成本较低，并且可以执行智能定向控制任务，但缺点是数字信号处理功能比较差，因此限制了其使用范围。将数字信号处理技术与微处理器进行融合，正好可以弥补微处理器这一缺陷，用单一芯片的处理器实现具有智能控制和数字信号处理的两种功能，将加速个人通信机、智能电话和无线网络产品的开发，降低功耗和整个系统的成本。
（2）定点运算。虽然浮点数字信号处理技术的运算精度较高，动态范围更大，但是定点数字信号处理器的成本较低，而且对存储器的要求较低，比较省电。因此定点运算可编程数字信号处理器件仍然将是市场上的主流产品。
（3）内核结构的改进和工耗的降低。未来数字信号处理器的内核结构将进一度改善，多通道结构和单指令多种数据、特大指令字组在新的高性能处理器中占主导地位。此外，在不断提高数字信号处理器运算速度的同时，设备的功能将不断降低，从而确保在节省时间的同时降低成本。
（4）系统级集成。在未来系统级集成数字信号处理将是潮流，将几个数字信号处理芯核、专用处理单元、MPU芯核、电路单元和存储单元都集成在一个芯片上，成为数字信号处理系统级集成电路。
综上所述，近年来数字信号处理技术在医药卫生、通信、电力系统、图像处理等领域得到了越来越多的应用，其发展速度前所未有，但同时也要求数字信号处理向着低功耗化和个人化的方向发展，从而满足不同用户的个性化需求。
参考文献：
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[2]李利.DSP原理及应用[M].中国水和水电出版社，2004.
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