第1章 绪论

1.1 DSP概述

数字信号处理（Digital Signal Processing，DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于众多领域的新兴学科。步入21世纪以后，社会进入数字化时代，而DSP正是这场数字化革命的核心。从20世纪60年代数字信号处理理论的崛起，到80年代数字信号处理器的产生，数字信号处理器的发展无论在其应用的广度方面还是在其深度方面，都以前所未有的速度向前发展。对于其重要意义与其发展前景，无论怎样估计都不为过。

数字信号处理器利用计算机或专用设备，以数字形式对信号进行采样、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。数字信号处理器作为快速处理与实时处理最重要的载体之一，正日益受到科学技术界与工程界的关注。随着DSP在我国应用的日益广泛，对掌握DSP技术的人才的需求甚为迫切。

数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展，反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的发展。而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。

数字信号处理是以众多学科为理论基础的，它所涉及的范围极其广泛。例如，在数学领域中，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制理论、通信理论、故障诊断等也密切相关。近年来，新兴的一些学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。可以说，数字信号处理把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。

数字信号处理的实现方法一般有以下5种。

①在通用的计算机（如PC）上用软件（如FORTRAN、C语言）实现；

②在通用计算机系统中加上专用的加速处理机实现；

③ 用通用的单片机实现——可用于不太复杂的数字信号处理，如数字控制等；

④ 用通用的可编程DSP芯片实现——与用单片机相比，DSP芯片具有更加适合数字信号处理的软件和硬件资源，可用于复杂的数字信号处理算法；

⑤ 用专用的DSP芯片实现——在一些特殊的场合，要求的信号处理速度极高，用通用DSP芯片很难实现（如专用于FFT、数字滤波、卷积、相关等算法的DSP芯片），这种芯片将相应的信号处理算法在芯片内部用硬件实现，无须进行编程。

在上述几种方法中，第①种方法的缺点是速度较慢，一般用于DSP算法的模拟；第②种和第⑤种方法专用性强，应用受到很大的限制，且第②种方法也不便于系统的独立运行；第③种方法只适用于实现简单的DSP算法；只有第④种方法使数字信号处理的应用打开了新的局面。

虽然数字信号处理的理论发展迅速，但在20世纪80年代以前，由于实现方法的限制，数字信号处理的理论还得不到广泛的应用。直到20世纪80年代初，世界上第一片单片可编程DSP芯片的诞生，才将理论研究成果广泛应用到低成本的实际系统中，并且推动了新的理论和应用领域的发展。可以毫不夸张地说，DSP芯片的诞生及发展对通信、计算机、控制等领域的技术发展起到了十分重要的作用。