DSP（Digital Signal Processing）即數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，其接收經(jīng)數(shù)字化處理的音頻、視頻、壓力、溫度以及位置等現(xiàn)實(shí)世界信號(hào)后，會(huì)以數(shù)學(xué)方式進(jìn)行處理。其可以非常快速地執(zhí)行加減乘除等運(yùn)算。
通過上圖可以了解MP3中DSP的工作原理。在錄制過程，模擬的音頻信號(hào)通過麥克風(fēng)或其他輸入源輸入，接著通過ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)傳至DSP數(shù)字信號(hào)處理器，DSP進(jìn)行MP3編碼將文件存儲(chǔ)在內(nèi)存;在播放過程中，文件從內(nèi)存中取出，由DSP進(jìn)行解碼，再經(jīng)DAC（數(shù)模轉(zhuǎn)換器）轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，然后再由揚(yáng)聲器等音響系統(tǒng)輸出。
DSP其獨(dú)特之處在于能夠快速地對(duì)信號(hào)進(jìn)行采集、變換、濾波、壓縮等運(yùn)算。而這是由其特殊的軟硬件結(jié)構(gòu)決定的。
①哈佛結(jié)構(gòu)
如上圖所示，傳統(tǒng)的馮諾依曼結(jié)構(gòu)，只有一個(gè)存儲(chǔ)器空間通過一組總線（地址總線和數(shù)據(jù)總線連接到內(nèi)核），做一次乘法會(huì)訪問4次存儲(chǔ)器，花費(fèi)4個(gè)指令周期。而DSP采用了哈佛結(jié)構(gòu)，其將存儲(chǔ)器空間劃分為程序區(qū)域和數(shù)據(jù)區(qū)域，有兩組總線連接到內(nèi)核，允許同時(shí)對(duì)它們進(jìn)行訪問，這種方式可以同時(shí)為內(nèi)核提供數(shù)據(jù)和指令。
②流水線操作
DSP采用流水線技術(shù)，每條指令都由片內(nèi)多個(gè)功能單元分別完成取指、譯碼、取數(shù)、執(zhí)行等步驟，從而在不提高時(shí)鐘頻率的情況下減少執(zhí)行時(shí)間。
③零開銷循環(huán)
DSP采用專門的硬件用于零開銷循環(huán)，零開銷循環(huán)指處理器在執(zhí)行循環(huán)時(shí)，不用花時(shí)間去檢查循環(huán)計(jì)數(shù)器的值，條件轉(zhuǎn)移到循環(huán)的頂部以及將循環(huán)計(jì)數(shù)器減一這些操作，從而減少處理時(shí)間。
④定點(diǎn)計(jì)算
大多數(shù)DSP使用定點(diǎn)，而不是浮點(diǎn)計(jì)算；定點(diǎn)計(jì)算雖然沒有浮點(diǎn)計(jì)算精確，但其更便宜更快，且DSP為了保證數(shù)值精確，其在指令集和硬件方面都支持飽和計(jì)算、舍入和移位。
⑤尋址方式
DSP芯片支持專門的尋址方式，它們對(duì)一些信號(hào)處理算法及操作的時(shí)間起到提升作用；例如位倒序?qū)ぶ穼?duì)FFT(快速傅里葉變換)處理時(shí)間有提升作用，循環(huán)尋址對(duì)數(shù)字濾波器延時(shí)線實(shí)現(xiàn)有提升作用。
⑥專用的硬件乘法器
如下圖所示,針對(duì)濾波、相關(guān)、矩陣等運(yùn)算需要大量乘法累加運(yùn)算的特點(diǎn)，DSP大都采用獨(dú)立的乘法器和加法器，使得在同一指令周期內(nèi)可以完成相乘、累加兩個(gè)運(yùn)算。
⑦定點(diǎn)DSP指令集
定點(diǎn)DSP指令集是按兩個(gè)目標(biāo)來設(shè)計(jì)的:1.使處理器能夠在每個(gè)指令周期內(nèi)完成多個(gè)操作，從而提高每個(gè)指令周期的計(jì)算效率；2.將存儲(chǔ)DSP程序的存儲(chǔ)器空間減到最小。
隨著現(xiàn)代科技發(fā)展及計(jì)算機(jī)技術(shù)迭代更新下，DSP技術(shù)已經(jīng)成為一門涉及領(lǐng)域廣泛、前景十分廣闊的技術(shù)學(xué)科。目前該技術(shù)已經(jīng)在計(jì)算機(jī)、電子、通信、軍事、醫(yī)學(xué)、儀器等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。那么在這種高速發(fā)展形勢(shì)下，DSP也必然面臨要求功能更加完全、處理速度更快、存儲(chǔ)器用量更少，功耗更低的巨大挑戰(zhàn)！
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