2、数字信号处理与FPGA技术入门

数字信号处理与FPGA技术入门

1. 数字信号处理概述

信号处理长久以来被用于转换或操纵模拟或数字信号，其中信号滤波是最常见的应用之一。数字信号处理（DSP）已成为一项成熟的技术，在众多应用中取代了传统的模拟信号处理系统。

DSP系统具有诸多优势，例如对温度变化、老化或元件公差不敏感。过去，模拟芯片设计的芯片尺寸较小，但如今，由于现代亚微米设计存在噪声问题，数字设计往往能实现比模拟设计更高的集成度，从而产生紧凑、低功耗和低成本的数字设计。

有两个事件加速了DSP的发展：一是1965年Cooley和Tuckey公布了一种计算离散傅里叶变换（DFT）的高效算法；二是20世纪70年代末可编程数字信号处理器（PDSP）的引入，它能在一个时钟周期内完成（定点）“乘加”运算，相比当时基于“冯·诺伊曼”微处理器的系统有了显著改进。现代PDSP可能具备更复杂的功能，如浮点乘法器、桶形移位器、存储库或与A/D和D/A转换器的零开销接口。

以下是DSP的一些常见应用领域及对应的算法：
| 应用领域 | DSP算法 |
| — | — |
| 通用 | 滤波与卷积、自适应滤波、检测与相关、谱估计和傅里叶变换 |
| 语音处理 | 编码与解码、加密与解密、语音识别与合成、说话人识别、回声消除、耳蜗植入信号处理 |
| 音频处理 | 高保真编码与解码、噪声消除、音频均衡、环境声学模拟、音频混合与编辑、声音合成 |
| 图像处理 | 压缩与解压缩、旋转、图像传输与分解、图像识别、图像增强、视网膜植入信号处理 |
| 信息系统 | 语音邮件、传真、调制解调器、移动电话、调制器/解调器、线路均衡器、数据加密与解密、数字通信