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德生TECSUN PL-300WT/根德Grundig G8测评

 tomas 2012-04-23

德生TECSUN PL-300WT/根德Grundig G8是最近推出的一款便携式收音机。
  
  
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  这两种型号的机子都是中国的德生TECSUN生产的,其性能、功能完全一样,不同点是G8沿用了根德普遍采用的橡胶黑色机壳,而PL-300WT则采用普通黑色,另有一款银色机。
  根德的促销广告有点问题,容易令人产生误解,以为G8与PL-300WT在尺寸和性能上有所不同,而实际上这是完全相同的收音机,我的这篇文章就只用G8来作介绍。
  
  目前,G8已经遍及北美各地,eBay、Amazon, Universal Radio, C Crane, Radio Shack等商场或铺面以及很多批发商那里都有货。
  上述两种型号的机子都卖50美金,很多经销点还免费发货。
  下面还会说到,似乎根德G8在质量管理方面做得要好一些,它附带了一张保修卡,如果机子有问题还可以退回给当地的经销商,这使得G8更受DX爱好者们的欢迎。
  当然,这两种型号机子的性能完全相同。
  
  这两种型号机子的使用说明书都够简单的,仅仅够用而已。
  
  不同的是,PL-300WT的说明书已经被某些经销商扫描并上传到了Yahoo UltralightDX群组(雅虎便携机爱好者俱乐部)上了,方便已经拥有或以后购买这两个型号的人们随时下载。
  
  
  
  G8的性能
  
  
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  G8覆盖以下频率:
  长波LW: 153 to 513 KHz
  中波MW: 520 to 1710 KHz
  短波SW: 3.15 to 21.95 MHz
  调频FM: 64/76/87 to 108 MHz
  
  整个短波段划分成了好几个米波段以方便调谐,操作时能够记住某个米波段,当然,所有波段都用飞梭调谐。
  
  短波波段可以储存200个频点,调频FM/中波AM/长波LW各可存储100个频点。
  该机没有设置外接天线接口,只有内置调频FM/短波SW拉杆天线和中长波(AM/LW)磁棒天线,拉杆天线长22英寸、磁棒天线长3.5英寸。(本文后面有很多关于外接天线的说明)
  该机没有SSB功能或者RF射频增益控制功能。
  该机外形尺寸135 x 86 x 26 mm(大约 5.3 x 3.4 x 1 英寸),刚好能放进我的衬衫口袋,称得上是便携机中的体积老大了。该机重量204克(大约7盎司),是标准的便携机重量。
  随机附带的拉链式布套可爱极了。
  需要3节AA(5号)电池或者使用6伏外接电源(该机没有附送) 给G8供电。
  该机也没有电池充电功能。
  该机耗电量指标做得非常好。用一组碱性电池供电的话,G8的工作时间要比大多数其他便携机长,毫无疑问,三节电池起了重要作用。
  该机内部有一个不可移动的电容,很像钟表的纽扣电池,用来保存时间信息和存储内容。【译者注:这个电容仅用来保存时间信息。即使没有这个电容,存储信息也不会丢失。】
  LCD显示屏上显示频率、波段、时间、信号强度以及其他相关信息,我觉得很容易读懂。
  这台机子甚至还可以选择显示温度。
  这台机的设计重点是具有一个很大的时区选择转盘,方便旅行者或者国际DX爱好者们快速知道某个时区的时间。
  闹钟的声音足够大了,最近我出差时经常使用,很喜欢用它闹醒。
  该机还有睡眠关机功能,可以设置在1~120分钟内自动关机(也可以设置为长开机)。
  每次按键的时候,LCD显示屏都会点亮,并且还有按键声音。按键声音可以取消的(大部分人都选择取消)。LCD背光也可设置为长亮,但为了省电,默认设置是按键后亮5秒钟。
  总之,调谐或设置某项功能时,只要短按或长按某个指定键就行了,我觉得这种设计直接了当。
  该机的单喇叭声音也相当不错,当然,你别指望它的声音会充满整个房间。音量控制采用旋钮选择30级电子音量。
  
  用耳机收听时,音频效果非常好,尽管随机附送的耳塞刚刚达到最好的级别。用头戴式耳机小音量收听时会听到一些嘶嘶声。要想解决这个问题,最快捷简单的办法就是购买一个头戴式耳机音量控制器(Radio Shack 210-2975或者其他类似产品都可)来弱化嘶嘶声。用音量控制器的话,你就可以把收音机的音量开大,而用音量控制器来调节头戴式耳机的音量。如果你想把G8与数字录音机麦克风接口相连的话,用这种音量控制器也很方便。
  
  
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  DSP——便携式收音机的革命
  
  G8的心脏是美国硅实验室(SILABS)的Si4734芯片,这个片子采用了先进的数字信号处理(DSP)技术,可以实现所有收音机的功能。
  
  
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  尽管目前索尼(Sony)生产的便携式收音机,比如SRF-59等还是采用CXA1129N芯片作为其收音机的主部件,但SILABS家族的DSP芯片在性价比上已经有了真正的突破。
  率先采用SILABS芯片的消费级收音机厂家是德生(TECSUN)和凯隆(Kchibo),我期待有更多的制造商采用这项技术。
  从这块芯片的原理图上,我们可以看到,收音机生产厂家只要增加电源部分、天线输入模块、显示模块以及音频输出部分,DSP芯片就能实现相关的功能了。
  美国贸泽电子(MOUSER)可以提供实验模板(料单号634-SI4731-DEMO),你可以随意改变其参数(例如带宽等)来进行试验。
  
  
  
  
  
  
  AM性能
  
  G8在便携机的性能上迈进了一大步。该机的灵敏度非常高,只要调校得当,便可与任何便携机相媲美,比得上ETON E-100和山进 DT-400W,可以说是目前的冠军。由于G8的磁棒上只有一个线圈,因此整个中波波段的灵敏度表现都很好。
  至于DX爱好者们感兴趣的选择性方面,G8是目前所有便携机中最好的,这要多谢DSP技术。
  Si4734芯片采用低中频架构,如索尼(SONY)的CXA-1129芯片,允许片上中频滤波器不受标准的455KHz中频限制。Si4734芯片的调幅中频带宽有5种 (1, 2, 3, 4 和 6 KHz)供选择,与手板比较后发现,德生在G8上选择了3kHz。
  基于我做的一些测试,在本地强台时,向上调谐1kHz,再看显示屏上的信号强度,我可以确定G8的灵敏度实际上在3kHz点下降了大约6分贝。
  与其他滤波结构的全部比较结果都列在下图中了。
  向上偏调5kHz时,G8的信号衰减很明显,因此,G8的选择性的后半部分只是估计的。
  
  
  
  AM选择性比较
  
  
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  上图显示,G8的选择性很像村田的CFR-455I 陶瓷滤波器的图形,只是村田的图形曲线要更漂亮一些。
  图表也清楚地表明G8在选择性上比以前的便携式收音机冠军ETON E-100更好,即使E-100采用了两级P-55I滤波。
  对比中也包括了LTM-455HT(大量销售的好滤波器),既有单级滤波也有两级滤波,以及两种其他的高质量的村田陶瓷滤波器。
  结论是,在本地做远程接收,无论是选9或10 KHz,G8是便携机的首选。
  当然,从图中DX爱好者提供的样板可以看出,当把村田CFJ-455K5滤波器换到E-100或C Crane SWP(下图) 中,从本地电台分离只有很少几kHz的空间的图形中,它仍然是冠军。
  
  新的凯隆Kchibo D92L和K96L收音机都能用Si4734芯片中的DSP滤波器选择所有5种带宽,因此比采用村田滤波器的收音机更具竞争力。
  
  
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  在调谐上,该机创新的快/慢飞梭调谐非常人性化,对我来说,没有数字键直接输入频率也不感到遗憾。
  
  慢速调谐时,转动飞梭会前进1kHz或者9/10kHz,取决于你转动飞梭的速度。快速调谐时,G8会按9/10kHz或100kHz调谐。我建议初学者开始时用慢速调谐,等到习惯了飞梭自动调整步进时再根据需要来选择调谐速度。
  选台时,你可以用慢速调谐的方法,向上或向下调偏2-3 KHz以避免干扰,获得明亮的音质。
  如果你采用被动环【注:外接无源环形天线】来增强信号,你可以调偏4 kHz并保持足够的载波频率来产生可听的信号。
  我注意到,在本地强台附近向上调偏1kHz时会产生一个很快消失的“喘气声”,但不影响接收,我认为这很像是AGC(自动增益控制电路)产生的音频信号。
  向下偏调1kHz并较大地调低音量,显示屏上信噪比SNR读数会下降到0,即使此时信号强度仍然很大。
  补充说明一下,信号强度和信噪比读数似乎与音量有关,而与场强测试关联不大。同时,对信号的采样速率也很低(差不多每2秒更新一次),因此很难利用这些数据来指导使用外接环形天线、锁定相位或调试等。
  具有争议的一点是,许多用户说,当弱信号电台消失的时候音量变化太快。
  Si4734芯片有一个“软静音”功能,当信号强度变低时,它便关闭音频输出,当信号强度跨过某个门槛 (默认值是25 dB) 时,它会打开音量。
  由于这种音量变化太突然,我觉得“软静音”的算法应该改进一下。
  有人推测说这种情况是AGC电路惹的祸,尽管在电台逐渐消失时AGC会减小音量,但似乎还不是罪魁祸首。任何情况下,能保持信号强度的环形天线都能解决这个问题。
  许多DX爱好者注意到的一个设计缺陷是在中波高端会出现一些啸叫点或差拍点。产生这种情况的原因还不清楚。它们似乎像差拍点,但在基准频率向上2kHz (比如基准是1610,调到1612) 的地方,其声音会降低到接近零拍。因为调幅波段的中频(IF)是基于32.768kHz的,看起来好像这是根源。
  解剖另一个型号G6,它的内部频率不同,但由于其显示电路部分屏蔽很差,也可能是原因之一。任何情况下,应用外接天线通常都能移除啸叫/差拍点,足够的射频信号会掩盖这些东西。我在低端(540-700 KHz)也发现了这些现象,但绝不是差拍点,在这些点上,低偏调不会改变它们的音调,当然,接上外接天线也能移开这些点。
  要找出真正的原因还需要做更多的实验。
  另外一个异常就是,当你按下电源键下面那两个按键的时候,音量会提高一些,好像是AGC电路暂时不起作用或者旁路了。得出这个结论是由于实际上上述的啸叫/差拍点不见了,似乎此时收音机收到了一个很强的信号。
  而当你松开那两个按键的时候,音量会复原,因此对DX爱好者们来说,这不是一个重要的争论点。
  和ETON E-100一样,G8似乎也没有像Quantum Stick或其他类似机子那样很好的解决外接环形天线问题,因此你至少想要一个Terk Loop,或者Crate Loop (右图)或类似的东西来获得到好的效果。C Crane 双线圈与其耦合器在G8上工作良好。
  用现有的内置磁棒天线,零位做得相当好,尽管与Kaito WRX-911不是一个标准,但也是便携机中表现最好的。G8不像Eton e100,即使接上一个外部的大磁棒(参看后面的“调整和改进”章节),它的抗过载能力也非常好。
  
  
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  G8唯一需要调整的是它的磁棒天线。请注意,根据其他发烧友的反馈,G8的质量控制要比PL-300WT做得好一些,但我手头的PL-300WT与G8却没有什么区别。DSP芯片的一个突出特性是,在整个中波波段,只需用一个天线线圈就能找到最好的感应量,因此,作适当的调整常常会明显地改善其性能(在后面的章节讨论)。
  
  
  
  
  
  
  短波性能
  
  短波灵敏度太高了,也许倒成了一个缺点,因为功率大的本地中波(MW)电台会产生一些镜像,串扰进短波波段造成干扰。
  用手触碰或者收回拉杆天线的话,有时可以解决上述问题,但灵敏度就打了折扣。
  会有一些用户认为这个现象很严重,其差别在于收听地点不同、产品的个体质量差异以及其他一些因素。
  在欧洲,中波电台不多了,这种情况就少见,短波接收就极好。
  接上外接天线和预选变速器,比如Palstar AA-30, MFJ-1020C, Ameco TPA或者类似的玩意,把G8的天线两个节点都接上(一头接在拉杆天线上,另一头接在电池弹簧的地上),短波性能是一流的。
  对5kHz间隔的短波电台来说,该机的选择性能保证很好地区分。
  G8良好的滤波形状和有效的慢速AGC,使得你调偏2到3kHz时就收不到台了,这是因为大部分边带已经跑偏了;这时就要用到Phil B博士推荐的同步检波了,也是DX爱好者们可以利用的一个未完全用尽的工具。
  
  
  
  
  
  长波性能
  
  平凡的G8不是好的长波收音机,这是因为该机的磁棒天线是做给中波用的,无法保证长波的灵敏度,在欧洲做长波电台的远距离接收的话,对那些成百上千瓦的电台来说,他们的信号强度刚好够。如果对G8的磁棒天线做一些改进的话(在后面讨论),这台机子接收长波还是不错的。当然,缺乏SSB功能,G8不适宜用来做无方向性信标(NDX)远程接收。
  
  
  
  
  
  FM性能
  
  G8是一台真正的调频远距离接收机(FM DX)。
  只用机身上的22英寸(56厘米)长的天线,就能达到令人难以置信的灵敏度,与任何尺寸和价格的便携机相比,G8都是最好的。
  另外,DSP的选择性,与其他机子在同一带宽下相比较,不输给任何你知道的机子。
  例如,在欧洲做DX,对于那里的间隔0.2MHz的电台,在整个调频段,我能够很轻易地分开所有的当地强台与远地弱台。
  拉杆天线可以在三个方向旋转,很容易回到原位。
  拉杆天线用久了会松动,但很容易用十字螺丝批拧紧。
  上面已经说过,G8的拉杆天线只有22英寸长,比调频FM波段的四分之一波长(大约30英寸)要短。
  用鳄鱼夹夹一条电线,把G8的拉杆天线加长8英寸,使它的长度达到30英寸的话,那么所接收的信号强度和信噪比会明显改观,至少在我住的地方是这样。
  因此,喜欢动手的人可以自己给G8换上一条30英寸长的拉杆天线。
  由于调频FM波段88~108MHz的四分之一波长的对应值是27.3~33.5英寸(69~85cm),因此,你可以考虑找一条33.5英寸(85cm)长的拉杆天线换上去,以便做调频高段的远程接收。
  另外一个提高增益的方式是给G8连上半波偶极子天线,也叫做“兔耳朵”。
  根据我的经验,换了天线后,会额外得到2~3dB的增益,只要简单地将天线增长到30英寸或者将一条软线(不管拉杆天线多长)的一端接到电池的地线,另一端加长,便可以形成一个半波偶极子天线。使拉杆天线保持垂直也能获得最大增益。或者做一个八字天线,垂直放置,也会获得最适当的接收增益。
  给G8装外接天线是很容易的,只要将天线的地线与G8的电池地相连,天线的另一端用鳄鱼夹夹在拉杆天线上即可。我试过用一条简单的偶极子天线和莫克森天线,其结果都不错。
  拉杆天线能否收缩问题不大,因为外接天线的信号比它强。由于某些原因,使用莫克森天线时,如果断开地线,那么方向性超强。请注意,某些台用拉杆天线接收比用外接天线接收要好。
  进一步的研究也许是选择一条合适的75欧姆调频外接天线,也要研究合适的天线阻抗匹配。
  SILABS的规格书提供的灵敏度是基于50欧姆的天线,也就是说他们的芯片设计的天线输入阻抗是50欧姆。我发现,收起拉杆天线会保持莫克森天线的副耦合。
  FM波段的调谐与MW中波一样也采用变速飞梭。慢速时每步0.01或0.10MHz,取决于你旋转的速度,快速时每步0.10或1.0MHz。
  
  
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  顺便说明一下,凯隆的新机D92L(如图)只能做到每步0.05MHz调谐。
  与中波一样,我发现这种调谐方式完全可以替代键盘输入。另外提醒一下,这台机子的扫描存储做得非常好,它会把信号强度超过某一门槛的所有电台自动存储起来,即使也存了一些镜像电台,但你可以手动删除掉它们。
  不管是用拉杆天线还是用外接天线,G8的FM指标使得它与其他高端FM调谐器相比更有竞争力。
  邻频选择性(电台与电台相隔0.2MHz)是50dB,对普通FM调谐器来说是相当好的,也是爱好者们所希望的多级陶瓷滤波的效果。典型的家用FM调谐器和接收机并不强调邻频选择性,一般也是10~20dB。
  G8的相间频道选择性(电台与电台相隔0.4MHz)是70dB,相对于许多家用接收机和调谐器来说相当不错了,尽管爱好者们还想要80~90dB。就我的经验来说,G8可以完全区分开我住的地方相距0.4MHz的高频信号。
  灵敏度方面,SILABS的规格书显示,FM在信噪比(SNR)为26dB时其灵敏度为1.1 uV (12.2 dbF)(单声道静音,50欧姆天线直连收音机)。
  作为一个比较点,日本安桥Onkyo T-9090 II 高档调频DX调谐器的灵敏度为0.8 uV,因此说G8具有竞争力。
  调谐器很少有小于1.5 uV灵敏度的。根据SILABS的规格书,在64-76 MHz范围,其灵敏度降低了,大概使用这段频率的某些爱好者会受到一些影响。
  另一个典型指标是调幅抑制度,SILABS规格书是50dB,这也是好调谐器的标准。(调幅抑制度:在调谐器中,抑制调幅调谐幅度,以防止串进调频波段,干扰调频信号接收。)
  中频抑制没有提高,但是作为低中频结构的SILABS芯片,有没有这个指标无所谓。信号捕获比指标也没说。
  与中波一样,G8的防过载能力非常好。总谐波失真是0.1%,这个指标相当好。整体信噪比(SNR)是58-63 dB,这个指标比典型的家用调谐器要小,当然,爱好者与普通收听者绝对可以接受。
  
  
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  尽管从理论上讲,G8是一台好的FM DX调谐器,但是它与其他机子一对一单挑的结果怎样呢?正好我手头有一台公认的最高档调谐器——索尼Sony XDR-F1HD,我把它们拿来PK。这两台机子都通过分离器连到莫克森天线上,并切换到98 MHz。PK的地方是西雅图电台密集区。
  先对比无邻频干扰弱信号灵敏度,索尼机子可听到而G8无声,其他一些弱台,索尼同样胜出,尽管G8有时表现也不错。
  在强台收听方面,索尼收听的立体声几乎不参杂任何噪音,而G8则经常串进一些杂音。
  有趣的是,如果断开外接天线、甚至只用机子自己的拉杆天线的话,G8有时表现的要比索尼好很多。看来要想做好G8,天线设计方面还有很多神秘的地方。
  再比较选择性。把这两台机子都向下偏调0.1MHz,索尼的邻频选择性(80dB)明显的比G8好(50 dB)。当然,我的所有测试中,超过30dB便没什么好比的了,G8总能把相邻0.2MHz的电台分离开。在欧洲或其他地区,如果实际上电台间隔只有0.1MHz,索尼的会好些,但在这里,离西雅图很近的地方,没有什么明显的不同。
  对相同频率的两个电台,借助莫克森天线,索尼可以区分开,但G8不行,看上去索尼的捕捉力明显地好。当G8可以区分开某两个电台的时候,索尼更可以。
  总的来说,做DX接收机,G8还是不能与索尼Sony XDR-F1HD匹敌,但是尽管如此,我想G8还是很不错的。谁有兴趣的话,可以拿G8去与不是DSP的调谐器如上述的日本安桥Onkyo T-9090 II来PK一下,理论上说,他们的灵敏度和选择性差不多。另外,如果需要借助外接天线才能达到最好的效果,那么G8就更具竞争力了。
  收听广播节目方面,SILABS规格书提供的是30~15,000赫兹± 3 dB,这个指标相当好,尽管还达不到音响发烧友的标准。再与索尼比较音频,G8在高音部分可懂度比索尼高,而在低音部分要差一点。我个人偏重于高音部分,因此,G8更适合于我听。当然,讲究精细度方面的人士则更偏爱索尼。
  自然地,对接收毗邻我所住地区的电台来说,更高灵敏度的索尼的声音要好一些,因为索尼的噪音拟制好,并且实际上索尼在信号强度较低时也能产生立体声。在我的这篇测评报告里,索尼的立体声灵敏度与单声道灵敏度是一样的,真正难以置信的成绩。
  通过耳机G8可以收听立体声广播,用喇叭收听时,立体声符号“Stereo”不会出现。立体声分离度只有25dB,听上去没什么想象空间。当信号很弱,从立体声转到单声道时,噪音逐渐压抑,我认为是很棒的特性。
  
  
  
  
  调整和改进
  
  该机在接收方面唯一需要调整的地方就是磁棒天线的感应系数。
  SILABS规格书提供的天线自感应系数范围为180~450 uH任意调节,尽管如此,勤奋的爱好者们还是想把这台机子的灵敏度调到最高。
  测试了我手头的两个型号机子,得到的感应系数数据大约为200和300 uH,也就是说两台机子调试结果不相同。完整的调试说明在DXer.ca和雅虎Yahoo UltralightDX群组上。
  
  
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  G8的磁棒线圈上的腊和胶水比PL-300WT上的少很多,因此调试时要移动线圈的话,后者要相对困难一点。
  为提高灵敏度,单体的线圈设计使得更换磁棒更容易。外置的“滑动式”磁棒天线在G8上工作的很好,由于它能有效地的防过载,并且其单一的最佳谐振点也不要求把线圈做成滑动式,只需要一个固定的感应线圈即可。SILABS规格书显示低感应系数的空心线圈也可与合适的变压器/巴伦一起使用,尽管认真的爱好者更喜欢绕制一个完整的200~300 uH电感量的空心线圈以达到最佳效果。
  和G8一样,Eton e100(左图)和C Crane SWP也连接相同的8英寸外接磁棒天线,三者中G8的灵敏度是最高的。
  前面说过,如果Eton和C Cran的机子都换上村田的窄带滤波器,接收大洋对岸的电台时同样超群。用这种方式对G8和其他收音机进行改装,需要进一步研究。
  外接长波天线同样能用。SILABS规格书显示其感应量应为2800 uH,这看上去似乎是排版错误。关于这一点,有一位爱好者说其数值应为1800 uH。
  最后,由于其抗过载能力超强,即使在城市里,G8也是试验各类外接天线的首选。这些天线包括Beverage, K9AY或其他外接天线。在DXer.ca和雅虎Yahoo UltralightDX群组里有一篇关于这类试验的文章。
  

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百度百科: 细说 DSP
 
1.数字信号处理
  2.DSP微处理器
  3.轻松体验DSP
  4.DSP技术
  5.中国DSP市场现状
  6.DSP的应用
  7.DSP的优缺点
  
  
  一.数字信号处理
  
    DSP数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。20世纪60年代以来,随着计算机和信息技术的飞速发展,数字信号处理技术应运而生并得到迅速的发展。数字信号处理是一种通过使用数学技巧执行转换或提取信息,来处理现实信号的方法,这些信号由数字序列表示。在过去的二十多年时间里,数字信号处理已经在通信等领域得到极为广泛的应用。德州仪器、Freescale等半导体厂商在这一领域拥有很强的实力。
  
  二.DSP微处理器
  
    DSP(digital signal processor)是一种独特的微处理器,是以数字信号来处理大量信息的器件。其工作原理是接收模拟信号,转换为0或1的数字信号,再对数字信号进行修改、删除、强化,并在其他系统芯片中把数字数据解译回模拟数据或实际环境格式。它不仅具有可编程性,而且其实时运行速度可达每秒数以千万条复杂指令程序,远远超过通用微处理器,是数字化电子世界中日益重要的电脑芯片。它的强大数据处理能力和高运行速度,是最值得称道的两大特色。
    DSP芯片,也称数字信号处理器,是一种特别适合于进行数字信号处理运算的微处理器器,其主要应用是实时快速地实现各种数字信号处理算法。根据数字信号处理的要求,DSP芯片一般具有如下主要特点:
    (1)在一个指令周期内可完成一次乘法和一次加法;
    (2)程序和数据空间分开,可以同时访问指令和数据;
    (3)片内具有快速RAM,通常可通过独立的数据总线在两块中同时访问;
    (4)具有低开销或无开销循环及跳转的硬件支持;
    (5)快速的中断处理和硬件I/O支持;
    (6)具有在单周期内操作的多个硬件地址产生器;
    (7)可以并行执行多个操作;
    (8)支持流水线操作,使取指、译码和执行等操作可以重叠执行。
    当然,与通用微处理器相比,DSP芯片的其他通用功能相对较弱些。
  
  
  三.轻松体验DSP
  
    第一种商品化的 IC 数字信号处理器是英特尔的 2920,早在 1979 年就在取代全双工、1200bps 数字硬调制解调器中的模拟滤波器组了。同时,迅速增多的微处理器和外设提高了处理以数字表示信号的可行性。那时几乎任何商业化信号处理任务都需要模拟计算,伴有复杂的反馈回路和补偿电路来维持稳定性。各种依赖位片处理器小型电脑和数据采集硬件的技术都极其昂贵,并且通常只适合于研究人员。能够经济地把信号数字化,并在数字领域进行数学计算,从而减少漂移和其它用模拟技术处理也很昂贵的不精确条件,这种逻辑很有吸引力,它直接导致今天市场上出现多种系列的 DSP。
    目前,某种形式的 DSP 安装在从自动应答电话机到洗衣机等各种产品的中心部位,很容易使人忘记这场变革就发生在最近。直到最近,通用微控制器和 DSP 芯片之间的巨大差别还使许多嵌入式系统工程师觉得:数字信号处理是门困难的学科。这种感觉来源于第一代 DSP 的架构和编程要求,这一代 DSP 往往设计用来实现数字滤波器。不过,在卷入 DSP 对比微控制器的争论之前,你也许要问,为什么使用数字滤波器?DSP 还适合于别的什么领域?使用数字滤波的经典理由是,你可以实现线性相位 FIR (有限脉冲响应)滤波器,它保持了音频处理等应用中的信号保真度。当你正在尝试处理传感器信号时,避免由于不相等的组延迟(由非线性相位-频率响应特性引起)导致的信号失真可能也是很关键的。正如任何已经尝试过的人所知道的那样,用模拟技术制造线性相位滤波器几乎是不可能的,相比之下,DSP 和软件滤波器工具箱使这种实现不费吹灰之力。
    假如你使用针对控制系统建模的仿真工具,你一定知道来自 Mathworks 的 Matlab 和 Simulink 等工具也可以建立 DSP 算法的模型,并自动生成代码,你可以把这些代码移植到各种硬件目标。不过,数字信号处理的能力其实起始于滤波器应用。例如,软件工具也可以毫不费力地实现 FFT(快速傅里叶变换)。然后,你可以对连续时间信号的快照做频率分析。假如你有很多传感器输出要处理,以得到关键的实时控制响应,那么 DSP 通常是惟一的答案。
    初学者工具包帮你建立信心
    假如你第一次接触数字信号处理,你很可能想得到更多背景信息。不过,阅读产品的相关资料无法取代亲自尝试它们,而初学者工具包提供了一种获得体验的轻松方式。今天,与微控制器最相像的 DSP 系列就是摩托罗拉的 DSP56F800,它主要针对实时控制应用。例如,F805 核心包括一个 16 比特定点引擎,该引擎运行在双哈佛架构上,以实现对程序和数据存储器的三路并行访问。
    摩托罗拉的片上仿真技术通过一个 JTAG 标准的端口来提供系统内调试能力。该器件是 144 引脚 LQFP 封装。
    开发支持来自 DSP56F805EVM,它包含一个 130mm×165mm 印制电路板、CodeWarrior IDE 和一个 SDK(软件开发工具包),价格为 299 美元。该印制电路板上装有处理器,还有一个 128k×16比特 SRAM(外部代码和数据各为 64k 字)、一个 RS-232 端口,以及一个“并口至 JTAG”接口,便于基于 PC 的调试。一个正交解码器/霍尔效应接口和专用的马达控制逻辑给伺服控制等应用带来了便利。各个跳线器选择不同的运行模式,多个起始码准备信号和 I/O,用于轻松连接。
    CodeWarrior 安装的文档很有用地包括了 56F805 的硬件参考手册和数据表,以及该 IDE 的用法说明和参考手册。要想迅速开始,请查看开发板的在线硬件手册,并确保所有跳线器都处在默认位置。接着,把并口连接到你的 PC,并尝试这些在线手册的“瞄准 DSP56F805”(Targeting DSP56F805) 部分。这部分包括一个简要的指南,它示范如何创建、编译和链接 F805 代码。在默认情况下,CodeWarrior 使用“项目用具” (project stationery) 来构造新的项目。这个方法自动创建和解开各种依赖处理器的功能、库、链接器命令和你的代码之间的依赖性。假如你正用 C 语言编程,用具还可以进行启动文件的创建,以分配和初始化系统内存;你可以选择“空项目”并自己控制这些进程。你可以在 CodeWarrior 的编辑器里无缝地混合和匹配 C 语言代码和汇编代码。
    假如你使用预制用具,那么项目窗口会打开,显示代码、支持和库子目录;把它们展开,就可以访问恰当的资源,然后你可以编辑这些资源。在项目窗口内选择“运行” (run) 图标,默认的设定就会编译、链接并下载模板程序到开发板的外部 SRAM。线程窗口会打开,让你查看栈、变量和源代码,还有执行控制,比如设置/清除断点、运行、终止以及多种单步运行选项。
    检查“视图” (View) 菜单下的可用工具,比如表达式视图、全局变量视图和寄存器视图。这些工具包括原始数据、反汇编、源和混合模式内存表示;你还可以从这儿直接编辑内存单元。不过,你不会找到正式的剖析工具,你只有自己计算时序要求严格的任务。一种替代办法是包含多个调用来启动和停止片上定时器,从而在关键点安插你的代码;除去调用开销,就得到了真实结果。当然,假如你的代码运行没有超出截止期限,并且安插的代码位置适当,那么除去这种开销应该不会对运行造成消极影响。由于片上内存使用和片外内存使用之间可能存在明显的性能差别,因此要确保测试的是真正的目标配置。
    CodeWarrior 只安装了一个 F805 例子,这个例子检测从板上开关到交替闪烁 LED 的中断。你可以使用这个例子作为使用 C 语言编译器 pragma 指令、编写中断服务例程以及保存并调用库函数的指导。不过,假如你想要 CAN(控制器区域网络)例子,那你真不走运——这项功能是额外费用高级包中的一个价格为 3000 美元的选项。其它高级功能包括安全例程,这其中含 RSA (Rivest、Shamir 和 Adleman)、DES (数据加密标准)和 3重 DES 算法,以及远程通信和语音处理函数,比如 G711 语音编码器。
    其它开发工具包括 200 美元的“并口至 JTAG”命令转换器;USB 至 JTAG 转换器目前正在开发中。你还可以指定 1999 美元的 PCI 至 JTAG 仿真器连接和 2999 美元的以太网同等品。另一方面,对于那些好奇心很重、不需要 F805 的 I/O 功能的用户来说,有一个选项也许更好,那就是 65 美元的 DSP56F801 开发工具包。该工具包还包括并列排线(parallel-cable)仿真、SDK以及 CodeWarrior 的一个免费版本,它局限于 16kB 程序内存。无限制的 IDE 价格为 495 美元。
    多媒体照亮实时控制
     模拟器件公司 (Analog Devices) 的 Blackfin 系列主要针对多媒体设备和便携式设备,包括三个代码兼容处理器,它们的不同之处仅在于速度和片上补充内存。
    从内部来看,Blackfin 内核包括一个双 MAC 定点处理引擎,该引擎把结果存储在两个 40 比特累加器里。在使用中,VisualDSP++ IDE 的编译器利用最适合该内核架构的 32 比特“长”的值,在软件中自动合成浮点运算;你可以选择改变这种行为,以符合 ANSII-C 规范。
    ADDS-BF533-EZlite 初学者工具包现已上市,价格为 295 美元,它包括一块 127mm×178 mm印制电路板,板上装有处理器、2MB 闪存和 32MB SDRAM。板上外设包括一个 AD1836 音频编解码器(带有四条输入声道和六条输出声道)、一个 ADV7171 视频编码器和 ADV7183 解码器(各带三个拾音插座、一个 ADM3202 RS-232 线路驱动器/接收器—用于片上 UART,它连接到一个 DB9 连接器、一个扩充接口—它承载并口、串口和 SPI 等各种 I/O、一个 JTAG 在线仿真器头,以及各种 LED 和按钮。该工具包依靠 VisualDSP++ IDE 的一个 20kB的代码有限版本,用于程序开发。调试通信采用板上“USB 至 JTAG”调试接口,该接口允许与主机 PC 之间的非侵入式通信,这是通过该环境的背景遥测通道进行的。
    不要理睬快速开始卡,遵照评估系统手册中的指示,VisualDSP++ IDE 就会顺利地安装好。
    头两个练习介绍了链接器等基本元件如何通过让你建造、运行和修改某个过程(它计算来自定点数组的三个乘积的各个和)来互动。有意思的是,C 源代码窗口中的“混合”控制视图使你能够同时比较例程的 C 语言实现和汇编器实现。某些 IDE 能够把源代码行拖到汇编器窗口中,或反过来,以找到相应的代码段,上述的同时比较功能是这种功能的替代方法。其它编辑器功能允许设置和清除断点、启用行编号,以及设置书签。假如你把第三课中的代码例子装载到前一课,你就能看到该 IDE 数据可视化能力的多个方面,比如正态图、正态图的 FFT 等价图,以及一份 FIR 滤波器响应分析。由于这个例子及目前的其它 Blackfin 例子是针对 535 处理器,因此你需要把目标改到 533。
    由于工具包许可证不允许仿真器会话,因此请你下载整个软件及其评估许可证,连同许可证管理器工具程序。运行该 60MB 的组合,就可以让你的安装升级。90 天后,它会回到最初的限制版。在选择单一仿真器会话选项之后,你现在可以看到线性剖析仿真工具,它专门分析处理器在某应用程序内的何处花了时间。双击某个例程,就会显示底层汇编器以及在该流程内部所花时间的百分比;双击某个程序计数器条目,就会高亮度显示相应的反汇编器输出。
    软件剖析工具一般在函数的开头和结尾插入侵入性的“包装代码”,以获得统计数据。VisualDSP++ 消除了这种开销,因为它用 PC 计数器的一个统计随机样本来记录指令地址,得到执行统计数据,并显示代码瓶颈。ADI还还表示,该仿真器具有几项尖端而独特的功能,比如高速缓存和流水线可视化。他指出,由于这些功能提供非常多的细节,因此它们是“只有仿真器才具有的功能” 。他说,在这个水平上,目前不可能不露痕迹地全速询问处理器,而又不往该部件“增加大量的逻辑和测试引脚” 。
    该环境在安装期间创建的 ADSP-BF533 文件夹包括多个针对 533 的例子,你可以把它们用作进一步开发的模板。对新手的一个主要障碍是 C 语言程序员倾向于隐藏关键组件,比如头文件,并模糊它们的交互;好消息是伴随工具包的这些例子是极其清晰的。你还将看到 VSCE(VisualDSP++ 的组合式软件工程)模块,它们是预先配置的例程,根据模拟器件公司的 VCSE 标准编写。这种做法使你能够把来自模拟器件公司和第三方厂商的符合标准的模块添加到你自己的项目中,不用担心各种冲突,比如内存冲突或 I/O 冲突。
    1GHz 的能力使并行 I/O 更快
    假如你想做实验,那么你可能想知道和一个真正复杂的处理器打交道涉及哪些内容,这样的处理器包括德州仪器公司的 TMS320C6000 系列,它有用地提供了定点微分和浮点微分之间的代码兼容性。一款新型初学者工具包展示了 16 比特定点 6416 的 600MHz 版本,它紧随该厂商的 256 比特甚长指令字型号之后。这种顶级的机器针对 I/O 密集型应用,比如通信基础设施。例如,该芯片把一个 ATM (异步传输模式)接口装入其 532 引脚、0.8mm间距 BGA 封装中,封装大小仅为 23 mm2;其它通信外设包括维特比(Viterbi)和 turbo 解码器协处理器。
    这种初学者工具包由 Spectrum Digital 公司制造,包括一个 115mm×225 mm印制电路板,板上装有 DSP、一个 TLV320AIC23 编解码器、16MB SDRAM、512kB 用户闪存和一个“USB 至 JTAG”仿真端口——所有这些的价格为 395 美元左右。四个 3.5 mm立体声 I/O 端口与编解码器连接;一些简单的用户 I/O 端口连接到四个 LED 和若干钢琴键开关;高密度的扩充连接器提供额外的存储器、外设和 PCI/HPI 连接;两个端口选项提供外部仿真器。尽管硬件很复杂,但用户友好的软件展示了德州仪器公司针对模块化软件开发的 eXpressDSP 理念。理想情况下,eXpressDSP 把应用程序抽象得足够好,非程序员可以通过在执行模板内部组合现成的算法来构造应用程序。实际上,你需要充分的 C 语言编程经验来充分利用可提供给你的功能。
    eXpressDSP 的内核是 DSP/BIOS 内核,这是一种实时调度程序,该程序包括各种模块以处理各项中断、传输数据的管道和周期性事件。事实上,DSP/BIOS 构成了支持 320C 系列的 RTOS 的基础。Code Composer Studio IDE 拥有一个 DSP/BIOS 配置工具,它使你能够在程序编译期间选择包括哪些模块,从而使该固件的内存占位(memory footprint)达到最小。非常关键的是,每个 DSP/BIOS 模块都包括代码安插机制,允许 Code Composer 通过 USB 仿真链接来调试运行中的应用程序。为了使对实时操作的影响最小,当 DSP 芯片处于代码线程执行之间的闲置状态时,安插代码才开始运行。你可以在它以图形格式在线程之间切换时查看执行图,这种格式帮助揭示被超过的截止期限。其它使时序要求严格的任务分析变得容易的工具包括一张 CPU 负载图和一个统计窗口,后者报告某个线程的平均情形和最差情形执行时间。你还可以从某个驻留在 PC 上的文件传送数据,比如来自 DSO 的输出,它代表了你想处理的真正信号。DSP/BIOS 提供了一组定义得非常好的 API,它们适用于整个 320Cxx 系列,这样你可以轻松地在各种平台之间移植代码。通过禁止直接访问外设和坚持可重入的可重定位码,eXpressDSP 算法标准允许你轻松集成来自德州仪器公司和第三方厂商的符合标准的算法。你可以下载免费的 DSP/BIOS 驱动程序开发工具包。
    你还可以免费下载一组共三个参考框架应用程序,作为德州仪器公司大多数初学者工具包的“初学者件”。全面的应用程序说明描述了这些模型的功能,包括其定制示例。RF1 针对的是约 3.5k 字大小的应用程序,它们需要一至三条通道和类似数量的 eXpressDSP 算法。其局限包括不支持动态内存分配、线程预占、阻塞、多速率操作或控制函数。由于这些原因, RF1 最适合较低端的 5xxx 硬件平台。中档的 RF3 一般适合 6xxx 芯片,这些芯片运行一至十条通道和一至十种算法。RF3 约为 11k 字的占位提供了 RF1 中没有的所有工具,但不包括任务阻塞。最后,RF5 版本提供了所有此类工具,并支持 100 多条通道和同样多种算法,代价是 28k 字内存。RF5 增强包括一个用于支持多处理器的单独线程。
    附文:通往 DSP 的最初几步
    假定你想首先从 DSP 开始,那么你将面临几个挑战。首先,如果你避开 C 语言,你将错过大量例子。你可以通过 www.cyberdiem.com/vin/learn.html 等门户网站来免费提高 C 语言方面的技巧,但你一定要弄到几本参考课本。
    其次,假如你想有效利用数字信号处理,你就不能逃避数学。其包括复数理论,以及卷积和离散傅里叶变换等基本知识。
    然后,你将需要选择一种处理器。你必须考虑在定点和浮点算术功能之间进行选择,以及传统的微控制器选择准则。总地说来,定点器件比同等的浮点器件需要更少的硅,并更便宜。假如你正在使用定点器件,并在设计自己的算法,那么你往往必须在可选数字格式表示法之间做选择,这些表示法有时需要仔细的软件设计,以避免舍入和截断误差,这些误差使数据失真。浮点芯片可以简化你的生活,因为它在硬件中实现了一致的数字表示系统,比如 IEEE-754 标准,它定义了 32 比特单精度和 64 比特双精度格式。浮点 DSP 一般采用单精度表示法,这些表示法把 23 比特小数尾数、8 比特指数和一个符号比特放入 32 比特的字中,使指数具有 ±127 的动态范围。
    厂商支持和工具链的提供情况是关键的考虑事项。模拟器件、摩托罗拉和德州仪器提供各种 DSP 初学者工具包,跨越多种应用,从简单的马达控制器到复杂的通信链路。不过,如果你想继续使用常规的微控制器,并且需要硬件乘法功能,请考虑英飞凌 (Infineon) 的新款 XC167CI。这种 16 比特处理器扩展了嵌入式 166 架构的功能,把 32/40 比特 MAC(乘法/累加)单元包括进来,这种单元在 25 ns(40MHz 时钟)内进行单周期乘法;其它增强包括一个柱形移位器。要想获得更强的功能,该公司的 32 比特 TriCore 系列增加了多种功能,比如反向比特寻址,用于恢复FFT算法的输出。
  
  四.DSP技术
  
    基于DSP的智能视频监控系统
  
    传统的视频监视系统是简单的非智能闭路电视(CCTV)系统,其缺点十分明显。这样的系统或者需要安保人员实时监视画面以捕捉关键事件,或者需要在事后对视频记录进行回放并进行人工分析,耗时耗力,成本高而效率低。近几年,DSP在智能视频监控系统方面的应用不断完善,正在逐渐取代传统的模拟非智能系统。
    iSuppli公司2006年的一份分析报告曾指出,IP视频监控系统市场到2010年将增长近十倍。 IP监控的创新技术之一是“智能摄像机”,它拥有强大的数字信号处理器,能探测威胁并触发自动响应。可见,DSP芯片是智能监控的核心。
  
  
  五.中国DSP市场现状
  
    2003年,我国DSP市场继续保持了快速增长,市场销量总计达到26628.8万片,总销售额达126.4亿元。我国DSP市场规模迅速扩大,主要得益于我国移动电话市场、数字消费市场以及自动控制市场规模的增长。
    三大领域带动DSP持续增长
    在我国市场上,移动电话、数码相机等DSP产品的主要应用领域走势良好,需求旺盛,推动着DSP市场持续增长。在无线领域,我国手机用户继续大规模增加,手机需求的大幅增加带动了我国DSP市场的高速增长。在数字消费领域,我国新兴的数字消费类电子产品进入增长活跃期,市场呈现高增长态势,用户认知率和普及率大幅提高,数码消费市场的高速增长推动了DSP市场的发展。此外,计算机、通信和消费类电子产品的数字化融合也为DSP提供了进一步的发展机会。
    目前,在VoIP、DSL、Cable Modem、3G、数字相机和马达控制等需要实时处理大量数字信息的应用中,都可见到DSP的身影,DSP无疑已经成为推动数字化进程的动力。
    新应用层出不穷
    DSP应用的快速发展为数字信息产品带来广阔的发展空间,并将支持通信、计算机和消费类电子产品的数字化融合。在无线领域,DSP遍及无线交换设备、基站、手持终端和网络领域,并涵盖从骨干基础设施到宽带入户的设备,包括VoIP网关和IP电话、DSL和Cable Modem等。面向群体应用,DSP在媒体网关、视频监控、专业音响、数字广播、激光打印等应用中表现出色;面向个人应用,DSP在便携式数字音频和影像播放器、指纹识别和语音识别等应用中表现不俗;针对嵌入式数字控制应用,DSP极大地满足了工业界的需求,如数字变频电力电源设备、工业缝纫机等;DSP也极大地满足了消费电子的需求,如空调、冰箱、洗衣机等。
    随着DSP生产技术和工艺的进步,新型的DSP产品将会不断涌现,并得到广泛应用。
    国内DSP厂商寻求突破
    在2003年我国DSP市场上,TI、摩托罗拉、杰尔、ADI四家厂商依然占据了国内市场85.6%的份额,其他国外厂商占据了14.4%的份额,产品完全依赖进口。我国是亚洲发展潜力最大的市场,数码相机、MMoIP电话和手持电子设备等数码产品在国内市场的迅速发展促进了高性能DSP的广泛使用。我国电子产品制造商众多,对低成本、易使用的DSP需求巨大,然而DSP市场由国外厂商所垄断的局面不利于国内厂商的发展,国内厂商生产所需的关键芯片仍控制在上述四家国外厂商手中,国外厂商的生产状况对国内市场的影响十分明显。
    虽然目前DSP的主要应用产品的市场都是由国际半导体大厂所控制,但在相关政策的扶植下,本土厂商积极投入研发资源,以消费性产品作为进入DSP市场的一个“敲门砖”,也必将在DSP市场上争得一席之地。
    尽管国内DSP厂商还没有真正进入市场,但是国内厂商在DSP上的突破必将在未来的市场上对国外厂商形成威胁,国内厂商的进入将使市场竞争更加激烈。[编辑本段]DSP未来发展
    自十多年前浮点数字信号处理器(DSP)诞生以来,便为实时信号处理提供了算术上更为先进的备选方案。不过,定点器件至今仍是业界的主流--当然低成本是主要原因。定点DSP每器件产品的价格很低,这对大规模大众市场应用而言是相当重要的优势。
    相比较而言,浮点DSP能够实现更快速而简便的开发,因此对开发成本比单位制造成本重要的小规模应用而言,更是最佳的选择。
    最近几年,高密度集成与支持改善使两种DSP在使用方便性与成本上都较为接近。目前,器件类型的选择越来越取决于应用数据集是否要求浮点格式的更多计算功能。因此,设计大规模量产信号处理应用的开发人员现在开始发现浮点格式更多的内在价值。他们将视线投向传统定点DSP开发模式之外的领域,并探索浮点 DSP 所带来的设计机遇。
    不同的数字格式
    定点与浮点DSP的基本差异在于它们各自对数据的数字表示法不同。定点硬件严格执行整数运算,而浮点 DSP 既支持整数运算又支持实数运算,后者以科学计数法进行了标准化。字长为 16 位的定点 DSP 实现 (rovide) 64K 的精度,带符号整数值范围为 -215 至 215-1。
    与此相对比,浮点DSP将数据路径分为两部分:一是可用作整数值或实数基数的尾数,二是指数。在支持业界标准单一精确运算的32位浮点DSP中,尾数为24位,指数为8位。由于其较长的字长与取幂范围,该器件支持 16M 的精度范围,这样的动态范围大大高于定点格式可提供的精确度。实施业界标准双精度(64 位,包括一个 53 位的尾数与 11 位的指数)的器件还可实现更高的精确度。
    成本与方便易用性
    浮点 DSP 提供的计算能力更高,这也是其区别于定点 DSP 功能的最大差异所在。但在浮点 DSP 刚刚出现的20世纪90年代初期,其它因素往往掩盖了基本的数学计算问题。浮点功能需要的内部电路多,而 32位数据路径比当时可用的定点器件要宽一倍。晶片面积越大,引脚数量就越多,封装也越大,这就大大提高了新款浮点器件的成本,因此数字化语音与电信集成卡(concentration card)等高产量应用仍更倾向于采用较低成本的定点器件。
    当时,方便易用性抵消了成本问题带来的不利影响。浮点器件是最早支持 C 语言的 DSP 之一,而定点 DSP则仍须在汇编代码级上进行编程。此外,对浮点格式而言,实数运算可直接通过代码加入硬件运算中,而定点器件则必须通过软件才能间接执行实数运算,这就增加了算法指令并延长了开发时间。由于浮点 DSP 易于编程,因此其最初主要用于开发工作强度较大的情况,如研究、原型开发、影像识别、工作站的三维图像加速器以及雷达等军用系统。
    逐渐趋同
    目前,早先的成本与易用性间的差异已经不那么明显了。总体说来,定点DSP仍然在成本上有优势,而浮点 DSP 仍然在易用性上有优势,但差别已经缩小很多,因此上述因素已经不再起决定作用了。
    成本日益成为片上系统(SoC)集成与产量的问题,而不是DSP内核本身大小的问题。在十年前还只能放置单个晶体管的空间,目前可放置数十个晶体管。目前,占据晶片面积最多的是存储器,而不是逻辑,而且许多基于DSP的产品都充分利用再扩展(rescaling)的优势,针对具体市场的需求集成了不只一个内核。定点DSP的成本仍然较低,因为其针对大众市场应用的产量很高;但是,如果大规模量产的需求出现,那么浮点器件也将受益于规模效益带来的同样的成本降低。
    早期在易用性方面的差异也已经减小。高效的C编译程序与工具早已能支持定点DSP,为代码执行带来了可视性。直接采用浮点硬件实施实数运算仍有优势;但目前先进的建模工具、完整的数学函数库以及现成的算法降低了为定点器件开发复杂应用的难度。
    浮点的精确度
    目前,选用定点DSP还是浮点DSP归根结底在于应用数据集是否需要浮点算术功能。总体说来,设计人员应解决两个问题:数据集要求多高的精确度?数据集的可预见度有多大?
    三个因素影响着浮点格式的内在高精度。首先,浮点DSP的24位I/O字长在整数与实数值方面可实现比定点器件中常用的16位字长更高的精确度。第二,取幂大幅提高了应用可用的动态范围,较大的动态范围对处理极大数据集以及难以方便预计数据集范围的情况相当重要。第三,浮点硬件内部的数据表示法比定点器件更为精确,这就保证了最终结果的精确度更高。
    最后一点应稍做解释。在DSP的内部架构中,三种数据字长相当重要,应当考虑。第一是I/O信号字长,正如我们已经说过的那样,其就浮点而言为24位,就定点DSP而言通常为16位。第二就是用于乘法的系数字长。定点系数为16位,与信号数据相同;但浮点系数则可能为24位或53位,这取决于所用的是单宽度精度还是双宽度精度。如果指数表示有意义的零,则精确度实际上会超过上述位数。
    最后,就是保存乘加器(MAC)运算中间结果的字长,通常称作寄存器文件。对单一16位乘以16位的乘法而言,将需要32位的乘积;而就单一24位乘以24位的尾数乘法而言,则需48位的乘积(指数有不同的数据路径)。但是,MAC 需要额外的位用于溢出空间 (overflow headroom)。在16位定点器件中,溢出空间通常为 8 位,这就使总的中间结果字长为 40 位(16 个信号+16 个系数+8 个溢出)。
    将相同大小的溢出空间集成到浮点DSP中将需要60个中间结果位(24个信号+24个系数+12个溢出),这将超过大多数应用对精度的要求。但就取幂而言,我们将结果标准化,这样所有24位或53位都有效,溢出位就不必要了。TI的TMS320C67x系列等浮点DSP允许开发人员在双精度内部运算与单精度I/O结合的模式下优化精确度与性能。其结果是得到的精确度比定点或单精度浮点运算提供的精确度高得多,但又不会产生完全双精度 I/O 带来的周期问题。
    视频与音频数据集要求
    将视频与音频应用的数据集要求加以对比,就很容易看出使用浮点格式的优势。视频的采样率很高,其像素数据采样率相当于每秒数十乃至数百个兆位 (Mbps),具体的值决于应用。像素数据通常以 8 至 12 位的短字表示,每一位代表影像的红、绿、蓝(RGB)位面。业界标准的MPEG视频压缩算法的关键数学运算包括离散余弦变换(DCT)与量化,且过滤有限。DCT与量化采用整数运算就能有效处理,它与短数据字相结合使得视频成为定点DSP很自然的应用,特别对那些设计有大量并行数据路径与片上视频接口的情况更是如此。
    另一方面,音频的数据流更为有限,对 24 位采样且每秒 48 千个采样 (ksps) 的速度而言,约为1Mbps的速度。新兴的采样率为192ksps,为该数据速率的四倍,但其数据流仍然大大低于视频流。不过音频数据的处理必须比视频精确得多。眼睛很容易就被欺骗,特别当影像运动时更是如此;但耳朵就很难欺骗了。因此音频需要浮点硬件提供的更大的字长。
    使用完全24位浮点I/O精度来进行声音采样,这就得到144dB的动态范围,大大超出了声音复制所需的全振幅范围。此外,音频还要求宽系数与中间结果提供的精确度,其原因有二。首先,音频应用通常使用串联无限脉冲响应滤波器(IIR)以实现最低时延与最高性能。但串联过滤每一级都会传播上一级的错误。信号与系数字长越长,精确度越高,上述传播错误的影响就越小。
    第二,在接近于零时必须保持信号精确度,以避免人耳可以分辨的谐波失真。浮点格式从本质上说与人耳的敏感度配合得很好,因为它在分数趋近于零时会变得更精确。相反,定点系统在分数极小的情况下会取近似值等于零,这就降低了精确度。所有上述浮点实数算法方面都对真实复制音频信号至关重要。
    尽管过去常用定点器件实现高保真音频,但目前则转向采用精确度更高的浮点格式。某些浮点DSP集成了多通道音频串行端口(McASP),从而简化了音频系统的设计,这就为上述发展趋势提供了支持。随着最新型音频创新在消费类电子产品中的日益普及,对浮点DSP的需求也将上升,这也有助于让其成本更接近于定点 DSP。
    其他数据集
    其它类型应用的数据集也可受益于浮点的精确度。在医疗影像识别中,更高的精确度能够支持许多层次的信号输入,包括光、X射线、超声波与其它来源的输入等,它们都必须进行定义与处理,以生成提供有用诊断信息的输出影像。动态范围较大对雷达至关重要,这种情况下,系统应能够在从零到无穷大的范围内进行跟踪,而只用整个范围的一个较小的子集进行目标捕获与识别。动态范围较大也有助于让机器人处理不可预见的情况,如在机器人正常有限的运动范围中遇到的障碍等。与上述应用形成对比的是,定点器件为巨大的通信市场提供更好的服务,因为大多数通信数据都是以八位字节串行传输,随后进行内部扩展以根据整数运算进行 16 位处理。
    近年来,随着数字信号处理领域不断发展,DSP也由应用推动发展。SoC集成意味着更多的存储器和不同的内核与专用外设一起均能集成到同一器件上,这就使DSP产品能够按特定市场的需求进行定制。在此环境中,浮点功能已成为整体 DSP 产品组合中的另一要素。
    定点DSP与浮点 DSP
    之间在成本与易用性方面仍有某些差异,但随着时间的推移,上述差异已经不大。对设计人员最具重要性的特性在于浮点格式具有更高的算术灵活性与精确度。对高保真音频以及需要实数运算、更高精确度与较大动态范围的其它数据集应用而言,浮点 DSP 是最佳的解决方案。
  
  
  六.DSP的应用
  
    语音处理:语音编码、语音合成、语音识别、语音增强、语音邮件、语音储存等。
    图像/图形:二维和三维图形处理、图像压缩与传输、图像识别、动画、机器人视觉、多媒体、电子地图、图像增强等。
    军事;保密通信、雷达处理、声呐处理、导航、全球定位、跳频电台、搜索和反搜索等。
    仪器仪表:频谱分析、函数发生、数据采集、地震处理等。
    自动控制:控制、深空作业、自动驾驶、机器人控制、磁盘控制等。
    医疗:助听、超声设备、诊断工具、病人监护、心电图等。
    家用电器:数字音响、数字电视、可视电话、音乐合成、音调控制、玩具与游戏等。
    生物医学信号处理举例:
    CT:计算机X射线断层摄影装置。(其中发明头颅CT英国EMI公司的豪斯菲尔德获诺贝尔奖。)
    CAT:计算机X射线空间重建装置。出现全身扫描,心脏活动立体图形,脑肿瘤异物,人体躯干图像重建。
    心电图分析。
  
  七.DSP的优缺点:
  
    优点:
  
    对元件值的容限不敏感,受温度、环境等外部参与影响小;
    容易实现集成;VLSI
    可以时分复用,共享处理器;
    方便调整处理器的系数实现自适应滤波;
    可实现模拟处理不能实现的功能:线性相位、多抽样率处理、级联、易于存储等;
    可用于频率非常低的信号。
  
    缺点:
  
    需要模数转换;
    受采样频率的限制,处理频率范围有限;
    数字系统由耗电的有源期间构成,没有无源设备可靠。
    但是优点远远超过缺点。

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