浅析数字信号处理技术的发展与应用

赵志刚 重庆广播电视集团（总台）技术制播中心

数字信号处理（digital signal processing，DSP）是将数字是承载信息的载体、把具有连续可变特性的信息用离散数字序列或时序函数表征的技术，通过一定的算法，使这些数字序列能够尽可能的还原出原始信号的形态。随着信息科学、自动化科学、人工智能科学的飞速发展，数字信号处理技术已广泛应用于多个学科领域。

1 数字信号处理技术的发展历程

与传统的信号处理技术相比，DSP突出的优点在于实现方式灵活、可靠性强、精度高、应用广。从其发展的历程来看，主要经历了三个不同时期：

20世纪六十年代，随着快速傅里叶变换算法的提出，数字信息化处理技术的概念应运而生，但受限于当时的计算条件，只能用于较为简单的数字信息的编码处理，效率低下。在该阶段，人们期望获取到高效的快速变换算法和相关的快速运算应用；

20世纪八十年代，美国研发出了第一台专门用于数字信息处理的设备，利用高效率、高计算精度和具有编程功能的处理芯片，用于如雷达信号处理之类的先进数字信息处理。与此同时，数字滤波器、谱分析、气象信号处理、机电运行信号处理等技术开始广泛应用；

20世纪末期至21世纪初，计算机科学、自动化科学、通信科学的提升成熟推动了DSP技术（包括基础理论和信号处理设备）的飞速发展。这一时期，具有复杂、非线性、异构、多源特性的图谱、时间序列、混杂等多类信号成为了DSP技术的应用对象，人们在关注其效率和精度的同时，也考虑将应用从工业、国防领域拓展至医疗、现代农业、移动媒体、数码消费等领域，表现出极好的应用前景。

2 数字信号处理技术在日常中的应用

日常生活中，与人们关系最密切的数字信号处理技术主要存在于感知方面，包括数字音频处理技术和数字视频图像处理技术。

2.1 数字音频处理技术

DSP在音频处理上是最具有颠覆性的技术。1990年前，人们普遍采用胶片介质和磁介质记录声音的变化，是一种典型的模拟信号记录方法。受声音连续性、相关性、实时性的影响，离散型记录方式无法绝对完整还原音频。然而，通过采样算法、数模转换算法、量化算法、编码算法、解码算法的发展，经过数字信号处理的音频质量已经突破人耳能够辨识的界限，数字音频的压缩率、保真率、还原率远远高于模拟音频，MIDI、光存储介质、MP3、Flash存储介质等相关技术在21世纪开始被广泛应用。

2.2 数字视频图像处理技术

在数字音频技术被完美应用的同时，业界也于20世纪90年代将DSP技术应用于视频图像处理领域。其技术核心在于使用电子图像传感器采集图像视频信号，并进行基色、亮度、色差等信号方面的分解，参照模拟信号制式编码成数字帧或数字集合（编码标准包括JPEG2000、MPEG、H.264、AVS等），再结合二进制数字调制传输、多路传输、数字复接、流媒体等技术使具有较高存储容量的数字视频图像可以被精准、持续、完整的记录和还原。结合音视频信号同步处理技术的应用，大大的推动了全数字化电视、数码摄像机、数码摄影机的全球化普及。

3 对数字信号处理技术的未来展望

理论上连续性的信号均可处理为数字信号，这使得DSP技术在军事、工业、民用领域都显现出了非常好的应用前景。特别是随着计算机技术的高速发展，DSP技术已在生理健康、遥感遥测、太空探测、自动化控制、系统全生命周期管理等新兴领域和应用上崭露头角，同时术也推动着信号处理、数据挖掘、大数据、云计算等学科和技术的发展。

必须认识到，为应对更为复杂的应用对象和应用场景，以及满足日趋增长的技术需求，高性能、高效率和高精度的编码编程技术是DSP其未来发展的重点和趋势。

4 结束语

数字化处理技术作为现代科学技术最具有代表性的应用技术之一，其在全世界范围内的应用成果是显著的。随着相关科学技术的发展和推进，我国国内的技术发展也占据世界前列先进水平，其技术应用也为各个领域的生产生活带来了极大的改变和优化。在不久的将来，数字信号处理技术还会在其他相关技术的推动下，不断发展和完善，从而推动社会各个领域的发展与前进。