电子信息工程中数字信号处理技术探析

2022-10-11涂鹏

江西通信科技 2022年3期

涂鹏

江西省广播电视监测中心南昌市 330046

0 前言

随着数字信号的广泛应用，要切实体现数字信号的价值，需要不断对数字信息处理技术的特点进行深入分析，发挥其体积小、能耗低等方面的优势，采用更好的方式对声音、图像进行处理，加大数字信号处理技术的研发力度，推动应用的多样化和深层次化，使电子信息工程中数字信息处理技术的应用更为普及。

1 数字信号处理技术的概念与特征

1.1 概念

数字信号处理技术（Digital Signal Processing-DSP），简单来说，是指通过使用数字技术各种方法，加之计算机对各种信息资料进行收集和有目的性信息处理（如图1所示）。对模仿信号微处理流程技术而言，此技术对展开数字信号的微处理流程技术最具实际应用优点。基于客户多元化需求，推进数字信号能够迅速改变，在新时期环境下，备受客户喜爱。在使用数码信号处理环节中，重点是如何借助其数字信号处理器的处理功能，对从接收器所获得的各种信息资料进行有效筛选处理和跟踪管理，最后总结出真正对顾客有意义的各种信息，传递反馈至顾客手中。目前生物医学、自动化等行业以及雷达和测量仪器等专业领域范围内，都已经进行数字信号分析处理等技术方法大范围地使用。围绕数字信号管理开发出的其他新元件及新技术，都已取得了较高水平的应用成果，并已获得大量业内人士的广泛认可。

图1 数字信号处理系统图

1.2 特征

对数字信号处理技术而言，其运行原理的重心是关于自身收集的所有新信号，然后进行研究，归纳出具有作用的信息。从而再使用有关的模式将无价值、有价值的信息进行划分，最终推动数字信号用一类易于分辨的方式进行呈现。在以往信号处理技术使用环节中，大众重点使用的是模拟信号方式，对于之前的模仿数字信号处理技术，尤其需要预防的是关于后续编改参数流程中的难度，当信号模拟器难以针对外部环境展开有效感知的基础上，在新时代环境下，水平较高的数字信号技术更加受到大众青睐。面对目前使用最广的数字信号处理技术，利用中心二值逻辑技术的作用，可以对外部温度与声音变动等展开敏锐的感知，脱离外部环境转变对其的干扰，并在输出、输入讯号时增强稳固性。另外，数字信号处理技术能够利用某些技术软件，针对处理器的各种参数实行相关性的修改，不仅可以合理提升信号处理器灵敏性，还能为国内信号处理技术的提升奠定牢固的基础。

2 电子信息工程中数字信号处理技术的优点

数字信号处理技术拥有强大的数据信息处理水平，相较于其他技术，数字信号处理技术的优点比较突出。从目前数字信号处理体系的运用中就能看出，其含有独有芯片构造，此芯片构造归于哈佛构造新派，在哈佛构造的保证下，推进体系的有效平稳运转。在运转阶段，确定可以分别处在两个不同的单独空间内，达到程序运行，保证芯片本身的安全性。加强数据处理水平，利用这类方式，能够避免芯片和其他线路运转之间出现冲突问题。对其他处理结构来讲，哈佛构造可以迅速完成指示的接收，更好地履行相关工作。显而易见，数字信号处理技术在具体数据信息处理过程中，具备整体性、简便性特征，促进数据信息处理质量能够获得提高。

电子信息工程中，数字信号的处理很多时候需要通过芯片的加强来达成，同时芯片结构具体来说包括两部分，分别是高速芯片与高位芯片。整体芯片工作的过程中，高速芯片与高位芯片承担不同的工作内容，因此两者的工作压力都得到了降低。相比较于之前的芯片系统来说，这类芯片处理能力更高，体积更小，因此功能以及运算能力更强，这能够帮助电子信息工程拥有更加稳定的计算服务。与哈佛芯片存在的不同就是高速芯片与高位芯片之间不存在连接方式，因此两者相对来说较为独立。

3 电子信息工程中数字信号处理技术的应用现状

3.1 DSP芯片的应用情况

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。上世纪70年代，DSP芯片（即指能够实现数字信号处理技术的芯片）的理论和算法基础已成熟。但那时的DSP仅仅停留在教科书上，即使是研制出来的DSP系统也是由分立元件组成的，其应用领域仅局限于军事、航空航天部门。

在当今的数字化时代背景下，DSP芯片已成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的基础器件。根据美国的权威公司统计，目前DSP芯片在市场上应用最多的是通信领域，占56.1%；其次是计算机领域，占21.16%；消费电子和自动控制占10.69%；军事、航空占4.59%。

3.2 数字信息处理技术在短波通信中的应用

短波通信是指利用天波发射3～30MHz频率信号完成远距离通信。数字信息处理技术能够提高短波通信中的通信质量，能够对通信信号进行更加准确的分析，并建立数字化信号通道从而完成信号扫描等任务，进一步提高通信效率和质量。在应用数字信息处理技术之后，能够充分展现短波通信的应用价值，提高静态图像输出等功能的效率。此外，数字信息处理技术还可以通过信号模拟的方式，提高射频信号处理的效率，并提高音频信号输出的稳定性。由此可见数字信息处理技术在短波通信系统中的应用有助于推动其发展。

3.3 数字信息处理技术在软件无线电中的应用

数字信息处理技术的应用能够推动软件无线电通信系统结构的完善，并且在应用中发现数字信息处理技术能够提高无线信号转换效率。软件无线电主要是通过射频前端处理器进行信号转变与处理，而数字信息处理技术能够将提高中频信号处理速度，进一步提高无线信号传输的稳定性，有助于推动软件无线电技术的发展。

3.4 数字信息处理技术在移动机器人中的应用

移动机器人作为现代高新技术紧密结合的产物，移动控制系统性能决定着机器人运动效果。而移动控制系统中主要是利用数字信息处理技术完成控制任务。操作人员可以利用数字信息处理技术进行机器人运动性能检验，同时能够记录机器人的运动轨迹，及时发现机器人在运行中存在的问题。

4 电子信息工程中数字信号处理技术的应用策略

4.1 完善数字信号系统结构

目前的DSP技术具有很好的技术优越性，其主要技术优点是采用哈佛公司的芯片架构。哈佛晶体管与普通晶体管最大区别在于，晶体管的操作和储存功能是分开的，并分别进行相应的计算。这个方法最大的优点是能够确保整个芯片都是单独存在的。与常规处理技术相比，哈佛微处理器具有更强处理能力、更快响应速度和更高处理准确率，从而大大提高该系统性能。哈佛公司芯片使用两个独立的存储器模块，分别存储运行和数据两个程序，每个存储模块都不允许指令和数据并存。在实际应用中，数字信号处理方法主要是通过各种装置的配合来增强数据间联系和关联，以便更好地进行数据加工。这种工作模式，可增强和提高整个工作环境的工作效率，可从本质上增强整个工作系统的工作能力。且此理论还可让系统处理更多数据和资料，从而提升处理器的处理能力。从这个方面讲，此功能可让数据信号的处理更加有效与稳定，还可根据实际情况，利用电子技术，增加软件适用性与柔性。在电子信息工程学领域，一般都是用来进行数据处理的，而芯片设计分为两方面，一是速度快，二是体积小。在整个工作流程中，芯片各区间的工作任务不相同，这样就可减少工作的紧张程度。相比以前芯片，这种芯片容量要大很多，可让其性能变得更好。图3是一种工作模式，和图2的区别在于，并未连接到更高位置，所以这两种芯片都是独立的。

图2 哈佛芯片工作方式

图3 数字芯片工作方式

4.2 普及数字信号处理技术

为保证施工安全，必须进行施工现场技术的训练，使相关人员能够熟练学习数字信号、电气、信息等相关技术，降低工作中的失误，从而保证施工安全。此外，还可通过专业人士的指导，让其更好理解DSP原理、组成与优势，确保操作者能够熟练地使用DSP技术，并能将所需数据进行统一处理（如图4所示）。

图4 DSP控制技术在电源系统中的应用

随着科学技术的进步，数字信号技术也逐步提高。从我国实际应用来看，我国数字信号处理技术还处于起步阶段，通过实践积累，其技术将会得到不断提高。具体来说，包括以下内容：数据处理速率逐步提高、资源使用量逐步降低、与社会联系更加密切。

在数字语言编码中，Opus技术优点是显而易见的，在水下通讯中，其视野范围可达到8kHz-48kHz。短波广播电台采用Opus编码技术具有10kbps以上优势，可阻止其他编译者接收不间断的频段。另外，这种代码可自由地被利用，并对Opus进行了优化，在短波电台中采用这种方式可以提高效率，而与Speex公司的6kbps相结合可以实现更好的应用。

另外，利用DSP技术可以将RF的数据进行仿真，并将其加入到中频信号中，再经过数字化的运算，最后将其作为语音信号的输出。合理运用数字化技术，可以有效改善通信系统性能，从而推动通信事业的整体发展。

4.3 优化数字信号运动控制卡

将数字信号处理技术引入到电子信息领域，需要对其进行适当的控制，以方便改善其性能。在目前机器人技术领域，大部分动作都由步进马达完成，这样机器人就能避开障碍。在此阶段，必须对运动控制卡内的数码信号进行适当调整，以改善其工作效率。基于该系统的数字信号处理系统，能够在工作过程中将步进马达的信息传输给机器人，方便其工作过程中的能源供应。在机械臂操作过程中，运用数码处理技术，不仅可以对微处理器进行改进，而且可以改善其移动能力。比如在设计的时候，通过数字信号技术进行测试，可帮助机器人技术进步。首先，可以选择两台同样的机器人来做实验，其中一台将数码信号处理设备放在一台没有数码信号处理设备的机器上。将两台机械人同时开启，让其收集周围数据，并将这些数据转化为脉冲，发送给机器人。在比较两个机械臂的移动程度后，可以看出，采用数字化信号处理技术后，智能程度有了显著提高。而移动控制器是一种非常重要的设备，是一种可以实现移动的装置，通过数码信号技术可对移动控制器进行更好地优化，为其提供技术支持。在这种情况下，信号处理技术将会起到非常关键的作用，同时也可以让机械臂的移动速度得到最大的提高，从而提高数据的质量和效率。

5 数字信号处理技术的发展方向

目前，国内的数字信号处理技术正逐渐向一体化的系统型数字化转型，在此过程中，既要对集中式的集成进行统一的设计，又要在持续发展中对其进行优化。尤其是面对复杂的数据结构、单一指令和多重数据的情况下，需要利用超标量结构和超长指令结构来进行高效的数据分析。在注重对数字信号进行定位的基础上，对浮点数据的处理技术进行了深入的研究。在实际的发展中，VLSI技术的迅速发展，使其具有了更高的性价比。可以说，在今后的发展中，数码技术必将对我国的科学技术发展产生难以估量的影响，将使我们的人生丰富多彩，同时也将使我国在军事和技术上脱颖而出。同时，数字信号处理技术在今后的发展过程中也要考虑到行业发展的需要，从数字信号处理、模/数转换、抗混滤波器等方面对数字信号进行处理。这些元件之间的交互，让许多的数字系统一起工作，让实时的数据和信号的处理结合在一起，给人们的生活、工作和学习提供了更大的方便。在数字信号的时代来临之际，数字信号技术更具有不容忽视的科技方法，DSP由于体积小、能耗低、电压处理低，因此DSP已逐步占据了主导地位。首先，DSP技术将以较快的速率、较低的性能和较低的成本、缩小系统的几何形状，以适应当今世界及产业发展的需求，行业对产品的需求量持续增加。其次，DSP技术将着重于对其核心架构的改善与变化，重点放在对其核心微架构的运用上。未来，若能将其运用于影像资料领域，将会是另一项技术研究的热点，从而促进其多元化的发展与创新。