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數位訊號是一種由許多0與1組合起來,可利用數學方法作處理的語言.我們在真實世界中以類比訊號的方式做溝通.你我天天都可以碰的到,例如聲音,光線,溫度,壓力等等.數位訊號簡單地說就是利用數字來表達類比訊號.在數位訊號的領域中,訊號的處理比較便宜而且簡單.事實上,我們可以將類比訊號轉換成數位訊號,經過處理之後,再轉回類比訊號.
我可以使用哪些技術來做數位信號處理?
如果有一個萬能的微處理器能夠實現任何功能設計,那麼電子工業就不會像現在這樣競爭激烈.不過通常對於一種功能需求,常常有一種以上的處理技術可供應用.然而,技巧就在挑選出能夠最快解決性能,大小,功率消耗,功能特性,軟體與附屬工具支援的問題,還能不超出預算的產品.經過將近二十年的發展,數位訊號處理器仍在持續取代其他競爭者的位置,成為訊號處理技術領域的核心.
數位訊號處理器(DSP)
數位訊號處理器(DSP)是一種功能強大且非常快速的微處理器.DSP的特性在於能即時地處理訊號,打個比方說,你曾經使用過不能同時講話的手機嗎?你必許等到對方講完你才能說話.如果你們同時都在發話,你將沒有辦法聽到對方的聲音.現在裝置了DSP的手機,使你可以如一般正常地講話.手機中的DSP處理訊號之迅速,可以讓你如同一般說話般即時地交談.以下即是DSP比起其他微處理器佔優勢的地方:
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在一個脈波循環中進行多個累加處理
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即時地處理,模擬
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使用的彈性
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使用的可靠性
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加強整體系統的效能
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節省整體系統成本
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以下是一些可供選擇的數位訊號處理技術以及它們與DSP的比較:
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FPGA
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FPGA(Field-Programmable Gate Arrays)是一種可以重複改變組態的電路,特別適合產品發展時需要不斷變更設計的應用,有效節省產品上市的時間.藉由邏輯閘的特性, FPGA也能夠提供一些不錯的基本功能.然而在同樣的功能表現下,FPGA比起DSP要昂貴的多,消耗的功率也要高的多.因此,即使FPGA在無線傳輸系統中應用廣泛,仍然常與DSP搭配使用,以提供更好的彈性,價格性能比,以及電源需求.
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ASIC
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ASIC(Application-specific Ics)在一些特殊功能的表現上特別好,而且相當省電.然而,ASIC不能重新組態,在產品發展的過程中,它的功能無法任意作修正或改進.因此,任何的線路改版都需要重新設計並且重新製造,這些步驟不僅增加開發成本,而且還造成產品快速上市的障礙.相反的,DSP的修正不需要變更硬體,僅僅需要更改軟體即可.這大大節省了研發的成本,而且僅需要下載新的程式碼便可以達到產品上市後的升級功能.因此,ASIC在電路中多半負責傳輸介面,附屬邏輯,或是成為以DSP為核心系統的輔助加速器.
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GPP
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與ASICs相反,GPP(general-purpose microprocessors)具備多種處理功能.然而,當產品需要展現即時功能以及省能源效率的時候,GPP的速度跟功率表現便難以符合需求.不只如此,GPP受限於與PC的相容性和桌上型電腦市場瞬息萬變的特性,並不適合在工業方面的應用.當全世界正在擁抱嬌小的手提式無線設備這類以功率消耗以mini-watt而不是以Watt計算的產時,DSP便成了可程式化技術中更好的選擇.這個趨勢將隨著數位網路應用產品不斷變得更小,更快速,更適於攜帶而持續下去.
對於更深入探討GPP與DSP產品之間差異的討論,請參考An
Intuitive Approach to DSP.以下的圖表在說明DSP的訊號處理流程.
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