DSP

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DSP（digital singnal processor）是一種獨特的微處理器，是以數(shù)字信號來處理大量信息的器件。其工作原理是接收模擬信號，轉換為0或1的數(shù)字信號，再對數(shù)字信號進行修改、刪除、強化，并在其他系統(tǒng)芯片中把數(shù)字數(shù)據(jù)解譯回模擬數(shù)據(jù)或實際環(huán)境格式。它不僅具有可編程性，而且其實時運行速度可達每秒數(shù)以千萬條復雜指令程序，遠遠超過通用微處理器，是數(shù)字化電子世界中日益重要的電腦芯片。它的強大數(shù)據(jù)處理能力和高運行速度，是最值得稱道的兩大特色。

DSP芯片，也稱數(shù)字信號處理器，是一種特別適合于進行數(shù)字信號處理運算的微處理器器，其主要應用是實時快速地實現(xiàn)各種數(shù)字信號處理算法。根據(jù)數(shù)字信號處理的要求，DSP芯片一般具有如下主要特點：

（1）在一個指令周期內可完成一次乘法和一次加法；

（2）程序和數(shù)據(jù)空間分開，可以同時訪問指令和數(shù)據(jù)；

（3）片內具有快速RAM，通�？赏ㄟ^獨立的數(shù)據(jù)總線在兩塊中同時訪問；

（4）具有低開銷或無開銷循環(huán)及跳轉的硬件支持；

（5）快速的中斷處理和硬件I/O支持；

（6）具有在單周期內操作的多個硬件地址產生器；

（7）可以并行執(zhí)行多個操作；

（8）支持流水線操作，使取指、譯碼和執(zhí)行等操作可以重疊執(zhí)行。

當然，與通用微處理器相比，DSP芯片的其他通用功能相對較弱些。

輕松體驗DSP

　　第一種商品化的 IC 數(shù)字信號處理器是英特爾的 2920，早在 1979 年就在取代全雙工、1200bps 數(shù)字硬調制解調器中的模擬濾波器組了。同時，迅速增多的微處理器和外設提高了處理以數(shù)字表示信號的可行性。那時幾乎任何商業(yè)化信號處理任務都需要模擬計算，伴有復雜的反饋回路和補償電路來維持穩(wěn)定性。各種依賴位片處理器小型電腦和數(shù)據(jù)采集硬件的技術都極其昂貴，并且通常只適合于研究人員。能夠經(jīng)濟地把信號數(shù)字化，并在數(shù)字領域進行數(shù)學計算，從而減少漂移和其它用模擬技術處理也很昂貴的不精確條件，這種邏輯很有吸引力，它直接導致今天市場上出現(xiàn)多種系列的 DSP。

　　目前，某種形式的 DSP 安裝在從自動應答電話機到洗衣機等各種產品的中心部位，很容易使人忘記這場變革就發(fā)生在最近。直到最近，通用微控制器和 DSP 芯片之間的巨大差別還使許多嵌入式系統(tǒng)工程師覺得：數(shù)字信號處理是門困難的學科。這種感覺來源于第一代 DSP 的架構和編程要求，這一代 DSP 往往設計用來實現(xiàn)數(shù)字濾波器。不過，在卷入 DSP 對比微控制器的爭論之前，你也許要問，為什么使用數(shù)字濾波器？DSP 還適合于別的什么領域？使用數(shù)字濾波的經(jīng)典理由是，你可以實現(xiàn)線性相位 FIR （有限脈沖響應）濾波器，它保持了音頻處理等應用中的信號保真度。當你正在嘗試處理傳感器信號時，避免由于不相等的組延遲（由非線性相位-頻率響應特性引起）導致的信號失真可能也是很關鍵的。正如任何已經(jīng)嘗試過的人所知道的那樣，用模擬技術制造線性相位濾波器幾乎是不可能的，相比之下，DSP 和軟件濾波器工具箱使這種實現(xiàn)不費吹灰之力。

　　假如你使用針對控制系統(tǒng)建模的仿真工具，你一定知道來自 Mathworks 的 Matlab 和 Simulink 等工具也可以建立 DSP 算法的模型，并自動生成代碼，你可以把這些代碼移植到各種硬件目標。不過，數(shù)字信號處理的能力其實起始于濾波器應用。例如，軟件工具也可以毫不費力地實現(xiàn) FFT（快速傅里葉變換）。然后，你可以對連續(xù)時間信號的快照做頻率分析。假如你有很多傳感器輸出要處理，以得到關鍵的實時控制響應，那么 DSP 通常是惟一的答案。

初學者工具包幫你建立信心

　　假如你第一次接觸數(shù)字信號處理，你很可能想得到更多背景信息。不過，閱讀產品的相關資料無法取代親自嘗試它們，而初學者工具包提供了一種獲得體驗的輕松方式。今天，與微控制器最相像的 DSP 系列就是摩托羅拉的 DSP56F800，它主要針對實時控制應用。例如，F(xiàn)805 核心包括一個 16 比特定點引擎，該引擎運行在雙哈佛架構上，以實現(xiàn)對程序和數(shù)據(jù)存儲器的三路并行訪問。

　　摩托羅拉的片上仿真技術通過一個 JTAG 標準的端口來提供系統(tǒng)內調試能力。該器件是 144 引腳 LQFP 封裝。

　　開發(fā)支持來自 DSP56F805EVM，它包含一個 130mm×165mm 印制電路板、CodeWarrior IDE 和一個 SDK（軟件開發(fā)工具包），價格為 299 美元。該印制電路板上裝有處理器，還有一個 128k×16比特 SRAM（外部代碼和數(shù)據(jù)各為 64k 字）、一個 RS-232 端口，以及一個“并口至 JTAG”接口，便于基于 PC 的調試。一個正交解碼器/霍爾效應接口和專用的馬達控制邏輯給伺服控制等應用帶來了便利。各個跳線器選擇不同的運行模式，多個起始碼準備信號和 I/O，用于輕松連接。

　　CodeWarrior 安裝的文檔很有用地包括了 56F805 的硬件參考手冊和數(shù)據(jù)表，以及該 IDE 的用法說明和參考手冊。要想迅速開始，請查看開發(fā)板的在線硬件手冊，并確保所有跳線器都處在默認位置。接著，把并口連接到你的 PC，并嘗試這些在線手冊的“瞄準 DSP56F805”(Targeting DSP56F805) 部分。這部分包括一個簡要的指南，它示范如何創(chuàng)建、編譯和鏈接 F805 代碼。在默認情況下，CodeWarrior 使用“項目用具” (project stationery) 來構造新的項目。這個方法自動創(chuàng)建和解開各種依賴處理器的功能、庫、鏈接器命令和你的代碼之間的依賴性。假如你正用 C 語言編程，用具還可以進行啟動文件的創(chuàng)建，以分配和初始化系統(tǒng)內存；你可以選擇“空項目”并自己控制這些進程。你可以在 CodeWarrior 的編輯器里無縫地混合和匹配 C 語言代碼和匯編代碼。

　　假如你使用預制用具，那么項目窗口會打開，顯示代碼、支持和庫子目錄；把它們展開，就可以訪問恰當?shù)馁Y源，然后你可以編輯這些資源。在項目窗口內選擇“運行” (run) 圖標，默認的設定就會編譯、鏈接并下載模板程序到開發(fā)板的外部 SRAM。線程窗口會打開，讓你查看棧、變量和源代碼，還有執(zhí)行控制，比如設置/清除斷點、運行、終止以及多種單步運行選項。

　　檢查“視圖” (View) 菜單下的可用工具，比如表達式視圖、全局變量視圖和寄存器視圖。這些工具包括原始數(shù)據(jù)、反匯編、源和混合模式內存表示；你還可以從這兒直接編輯內存單元。不過，你不會找到正式的剖析工具，你只有自己計算時序要求嚴格的任務。一種替代辦法是包含多個調用來啟動和停止片上定時器，從而在關鍵點安插你的代碼；除去調用開銷，就得到了真實結果。當然，假如你的代碼運行沒有超出截止期限，并且安插的代碼位置適當，那么除去這種開銷應該不會對運行造成消極影響。由于片上內存使用和片外內存使用之間可能存在明顯的性能差別，因此要確保測試的是真正的目標配置。

　　CodeWarrior 只安裝了一個 F805 例子，這個例子檢測從板上開關到交替閃爍 LED 的中斷。你可以使用這個例子作為使用 C 語言編譯器 pragma 指令、編寫中斷服務例程以及保存并調用庫函數(shù)的指導。不過，假如你想要 CAN（控制器區(qū)域網(wǎng)絡）例子，那你真不走運——這項功能是額外費用高級包中的一個價格為 3000 美元的選項。其它高級功能包括安全例程，這其中含 RSA （Rivest、Shamir 和 Adleman）、DES （數(shù)據(jù)加密標準）和 3重 DES 算法，以及遠程通信和語音處理函數(shù)，比如 G711 語音編碼器。

　　其它開發(fā)工具包括 200 美元的“并口至 JTAG”命令轉換器；USB 至 JTAG 轉換器目前正在開發(fā)中。你還可以指定 1999 美元的 PCI 至 JTAG 仿真器連接和 2999 美元的以太網(wǎng)同等品。另一方面，對于那些好奇心很重、不需要 F805 的 I/O 功能的用戶來說，有一個選項也許更好，那就是 65 美元的 DSP56F801 開發(fā)工具包。該工具包還包括并列排線(parallel-cable)仿真、SDK以及 CodeWarrior 的一個免費版本，它局限于 16kB 程序內存。無限制的 IDE 價格為 495 美元。

多媒體照亮實時控制

　　模擬器件公司 (Analog Devices) 的 Blackfin 系列主要針對多媒體設備和便攜式設備，包括三個代碼兼容處理器，它們的不同之處僅在于速度和片上補充內存。

　　從內部來看，Blackfin 內核包括一個雙 MAC 定點處理引擎，該引擎把結果存儲在兩個 40 比特累加器里。在使用中，VisualDSP++ IDE 的編譯器利用最適合該內核架構的 32 比特“長”的值，在軟件中自動合成浮點運算；你可以選擇改變這種行為，以符合 ANSII-C 規(guī)范。

　　ADDS-BF533-EZlite 初學者工具包現(xiàn)已上市，價格為 295 美元，它包括一塊 127mm×178 mm印制電路板，板上裝有處理器、2MB 閃存和 32MB SDRAM。板上外設包括一個 AD1836 音頻編解碼器（帶有四條輸入聲道和六條輸出聲道）、一個 ADV7171 視頻編碼器和 ADV7183 解碼器（各帶三個拾音插座、一個 ADM3202 RS-232 線路驅動器/接收器—用于片上 UART，它連接到一個 DB9 連接器、一個擴充接口—它承載并口、串口和 SPI 等各種 I/O、一個 JTAG 在線仿真器頭，以及各種 LED 和按鈕。該工具包依靠 VisualDSP++ IDE 的一個 20kB的代碼有限版本，用于程序開發(fā)。調試通信采用板上“USB 至 JTAG”調試接口，該接口允許與主機 PC 之間的非侵入式通信，這是通過該環(huán)境的背景遙測通道進行的。

　　不要理睬快速開始卡，遵照評估系統(tǒng)手冊中的指示，VisualDSP++ IDE 就會順利地安裝好。

　　頭兩個練習介紹了鏈接器等基本元件如何通過讓你建造、運行和修改某個過程（它計算來自定點數(shù)組的三個乘積的各個和）來互動。有意思的是，C 源代碼窗口中的“混合”控制視圖使你能夠同時比較例程的 C 語言實現(xiàn)和匯編器實現(xiàn)。某些 IDE 能夠把源代碼行拖到匯編器窗口中，或反過來，以找到相應的代碼段，上述的同時比較功能是這種功能的替代方法。其它編輯器功能允許設置和清除斷點、啟用行編號，以及設置書簽。假如你把第三課中的代碼例子裝載到前一課，你就能看到該 IDE 數(shù)據(jù)可視化能力的多個方面，比如正態(tài)圖、正態(tài)圖的 FFT 等價圖，以及一份 FIR 濾波器響應分析。由于這個例子及目前的其它 Blackfin 例子是針對 535 處理器，因此你需要把目標改到 533。

　　由于工具包許可證不允許仿真器會話，因此請你下載整個軟件及其評估許可證，連同許可證管理器工具程序。運行該 60MB 的組合，就可以讓你的安裝升級。90 天后，它會回到最初的限制版。在選擇單一仿真器會話選項之后，你現(xiàn)在可以看到線性剖析仿真工具，它專門分析處理器在某應用程序內的何處花了時間。雙擊某個例程，就會顯示底層匯編器以及在該流程內部所花時間的百分比；雙擊某個程序計數(shù)器條目，就會高亮度顯示相應的反匯編器輸出。

　　軟件剖析工具一般在函數(shù)的開頭和結尾插入侵入性的“包裝代碼”，以獲得統(tǒng)計數(shù)據(jù)。VisualDSP++ 消除了這種開銷，因為它用 PC 計數(shù)器的一個統(tǒng)計隨機樣本來記錄指令地址，得到執(zhí)行統(tǒng)計數(shù)據(jù)，并顯示代碼瓶頸。ADI還還表示，該仿真器具有幾項尖端而獨特的功能，比如高速緩存和流水線可視化。他指出，由于這些功能提供非常多的細節(jié)，因此它們是“只有仿真器才具有的功能” 。他說，在這個水平上，目前不可能不露痕跡地全速詢問處理器，而又不往該部件“增加大量的邏輯和測試引腳” 。

　　該環(huán)境在安裝期間創(chuàng)建的 ADSP-BF533 文件夾包括多個針對 533 的例子，你可以把它們用作進一步開發(fā)的模板。對新手的一個主要障礙是 C 語言程序員傾向于隱藏關鍵組件，比如頭文件，并模糊它們的交互；好消息是伴隨工具包的這些例子是極其清晰的。你還將看到 VSCE（VisualDSP++ 的組合式軟件工程）模塊，它們是預先配置的例程，根據(jù)模擬器件公司的 VCSE 標準編寫。這種做法使你能夠把來自模擬器件公司和第三方廠商的符合標準的模塊添加到你自己的項目中，不用擔心各種沖突，比如內存沖突或 I/O 沖突。

1GHz 的能力使并行 I/O 更快

　　假如你想做實驗，那么你可能想知道和一個真正復雜的處理器打交道涉及哪些內容，這樣的處理器包括德州儀器公司的 TMS320C6000 系列，它有用地提供了定點微分和浮點微分之間的代碼兼容性。一款新型初學者工具包展示了 16 比特定點 6416 的 600MHz 版本，它緊隨該廠商的 256 比特甚長指令字型號之后。這種頂級的機器針對 I/O 密集型應用，比如通信基礎設施。例如，該芯片把一個 ATM （異步傳輸模式）接口裝入其 532 引腳、0.8mm間距 BGA 封裝中，封裝大小僅為 23 mm2；其它通信外設包括維特比(Viterbi)和 turbo 解碼器協(xié)處理器。

　　這種初學者工具包由 Spectrum Digital 公司制造，包括一個 115mm×225 mm印制電路板，板上裝有 DSP、一個 TLV320AIC23 編解碼器、16MB SDRAM、512kB 用戶閃存和一個“USB 至 JTAG”仿真端口——所有這些的價格為 395 美元左右。四個 3.5 mm立體聲 I/O 端口與編解碼器連接；一些簡單的用戶 I/O 端口連接到四個 LED 和若干鋼琴鍵開關；高密度的擴充連接器提供額外的存儲器、外設和 PCI/HPI 連接；兩個端口選項提供外部仿真器。盡管硬件很復雜，但用戶友好的軟件展示了德州儀器公司針對模塊化軟件開發(fā)的 eXpressDSP 理念。理想情況下，eXpressDSP 把應用程序抽象得足夠好，非程序員可以通過在執(zhí)行模板內部組合現(xiàn)成的算法來構造應用程序。實際上，你需要充分的 C 語言編程經(jīng)驗來充分利用可提供給你的功能。

　　eXpressDSP 的內核是 DSP/BIOS 內核，這是一種實時調度程序，該程序包括各種模塊以處理各項中斷、傳輸數(shù)據(jù)的管道和周期性事件。事實上，DSP/BIOS 構成了支持 320C 系列的 RTOS 的基礎。Code Composer Studio IDE 擁有一個 DSP/BIOS 配置工具，它使你能夠在程序編譯期間選擇包括哪些模塊，從而使該固件的內存占位（memory footprint）達到最小。非常關鍵的是，每個 DSP/BIOS 模塊都包括代碼安插機制，允許 Code Composer 通過 USB 仿真鏈接來調試運行中的應用程序。為了使對實時操作的影響最小，當 DSP 芯片處于代碼線程執(zhí)行之間的閑置狀態(tài)時，安插代碼才開始運行。你可以在它以圖形格式在線程之間切換時查看執(zhí)行圖，這種格式幫助揭示被超過的截止期限。其它使時序要求嚴格的任務分析變得容易的工具包括一張 CPU 負載圖和一個統(tǒng)計窗口，后者報告某個線程的平均情形和最差情形執(zhí)行時間。你還可以從某個駐留在 PC 上的文件傳送數(shù)據(jù)，比如來自 DSO 的輸出，它代表了你想處理的真正信號。DSP/BIOS 提供了一組定義得非常好的 API，它們適用于整個 320Cxx 系列，這樣你可以輕松地在各種平臺之間移植代碼。通過禁止直接訪問外設和堅持可重入的可重定位碼，eXpressDSP 算法標準允許你輕松集成來自德州儀器公司和第三方廠商的符合標準的算法。你可以下載免費的 DSP/BIOS 驅動程序開發(fā)工具包。

　　你還可以免費下載一組共三個參考框架應用程序，作為德州儀器公司大多數(shù)初學者工具包的“初學者件”。全面的應用程序說明描述了這些模型的功能，包括其定制示例。RF1 針對的是約 3.5k 字大小的應用程序，它們需要一至三條通道和類似數(shù)量的 eXpressDSP 算法。其局限包括不支持動態(tài)內存分配、線程預占、阻塞、多速率操作或控制函數(shù)。由于這些原因， RF1 最適合較低端的 5xxx 硬件平臺。中檔的 RF3 一般適合 6xxx 芯片，這些芯片運行一至十條通道和一至十種算法。RF3 約為 11k 字的占位提供了 RF1 中沒有的所有工具，但不包括任務阻塞。最后，RF5 版本提供了所有此類工具，并支持 100 多條通道和同樣多種算法，代價是 28k 字內存。RF5 增強包括一個用于支持多處理器的單獨線程。

附文：通往 DSP 的最初幾步

　　假定你想首先從 DSP 開始，那么你將面臨幾個挑戰(zhàn)。首先，如果你避開 C 語言，你將錯過大量例子。你可以通過

www.cyberdiem.com/vin/learn.html 等門戶網(wǎng)站來免費提高 C 語言方面的技巧，但你一定要弄到幾本參考課本。

　　其次，假如你想有效利用數(shù)字信號處理，你就不能逃避數(shù)學。其包括復數(shù)理論，以及卷積和離散傅里葉變換等基本知識。

　　然后，你將需要選擇一種處理器。你必須考慮在定點和浮點算術功能之間進行選擇，以及傳統(tǒng)的微控制器選擇準則。總地說來，定點器件比同等的浮點器件需要更少的硅，并更便宜。假如你正在使用定點器件，并在設計自己的算法，那么你往往必須在可選數(shù)字格式表示法之間做選擇，這些表示法有時需要仔細的軟件設計，以避免舍入和截斷誤差，這些誤差使數(shù)據(jù)失真。浮點芯片可以簡化你的生活，因為它在硬件中實現(xiàn)了一致的數(shù)字表示系統(tǒng)，比如 IEEE-754 標準，它定義了 32 比特單精度和 64 比特雙精度格式。浮點 DSP 一般采用單精度表示法，這些表示法把 23 比特小數(shù)尾數(shù)、8 比特指數(shù)和一個符號比特放入 32 比特的字中，使指數(shù)具有 ±127 的動態(tài)范圍。

　　廠商支持和工具鏈的提供情況是關鍵的考慮事項。模擬器件、摩托羅拉和德州儀器提供各種 DSP 初學者工具包，跨越多種應用，從簡單的馬達控制器到復雜的通信鏈路。不過，如果你想繼續(xù)使用常規(guī)的微控制器，并且需要硬件乘法功能，請考慮英飛凌 (Infineon) 的新款 XC167CI。這種 16 比特處理器擴展了嵌入式 166 架構的功能，把 32/40 比特 MAC（乘法/累加）單元包括進來，這種單元在 25 ns（40MHz 時鐘）內進行單周期乘法；其它增強包括一個柱形移位器。要想獲得更強的功能，該公司的 32 比特 TriCore 系列增加了多種功能，比如反向比特尋址，用于恢復FFT算法的輸出。

DSP技術

基于DSP的智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)

　　傳統(tǒng)的視頻監(jiān)視系統(tǒng)是簡單的非智能閉路電視（CCTV）系統(tǒng)，其缺點十分明顯。這樣的系統(tǒng)或者需要安保人員實時監(jiān)視畫面以捕捉關鍵事件，或者需要在事后對視頻記錄進行回放并進行人工分析，耗時耗力，成本高而效率低。近幾年，DSP在智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)方面的應用不斷完善，正在逐漸取代傳統(tǒng)的模擬非智能系統(tǒng)。

　　iSuppli公司2006年的一份分析報告曾指出，IP視頻監(jiān)控系統(tǒng)市場到2010年將增長近十倍。 IP監(jiān)控的創(chuàng)新技術之一是“智能攝像機”，它擁有強大的數(shù)字信號處理器，能探測威脅并觸發(fā)自動響應�？梢�，DSP芯片是智能監(jiān)控的核心。

　　提到DSP，多數(shù)人都會聯(lián)想到TI公司。該公司的DSP開發(fā)歷史悠久，它所占據(jù)的DSP市場份額遙遙領先。當然，TI公司也重視DSP在智能視頻監(jiān)控中的應用（見TI 達芬奇技術實現(xiàn)數(shù)字化智能視頻監(jiān)控

http://www.21ic.com/news/n12583c8.aspx）。

　　本文重點介紹ADI公司在智能監(jiān)控領域的進展情況。本月初，筆者有幸和ADI上海公司的DSP和嵌入式處理器產品技術市場經(jīng)理張鐵虎、EP/DSP高級技術應用工程師魏宏偉兩位先生進行了交流。他們介紹了ADI公司DSP智能監(jiān)控技術、戰(zhàn)略特點和計劃等，在此向21IC用戶做個匯報。

　　雖然總體來說ADI公司DSP的名氣不如TI的大，但該公司對DSP應用于智能視頻監(jiān)控相當重視。從產品角度來講，ADI公司主要業(yè)務有三：模擬產品、MEMS和DSP。其中DSP應用包括工業(yè)測控、移動媒體和汽車電子，而監(jiān)控則占據(jù)ADI工業(yè)測控業(yè)務的大部分�？梢姡悄鼙O(jiān)控對于ADI的DSP業(yè)務發(fā)展十分重要。

　　據(jù)張鐵虎介紹，ADI的DSP發(fā)展歷程雖然不如TI的悠久，但擁有自己明顯的特點或優(yōu)勢。首先，ADI的DSP架構和TI的不同。TI的DSP實際上是ARM＋DSP，所以需要兩套開發(fā)工具。ADI的DSP是基于1999年與Intel公司合作開發(fā)的Micro Signal Architecture（微信號架構），稱作convergent processor，在一個核里既有數(shù)字信號處理功能，又有MCU功能，所以只需一套開發(fā)工具，為用戶使用、學習提供了方便。其次，ADI的DSP開發(fā)工具是免費的，可在該公司網(wǎng)站上隨時下載。據(jù)第三方評測機構BDTI稱，ADI的DSP具有最高的性價比。此外，ADI的DSP還具有功耗低、穩(wěn)定（工業(yè)/汽車級DSP工作溫度范圍為－40至＋85攝氏度）的優(yōu)點。

　　ADI公司在智能視頻監(jiān)控方面的市場策略比較獨特。有一些第三方設計單位為用戶提供解決方案。尤其是，ADI同許多科研院所（如清華大學）進行合作，共同展開視頻分析的開發(fā)工作。視頻智能分析算法屬于前沿技術，挑戰(zhàn)性很強，而科研院所內的智力資源比較豐富，非常適合做這方面的研究。

　　目前，ADI公司的一些DSP智能視頻監(jiān)控已經(jīng)走向實際應用。在印度，人頭清點（people counting）系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)量產；在美國，車牌識別系統(tǒng)實現(xiàn)了小批量應用；在中國，人臉識別也實現(xiàn)了小批量應用。

　　張鐵虎介紹說，現(xiàn)在智能視頻監(jiān)控還主要應用在對安全要求很高的場合，如銀行、監(jiān)獄、水廠、政府機關等。隨著技術的發(fā)展、成本的降低，智能視頻監(jiān)控將越來越普及，更廣泛地取代傳統(tǒng)的CCTV。

　　張鐵虎說，ADI公司非�？春弥悄鼙O(jiān)控市場，在這方面將持續(xù)投資，并在全球范圍內同設計公司、科研院所展開合作開發(fā)。DSP技術也是ADI的長期計劃，目前該公司正在設計下一代的指令集，并已經(jīng)完成了其中一部分。ADI的DSP會特別注重視頻分析，并為這方面的客戶提供參考設計、算法模塊等。

　　關于DSP核FPGA的競爭問題，張鐵虎說，DSP更適合視頻分析，而FPGA的長處是并行處理。另外，F(xiàn)PGA還存在體積大、功耗大、價格高等問題。不過，根據(jù)BDTI的報告，F(xiàn)PGA正越來越多地涉入DSP的應用領域。在現(xiàn)今的很多設計中，DSP往往與FPGA配合使用。在很多情形下，這一組合對于下一代系統(tǒng)的設計仍然適合。但在另外一些情形下，設計者會考慮僅使用兩者之一，而且通常是FPGA取代DSP的功能。然而，對于智能視頻監(jiān)控市場，雖然FPGA也在試圖進入，但就目前情況來看，DSP似乎是比較現(xiàn)實的解決方案。

基于DSP的語音實時變速系統(tǒng)設計

　

引言

　　在外語多媒體教學中，要求對語速進行快慢控制，以適應不同程度學生的需求。然而，傳統(tǒng)的語音變速產品往往在教師改變語速的同時，也改變了原說話者的語調，不能達到教學的真正目的。因此，語音變速系統(tǒng)應當具備調整語速的同時，還需要保證原說話者語調保持不變的特點。本文介紹的就是一種基于TMS320C5409的語音實時變速系統(tǒng)。另外，考慮到在實際系統(tǒng)中語音的壓縮存儲和語音變速往往是同時需求的，因此本文提出一種基于LPC低比特率語音編碼算法的語音變速算法，該算法能夠任意調整語音語速。

　　LPC算法

　　LPC編碼將語音信號s(n)看作一個時變的聲道系統(tǒng)在聲門的激勵之下的輸出信號。對濁音而言，聲門激勵為一周期脈沖串；而對清音而言，聲門激勵為隨機噪聲序列。

　　在LPC編碼中，可以將一幀的語音信號用簡化模型的參數(shù)來表示，如濁音、清音判別，基音周期，增益G以及數(shù)字濾波器系數(shù)，這樣就可以獲得3kb/s的編碼。解碼時，由于在LPC編碼中，濁音可以看作是一周期脈沖串的激勵，其中，脈沖周期為基音周期，因此，為了改變語音的速率，我們將語音的幀長變長，在其中再加入若干的脈沖串的激勵即可得到變速的語音信號。

　　硬件系統(tǒng)設計

　　本系統(tǒng)是一個完善的應用系統(tǒng)，主要完成對語音信號的實時LPC編解碼及語音變速，此外，還具有鍵盤控制功能和語音錄放功能。因此，本系統(tǒng)不但需要外部的SRAM存放語音數(shù)據(jù)，而且需要與DSP相連接的鍵盤控制設備。本系統(tǒng)主要由TMS320C5409、TLC320AD50、SST39VF400A和CY7C133等構成，系統(tǒng)框圖如圖2所示。TMS320C5409內部提供的32K字片內RAM用來存放實時運行的程序和數(shù)據(jù)，片外SRAM(CY7C133)用于存放編碼后的語音數(shù)據(jù)。系統(tǒng)的工作過程如下：系統(tǒng)加電后，通過復位建使TMS320C5409復位。TMS320C5409復位后，由內部固化的自引導程序將Flash(SST39VF400A)上的程序和初始化數(shù)據(jù)搬移到片內RAM，然后TMS320C5409根據(jù)鍵盤的控制執(zhí)行操作，運行LPC編碼運算(錄音)、LPC解碼和語音變速(放音)，調整語音變速速率。

　　TMS320C5409用于實現(xiàn)語音的編解碼算法，TLC320AD50用于完成語音信號的數(shù)/模和模/數(shù)轉換功能。TMS320C5409與TLC320AD50之間通過McBSP串口通信。為了減輕CPU的負擔，本系統(tǒng)中設計McBSP通過DMA收到或發(fā)送完一組單元后，再給CPU中斷的方式跟CPU通信。TMS320C5409與TLC320AD50的接口。

　　采用DMA的方式，即串口每收到或發(fā)送一組單元，都會自動觸發(fā)DMA將其搬送到一個內部的Buffer中，等Buffer滿了再通過中斷方式告訴CPU處理。這時DMA最好采用ABU(Auto Buffering)模式，可以有效防止Buffer中的數(shù)據(jù)在串口速率較高時被新數(shù)據(jù)沖掉的問題。在進行語音變速時，只需要將13MA通道的幀長做相應的改變即可。

　　SST39VF400A(256K×1 6位)作為TMS320C5409的外部數(shù)據(jù)存儲器，地址總線和數(shù)據(jù)總線接至TMS320C5409的外部總線，CR接至TMS320C5409的DS。

　　外部存儲器采用的是CY7C133，它是高速的2K×16bit的靜態(tài)異步雙端口RAM，其存儲速度為25ns。它有兩套獨立的地址線、數(shù)據(jù)線和控制信號線，允許兩個控制器件中的數(shù)據(jù)通過共同連接的存儲器來進行通信。該雙端口RAM允許兩個控制器同時讀取任何存儲單元(包括同時讀同一單元)，但不允許同時寫或者一讀一寫統(tǒng)一地址單元。

　　對于TMS 320VC5402，數(shù)據(jù)存儲器CY7C133的對應地址為4000H～47FFH。

　　系統(tǒng)軟件

　　本系統(tǒng)實現(xiàn)的目標是鍵盤控制功能和語音錄放功能，并且能夠將輸入的語音信號以任意變速率播放而不改變語音的聲調。系統(tǒng)采用C語言進行功能開發(fā)。

　　本系統(tǒng)中將HPI口映射成為GPIO，并且將鍵盤連線通過"或"門接到INTO。當有按鍵按下時，INTO中斷處理程序通過從GPIO中讀出的數(shù)值判斷此時是錄音、放音、語速變快還是語速變慢。

抗干擾設計

　　本系統(tǒng)中既采用硬件抗干擾技術，也采用了軟件抗干擾技術。下面簡要介紹一下本系統(tǒng)所采用的硬件看門狗和數(shù)字濾波器的設計。

　　利用硬件看門狗功能提高系統(tǒng)的抗干擾能力。由專用芯片MAX692構成的看門狗電路，系統(tǒng)所用外圍元件少。MAX692是微系統(tǒng)監(jiān)控電路芯片，具有后備電池切換、掉電判別、看門狗監(jiān)控等功能。其中WDI是看門狗檢測輸入端，接到數(shù)字電路系統(tǒng)的一個專用I/O口或一個總線口上。RESET是復位信號輸出端，接數(shù)字電路系統(tǒng)的復位端RST。MAX692的WDI定時周期為1.6 s，復位脈沖寬度是200ms。如果WDI保持高或低超過"看門狗"定時周期(1.6s)，RESET端將發(fā)生200ms寬(最小140ms)的負脈沖使數(shù)字電路系統(tǒng)復位。

　　數(shù)字濾波器的軟件設計方法有：程序判斷濾波法(限幅濾波法)、中位值濾波法、算術平均濾波法、遞推平均濾波法、防脈沖干擾平均濾波法、一階滯后濾波法等6種方法。根據(jù)需要，本系統(tǒng)選擇程序判斷濾波法。

　　結浯

　　實踐證明，本系統(tǒng)在進行語音變速的同時，能夠保證原說話者語調保持不變，且操作簡單，系統(tǒng)延時小。

中國DSP市場現(xiàn)狀

2003年，我國DSP市場繼續(xù)保持了快速增長，市場銷量總計達到26628.8萬片，總銷售額達126.4億元。我國DSP市場規(guī)模迅速擴大，主要得益于我國移動電話市場、數(shù)字消費市場以及自動控制市場規(guī)模的增長。

三大領域帶動DSP持續(xù)增長

　　在我國市場上，移動電話、數(shù)碼相機等DSP產品的主要應用領域走勢良好，需求旺盛，推動著DSP市場持續(xù)增長。在無線領域，我國手機用戶繼續(xù)大規(guī)模增加，手機需求的大幅增加帶動了我國DSP市場的高速增長。在數(shù)字消費領域，我國新興的數(shù)字消費類電子產品進入增長活躍期，市場呈現(xiàn)高增長態(tài)勢，用戶認知率和普及率大幅提高，數(shù)碼消費市場的高速增長推動了DSP市場的發(fā)展。此外，計算機、通信和消費類電子產品的數(shù)字化融合也為DSP提供了進一步的發(fā)展機會。

　　目前，在VoIP、DSL、Cable Modem、3G、數(shù)字相機和馬達控制等需要實時處理大量數(shù)字信息的應用中，都可見到DSP的身影，DSP無疑已經(jīng)成為推動數(shù)字化進程的動力。

新應用層出不窮

　　DSP應用的快速發(fā)展為數(shù)字信息產品帶來廣闊的發(fā)展空間，并將支持通信、計算機和消費類電子產品的數(shù)字化融合。在無線領域，DSP遍及無線交換設備、基站、手持終端和網(wǎng)絡領域，并涵蓋從骨干基礎設施到寬帶入戶的設備，包括VoIP網(wǎng)關和IP電話、DSL和Cable Modem等。面向群體應用，DSP在媒體網(wǎng)關、視頻監(jiān)控、專業(yè)音響、數(shù)字廣播、激光打印等應用中表現(xiàn)出色；面向個人應用，DSP在便攜式數(shù)字音頻和影像播放器、指紋識別和語音識別等應用中表現(xiàn)不俗；針對嵌入式數(shù)字控制應用，DSP極大地滿足了工業(yè)界的需求，如數(shù)字變頻電力電源設備、工業(yè)縫紉機等；DSP也極大地滿足了消費電子的需求，如空調、冰箱、洗衣機等。

　　隨著DSP生產技術和工藝的進步，新型的DSP產品將會不斷涌現(xiàn)，并得到廣泛應用。

國內DSP廠商尋求突破

　　在2003年我國DSP市場上，TI、摩托羅拉、杰爾、ADI四家廠商依然占據(jù)了國內市場85.6%的份額，其他國外廠商占據(jù)了14.4%的份額，產品完全依賴進口。我國是亞洲發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮氖袌�，�?shù)碼相機、MMoIP電話和手持電子設備等數(shù)碼產品在國內市場的迅速發(fā)展促進了高性能DSP的廣泛使用。我國電子產品制造商眾多，對低成本、易使用的DSP需求巨大，然而DSP市場由國外廠商所壟斷的局面不利于國內廠商的發(fā)展，國內廠商生產所需的關鍵芯片仍控制在上述四家國外廠商手中，國外廠商的生產狀況對國內市場的影響十分明顯。

　　雖然目前DSP的主要應用產品的市場都是由國際半導體大廠所控制，但在相關政策的扶植下，本土廠商積極投入研發(fā)資源，以消費性產品作為進入DSP市場的一個“敲門磚”，也必將在DSP市場上爭得一席之地。

　　隨著我國自主研發(fā)的DSP芯片--“漢芯一號”在上海交大問世，標志著我國在DSP芯片核心技術領域走出了關鍵的第一步，也標志著我國DSP芯片制造商從消費性電子產品市場開始加入到與國際IT業(yè)“大鱷”的“貼身肉搏”之中。盡管國內廠商在技術上還處于劣勢地位，但卻有著成本低、市場反應快、能進入國家敏感領域等諸多優(yōu)勢。DSP芯片本身所具有的無須依賴于特定操作系統(tǒng)的特點，也為國內廠商進入相關市場減輕了不小的負擔。

　　盡管國內DSP廠商還沒有真正進入市場，但是國內廠商在DSP上的突破必將在未來的市場上對國外廠商形成威脅，國內廠商的進入將使市場競爭更加激烈。

DSP未來發(fā)展

文件擴展名：DSP

DSP：VC++工程文件擴展名。

通信詞典解釋