Универсальный процессор обработки сигналов

Процессор обработки сигналов (DSP) - это специализированный микропроцессорный (или SIP-блок) чип, архитектура которого оптимизирована для оперативных нужд цифровой обработки сигналов. DSP изготавливаются на микросхемах MOS integrated circuit. Они широко используются в системах обработки звуковых сигналов, телекоммуникациях, цифровой обработке изображений, радиолокации, гидролокаторах и системах распознавания речи, а также в обычных потребительских электронных устройствах, таких как мобильные телефоны, дисководы и телевизоры высокой четкости (HDTV).

Цель DSP обычно заключается в измерении, фильтрации или сжатии непрерывных аналоговых сигналов реального мира. Большинство универсальных микропроцессоров также могут успешно выполнять алгоритмы цифровой обработки сигналов, но могут не успевать за такой обработкой непрерывно в реальном времени. Кроме того, выделенные DSP обычно имеют лучшую энергоэффективность, поэтому они более подходят для портативных устройств, таких как мобильные телефоны, из-за ограничений энергопотребления. DSP часто используют специальные архитектуры памяти, которые способны извлекать несколько данных или инструкций одновременно. DSP часто также реализуют технологию сжатия данных, дискретное косинусное преобразование (DCT), в частности.

Алгоритмы цифровой обработки сигналов обычно требуют быстрого и многократного выполнения большого числа математических операций над серией выборок данных. Сигналы (возможно, от аудио-или видеодатчиков) постоянно преобразуются из аналоговых в цифровые, обрабатываются цифровым способом, а затем преобразуются обратно в аналоговую форму. Многие приложения DSP имеют ограничения по задержке; то есть для работы системы операция DSP должна быть завершена в течение некоторого фиксированного времени, и отложенная (или пакетная) обработка не жизнеспособна.

Большинство универсальных микропроцессоров и операционных систем могут успешно выполнять алгоритмы DSP, но не подходят для использования в портативных устройствах, таких как мобильные телефоны и КПК, из-за ограничений по энергоэффективности. Однако специализированный DSP, как правило, обеспечивает более дешевое решение с лучшей производительностью, меньшей задержкой и отсутствием требований к специализированному охлаждению или большим батареям.

Такие улучшения производительности привели к внедрению цифровой обработки сигналов на коммерческих спутниках связи, где сотни или даже тысячи аналоговых фильтров, переключателей, преобразователей частоты и т. д. необходимы для приема и обработки восходящих сигналов и подготовки их к нисходящей связи, и могут быть заменены специализированными DSP со значительными преимуществами для веса спутников, энергопотребления, сложности/стоимости конструкции, надежности и гибкости эксплуатации. Например, спутники SES-12 и SES-14 от оператора SES, запущенные в 2018 году, были построены компанией Airbus Defence and Space с использованием DSP на 25% мощности.

Архитектура DSP оптимизирована специально для цифровой обработки сигналов. Большинство из них также поддерживают некоторые функции в качестве прикладного процессора или микроконтроллера, поскольку обработка сигналов редко является единственной задачей системы. Некоторые полезные функции для оптимизации алгоритмов DSP описаны ниже.