DSP—数字化音频领域的未来

上传统的微处理器中的寄存器较少，不得不经常从外部储存器传输数据来进行运算，而DSP指令具备重新执行功能，因此在数学运算速度超越一般传统的微处理器。
    例如当执行循环控制语句时，传统的CPU会以某一暂存器当初始循环数index，然后以比较跳跃的方式来达到循环控制的目的，此时程序会重复做比较运算直至index为0；而DSP内建硬体repeat count指令来直接对硬件决定下一个循环指令的执行次数，如此可大量减少程式的执行时间。
    又如在做数字信号处理时最常出现乘加的运算（如ax+y），DSP针对此项需求而特别设计了一个硬件的MAC unit，使得在一个指令周期内即可完成乘加的运算，若再配合repeat指令，便可以将乘加运算的速度大大提高。同时因为DSP有分离的程序与数据的总线，所以一条指令能同时定址访问程序和数据的存储单元，完成两个变量的运算。必须注意a为一维常量放在程序存储单元，而X为一维变量放在数据存储单元；若系数a会随程序运算而变动时，DSP内建一小块Dual-Access RAM (DARAM)的存储区域，可由程序将此区域设定为程序存储区域或数据存储区域，利用此存储区域可完成可变系数的计算。
    归纳起来DSP具备有以下的特点：(1)内建乘法累加器；(2)指令管线化；(3)多总线与存储空间；(4)循环寻址与位重新寻址；(5)零负荷循环运算；(6)晶片内含存储体与存储体介面。

DSP在音频领域的应用

    由于不存在线形放大电路非理想传输函数所造成的失真缺点，运算速度又比传统微处理器快，DSP已普遍应用于视音频领域的合成、辨识与编码；由于对硬盘存储容量的要求日益提高，使得对VCM(VOICE COIL MOTOR)的定位精度的要求也越来越严谨，DSP IC已成为高容量硬盘机的核心元件；DSP还广泛应用在DAT、DLT等磁带机上，用以控制转速与磁头读写位置；应用于全球定位系统(GPS)的接收机之相关器(CORRELATOR)上，提供计算卫星所发射的射频信号至接收器距离的功能。图象处理的离散余弦变换(DCT)应用；电视信号的抗多经干扰(Ghost Cancellation) 。至于对模糊失真控制（Fuzzy Control）的大量浮点运算，能达到即时要求，更是得心应手。
    下面将着重介绍一下DSP在音频信号上的各种应用
    在音频讯号处理方面的应用，包括如下重点：

• 主动噪声控制（Active Noise Cancellation）
• 语音讯号处理（Speech Signal Processing）
• 音乐讯号处理（Audio Processing）

主动噪声控制

    传统的被动式隔音方法，单纯以隔音材料阻隔噪声，对中、低频噪音源产生的噪声几乎无阻隔能力，因此必须以厚重的隔音材料方能产生效果。主动噪声控制是以电子闭回路控制的方法，产生和原始噪声反相的声音，以抵消原噪声（如图－1）。其优点在于它对于抑制低频噪声极为有效。其应用上的限制在于它无法控制中高频段的噪声（1.5K赫兹以上）

    在通讯的各个环节，都可能产生恼人的噪声，其综合的影响，便是降低通讯效率、成功率。主动噪声控制技术能在很多层面提高信噪比，且和传统简单的滤波器相比，它能动态地适应各种状况，过去滤波器所无法处理的不确定噪声也可相当程度地克服。

语音讯号处理

    虽然目前许多资料已由数位编码后，经原有的语音通讯通道收发。但语音仍然稳占所有通讯含量的第一位。对语音讯号的处理的需求，近年来呈现指数增长。语音技术可分为如下四项：语音增强（Speech Enhancement），语音辨识（Speech Recognition） ，语音编解码（Speech Coding/Decoding），回声抑制（Echo Suppression）。语音增强
    在语音信号的获取手段上，各种拾音器（麦克风）皆有其不同的频响、方向性、稳定性、拾取机制，多个不同特性的麦克风组合阵列更可满足使用者在各种频段对讯号的多种不同要求（如图－2），在满足噪声控制的任务下所取得的对电声系统的有效把握，使我们能满足各种用户系统对信号拾取的要求。

图－2

《DSP—数字化音频领域的未来(第2页)》