刘馨怡

（武汉东湖学院，湖北 武汉 430212）

1 数字信号处理技术

数字信号处理技术在工程、科学领域是非常重要的一项技术，实现了软硬件技术和数字信号处理理论的整合，重点关注数字信号的处理算法以及实现形式[1]。20 世纪80 年代，就已经有关于数字信号处理（Digital Signal Process，DSP）的应用，但是研究人员比较少，直至20 世纪90 年代，DSP 才成为行业内比较常见的术语，21 世纪DSP 已经实现了普及，其结构如图1 所示。当前DSP 芯片的C54x 速度最高为30 532 MIPS，C55x 的速度最高为320 400 MIPS。6 000 系列定点是1 200 ～8 000 MIPS，浮点能达到600 ～1 800 MFLOPS。精度方面，将其划分为8、16、24、32 等，内核范围是1.5/1.6 V，温度则在-40 ～100 ℃。

图1 DSP 系统结构

通常数字信息处理技术与一些传统技术相比优势比较明显，可以在比较复杂的环境下提取视频、音频以及音乐等数据，将其转换成可以被人以及机器识别的信息。此技术的处理器为DSP，系统结构如图1所示，通过微处理器接收信号，之后再将采集到的信号转换为0、1 等形式，再对其进行高难度处理，使信号转换为可以满足所在环境需求的模式。

2 数字信号处理技术在电子信息工程中的不同应用领域

2.1 在机器人移动中的应用

近年来，我国开始了关于电子信息工程相关的研究，目前仍然处于发展初期阶段。电子信息工程建设进程中，需要重点控制成本投入，提升电子信息工程在投入使用后的效益[2]。例如，软件无线电和短波通信等，均可利用数字信号处理技术高效控制电子信息工程包含的数字信息，待发出命令之后便可以着手处理，实现同步存储。当前，数字信号处理技术在单片机、计算机芯片的信息处理领域应用非常普遍，工作人员制作数字变频、模拟数字转换器（Analog to Digital Converter，ADC），结合实际处理信号，其间还可利用微波处理技术运算。若发生错误，工作人员也可以及时找出错误流程。

电子信息工程机器人范畴内应用数字信号处理技术。例如，运动控制卡，可以实现机器人的实时管控、机器人位置的精准定位以及测距，机器人运行时可以为其行进路线进行导航[3]。数字信号处理技术在机器人运动显卡中可以发挥出显著优势，即利用通用串行总线（Universal Serial Bus，USB）采集信息后上传至系统，储存信息后处理，机器人投入运行后将数字信号成转换为脉冲信号，以此来实现数字信号的处理。

2.2 在软件无线电中的应用

进入智慧经济时代之后，软件无线电通信结构逐渐成为通信系统平台的重要组成部分，平台软件通过数字信号处理技术，对数字信号做出处理，利用系统软件具有的无线通信功能，发挥软件无线电的优势。数字信号变频处理期间需要应用ADC变换转换器，设计时明确软件无线电射频信号，采取有效的处理方法，在带宽环境下进行射频信号的高效率传输。大力应用ADC，量化处理软件无线电的中频信号，提高信息转换效率。

2.3 在短波通信中的应用

在扫描、探测、呼叫处理过程中，短波通信也是十分常见的一种形式。短波通信主要采用数字信号处理技术，组合音频信号以及与之有关的模块，提高通信系统的完整性。传输信号时会形成辅助信号，为信号的稳定传输提供保障。各类信号往往会有不同的特质，需要面向所有模拟信号展开量化分析，其间需要运用数字信号处理技术，分层处理辅助信号。现阶段，短波通信中运用数字信号处理技术仍然存在一些不足，需要在今后的实践应用中加以改进。

3 数字信号处理技术应用的优化策略

3.1 优化通信结构

电子信息工程中通信是至关重要的一部分，传统形式的通信结构比较复杂，完成指令效率不高，还面临反应迟钝的现象，可通过数字信号处理技术变频转换的功能优化通信结构，从而实现微毫秒速度的高效传输信息，进一步提高无线电通信任务的完成效率。按照一些设备对信息转换的要求，必须保证语音信息传输的清晰度。因此，可利用数字信号处理技术的语音压缩编码功能转换信息。通常转换信息时，工作人员需要先利用语音编码器将语音输入，通过含有数字储存介质的语音压缩系统，将输入的语音传输至语音解码器中，最后输出。在此环节中应用的语音压缩系统，主要负责处理数据信号、数模转换以及模数转换等，搭配特殊数字信号处理算法，可以在保证语音信号完整性的基础上压缩并解压缩语音内容。

除此之外，为满足无线通信网络要求，针对负责承接数字信号处理技术相关载体，也需要进行多结构优化，保证其能够在接收到单指令之后，实现所有节点数据同步处理，以此达到减少网络运行成本的目的[4]。按照设备载体提出的不同控制要求，工作人员还需要选择普适性良好的搭载设备，对于不同的操控工序，需要设置与之相对应的执行指令，从而保证操控精准度。工作人员选择普适性搭载设备时，需要优先以小体积、高传输效率以及运营成本较少的微处理器为主。通过微处理器所具备的集成采集和传输等诸多优势，可以使离散性信号能够转换成二进制信息，也能为语音处理框架展现不同时间段的变动信息提供支持。针对图像参数，可按照系统传达数据，明确多样化操控属性，与既定数据阈值前提下的所有图像特点进行结合，并对其展开识别与过滤，从而满足指令多点逻辑块操作控制的根本要求。

数字上下变频在数字信号处理技术中，同样是电子信息工程通信结构需要关注的重点。数字上变频主要是在发送端，可以提升信号频率，而数字下变频则处在接收端，其作用是精准还原信号。通信接收机端对射频信号进行下变频处理，使其转换为中频信号，将获得的中频信号再下变频至零中频信号，从而接收更高清晰度的数字传输信号。其中，数字下变频主要涉及下混频和滤波抽取，下混频属于实际窄带信号，对其进行AD 采样处理，便可转换为数字信号，反复转换之后便可完成采样。其间工作人员还需进行混频技术处理，得到数字信号正交变量。这里应用的混频技术属于频率变换基础上的数字信号处理算法，支持处理1/4 信号采样率频率。换言之，原始信号在混频模块中可采集4 路数据，按照1.2 GHz 采样频率、300 MHz 本振频率，实现信号的下变频处理。下混频内采集输入路和输出路的实数据，即同样为300 MHz的复数据。工作人员将混频简化后，采用低通滤波处理正交混频，将多余的频率规避频谱混叠去除。此时，低通滤波建议采取多路并行处理方法，在保证一定的滤波并行路数情况下，单路建议采用多相结构。

3.2 优化集成电路

数字信号处理技术也可对电子信息工程集成电路进行优化。该处理技术的内核结构，可以高效处理动态范围中包含的运算浮点信号、定点信号，以免浪费集成电路资源成本，并且能够调整集成电路存储器面临的限制条件。例如，数字信号处理中的集成电路，因为快速傅里叶变换是突破口，所以工作人员专门使用了满足集成电路优化要求的数字信号处理芯片。根据研发实时高速多波形数字脉冲压缩芯片的相关要求，采用数字信号处理技术检测集成电路。根据集成电路根据比例缩小原理和摩尔定律，工作人员需要提前预估时间表，采用微细加工技术将器件尺寸缩小，多类型集成电路需要互相镶嵌，随后利用片上系统和嵌入式系统，对数字信息进行加工、处理[5]。立足于数字信号处理流程，集成电路中应用数字信号处理技术，主要采用时域数字滤波和频域频谱分析，而快速傅里叶变换则是时域和频域转换比较基础的运算。在时域序列满足要求的基础上，工作人员直接输入信号频谱，便可进行运算。随后应用数据交换矩阵实施动态调整，序列排布后数据在下一级蝶形处理单元中输入，与块浮点处理方法搭配完成定点溢出，得到计算结果后将其转换为块浮点。上述处理过程不仅能够实现高效控制，而且吞吐率、读写实时性、兼容性也比较高，支持输入新数据的连续输入，也可以对各点数进行运算。随意选择同一列2 个节点变量展开蝶形运算得到的结果，即为下一列对应节点变量，可排除其他节点变量影响，所得结果在原位运算之后存储。计算单元在算法的应用中占据核心位置，如果需要提高运算速度，建议调整Pipeline 级数。

以64 点复数为例，可根据时间抽取运算8 点傅里叶运算流图。以时间为依据，抽取基-2 傅里叶算法是2 整数幂的傅里叶运算，在输入样点数时，以奇序列和偶序列为依据，总体分为2 个组别，并根据相应的顺序依次输入，输出则转变为倒序。如果以频率为依据抽取基-2 傅里叶算法，应按奇、偶顺序进行分解，得到不断缩短序列。工作人员选择同址运算作为下一级运算的存储方法，输出即可得到4 进制位的倒序结果。采用交换矩阵动态调整的方法，调整每一路数据顺序，并输入到下一级数字信号的运算单元中，最后便可获得各级运算需要的数字信号。

3.3 优化运动控制卡

数字信号处理技术可以增强运动控制卡的集成精度。传统运动控制卡集成控制一般选择步进式电机作为载体，通过此设备对附近环境深度进行探测，从而可以准确地避让行进途中的所有障碍物，但是可能会遇到反应迟钝的现象。利用数字信号处理技术对运动控制卡进行改进，通过压缩信号处理器对面向终端给出指令反应的具体时长，进一步改善运动性能。选择精度与可靠性高的芯片，通过个人计算机对专用运动进行控制，运动控制卡则为控制器传输指令，按照具体的指令控制角位移、运转速度等运动轨迹。随后，数字信号处理技术执行端发挥数模转换器调节速度、位移算法的优势，向伺服控制单元传输运算结果，保证控制对精度的要求。

为了避免系统数据交换可能面临的瓶颈堵塞问题，选择运动控制卡时可利用TMS320VC33，并且再额外增加通信双口随机存取存储器（Random Access Memory，RAM）、数模转换电路，将指令传输流程加以简化，从而更好地达到40 MIPS 指令在执行速度方面的要求，单周期指令执行时间也能够缩短至25 ns。工作人员可按照运动控制总线传输时序和器件读写时序等提出的要求，发挥计算机程序语言作用，建构运动控制卡状态机。当得到了数字信号处理、运动控制卡状态机接口，便可按顺序进行功能模拟、定时分析等操作，继而转换主/从传输时序逻辑。工作人员通过高速数字信号处理芯片具备的精插补算法，处理专用运动控制器件产生的数字信号。将得到的信号利用反馈接口直接输入到系统中进行闭环控制，最终得到运动控制卡。

4 结 论

综上所述，根据分析可知数字信号处理技术在电子信息工程中具有非常可观的应用优势，一方面可以发挥出数字信号处理技术的应用优势，另一方面对电子信息工程而言，也是非常重要的技术基础，提高数据信息和信号传输清晰度，可以推动电子信息工程的广泛发展。