淺析數字信號處理技術的發展與應用

趙志剛 重慶廣播電視集團（總臺）技術制播中心

數字信號處理（digital signal processing，DSP）是將數字是承載信息的載體、把具有連續可變特性的信息用離散數字序列或時序函數表征的技術，通過一定的算法，使這些數字序列能夠盡可能的還原出原始信號的形態。隨著信息科學、自動化科學、人工智能科學的飛速發展，數字信號處理技術已廣泛應用于多個學科領域。

1 數字信號處理技術的發展歷程

與傳統的信號處理技術相比，DSP突出的優點在于實現方式靈活、可靠性強、精度高、應用廣。從其發展的歷程來看，主要經歷了三個不同時期：

20世紀六十年代，隨著快速傅里葉變換算法的提出，數字信息化處理技術的概念應運而生，但受限于當時的計算條件，只能用于較為簡單的數字信息的編碼處理，效率低下。在該階段，人們期望獲取到高效的快速變換算法和相關的快速運算應用；

20世紀八十年代，美國研發出了第一臺專門用于數字信息處理的設備，利用高效率、高計算精度和具有編程功能的處理芯片，用于如雷達信號處理之類的先進數字信息處理。與此同時，數字濾波器、譜分析、氣象信號處理、機電運行信號處理等技術開始廣泛應用；

20世紀末期至21世紀初，計算機科學、自動化科學、通信科學的提升成熟推動了DSP技術（包括基礎理論和信號處理設備）的飛速發展。這一時期，具有復雜、非線性、異構、多源特性的圖譜、時間序列、混雜等多類信號成為了DSP技術的應用對象，人們在關注其效率和精度的同時，也考慮將應用從工業、國防領域拓展至醫療、現代農業、移動媒體、數碼消費等領域，表現出極好的應用前景。

2 數字信號處理技術在日常中的應用

日常生活中，與人們關系最密切的數字信號處理技術主要存在于感知方面，包括數字音頻處理技術和數字視頻圖像處理技術。

2.1 數字音頻處理技術

DSP在音頻處理上是最具有顛覆性的技術。1990年前，人們普遍采用膠片介質和磁介質記錄聲音的變化，是一種典型的模擬信號記錄方法。受聲音連續性、相關性、實時性的影響，離散型記錄方式無法絕對完整還原音頻。然而，通過采樣算法、數模轉換算法、量化算法、編碼算法、解碼算法的發展，經過數字信號處理的音頻質量已經突破人耳能夠辨識的界限，數字音頻的壓縮率、保真率、還原率遠遠高于模擬音頻，MIDI、光存儲介質、MP3、Flash存儲介質等相關技術在21世紀開始被廣泛應用。

2.2 數字視頻圖像處理技術

在數字音頻技術被完美應用的同時，業界也于20世紀90年代將DSP技術應用于視頻圖像處理領域。其技術核心在于使用電子圖像傳感器采集圖像視頻信號，并進行基色、亮度、色差等信號方面的分解，參照模擬信號制式編碼成數字幀或數字集合（編碼標準包括JPEG2000、MPEG、H.264、AVS等），再結合二進制數字調制傳輸、多路傳輸、數字復接、流媒體等技術使具有較高存儲容量的數字視頻圖像可以被精準、持續、完整的記錄和還原。結合音視頻信號同步處理技術的應用，大大的推動了全數字化電視、數碼攝像機、數碼攝影機的全球化普及。

3 對數字信號處理技術的未來展望

理論上連續性的信號均可處理為數字信號，這使得DSP技術在軍事、工業、民用領域都顯現出了非常好的應用前景。特別是隨著計算機技術的高速發展，DSP技術已在生理健康、遙感遙測、太空探測、自動化控制、系統全生命周期管理等新興領域和應用上嶄露頭角，同時術也推動著信號處理、數據挖掘、大數據、云計算等學科和技術的發展。

必須認識到，為應對更為復雜的應用對象和應用場景，以及滿足日趨增長的技術需求，高性能、高效率和高精度的編碼編程技術是DSP其未來發展的重點和趨勢。

4 結束語

數字化處理技術作為現代科學技術最具有代表性的應用技術之一，其在全世界范圍內的應用成果是顯著的。隨著相關科學技術的發展和推進，我國國內的技術發展也占據世界前列先進水平，其技術應用也為各個領域的生產生活帶來了極大的改變和優化。在不久的將來，數字信號處理技術還會在其他相關技術的推動下，不斷發展和完善，從而推動社會各個領域的發展與前進。