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DSP 25年–讓夢想照進現實

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作者: 時間:2007-07-03 來源:EEPW 收藏
技術本身在于不斷延展人類能力,突破人類極限。當你可以通過家中的電話給大洋彼岸的親人送去生日的祝福,當你在超聲波圖像下看到即將誕生的孩子的臉龐,當你在清晨擁擠的地鐵列車上沉醉于巴赫的田園風光……我們的感官已超越了自然中聲光傳播的障礙,不知不覺間那個來自你手機、相機、MP3中的小小芯片——DSP,僅用25年的時間已經徹底改變延承人類千百年的社交、工作、學習以及娛樂的行為方式,將豐富生活數字化的重新演繹,使得我們的視覺和聽覺更容易感受美好與愉悅,輕松颯爽間夢想變成現實。

  DSP誕生的25周年, 是人類真正邁入數字化的25年,雖然它只是人類歷史上的短短一瞬間,但是由DSP等技術所引發的全球范圍內的全面創新躍變卻是空前。時間上,我們已從分分秒秒細微到毫秒皮秒;距離上,我們已從數萬公里放大到億萬光年; 生活上,數字概念已不僅僅是尖端科技競爭力。今天,通信與娛樂主導著大眾消費者的數字生活,隨時隨地的溝通與娛樂需求使包括DSP在內的針對信號處理的專門技術,被區隔凸現出來,成為今天以及未來所有電子生活創新應用的最核心驅動力。

  在回顧和暢想DSP技術的過去與未來之前,先了解一下什么是DS

 
P技術。DSP (Digital Signal Processor), 數字信號處理芯片,是一種快速、功能強大的微處理器。它將現實世界的聲音、光、圖象轉換成數字世界的“0”和“1”,這些數字信號經過處理、修改和增強,再經過模擬芯片的轉換,再次變回人們可以感受到的真實世界的信號。

  我們生活在這個世界,依靠視覺、聽覺、感覺、嗅覺等感官功能感知一切,而自然界還有光、音、溫度、壓力等等現象,這一切都是模擬的。而隨著電子技術的進步,帶來了一個全新的數字世界。我們感知的是模擬信號,電子產品處理的是數字信號,一個完整的信號鏈,就是來來回回的在數/模之間轉換。任何一個信號鏈系統,都需要獲取來自模擬世界的信號,然后把模擬信號轉化為數字信號,經過DSP信號處理后,再還原為模擬信號(圖1)。

信號鏈中的DSP

(圖1 信號鏈中的DSP)

  “D-S-P”,誕生于會說話的拼寫

  20 世紀 70 年代,德州儀器(TI)位于休斯敦辦公室的工程師開始反復討論DSP芯片。1976 年的頭腦風暴會議后,一群創意而又激情的工程師提出設計開發一種會說話的拼寫教育產品。TI首席科學家方進(Gene Frantz)當時的任務就是負責集成電路設計,而其他小組成員如Larry Brandingham 負責 IC 設計,Richard Wiggins 則負責可編程 DSP的理論部分。功夫不負有心人,在團隊的通力合作之下,享有盛名的 Speak & Spell 技術誕生。Speak & Spell 是美國歷史上著名的拼寫玩具,它的勝利為DSP 技術贏得了成功。后來,方進回憶說:“我們的成功讓半導體技術領域相信,如果我們能用 DSP 做玩具,那么我們也能將其用于其他領域!”

  作為推出第一顆商用DSP芯片的TI,用了五年的時間播撒傳播技術種子,進而推廣DSP 技術發展它應用。此后,把聲音、圖像等現實世界中的信號轉換為計算設備能理解或傳輸的數字信號技術在其后幾年間相繼出現,最終形成爆炸性發展——DSP芯片廣泛應用于手機、寬帶、硬盤驅動器與三維圖像等。

  自 1982 年以來,業界已經銷售了 100 億顆 DSP,廣泛應用于包括手機、MP3、數碼相機與手提電腦等各種電子工具或玩具中。而今天,TI在全球的DSP市場份額已超過50%。方進說:“多年來,令人驚嘆的DSP創新應用一直推動著市場向前發展。”

  未來,DSP讓它就在眼前

  設想一下:汽車能否自己行駛和泊車入位?生物技術能否制造出高度仿真的四肢和眼睛?安全系統能否自動發現入侵者并立即報警?甚至用腕表就能監控您的脈搏速率與血壓,并能為即將發作的心臟病發出警報?

  這些聽起來不可思議嗎?實際上,這些好似科幻電影里的情節正在或即將出現在我們的生活之中,而這一切都要歸功于高性能的 DSP芯片。作為 DSP 領域的領軍人物,方進表示:“現在的重點不是技術已經發展到什么程度,而是今后技術將向何處發展,我們關注未來DSP能做些什么,能為我們帶來怎樣的未來生活。新型 DSP 應用正在發揮作用,不過更令人興奮的神奇應用也就在眼前。”

 無人駕駛

  早晨,您的自動駕駛汽車能夠通過檢測靈巧地避開高速公路擁堵與麻煩的長跑運動。您幾乎不用操心路面狀況,從而解放了手眼負擔,您可通過手機家庭影院質量級的最新好萊塢大片,或者全身心地透過手機與你的朋友人互吐衷腸。或者你可以同時一邊觀看馬刺逐鹿騎士NBA總決賽,一邊完成Beatles下個巡演季的訂票, 完全行駛在大街上還能跟前車王舒馬赫在電子競技游戲里飚車…… 車停在辦公室門口時剛剛早上 8:27,下車后車會自己泊車入位,

  對于有車的您,一定是愜意一天的美好開始。

  方進認為,汽車無人駕駛實現的歷程將分四個階段:

  第一階段,車內和車上安裝的攝像頭能幫助駕駛員看到車后情況和盲區。

  第二階段,是攝像監控系統給駕駛員提供駕駛建議。舉例來說,如果駕駛員希望改道而正好有車在其盲區,那么可以通過方向盤震動來提醒駕駛員檢查盲區情況。

  第三階段,攝像監控系統為駕駛員做出決策。改道時盲區有車的情況下,駕駛員必須大角度轉向,以避讓車輛。

  終極階段,就是汽車無人駕駛!

  方進表示,目前離實現最后一步還差 10 到 15 年的時間,不過這一目標技術上肯定會實現。唯一的障礙就在于人們是否能夠放棄駕駛的樂趣,接受這一改變。方進說:“我想,在人們愿意接受改變之前,技術肯定早已到位了。”

無人駕駛

  人性化醫療保健

  近幾年間,隨著人類對自身生存環境和健康安全的愈加關注,DSP被廣泛應用到醫療健康領域,并以前所未有的力度推動著醫療創新的發展。例如,技術人員已經開發并采用可通過腦電波控制的人造假肢。美國加利福尼亞的研究人員還通過高級視網膜變性技術讓植入

 
的人工眼球幫助失明患者重見光明。雖然目前該領域尚處于試驗階段,但是發展前景是,這預示著DSP 在人造器官方面的貢獻將非常大。

  DSP 的強大處理能力和小尺寸使聲波設備和筆記本電腦一樣大小,能提供接近攝影質量的影像。有關公司正在開發PDA大小的聲波設備,這樣人們在家也能方便使用了。另外,便攜式心臟減顫器很快也將走進普通百姓家。

  今后,超低功耗 DSP 將支持“智能藥片”等可吞服的設備,它們可以感應體內信號,采取適當治療措施。這種設備不僅可以發揮藥物治療作用,還能提供電刺激,并通過超低功耗無線或射頻識別 (RFID) 型連接向醫生提交報告。此外,采用 DSP 技術的醫療產品將不斷提高移動性能,這樣病人就可以足不出戶,在家中接受治療了。

人性化醫療保健

  數字化安全

  安全技術是DSP 大有作為的又一重要領域。具有分析能力的智能可編程攝像機是驅動下一代安防與汽車應用領域發展的關鍵性因素。簡單的攝錄像功能雖早已實現,但只有當錄像功能具有分析智能功能時,安防應用才變得有實際意義。

  低成本視覺傳感器配合 DSP 可持續向公司發送信息,這一技術將在家庭和辦公室中逐漸推廣。該系統最終將發展成為極其靈敏的識別系統,連家中或辦公室中是否有陌生人都能辨認出來,進而向有關部門發出警報。

  現在,安全人員要對監控室里的多臺監控器進行監控,跟蹤不同地點的事件發生情況。下一步將通過適當系統來監控對象運動,要是屏幕出現異常情況,就會自動發出警報。

  此后,我們可以通過統一的監控器進行監控,發現侵入者后就能發出警報,這樣安全人員就能通知警察。最后一步,系統甚至不需要顯示圖像,直接就能叫警察。

數字化安全

  不難看出,DSP技術的發展為安防帶來了很多好處。如果有人在火車上或其它公共場所遺留下可疑的箱子,那么上述系統可以向執法人員發出警報。要是有孩子在水池邊不慎落水,系統也能及時提醒,避免悲劇發生。目前,TI 已經開始幫助客戶在全球實施上述系統,并將在今后 5 至 10 年間實現廣泛使用

  而那些先前僅用于醫療檢查時使用的內診鏡技術,也正用于檢查飛機引擎和其它關鍵工業設備,避免金屬疲勞和瑕疵;此外,DSP 技術能壓縮和存儲攝像機影像。

  科技改變生活,這已經是毋庸置疑的事實了,只是DSP這種改變生活的速度之快令人咋舌。方進說,“隨著視頻會議技術的發展和遠程學習蓄勢待發,未來,距離會盡在咫尺,娛樂選擇繽紛多元,人們的個性需求得到最大的滿足。總之,許多基于 DSP 的全新增強型設備正在多個領域中不斷推出,而這些創新的實現主要來自DSP芯片、相關軟件以及整個產業的支持, 以及人們永不停歇的創新源泉。”

  DSP技術無所不能,放飛夢想,未來無限……



關鍵詞: 醫療保健類

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