DSP 25周年：让梦想照进现实

　   技术本身在于不断延展人类能力，突破人类极限。

　　当你可以通过家中的电话给大洋彼岸的亲人送去生日的祝福，当你在超声波图像下看到即将诞生的孩子的脸庞，当你在清晨拥挤的地铁列车上沉醉于巴赫的田园风光，我们的感官已超越了自然中声光传播的障碍，不知不觉间那个来自你手机、相机、MP3中的小小芯片——DSP，仅用25年的时间已经彻底改变延承人类千百年的社交、工作、学习以及娱乐的行为方式，将丰富生活数字化的重新演绎，使得我们的视觉和听觉更容易感受美好与愉悦，轻松飒爽间梦想变成现实。

　　DSP诞生的25周年， 是人类真正迈入数字化的25年，虽然它只是人类历史上的短短一瞬间，但是由DSP等技术所引发的全球范围内的全面创新跃变却是空前。时间上，我们已从分分秒秒细微到毫秒皮秒；距离上，我们已从数万公里放大到亿万光年； 生活上，数字概念已不仅仅是尖端科技竞争力。今天，通信与娱乐主导着大众消费者的数字生活，随时随地的沟通与娱乐需求使包括DSP在内的针对信号处理的专门技术，被区隔凸现出来，成为今天以及未来所有电子生活创新应用的最核心驱动力。

　　在回顾和畅想DSP技术的过去与未来之前，先了解一下什么是DSP技术。DSP (Digital Signal Processor)， 数字信号处理芯片，是一种快速、功能强大的微处理器。它将现实世界的声音、光、图象转换成数字世界的“0”和“1”，这些数字信号经过处理、修改和增强，再经过模拟芯片的转换，再次变回人们可以感受到的真实世界的信号。

　　我们生活在这个世界，依靠视觉、听觉、感觉、嗅觉等感官功能感知一切，而自然界还有光、音、温度、压力等等现象，这一切都是模拟的。而随着电子技术的进步，带来了一个全新的数字世界。我们感知的是模拟信号，电子产品处理的是数字信号，一个完整的信号链，就是来来回回的在数/模之间转换。任何一个信号链系统，都需要获取来自模拟世界的信号，然后把模拟信号转化为数字信号，经过DSP信号处理后，再还原为模拟信号（图1）。

图1：信号链中的DSP

　　“D-S-P”，诞生于会说话的拼写

　　20 世纪 70 年代，德州仪器（TI）位于休斯敦办公室的工程师开始反复讨论DSP芯片。1976 年的头脑风暴会议后，一群创意而又激情的工程师提出设计开发一种会说话的拼写教育产品。TI首席科学家方进（Gene Frantz）当时的任务就是负责集成电路设计，而其他小组成员如Larry Brandingham 负责 IC 设计，Richard Wiggins 则负责可编程 DSP的理论部分。功夫不负有心人，在团队的通力合作之下，享有盛名的 Speak & Spell 技术诞生。Speak & Spell 是美国历史上著名的拼写玩具，它的胜利为 DSP 技术赢得了成功。后来，方进回忆说：“我们的成功让半导体技术领域相信，如果我们能用 DSP 做玩具，那么我们也能将其用于其他领域！”

　　作为推出第一颗商用DSP芯片的TI，用了五年的时间播撒传播技术种子，进而推广DSP 技术发展它应用。此后，把声音、图像等现实世界中的信号转换为计算设备能理解或传输的数字信号技术在其后几年间相继出现，最终形成爆炸性发展——DSP芯片广泛应用于手机、宽带、硬盘驱动器与三维图像等。

　　自 1982 年以来，业界已经销售了 100 亿颗 DSP，广泛应用于包括手机、MP3、数码相机与手提电脑等各种电子工具或玩具中。而今天，TI在全球的DSP市场份额已超过50%。方进说：“多年来，令人惊叹的DSP创新应用一直推动着市场向前发展。”

　　未来，DSP让它就在眼前

　　设想一下：汽车能否自己行驶和泊车入位？生物技术能否制造出高度仿真的四肢和眼睛？安全系统能否自动发现入侵者并立即报警？甚至用腕表就能监控您的脉搏速率与血压，并能为即将发作的心脏病发出警报？

　　这些听起来不可思议吗？实际上，这些好似科幻电影里的情节正在或即将出现在我们的生活之中，而这一切都要归功于高性能的 DSP芯片。作为 DSP 领域的领军人物，方进表示：“现在的重点不是技术已经发展到什么程度，而是今后技术将向何处发展，我们关注未来DSP能做些什么，能为我们带来怎样的未来生活。新型 DSP 应用正在发挥作用，不过更令人兴奋的神奇应用也就在眼前。”

　　无人驾驶

　　早晨，您的自动驾驶汽车能够通过检测灵巧地避开高速公路拥堵与麻烦的长跑运动。您几乎不用操心路面状况，从而解放了手眼负担，您可通过手机家庭影院质量级的最新好莱坞大片，或者全身心地透过手机与你的朋友人互吐衷肠。或者你可以同时一边观看马刺逐鹿骑士NBA总决赛，一边完成Beatles下个巡演季的订票， 完全行驶在大街上还能跟前车王舒马赫在电子竞技游戏里飚车…… 车停在办公室门口时刚刚早上 8:27，下车后车会自己泊车入位，对于有车的您，一定是惬意一天的美好开始。

　　方进认为，汽车无人驾驶实现的历程将分四个阶段：

　　第一阶段，车内和车上安装的摄像头能帮助驾驶员看到车后情况和盲区。
　　第二阶段，是摄像监控系统给驾驶员提供驾驶建议。举例来说，如果驾驶员希望改道而正好有车在其盲区，那么可以通过方向盘震动来提醒驾驶员检查盲区情况。
　　第三阶段，摄像监控系统为驾驶员做出决策。改道时盲区有车的情况下，驾驶员必须大角度转向，以避让车辆。
　　终极阶段，就是汽车无人驾驶！

　　方进表示，目前离实现最后一步还差 10 到 15 年的时间，不过这一目标技术上肯定会实现。唯一的障碍就在于人们是否能够放弃驾驶的乐趣，接受这一改变。方进说：“我想，在人们愿意接受改变之前，技术肯定早已到位了。”

　　人性化医疗保健

　　近几年间，随着人类对自身生存环境和健康安全的愈加关注，DSP被广泛应用到医疗健康领域，并以前所未有的力度推动着医疗创新的发展。例如，技术人员已经开发并采用可通过脑电波控制的人造假肢。美国加利福尼亚的研究人员还通过高级视网膜变性技术让植入的人工眼球帮助失明患者重见光明。虽然目前该领域尚处于试验阶段，但是发展前景是，这预示着DSP 在人造器官方面的贡献将非常大。

　　DSP 的强大处理能力和小尺寸使声波设备和笔记本电脑一样大小，能提供接近摄影质量的影像。有关公司正在开发PDA大小的声波设备，这样人们在家也能方便使用了。另外，便携式心脏减颤器很快也将走进普通百姓家。

　　今后，超低功耗 DSP 将支持“智能药片”等可吞服的设备，它们可以感应体内信号，采取适当治疗措施。这种设备不仅可以发挥药物治疗作用，还能提供电刺激，并通过超低功耗无线或射频识别 (RFID) 型连接向医生提交报告。此外，采用 DSP 技术的医疗产品将不断提高移动性能，这样病人就可以足不出户，在家中接受治疗了。

　　数字化安全

　　安全技术是DSP 大有作为的又一重要领域。具有分析能力的智能可编程摄像机是驱动下一代安防与汽车应用领域发展的关键性因素。简单的摄录像功能虽早已实现，但只有当录像功能具有分析智能功能时，安防应用才变得有实际意义。

　　低成本视觉传感器配合 DSP 可持续向公司发送信息，这一技术将在家庭和办公室中逐渐推广。该系统最终将发展成为极其灵敏的识别系统，连家中或办公室中是否有陌生人都能辨认出来，进而向有关部门发出警报。

　　现在，安全人员要对监控室里的多台监控器进行监控，跟踪不同地点的事件发生情况。下一步将通过适当系统来监控对象运动，要是屏幕出现异常情况，就会自动发出警报。

　　此后，我们可以通过统一的监控器进行监控，发现侵入者后就能发出警报，这样安全人员就能通知警察。最后一步，系统甚至不需要显示图像，直接就能叫警察。

　　不难看出，DSP技术的发展为安防带来了很多好处。如果有人在火车上或其它公共场所遗留下可疑的箱子，那么上述系统可以向执法人员发出警报。要是有孩子在水池边不慎落水，系统也能及时提醒，避免悲剧发生。目前，TI 已经开始帮助客户在全球实施上述系统，并将在今后5 至10 年间实现广泛使用。

　　而那些先前仅用于医疗检查时使用的内诊镜技术，也正用于检查飞机引擎和其它关键工业设备，避免金属疲劳和瑕疵；此外，DSP 技术能压缩和存储摄像机影像。

　　科技改变生活，这已经是毋庸置疑的事实了，只是DSP这种改变生活的速度之快令人咋舌。方进说，“随着视频会议技术的发展和远程学习蓄势待发，未来，距离会尽在咫尺，娱乐选择缤纷多元，人们的个性需求得到最大的满足。总之，许多基于 DSP 的全新增强型设备正在多个领域中不断推出，而这些创新的实现主要来自DSP芯片、相关软件以及整个产业的支持， 以及人们永不停歇的创新源泉。”