МП в системах обработки сигналов

 

Другой областью применения микропроцессоров Рё микроконтроллеров РІ устройствах РђР’Рў Рё Р‘РР­Рђ являются задачи цифровой обработки сигналов Рё изображений.

Среди задач цифровой обработки можно назвать преобразование Фурье, свертку функций, кодирование, цифровую фильтрацию, спектральные преобразования. В типичном случае входной аналоговый сигнал с выхода датчика (видеосигнал, радиосигнал) подвергается аналогово-цифровому преобразованию (АЦП) (рисунок 4.3).

 

РРёСЃСѓРЅРѕРє 4.3 – РњРџ для задач обработки сигналов

 

Оцифрованный и дискретизованный сигнал X(nT) является входным для микропроцессора или микро-ЭВМ. В микро-ЭВМ обработка входных данных выполняется с помощью программных средств или аппаратных ресурсов по заранее заданному алгоритму. Выходной цифровой сигнал часто подвергается обратному преобразованию – цифро-аналоговому (ЦАП).

Для каждой из указанных областей применения имеются свои классы микропроцессоров и микро-ЭВМ, наиболее приспособленных для решения соответствующих задач. Использование МП в «своей» области позволяет обеспечить наилучшие характеристики по производительности системы и ее стоимости.

Для цифровой обработки сигналов используются так называемые цифровые сигнальные микропроцессоры DSP (Digital Signal Processor) [10].

Отличительной особенностью задач цифровой обработки сигналов является поточный характер обработки больших объемов данных в реальном режиме времени, требующий от технических средств высокой производительности и обеспечения возможности интенсивного обмена с внешними устройствами. Соответствие указанным требованиям достигается в настоящее время благодаря специфической архитектуре сигнальных процессоров, проблемно-ориентированной системе команд.

Сигнальные процессоры обладают высокой степенью специализации. В них широко используются методы сокращения длительности командного цикла, характерные для универсальных RISC-процессоров.

Сигнальные процессоры в настоящее время нашли применение для создания персональных носимых биометрических и медицинских систем, сотовых и радиотелефонов, персональных систем радиовызова, персональных цифровых ассистентов (PDA). Они используются в технике беспроводной передачи данных (радиосети), в системах радио- и гидролокации, в системах распознавания речи и обработки изображений, в средствах телекоммуникации и медицинской диагностики, цифровых аудиосистемах, робототехнике, системах медицинской диагностики, в военной электронике. На их основе выпускаются устройства цифровых беспроводных средств связи, радиомодемы, схемы управления электродвигателями, цифровые безленточные автоответчики и т.д.

В настоящее время стал популярен и другой подход к получению высокой производительности устройств. Большое количество транзисторов на кристалле может быть использовано для создания симметричной мультипроцессорной системы с более простыми процессорами, обрабатывающими целочисленные операнды. Примерами таких, так называемых медийных процессоров, служат Mediaprocessor компании MicroUnity, Trimedia компании Philips, Mpact Media Engine компании Chromatic Research, NV1 компании Nvidia, MediaGx компании Cyrix.

Эти процессоры создавались, исходя из потребности обработки в реальном времени видео- и аудиоинформации в мультимедийных персональных компьютерах, игровых приставках, бытовых радиоэлектронных приборах. В связи с более простой схемотехникой по сравнению с универсальными сигнальными процессорами стоимость медийных процессоров достаточно низкая (порядка $100), а значение показателя «производительность/стоимость» на два – три порядка больше. Пиковое значение производительности медийных процессоров составляет несколько миллиардов целочисленных операций в секунду [9].