一、随着集成电路的运算速度更快，集成度更高，就有可能耐复杂目益增加均一些多维数字信号处理。
所它在最近才开始出现的一个新领域。尽管如此，多维信号处埋仍然对以下一些间提了解决的办法，这些问题是：计算机辅动断层成术(CAT)，即综合来自不同方向的X射线的投影，以重建人体某一部分的三维图，源声纳阵列的设计及通过人造卫星地球资源。多维数字信号处理除具有许多引人注目和浅显易行的应用之外，它还具有坚卖的数学基础，这不仅使我们能了解它的实现情况，而且当新问题出现时，也当及时解决。
典型的信号处理任务就是把信息从一种信号传递到另一种信号上，例如，可将一张照片加以扫描、抽样，并将共存储在计算机的存储器中，在这种情况下，信息是从可变的银粒密度转换戌可见光束，再变成电的波形，最后变戍数字的序列，随后该数字序列用。磁盘上磁畴的排列来表示CAT扫描器是一个比较复杂，经过处理，最后显赤射线管(CRT)的荧光屏上或胶片上。数字处理能增加信息，但可以重新排列信息，使观察者能更方便地理解它.观察者不必观看多个不同测面的投影而可直接观察截面图。
人们感兴趣的是信号所包含的信息，而不管信号本身是什么形式。也许可以概括地说，信号处理涉及两个基本任务一一信息的重新排列和信息的压缩。
二、数字信号处理涉及到用数的序列表示的信号的处理，而多维数字信号处理则涉罚用多维阵列表示的信号的处理，例如对同时从几个传感器所接收的抽样图像和抽样的时间波形的处理。由于信号是因而它可以用数字硬件处理，同时可以将信号处理的运算规定为算法。
促使人们采用数字方法的是不言而喻的。数字方法既有效灵活。我们可以用数字系统使其有自适应性并易于重新组合。可以很方便地把数字算法由一个厂商的设备上转换到另一个厂商的设备上去，或者把专用数字硬件来实现。同样，数字算法也可用来处理作为时间函数或空间信号，数字算法自然地和逻辑算符如模式分类相联系。数字信号能够长时间无差错地存储。对很多种应用而言，数字方法Ⅸ其它方法更为简单，对另外一些应用，则可能根本不存在其他方法。多维信号处理是不同于一维信号处理，想在多维序列上实现的多运算，例如抽样、滤波和交换等，用于一维序列，然而，严格芯说，我们不得不说多终信号处理与一维信弓有很大差别的。
信号处理与一维信号处理还是有很大差别的，这是由三个因素造成的；(l)二维通常比一维问题包含的数据量大得多；(2)处理多维系统在数些上不如处理一维系统那样完备；(3)多维信号处理有更多的自由度，这给系统设计音以一维情况中无法比拟的灵活性。虽然所有递归数字滤波器都是用差分方程实现的，一维情况下差分方程是全有序的，而在多维情况下差分方程仅是部分有序的，冈而就存在着灵活性，在一维情况小，离散传里旰变换CDET)可以用快速傅里叶变换CEPT)算法来计算，而在多维情况下，有多且每一个OFT又可用多种AFT算法来计算。在一维情况下，我们可以调整速率。而且也可以调整抽排列。从另一方面来说，多维多项式不能进行因式分解，而一维多项式是可以进行因式分解的。因而在多维情况下，我们不能论及孤立的极，气、孤立的零点及孤立的根。所以，多维信号处理与一维信号处理有相当大的差别。在20世纪60年代初期，用数字系统来模仿模拟系统的想法，使得一维数字信号处毫的各种方法得到了发展。这样，仿照模拟系统理论，创立了许多离散系统理论。随后，当数字系统可以很好地模仿模拟系统时，人们认识到数字系统同时也可以完成更多的功能。由丁这种认识及数字硬件工艺的有力推动，数字信号处理得到了发展，而且现今很多通用的方法，已成为数字方法所特有的，没有与其等效的模拟方法，在发展多维数字信号处理时，可观察到同一发展趋向。因为没有连续时间的(或模拟的)二维系统理论可以仿效，因而最初的二维系统是以一维系统为基础的，80年代后期，多数二维信号处理都是用可分的二维系统。可分的二维系统与用于二维数据的一维系统几乎没有差别。随后，发展了独特的多维算法，该算法相当于一维算法的逻辑推理。这是一段失败的时期，由干许多二维应用要求数据量很大，且IT缺少二维多项式太分解理论，很多一维方法不能很好地推广到二维上来。我们现在正处于认识的萌芽时代。计算机工业以其部件的小型化和价格日趋低廉而有助于我们解决数据量问题。尽管我们总是受限于数学问题，但仍然认识到，多维系统也给了我们新的自由度。以上这些，使得该领域既富于挑战性又无穷乐趣，电子信息技术的结合之软件结台，传统产业中可用电产信息技术的地方，仍然可以在生产或很低的条件下使用人力或传统机械。电予信息技术应到限制，在不同领域和不同水平有各种原因，但烂有一个共大原因是缺乏认识。没有认识，便没有应层。
事实上，在一维和二维信号处理理论之间有实质性的差别，而在二维和更高维之间，除了计算上的复杂世方耐差异之外，似乎差别较小。
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目前，数字化电视可以为人们提供良好的电视节目。数字电视实现电视节目播放的原理是：利用数值信号，在演播现场到发射端再到传输的过程中，进行采样和量化，然后形成编码，最后以二进制数字在电视荧屏上完成电视节目的播放。数字电视系统可以很好的满足人们的切实需求，最主要的原因是其在实际应用过程中，能够快速、有效的实现网络互动以及软件下载等功能。要想数字电视在以后能够更大程度的满足人们的多种需求，就需要很好的掌握数字电视信号传输技术，并不断对该技术进行改进。
1数字电视传输技术的特点
（1）数字电视信号在传输过程中可靠度更高，原因是数字电视信号是通过多次采样、量化及编码后处理得到的。即便在传输过程中容易受到外界杂波的干扰，但仍可以用错误编码技术对在额定点评的可控范围内的干扰波进行及时纠正。（2）数字电视设备方便储存信号，而且对信号强度和时间没有要求。（3）信号传输的有效性较高。将来，单频网络技术将主要运用于数字电视信号的传播。
2安装和应用数字电视卫星传输技术
2.1安装卫星接收设备工序
在卫星接收设备安装前，有关技术工作人员需要对安装设备的说明书仔细阅读，熟悉了解每个部件的使用用途，如图1为卫星接收设备。一是，在接收天线、高频头安装过程中，应该固定住连接接收天线、底座，之后连接上所有高频头和接收机间的电缆。二是，安装接收机。在安装之前需要接通接收设备电源，之后将在电视机与接收机之间安装音视频线。三是，调试接收机，在调试过程中需要对调试说明书内容全面掌握，之后严格根据说明书的内容展开调试。
2.2应用卫星接收设备的可行性
在传输有线数字电视信号中，卫星接收设备发挥着积极的作用，卫星接收设备质量的高低影响着有线数字电视是否可以正常运作。在近些来信息技术的迅猛发展下，有线数字电视遍布在全国各地，以前的接收设备已经很难满足传输数字电视信号的要求，为了可以更好的满足人们需求，卫星接收设备应运而生，得到了各地区人们的普遍认可。卫星接收设备既可以在各个地区中发送已经接收的信号，也以发送速度极快被人们所肯定。
2.3维护卫星接收设备注意事项
（1）检查设备里的连接件。在安装卫星接收设备中，连接件发挥着尤为关键的作用，如果连接件出现松动或者变形情况，那么卫星设备就不能正常运作。所以，有关技术工作人员需要经常检查与维护连接件。同时，在螺丝表面上有锈蚀后，有关人员需要第一时间处理螺丝，进而确保卫星接收设备能够正常接收到信号。（2）检查馈线与高频头之间的连接。在这项工作进行过程中，有关人员需要适度的调整卫星接收设备，进而保证卫星接收设备能够及时接收到信号。在调整卫星天线之前，有关人员需要对如何安装天线进行了解，之后遵循相关标准实施调整。同时，在调整前，有关人员需要了解是什么原因造成天线出现故障，之后，采取可行的解决措施。
3安装和应用数字电视传输技术
3.1安装数字电视
安装对于后期的维护非常重要，所以，在安装有线数字电视中必须要高度重视。在连接有线数字电视信号中，机顶盒上的信号接入线必须要定期或者不定期检查，一旦发现有破损情况，应及时换一个新的电缆线。通过调查发现，若是信号接人线是旧的，则有线数字电视网络就难以保障正常运作。同时在实际操作中，必须要防止塑料式的插头线使用，进而避免脱落引发故障。在分接电视信号中，必须要做好分支器选型、分配器选型工作，进而提高有线数字电视网络运作效率。
3.2应用数字电视
传统模拟电视与有线数字电视对比而言，前者很难接收到数据信号，必须辅助机顶盒才可以，而机顶盒具有占据空间大、接线复杂等不足，已经逐渐被家电市场淘汰。而数字一体机自身内置中包括数字电视高频头，可以直接接收到数字信息，不需要使用机顶盒，之后将接收数据、解码数据、显示数据融合在一起，实现了“三模式、全数字”的电视播放模式，也正是因为这一使用优势，有线数字电视彻底淘汰了传统模拟电视，成为了各地区人们购买家电的首选。
3.3维护数字电视两种故障的方法
（1）零星用户故障的维护。这一故障会严重影响着有线数字电视网络的有效运作，所以，有关技术人员需要尽可能降低零星用户故障的发生率。大多数零星用户故障的产生都是因为接人电压值太低而造成的，通常会出现线路接触不良的状况。在进行这项工作中，需要检查好故障所在之处，在明确故障位置后，再展开相应的处理。如：可成立检查故障小组，并且为用户开设固定的咨询热线，全天二十四小时内为用户服务，一旦有用户反应有问题，故障检查小组就需要及时检测用户的有线电视，在找到引发故障的原因后，针对性的解决，保证用户可以在最短的时间继续正常使用有线数字电视。（2）局部点片出现故障。这一故障先要深入研究局部点片故障中的线路，在检查中对接触不良、导体霉断等方面进行排查，特别是要光发射机中存在的问题进行深入检查，在检查中，维修工作人员需要掌握导致局部点片故障发生的原因全面了解，并且还需要明确解决好这一故障的各种方法，进而保证完善解决这一故障。
4结语
从上面的分析中可见，在普遍推广和使用有线数字电视下，不但给人们带来了更多的欢乐，而且也将更多的信息传递给人们，在开阔人们知识视野的基础上，也帮助人们更好的享受了生活。在信息时代的今天，数字电视企业不能因为取得很好的成绩而沾沾自喜，还需要对数字电视深入研究，对数字电视技术不断改进与完善，以便可以为社会公众提供更多更好的服务。
作者:李晓光 单位:山西广播电视无线管理中心
参考文献
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[3]杨睿.数字电视信号传输技术研究[J].通讯世界,2016(19):65-66.
1．1相关函数的定义互相关是统计学中用来表示两个随机矢量X和Y之间的协方差cov(X，Y)，与矢量X的“协方差”概念相区分，矢量X的“协方差”是X的各标量成分之间的协方差矩阵。自相关是对信号相关程度的一种度量，也就是说自相关可以看作是信号与自身的延迟信号相乘后的乘积进行积分运算，随机信号的自相关函数与其功率谱是傅氏变换对(随机信号无法得到具体的函数表达式，只有其统计信息)，通过对接受信号的自相关运算可以进行频谱分析。同时，自相关在信号检测中也有很重要的作用，是在误码最小原则下的最佳接收准则［6］。
1．2信号处理中矩阵的相关性分析一个自适应系统输入的有用信号可以是确定信号或随机信号，而输入信号中不可避免的混有噪声或干扰，在频域考虑可能是窄带的也可能是宽带的［7］。一个自适应系统的输入信号和信号特性，通常对该系统的结构和性能起重要作用，输入信号用向量的形式表示，隐去时间函数，则信号向量X可以表示为。矩阵分析作为一种重要的数学工具，在信号与信息处理领域起着不可替代的作用。由于在现代信号处理、图像处理，以及通信相关领域中的操作和运算中，为了满足性能需要，所以对数据的吞吐量有极高的要求，其中很多操作都必须实时完成，所以对相关算法的实现速度就有了很高的要求。在数字信号处理中，大部分处理信号和图像的算法具有局部化、计算数据密集以及海量的矩阵运算等特点，所以为了提高算法的实现速度，寻找一种高速矩阵运算和高速密集型数据运算的方法对很多在数字信号处理中应用的复杂算法是十分有意义的［8］。
2GPU上大型矩阵快速运算的具体实现
在GPU中实现矩阵的快速乘法时，不仅要保证运算的精度问题，同时，也要保证运算的效率，提高运算的速度。所以，根据GPU的硬件结构，应该设计一种矩阵分块和内存分配方法［9］，以便减少内存的访问次数。
2．1运算精度目前对于很多GPU来说，其只支持32b浮点数运算，所以在大量数据累加时，后面的数字位数一定被舍去过多，从而导致了运算结果的精度下降。而CUDA的浮点数运算是符合IEEE754运算精度标准的，因此，可以利用Kahan求和公式来提高运算的精度，具体流程伪代码如下。虽然Kahan求和公式在优化运算结果精度的同时增加了每个线程的运算量，但对于GPU来说，并没有内存存取的动作，所以对整体的运算效率影响很小，并且精度问题是整体运算结果的前提保证，所以这一步骤是十分必要的。
2．2矩阵分块由于CUDA平台一个线程块只同时支持512个线程并行工作，所以只有当内存控制器从某个固定倍数地址开始读取时，工作效率最高。解决这个问题最好的办法就是将大矩阵分解为16×16的小矩阵，这样每一个线程块就同时使用256个线程并行计算。所以小矩阵就可以完全加载到高速共享内存中，同时小矩阵自身乘法也不需要再存取外部内存。为了方便进行线程块的计算，对于两个矩阵A和B，可以分别为每个线程块分配16×16个线程，再建立(m/16)×(n/16)个线程块。但是，由于参加运算的矩阵阶不一定是16的倍数，所以对于最后一次分块，程序可以利用判断语句来控制。即:如果本线程的矩阵块没有超出A、B的阶数，就进行分块;如果超出，则只运算原始矩阵剩下的部分。
2．3内存分配为了使GPU高效率工作，在矩阵A和B的分块矩阵初始内存空间时，直接把内存大小配置成16的倍数，并在复制矩阵到显卡内存之前，将其清零。这种处理方法充分利用了GPU的硬件结构特点，满足GPU高效率读取内存的原则［10］。并且，CUDA提供的cudaMallocPitch()函数就可以满足该要求，它是一种节距分配，可以使分配的内存在硬件中的节距对齐，以提高共享内存的访问速度，并返回指向已分配内存的指针。
3实验结果与分析
在进行信号相关性分析的时候，往往计算量比较大，随着信号处理中矩阵的阶数不断增加，如果仅仅基于CPU的传统的串行算法，大大增加了计算所耗费的时间。在进行矩阵的相关性分析计算的过程中，实验环境配置见表1。分别对不同大小的一维矩阵进行相关性分析计算，矩阵的大小见表2。通过对矩阵A的列两两进行交叉相关性计算，产生一个一个大型矩阵输出，然后分别得出计算不同矩阵大小情况下相关性计算CPU和GPU所耗费的时间，分析计算出加速比。对不同大小的二维矩阵进行相关性分析计算，矩阵的大小见表3。对其中一个矩阵固定其大小，另外一个矩阵不断增大，对两个矩阵做二维的相关性计算，分别得出其基于CPU和GPU的相关性计算所耗费的时间，分析计算出加速比。由实验结果图3、图4可以得出，单一矩阵基于CPU和GPU进行相关性计算的的加速比最高达到了14.5倍，二维矩阵基于CPU和GPU进行相关性计算的加速比最高达到了5.3倍，二维矩阵的相关性计算涉及的数据量和计算量较大，通过计算时间可以看出基于GPU的相关性计算所耗费时间明显少于基于CPU下的相关性计算。通过实验对比可以得到随着矩阵的不断增大，进行相关性计算所用的时间不断增加，基于CPU的传统计算方式所耗费的时间增大幅度远远大于基于GPU的并行计算方式。因此基于GPU的并行加速数字信号处理中相关性算法效率明显高于传统的基于CPU的串行算法。
在实际设计时应根据具体的应用选择合适的DSP。不同的DSP有不同的特点，适用于不同的应用，在选择时可以遵循以下要点。
算法格式
DSP的算法有多种。绝大多数的DSP处理器使用定点算法，数字表示为整数或-1.0到+1.0之间的小数形式。有些处理器采用浮点算法，数据表示成尾数加指数的形式：尾数×2指数。
浮点算法是一种较复杂的常规算法，利用浮点数据可以实现大的数据动态范围(这个动态范围可以用最大和最小数的比值来表示)。浮点DSP在应用中，设计工程师不用关心动态范围和精度一类的问题。浮点DSP比定点DSP更容易编程，但是成本和功耗高。
由于成本和功耗的原因，一般批量产品选用定点DSP。编程和算法设计人员通过分析或仿真来确定所需要的动态范围和精度。如果要求易于开发，而且动态范围很宽、精度很高，可以考虑采用浮点DSP。
也可以在采用定点DSP的条件下由软件实现浮点计算，但是这样的软件程序会占用大量处理器时间，因而很少使用。有效的办法是“块浮点”，利用该方法将具有相同指数，而尾数不同的一组数据作为数据块进行处理。“块浮点”处理通常用软件来实现。
数据宽度
所有浮点DSP的字宽为32位，而定点DSP的字宽一般为16位，也有24位和20位的DSP，如摩托罗拉的DSP563XX系列和Zoran公司的ZR3800X系列。由于字宽与DSP的外部尺寸、管脚数量以及需要的存储器的大小等有很大的关系，所以字宽的长短直接影响到器件的成本。字宽越宽则尺寸越大，管脚越多，存储器要求也越大，成本相应地增大。在满足设计要求的条件下，要尽量选用小字宽的DSP以减小成本。
在关于定点和浮点的选择时，可以权衡字宽和开发复杂度之间的关系。例如，通过将指令组合连用，一个16位字宽的DSP器件也可以实现32位字宽双精度算法(当然双精度算法比单精度算法慢得多)。如果单精度能满足绝大多数的计算要求，而仅少量代码需要双精度，这种方法也可行，但如果大多数的计算要求精度很高，则需要选用较大字宽的处理器。
请注意，绝大多数DSP器件的指令字和数据字的宽度一样，也有一些不一样，如ADI(模拟器件公司)的ADSP-21XX系列的数据字为16位而指令字为24位。
DSP的速度
处理器是否符合设计要求,关键在于是否满足速度要求。测试处理器的速度有很多方法，最基本的是测量处理器的指令周期，即处理器执行最快指令所需要的时间。指令周期的倒数除以一百万，再乘以每个周期执行的指令数，结果即为处理器的最高速率，单位为每秒百万条指令MIPS。
但是指令执行时间并不能表明处理器的真正性能，不同的处理器在单个指令完成的任务量不一样，单纯地比较指令执行时间并不能公正地区别性能的差异。现在一些新的DSP采用超长指令字(VLIW)架构，在这种架构中，单个周期时间内可以实现多条指令，而每个指令所实现的任务比传统DSP少，因此相对VLIW和通用DSP器件而言，比较MIPS的大小时会产生误导作用。
即使在传统DSP之间比较MIPS大小也具有一定的片面性。例如，某些处理器允许在单个指令中同时对几位一起进行移位，而有些DSP的一个指令只能对单个数据位移位；有些DSP可以进行与正在执行的ALU指令无关的数据的并行处理(在执行指令的同时加载操作数)，而另外有些DSP只能支持与正在执行的ALU指令有关的数据并行处理；有些新的DSP允许在单个指令内定义两个MAC。因此仅仅进行MIPS比较并不能准确得出处理器的性能。
解决上述问题的方法之一是采用一个基本的操作(而不是指令)作为标准来比较处理器的性能。常用到的是MAC操作，但是MAC操作时间不能提供比较DSP性能差异的足够信息，在绝大多数DSP中，MAC操作仅在单个指令周期内实现，其MAC时间等于指令周期时间，如上所述，某些DSP在单个MAC周期内处理的任务比其它DSP多。MAC时间并不能反映诸如循环操作等的性能，而这种操作在所有的应用中都会用到。
最通用的办法是定义一套标准例程，比较在不同DSP上的执行速度。这种例程可能是一个算法的“核心”功能，如FIR或IIR滤波器等，也可以是整个或部分应用程序(如语音编码器)。图1为使用BDTI公司的工具测试的几款DSP器件性能。
在比较DSP处理器的速度时要注意其所标榜的MOPS(百万次操作每秒)和MFLOPS(百万次浮点操作每秒)参数，因为不同的厂商对“操作”的理解不一样，指标的意义也不一样。例如，某些处理器能同时进行浮点乘法操作和浮点加法操作，因而标榜其产品的MFLOPS为MIPS的两倍。
其次，在比较处理器时钟速率时，DSP的输入时钟可能与其指令速率一样，也可能是指令速率的两倍到四倍，不同的处理器可能不一样。另外，许多DSP具有时钟倍频器或锁相环，可以使用外部低频时钟产生片上所需的高频时钟信号。
存储器管理
DSP的性能受其对存储器子系统的管理能力的影响。如前所述，MAC和其它一些信号处理功能是DSP器件信号处理的基本能力，快速MAC执行能力要求在每个指令周期从存储器读取一个指令字和两个数据字。有多种方法实现这种读取，包括多接口存储器(允许在每个指令周期内对存储器多次访问)、分离指令和数据存储器(“哈佛”结构及其派生类)以及指令缓存(允许从缓存读取指令而不是存储器，从而将存储器空闲出来用作数据读取)。图2和图3显示了哈佛存储器结构与很多微控制器采用的“冯·诺曼”结构的差别。
另外要注意所支持的存储器空间的大小。许多定点DSP的主要目标市场是嵌入式应用系统，在这种应用中存储器一般较小，所以这种DSP器件具有小到中等片上存储器(4K到64K字左右)，备有窄的外部数据总线。另外，绝大多数定点DSP的地址总线小于或等于16位，因而可外接的存储器空间受到限制。一些浮点DSP的片上存储器很小，甚至没有，但外部数据总线宽。例如TI公司的TMS320C30只有6K片上存储器，外部总线为24位，13位外部地址总线。而ADI的ADSP2-21060具有4Mb的片上存储器，可以多种方式划分为程序存储器和数据存储器。
选择DSP时，需要根据具体应用对存储空间大小以及对外部总线的要求来选择。
开发的简便性
对不同的应用来说，对开发简便性的要求不一样。对于研究和样机的开发，一般要求系统工具能便于开发。而如果公司在开发下一代手机产品，成本是最重要的因素，只要能降低最终产品的成本，一般他们愿意承受很烦琐的开发，采用复杂的开发工具(当然如果大大延迟了产品上市的时间则是另一回事)。
因此选择DSP时需要考虑的因素有软件开发工具(包括汇编、链接、仿真、调试、编译、代码库以及实时操作系统等部分)、硬件工具(开发板和仿真机)和高级工具(例如基于框图的代码生成环境)。利用这些工具的设计过程如图4所示。
选择DSP器件时常有如何实现编程的问题。一般设计工程师选择汇编语言或高级语言(如C或Ada)，或两者相结合的办法。现在大部分的DSP程序采用汇编语言，由于编译器产生的汇编代码一般未经最优化，需要手动进行程序优化，降低程序代码大小和使流程更合理，进一步加快程序的执行速度。这样的工作对于消费类电子产品很有意义，因为通过代码的优化能弥补DSP性能的不足。
使用高级语言编译器的设计工程师会发现，浮点DSP编译器的执行效果比定点DSP好，这有几个原因：首先，多数的高级语言本身并不支持小数算法；其次，浮点处理器一般比定点处理器具有更规则的指令，指令限制少，更适合编译器处理；第三，由于浮点处理器支持更大的存储器，能提供足够的空间。编译器产生的代码一般比手动生成的代码更大。
不管是用高级语言还是汇编语言实现编程，都必须注意调试和硬件仿真工具的使用，因为很大一部分的开发时间会花在这里。几乎所有的生产商都提供指令集仿真器，在硬件完成之前，采用指令集仿真器对软件调试很有帮助。如果所用的是高级语言，对高级语言调试器功能进行评估很重要，包括能否与模拟机和/或硬件仿真器一起运行等性能。
大多数DSP销售商提供硬件仿真工具，现在许多处理器具有片上调试/仿真功能，通过采用IEEE1149.1JTAG标准的串行接口访问。该串行接口允许基于扫描的仿真，即程序员通过该接口加载断点，然后通过扫描处理器内部寄存器来查看处理器到达断点后寄存器的内容并进行修改。
很多的生产商都可以提供现成的DSP开发系统板。在硬件没有开发完成之前可用开发板实现软件实时运行调试，这样可以提高最终产品的可制造性。对于一些小批量系统甚至可以用开发板作为最终产品电路板。
支持多处理器
在某些数据计算量很大的应用中，经常要求使用多个DSP处理器。在这种情况下，多处理器互连和互连性能(关于相互间通信流量、开销和时间延迟)成为重要的考虑因素。如ADI的ADSP-2106X系列提供了简化多处理器系统设计的专用硬件。
电源管理和功耗
DSP器件越来越多地应用在便携式产品中，在这些应用中功耗是一个重要的考虑因素，因而DSP生产商尽量在产品内部加入电源管理并降低工作电压以减小系统的功耗。在某些DSP器件中的电源管理功能包括：a.降低工作电压：许多生产商提供低电压DSP版本(3.3V,2.5V,或1.8V)，这种处理器在相同的时钟下功耗远远低于5V供电的同类产品。
b.“休眠”或“空闲”模式：绝大多数处理器具有关断处理器部分时钟的功能，降低功耗。在某些情况下，非屏蔽的中断信号可以将处理器从“休眠”模式下恢复，而在另外一些情况下，只有设定的几个外部中断才能唤醒处理器。有些处理器可以提供不同省电功能和时延的多个“休眠”模式。
c.可编程时钟分频器：某些DSP允许在软件控制下改变处理器时钟，以便在某个特定任务时使用最低时钟频率来降低功耗。
d.控制：一些DSP器件允许程序停止系统未用到的电路的工作。
不管电源管理特性怎么样，设计工程师要获得优秀的省电设计很困难，因为DSP的功耗随所执行的指令不同而不同。多数生产商所提供的功耗指标为典型值或最大值，而TI公司给出的指标是一个例外，该公司的应用实例中详细地说明了在执行不同指令和不同配置下的功耗。
成本因素
在满足设计要求条件下要尽量使用低成本DSP，即使这种DSP编程难度很大而且灵活性差。在处理器系列中，越便宜的处理器功能越少，片上存储器也越小，性能也比价格高的处理器差。
封装不同的DSP器件价格也存在差别。例如，PQFP和TQFP封装比PGA封装便宜得多。
1.2解码电路作为HCTL_2020的改良版，HCTL_2021在稳定性和抗干扰方面都有着突出的表现。交流伺服电机的光电编码器接入解码芯片HCTL_2021。解码芯片内部具有计数功能，当HCTL_2021捕捉到光电编码器输出正电平时计数值加1。解码以后的数据经8位数据线，依次将高8位和低8位输出至DSP。同时为了节省引脚，本系统设计时将4块HCTL_2021并联后接入DSP的GPIO端口。DSP通过软件设置分时读取解码芯片的数据。
2全自动信封包装机控制系统软件设计
2.1PID控制算法简介按偏差的比例、微分、积分进行控制的控制器叫PID控制器。数字PID控制器的原理框图如图3所示。其中，r(k)为系统给定值，e(k)为误差，u(k)为控制量，c(k)实际输出。PID控制器解决了自动控制理论所要解决的最基本问题，即系统的稳定性、快速性和准确性。调节PID的参数，可以实现在系统稳定的前提下，兼顾系统的带负载能力和抗干扰能力。Kp为比例系数；ki=(kp×T)/Ti为积分系数；kd=(kp×Td)/T为微分系数；Ti为积分时间常数，Td为微分时间常数，T为积分周期。当进行PID调节时，系统在运行初期由于偏差过大，会导致调节量u(k)过大，从而导致超调过大给系统带来很大的冲击。故需要对（1）式中的e(k)做一定的限幅处理。另外，当系统进入稳定状态以后，必然会产生一定的稳态误差，该误差在一个很小的范围内波动，如果控制器反复对其进行调节势必造成系统的不稳定。所以，系统必须设定一个输出允许带e0，即当采集到的偏差|e(k)|<e0时，不改变控制量。PID控制程序流程图如图4所示。
2.2PID算法在系统中的实现由于本系统的同步控制由一主多从的模式来实现，所以，2、3、4号伺服电机的转速和位置信号必须跟随1号伺服电机的转速和位置信号的变化。DSP中事件管理器模块的定时器产生频率可控的PWM波来控制伺服电机，PWM波的频率控制电机的转速，PWM波的个数控制电机的位置。设多伺服电机轴编码器输出脉冲数偏差值为e(k)，在k时刻电机的实际反馈转速分别为u1(k)、u2(k)、u3(k)、u4(k)。各伺服电机轴同步速度偏差值。根据不同的生产工艺要求可以设定允许偏差值的最大变化范围max，当e(k)≤eM时，系统不需要进行调节控制，当e(k)>eM时，需要进行调节控制。本系统以TMS320F2812为控制器实现PID控制。在软件中设置定时中断，在中断程序中，计算各从伺服电机的转速和位置并与1号伺服电机的转速与位置信号进行比较，求出偏差值e(k)。经PID调节，对于偏差做出快速反应和补偿。本系统的软件处理采用增量式调节。（3）式中，u(k)为1号伺服电机控制量增量，其中i=2，3，4；u1(k)、ui(k)、ui(k-1)、ui(k-2)分别是k、k-1、k-2时刻1号伺服电机及i号电机轴的编码器输出脉冲采样值；Kp是比例系数；Ki是积分系数；Ki=KpT∑i；Kd是微分系数，Kd=KpT∑d；T是采样周期；∑i是积分时间常数；∑d是微分时间常数。
3系统设计中遇到的问题及解决方法
1同步启动为了保证4台伺服电机的位置相同，本系统设计了同步启动程序。由于伺服电机每次转到其固有零点时会发出一条高电平信号Z，将该信号接入DSP的捕获引脚。当DSP捕获引脚捕捉到高电平跳变时，立即PWM波的输出，使伺服电机停止在固有零点处。当4台伺服电机都停止后，延迟一定时间，再同时启动4台电机，这样就实现了同步启动。2数据的分时读取每台伺服电机反馈的QEP编码信号通过HCTL_2021解码后都会产生8路数据输出信号，4台伺服电机将会产生高达32路的数据输出信号，如果直接连到DSP的I/O，将会极大地占用DSP的I/O口，不利于DSP的充分利用。此时，DSP分时读取4块解码器HCTL_2021的数据输出信号成为有效的解决办法。实验中，伺服电机在运转过程中每转一圈将输出2500个QEP编码脉冲，将每一路编码脉冲经过光耦隔离后送入到HCTL_2021的信号输入端进行解码。本系统在软件上采用中断方式分时读取GPIO上4块芯片的解码结果。并将1号伺服电机的信息保存到变量date1中。2、3、4号伺服电机的信息分别存放在变量date2、date3、date4中。通过分时读取，作者解决了DSP引脚不足的问题，最大限度的利用了DSP的引脚资源。特别需要注意的是：由于数字电路的电平转换需要一定的时间，所以在改变控制信号的电平后需要延迟一定时间，等其真正稳定。分时读取程序的流程图如图6所示。
2分前端机房广播与窄播信号的传输
分前端机房在数字电视整体转换前所做的准备工作主要有两部分:分前端机房一级数字电视广播信号平台的搭建工作和为数字电视整体转换备用的CMTS、IPQAM、HFC网管信号等窄播信号系统的搭建工作。分前端一级数字电视广播信号平台的搭建相对简单，当主、备路电视广播光信号传输到分前端后，经过光开关对主备路光信号转换后，输出到光解复用器对光信号进行解复用，相应数字电视的29CH波长光信号被解出来。把解出来的数字电视光信号按照原模拟信号分前端的一级骨干广播光信号建设的结构模式进行复制，复制时尽量保证其在结构上和光功率输出上大体一致，最好能和模拟信号在物理位置上也保持相近，这样在调整电视广播信号时就非常方便。窄播信号的混合以及传输仍保持和原模拟电视系统广播窄播相同的模式，我们采用的是广播窄播1550nm光信号DWDM光合波复用传输方式，把分前端CMTS、IPQAM、HFC网管监控的射频信号进行混合后驱动ITU窄播光发射机，光发射机输出后与分前端一级电视广播光信号通过复用器进行光合波，经EDFA放大分配后或直接传输到线路，覆盖分前端机房区域内有线电视及CableModem用户。由于分前端机房一般带用户比较多，受到成本和机房空间等因素的限制，对窄播系统也全部复制一遍不大可能，另外我们数字电视整转采用的是分区域分批次的方式，可以对窄播系统先行建设能满足5个区域批次数字电视整转的窄播信号，和本地的数字电视一级骨干广播光信号进行合波复用，这样就成为可以满足5个区域批次数字电视整转的广播窄播系统信号，作为数字电视整转初期信号割接使用。当然这备用的5个片区数字电视广播窄播系统信号，只是一个举例，具体要按照分前端实际使用划分的片区数来定备用系统信号片区数，实际使用片区多的可以多建几个备用片区。窄播光发也要选用DWDM特定波长光发射机。在搭建数字电视系统信号平台时，我们要充分考虑到分前端内不同功率光信号的需求:(1)机房直接传输光信号到光接收机的，一般2～3dB的光功率即可;(2)线路上有光分路器的需要5～15dB的光功率;(3)线路上是V－Hub、EDFA的，需要广播窄播合波直接传输到线路上的需要6～8dB的光功率。通过对图2在结构上简单的调整即可满足不同光功率的需求。信号系统搭建时，尽量保证机房光信号传输分配物理结构上的一致性，对个别特殊需求的可以稍做调整即可，这样对机房的运维管理工作会带来很大便利。
3数字电视整体转换广播窄播信号的割接
采用分区域分批次的整转方式，除了线路上覆盖有较多用户的大型节点外，其余光节点模数信号转换割接工作基本都是在分前端来完成，所以分前端机房是模拟电视信号转换为数字电视信号的主要割接点。在数字电视整转前，要对分前端机房覆盖区域内的光节点全景图资料进行详细统计，结合数字电视整换区域批次，提前做好相应的光节点片区规划工作。按照分区域分批次整转方式，我们可以把需要数字电视整转初期的用户，割接到前期已经建好备用的5个片区数字电视的系统信号上来。数字电视整转进行一段时间后，前期备用的5个片区光信号将使用完毕时，我们再对没有数字整转的信号进行调整，把未整转完数字电视信号但已经割接走很多信号的片区进行合并，这样就可以空余出来满足一到两片区数字整转的设备，把该片区的广播信号更换为数字电视信号即可。然后依次类推，逐步完成数字电视信号的割接。在割接信号时，窄播系统的规划也非常重要，尤其是IPQAM和CMTS系统，要根据光节点覆盖双向IPQAM和CableModem的用户数做好下行和回传设备的合理分配，充分考虑IPQAM端口下行流量及CMTS上行端口CableModem数量的负载均衡，这样就保证了用户视频点播的流畅和网络的顺畅，减少了后期的扩容工作，提高了网络运行的稳定性。在割接电视下行信号时，必然会对相应片区CableModem用户也进行割接，把下行割接到新建的数字电视系统信号时，回传也要割接调整到CMTS下行相对应的上行端口。在割接前要做好CMTS端口CableModem数量以及SNR值的统计，主要统计在线的CableModem数量，割接调整后要查看在新端口上线CableModem数量和割接前是否一致，接收发射电平是否正常，端口SNR是否正常。做好与整转现场人员的沟通，信号割接后在现场及时测量信号，如有问题及时处理。同时要做好资料的更新整理工作，保证资料的准确性。
1数字电视广播信号无线定位概述
1.1无线电定位的概念
同时接收多个已知空间坐标和时间基准的无线电发射源的辐射信号，可以确定接收端用户所在的地理位置，即经度、纬度和高程（海拔高度）。
随着超大规模集成电路（VLSI）工艺的进步，基于电缆或卫星传输的数字电视（DTV）系统已在全球范围广为使用。DTV地面广播系统也已开始大规模建设，在全球不同区域逐渐形成以各自广播标准为基础的数字电视和数字声音广播网。与GPS相比，DTV定位有以下优点：定位误差小，可达1m量级；市区定位概率高，还可满足室内定位要求；定位实时性好；信号处理要求低，处理设备少，功耗低；可利用现有的DTV基础设施，无需改变就可用作定位。
1.2数字电视地面广播与标准
数字电视地面广播与数字卫星广播相比较，有容易普及、接收价格低廉的特点；与数字有线电视广播比较，则不易受城市施工建设、自然灾害、战争等因素造成的网络中断影响，因此在传输状况、应用需求等方面，地面传输方式更加复杂，全球各地在地面数字电视传输系统方案的选择上争议也最大。
世界各国对于数字电视地面广播进行了长期研究。基本形成了美国的ATSC，欧洲的DVB-T和日本的ISDB-T三大标准。我国模拟电视采用的是欧洲的PAL制式，因此要向数字电视过渡基于DVB-T标准开发数字电视地面广播系统是切实可行的。
2基于DTV数字电视广播信号无线定位系统方案的实现
2.1系统结构设计
整个系统的组建可以划分为两大部分：发射和接收。发射部分建在DTV地面广播信号发射台。对于按DVB-T标准发射的电视信号来说，首先要为不同发射台分配不同的系统标识码（ID），再将发射台的空间坐标、发射时间和标识码等信息进行信道编码，最后通过DTV数字广播系统实现信号发射。而对于按DMB-T标准发射的信号来说，由于在发射信号中已经加入帧号、基站识别码、起始发射时间，只要将发射台的坐标预先存储在接收机的处理器中即可。
基于数字广播电视信号的无线定位系统特征在于通过接收多个空间坐标已知的数字地面发射台的信号，确定接收者的空间坐标。
2.2系统工作流程
本文定位方法是建立在无线电信号广播发射系统上的，系统的工作步骤如下：
（1）接收信号：由天线接收到的电视信号经射频放大后下变频为中频信号；
（2）通过模拟/数字（A/D）变换完成中频信号的数字化；
（3）在数字信号处理器（DSP）内完成信号的同步跟踪、解调和解码任务，建立信号载波和码同步跟踪回路；
（4）将数字电视系统广播数据帧的时间间隔作为系统观测的基本时间单位，排定以数据帧间隔或其倍数作为观测间隔，确定观测时间序列；
（5）已预先排定的观测序列时间定时从同步跟踪环路提取出一个数字电视发射源的原始伪距观测值，以及通过解调和解码后的数据得到该发射源标识和空间坐标信息；
（6）重复步骤（5）观测跟踪所有在有效测量范围内的数字电视发射台；将所有得到的信息送入伪距解算方程，即从接收跟踪环路提取得到各发射源的伪距值和发射源空间坐标值，计算出最终接收天线的空间位置坐标，并换算为接收系统的定位信息：包括位置、速度和加速度，这些信息为基本导航定位信息；
（7）测量随后各数字电视广播数据帧接收时刻，得到属于该观测时间点所有有效同步帧头的伪距信息；
（8）以步骤（6）得到的基本导航定位信息，依次代入步骤（7）中的伪距信息和接收时间信息，完成基于顺序双滤波器平滑算法的计算，最终输出系统最优定位信息。
2.3软件接收机的流程实现
对于DVB-T标准来说，同步部分利用时域保护间隔和频域导频信号，估计并跟踪时域FFT窗口位置，同时估计由于收发端上下变频引起的频偏；采样时钟同步估计得到收发晶振不能完全匹配带来的采样时钟误差，经数字锁相环使收发采样时钟同步。对于DMB-T标准，将传统的DVB-T系统中的CP由一段PN序列取代，而在IDFT帧体中不插入任何导频。PN帧头既作为训练序列用于同步和信道估计，又在客观上起保护间隔的作用。DMB-T的每一帧采用不同的PN头作为帧标志，在发射端对PN头采用BPSK调制以获得可靠的传输效果；在接收端则通过同样的PN序列发生器产生本地PN序列，并与接收信号的PN码帧头进行时域相关，从而完成帧同步、频率同步、时间同步、信道传输特性估计等一系列同步运算。3数字电视接收机的实现
3.1接受原理
（1）模拟处理部分。
从天线接收到的信号通过调谐器经预选放大抑制镜像干扰、混频后得到中频信号，经中频滤波器滤波抑制邻道干扰后送入中频放大器中得到放大了的中频信号。在中频放大器中设置AGC以稳定信号输出。
（2）符号起始同步与定时粗同步。
利用保护间隔的循环重复特性可获得定时的粗同步和符号起始，提供给FFT。其基本原理是由于保护间隔中的数据是有效数据的部分重复。而相邻符号的数据则完全不同，这样计算差值s（t）－s（t－Tu），并对其进行段积分，则可获得粗同步。
（3）OFDM解调和传输参数（TPS）提取。
为简化接收机方案，可采用流水结构两倍规模的FFT解调。中频信号经抗混叠滤波后进入ADC中进行两倍采样率采样，每1个符号得到2N样点，这2N样点直接送入2N点FFT的ASIC处理器进行FFT。
（4）频率和定时同步。
由定时符号粗同步后，接收机对连续2个符号采样的2N个样点进行FFT，频率估计器按参考序列给出的连续导频地址找到这2个符号的连续导频值。对频率偏移进行估计得到频率误差信号，经D/A变换及环路滤波后控制中频VXCO本振完成频率同步。
定时估计器在当前符号中找到导频后，对定时偏移进行估计得到定时误差信号，经D/A变换和时钟环路滤波器滤波后完成定时的精同步。这一同步过程时间较长，以缓慢调整达到精同步锁定。
（5）信道估计。
①信道校正。信道响应估计器通过对分布和连续导频点响应的估计，利用时/频域内插得到信道在全频段的响应估计值，对各数据载波进行复相均衡后可得到信道校正。
②信道状态估计。信号输出电平的估计可通过对FFT输出信号的能量获得。信号电平估计后通过D/A变换以及AGC环路滤波后可对信号的输出电平进行精确控制；信道在各数据载波点上的状态估计可通过对该点信噪比的估计，给出信道在各数据载波点上的状态量度，与该载波点数据一起送到Viterbi译码器，对每一位提供“可靠性消息”进行软判决译码。
（6）信道译码及码流处理。
①积码的解码。由数据格式化后得到G1、G2格式的3bit码流送入Viterbi译码器进行软判决译码。软判决是根据提供的信道状态估计每比特的可靠性信息进行的。内信道译码后通过串/并转换把比特码流转换成字节码流送入解外交织器。②解外交织。由于发射端采用的是同步卷积交织器，因而解交织时需要同步。在交织过程中，同步字节sync或sync总是从第0路送入，在解交织时只要设置窗口校验同步字节后（即字节码流获得同步后），把同步字节送入第0路解交织即可完成解交织。③RS译码。从解外交织器送来的字节码流送入RS（204，188）译码器进行外信道译码。RS译码是在找到同步字节sync或sync后把同步字节和后面的187Byte为一组进行译码的。译码后的字节码流经并/串转换变成比特码流，同时还给出同步信号送入反随机化处理。④反随机化。RS解码后的数据码流在同步sync后的8个数据包长度内与随机化序列进行异或后即得到反随机化的数据流，反随机化中每遇到同步比特串，即为随机序列的异或禁止。同时若同步字节为sync，即对其求反处理得sync，完成反随机化后的码流送出信道译码器给MPEG-2码流复用器。最后得到TS码流。
3.2信号定位实现
DTV信号定位采用伪距法。这里的伪距是指从数字广播发射机天线至接收机天线信号之间的几何距离加上各种系统误差。位置计算可以在用户终端实现。终端要测量每一个视距范围发射台的伪距，3个发射台的伪距足以解决用户的经度、纬度和时钟偏差，DTV发射台的位置数据可以存储在用户终端。
定位系统所要确定的系统状态一般为系统的动态特性和系统时钟误差项，即：空间位置、速度、加速度和时钟偏差和时钟漂移。系统状态为：
式中［PR，VR，AR］T，［δtR，δtR］T分别为系统位置、速度加速度三维坐标矢量以及接收时钟偏差和漂移矢量。
3.3定位误差分析
定位精度依赖于由电波传播环境、接收机设计、噪声和干扰特性以及采样信号处理的复杂度。在实际的定位系统中，定位误差主要由以下两部分组成：
（1）接收端检测设备带来的误差。如时钟同步误差、检测设备时延带来的误差等。这部分误差随着定时技术及信号检测技术的发展而降低；
（2）主要由多径效应和非视距传播带来的信道误差。主要取决于信道环境，可以利用相应算法减少其对定位精度的影响。非视距传播是无线定位的主要误差源，即使在无多径效应和采用高精度定时的情况下，非视距传播也会引起测量误差。
因此，如何降低非视距传播的影响是提高定位精度的关键。目前降低非视距传播影响的方法有：利用测距误差统计的先验信息将一段时间内的NLOS测量值调节到接近LOS的测量值；降低LS算法中NLOS测量值的权重，在LS算法中增加约束项等。
参考文献
［1］余兆明，余智.数字电视原理［M］.北京：人民邮电出版社，2004.
［2］何峰,吴乐南.基于数字广播电视信号的无线电组合定位方法［P］.发明专利公开号：CN1776448A.
一、传输网络技术参数
经过MPEG-2信源编码和MPEG-2TS传输流复用后生成的MPEG-2传输复用包经过扰码、RS编码及卷积交织后，进行64QAM调制形成中频调制信号，中频调制信号经过上变频转为射频信号然后送入HFC网传送到用户。
数字电视和模拟电视的频谱结构及能量分布完全不同。由于QAM中的调幅是平衡调幅，抑制了载波，因而从频谱分析仪上看，一个数字频道的已调信号，像一个抬高了的噪声平台，均匀地平铺于整个限定带宽内。伴音信号在MPEG-2编码时，已经与图像信号以包的形式复用到了一起，因而，一个数字电视频道，不但没有所谓图像载波，也没有伴音载波。
1.1数字电视的信号电平
数字电视信号没有图像载波电平可取，整个限定的带宽内是平顶的，无峰值可言。所以，QAM数字频道的电平是用被测频道信号的平均功率来表达的，称为数字频道平均功率。在用户端电缆信号系统出口处要求：信号电平为47dBμV-67dBμV(比模拟电视信号的要求低10dB)，数字相邻频道间最大电平差为≤3dB，数字频道与相邻模拟频道间最大电平差为≤13dB。
1.2数字电视的噪声电平
测量模拟频道噪声时，在模拟频道取噪声测试点，只要偏离图像载频即可。但是数字电视的频谱分布决定了测量数字频道噪声不能使用模拟频道的测量方法。数字频道内有用能量也像噪声，没有什么特点把它们分开，所以测量噪声，要到被测频道的邻频道去取样，并且这个邻频道应当是空闲的。
1.3误码率
数字电视信号是离散的信号，接收到的数字电视信号要么是稳定、清晰的图像，要么就是中断(包括马赛克、静帧)，具有“断崖效应”的特点。信号的这种变化，只与传输的误码率有关，所以把误码率作为衡量系统信号质量劣变程度的最重要的指标。
1.4信噪比
信噪比(S/N)指传输信号的平均功率与噪声的平均功率之比。载噪比(C/N)指已调制信号的平均功率与噪声的平均功率之比，载噪比中的已调制信号的功率包括了传输信号的功率和调制载波的功率。在调制传输系统中，一般采用载噪比指标；而在基带传输系统中，一般采用信噪比指标。
数字调制信号对网络参数的要求主要反映在载噪比上，载噪比越大，信号质量越好，反之信号质量就差，模拟电视会出现“雪花干扰”，数字电视会出现马赛克，严重时会造成图像不连续甚至不能对图像解码。在有线网中，用户端电缆信号出口处数字频道载噪比达到31dB以上，就可传送64QAM信号。
1.5调制误差比
数字调制信号的损伤通常用星座图来观察。在星座图中，噪声呈云状，差拍干扰呈环状，IQ不平衡的星座图不是正方形。调制误差比(MER)包含了信号的所有类型的损伤，如各种噪声、载波泄漏、IQ幅度不平衡、IQ相位误差、相位噪声等。MER的测试结果反映了数字接收机还原二进制数码的能力，它近似于基带信号的信噪比S/N。在用户端电缆信号出口处调制误差比MER要求达到30dB以上。
二、数字信号的监测
数字电视平台节目监测系统拟视音频及数字矩阵系统、数字测试仪器及电视墙三个大的部分构成。数字TS码流经过数字ASI矩阵系统切换，送入解码器解码还原成模拟视音频后，送入电视墙，进行主观效果监测，同时可进行与一般模拟视音频信号相同的测试，经ASI矩阵切换的数字TS码流也可直接送入数字码流分析仪进行实时分析，或者经过录制后，离线分析等。数字码流经QAM调制后输出的RF射频信号经混合器混合，送入大网播出，同时分出1路至机顶盒接收，机顶盒输出电视信号或者音频广播信号至视音频矩阵，然后送入电视墙。同时也可进行模拟指标测试。从混合器再分出l路射频信号经数字电视测试接收机处理后输出TS流至码流分析仪，实现对QAM调制后的数字信号的测试。
数字码流监测可以根据其来源分为：编码器输出TS流、数字卫星接收机输出TS流、多协议适配器输出TS流、复用器输出TS流、独立加扰器输出TS流、其它TS流及QAM调制后经解调恢复的TS流。在本监测系统中，QAM调制后经数字电视测试接收机解调后恢复出的TS流可直接送入数字码流分析仪进行数字分析；其余各种来源的TS流须经数字矩阵的切换处理后再进行测试。
在本系统中，有编码器输出的TS流、数字卫星接收机输出的TS流、适配器和解密器输出的TS流、其它输出的TS流、复用器输出的TS流以及独立加扰器输出的TS流，其中复用器、独立加扰器、解密器以及部分数字卫星接收机输出为MPTS，而独立加扰器输出为经过加扰加密的TS流。具体监测方式如下：编码器、数字卫星接收机、多协议适配器、音频编码器、复用器、独立加扰器等设备的TS流送入数字ASI切换矩阵切选输出。矩阵的输出可切选至数字码流分析仪分析，也可直接接入解码器，用作还原AV，送至电视墙做主观测试等；对于独立加扰器的输出需切换到码流分析仪进行分析。
对比测试原则采用溯源法，跟踪对比测试的原则，主要体现在电视墙的主观效果上。
(1)对编码器、接收机的信号根据处理过程分成源AV信号或直接输出AV信号、初步处理TS流信号(包括编码输出及数字接收机输出TS信号)、复用器复用后TS流信号和QAM调制混合后信号四种，对节目同时段对比跟踪测试。即为源AV信号或直接输出AV信号与后面的信号经过还原的视音频信号进行对比测试，体现在每一环节信号质量的比较、变化、跟踪监测。
中图分类号：G424 文献标识码：A
Knowledge Penetration and Extension of Digital Signal
Processing Theory and Practice Teaching
CAO Xinli， TIAN Yi
（School of Electrical and Information Engineering， Wuhan Institute of Technology， Wuhan， Hubei 430073）
Abstract This paper takes mathematical principles to the domain transform domain digital signal processing when students are learning in a digital filter network for example， correspond by comparing before and after signal processing algorithms and theory on the actual hardware implementation， allows students to easily from the Z transform， discrete Fourier transform learning theory easy to draw circuits and program their hardware implementation is achieved. In the study of digital signal processing algorithms in the process， to students whose mathematical formulas penetration corresponding hardware circuits and structures， can make subsequent DSP applications while learning courses， easy to understand and design. Theoretical and experimental study by personal experience， feel the penetration and extension of signal processing system in the teaching curriculum.
Key words digital signal processing； DSP； course system； penetration
在电子信息工程学科中，数字信号处理的实现和仿真课程已经很好地融合进来。很多高校的信息类专业相继开设了数字信号处理，DSP应用的相关理论课程，并开设了matlab信号分析与处理等课程设计和实验。如何在理论和实践课程教学中完成对数字信号处理知识的渗透于延伸，让学生更好的认识到数字信号处理技术的理论和实践和有机结合呢？
1 数字信号处理的作用
数字信号处理是研究把信号用数字或符号表示成序列，通过计算机或通用（专用）信号处理设备，用数字的数值计算方法处理，提取有用信息便于应用的客观规律性。
在信号处理中，很多信号比如声音信号，在时域上看是杂乱无章的，没有任何规律的，当转化成频域信号后，很容易看出来信号的相关性质，对信号的处理也更为方便。模拟信号在远距离传输时信号衰减大，且抗干扰能力差；数字信号设备灵活、精确、抗干扰能力强、远距离传输速度快且不失真。
数字信号处理可以将有用信号从杂乱无章的干扰中提取出来，恢复原始信号并可以对其增强。它对声音，图像，其他现实中的物理量进行信号调理、信号传输、信号接收还原、信号滤波等作用，保证信号传输质量，在电信和其它学科中具有重要的意义。
数字信号处理算法是对其离散信号与系统的变换和滤波的理论基础，在此算法基础上，用硬件或软件的方法将其实现，这是整个数字信号处理的过程。下面我们来分析变换理论和具体实现之间的对应。
2 数字信号处理中数字滤波网络算法原理
在数字信号处理中，以IIR数字滤波网络为例。对于一个输入输出关系已经给定的系统，其系统函数或差分方程已知，可以用不同结构的数字网络来实现该系统。由Z变换的相关知识，我们可以知道对N阶差分方程进行Z变换，得到系统函数的一般表示式：
（1）
如果要设计IIR级联型数字滤波网络，就要根据级联型网络结构特点，将H（z）变换成级联型一阶节和二阶节的形式。
（2）
这样，就把系统函数分解成了N1个一阶节和N2个二阶节。有了这样的结构，就可以得到IIR级联型网络方框图，如图1。
图1 IIR级联型网络方框图
3 数字滤波网络二阶节的硬件实现
第二节中是数字滤波网络IIR级联型网络结构的算法原理和系统函数分解公式，那么这样的数字滤波网络结构怎样用硬件实现呢？
从图1看出，IIR级联型网络是由M个二阶节组成的，一阶节可以看做二阶节的特殊情况。在每一个二阶节中，有四个加法环节（如图1中的圆圈标示），有两个延时单元，有四个标量乘法环节。其中的加法环节和标量乘法器可以有专用数字信号处理芯片中的加法器和乘法器实现，延时单元可以由触发器实现，比如D触发器。
现在以一个二阶节为例，根据方框原理图（图2）说明其硬件构成。
（3）
（4）
所以从到有两个延时电路——延时一个周期和两个周期，即为，；两个乘法电路，；两个加法电路。用硬件实现如图3所示。同样地，从到的电路结构与前面类似，延时电路可以与前面公用。
图2 IIR级联型网络二阶节方框图
图3 IIR级联型网络二阶节的硬件实现
4 数字信号处理课程理论与实践教学的知识渗透与延伸
学生在数字信号处理的理论课程中了解了相关的算法原理后，并和实际的硬件电路实现对应了解，就掌握了从理论到实践的转换过程。
所以在讲授数字信号处理的每一个知识点时，都应该按照这样的思想去引导学生：（1）清晰透彻的讲授每一章节的离散信号与系统的算法原理，从时域分析到频域分析，到时频变换，快速算法，到数字滤波结构及实现。在每一个知识点上，都把相应的数学原理和对应的硬件结构对应起来，使学生了解知识的实际用途。（2）在学生掌握算法原理的基础上，引导其在相应的仿真工具上进行算法的仿真，得到相应的系数和性能，分析算法的优缺点，并对算法进行改进。（3）根据前面学习的理论算法和硬件实现的知识渗透，使学生能够快速轻松地选择相应的数字信号处理器件，实现其算法原理，从而达到理论和实践的较好结合，使得学生在数字信号处理领域，有了较深入和较高层次的认识，达到学以致用。
5 结论
论文以一个实际的《数字信号处理》教学范例——IIR级联型网络结构的原理，说明了教学的顺序和层次，从理论知识的学习，到具体实现的渗透，使得学生在彻底掌握理论变换算法的基础上，更深层次地与实际动手相结合，很好地对学生进行知识的渗透与延伸，在后续的DSP原理与应用，信号分析与处理中可以较为轻松深入地掌握，达到较好的教学效果。
参考文献
[1] 张洪涛，万红，杨述斌.数字信号处理[M].武汉：华中科技大学出版社，2006.
[2] 吴镇扬.数字信号处理（第二版）[M].北京：高等教育出版社，2010.
1.引言
随着电子技术及计算机技术的飞速发展，数字信号处理的新理论和新技术层出不穷，目前它已成为应用最快、成效最显著的学科之一。《数字信号处理》已经成为我校通信工程专业的一门专业基础课，它是多门课程相互连接的桥梁和纽带，实现了从理论到实践的相互过渡，对于培养学生理论分析和综合应用能力有非常重要的作用。但是该课程理论性比较强，概念抽象，［1］对数学基础要求也比较高，容易使学生感到乏味，学生对该课程普遍有畏难情绪。因此笔者结合江苏大学通信学院的教学特点，对数字信号处理教学方法作了深层的探讨，在传统教学手段的基础上，开发了多媒体教学辅助系统，充分发挥了现代教学手段的优势；并将Matlab软件用于教学，将抽象的概念感性化，以形象生动的手段来展示理论内涵；采用实验和教学相结合的形象教学，培养学生的学习兴趣，充分调动学生的学习积极性。
2.教材和教学内容的选择
2.1教材选择
目前“数字信号处理”的教材很多，笔者选用了东南大学吴镇扬教授编写的《数字信号处理》第二版。［2］该书对信号处理的基础理论和基本算法进行了充分的论述与讨论，条理清楚，深入浅出，有利于学生更牢固地掌握，是一本很实用的教材。该书还很好地处理了和“信号与线性系统”的关系，在保持课程完整性的同时压缩重复内容。在内容取舍上，结合数字信号处理技术的发展做了精心的安排。
2.2教学内容
“数字信号处理”课程理论性较强，对数学基础要求较高，学生普遍反映抽象、难学。［3］针对这种情况，为在60学时（含实验10学时）内有效完成数字信号处理的知识点的讲授，笔者对内容做了合理安排，讲授沿两条主线进行，精简部分内容，如表1所示。
一条是信号与系统的时、频域分析，包括离散系统的时域分析、z域分析、傅氏变换，FFT及利用FFT进行频谱分析；另一条是数字滤波器的设计与实现，包括IIR数字滤波器的设计、FIR数字滤波器的设计，以及这两类数字滤波器的实现结构和各种滤波器结构的误差分析。对教材中关于DSP应用方面，如芯片介绍这一节的内容，将并入到另一门课“DSP芯片原理及应用”这门课中讲授。
3.教学方法优化
“数字信号处理”是一门数学理论较强的课程，其特点是公式多，概念比较抽象，比较枯燥，难度大。要获得较好的教学效果，我们需要采取一些技巧和方法。
3.1多媒体教学手段和传统教学手段的并用
基于本课程的特点，在教学过程中教师可以采用板书和多媒体教学相结合的讲课方式，以板书为主，多媒体为辅。板书主要是针对一些课程中的基本原理和方法推导证明，这样可以使讲课方式更灵活、师生互动性更强，使学生跟随教师的思路来领会学习的要点和难点，学起来比较容易。而对于一些需要形象理解、图形举例演示的部分，教师可以采用多媒体教学方法，利用图像、视频等多种形式进行互动教学。［4］比如介绍采样定理的时候，在推导采样定理的同时，采用动画的方式，演示一个模拟信号经过采样前后，时域和频域的变换关系，使学生更深刻地理解采样定理，实现对该知识点的融会贯通。
在设计幻灯片格式时我们应注意以下几点：
（1）选择容易看清的字体和字号。PowerPoint默认的中文字体为宋体、英文字体为Times New Roman，为保证坐在教室最后一排(尤其角落处)的学生看清演示，中文选用加粗黑体，英文选用加粗Arial，字号在18 points和28 points之间。
（2）选用深蓝色背景，字体颜色采用对比度较高的颜色。为了便于学生使用，将演示文稿制作成适于打印的.pdf文件。
（3）由于学生同时听讲和看幻灯片，注意力容易分散，会感觉跟不上讲课思路或对于幻灯片内容印象不深。为解决这个问题，既可以利用动画效果逐步展示内容，又可以制作内容精练、布局合理、便于识记的幻灯片。
3.2在教学中应用Matlab软件
Matlab是DSP教学中的标准仿真软件，它能轻松完成系统分析、信号处理中的大量计算和绘图工作，并可生成教学所需的多媒体素材。［5］例：已知一连续正弦信号的频率为150Hz，取时间长度为0.1s，采样频率分别取为500Hz，1000Hz，5000Hz，20000Hz，仿真结果分别如图1―4所示。
3.3课堂讨论与练习
课堂目前是本科生进行理论学习的主要场所，课堂教学方法的改革应放在重要位置。笔者采取“启发式教学和研究型学习”的教学方法，从研究问题入手，将数字信号处理的一些重要理论构建过程展现出来，同时提出新的问题，以便让学生进行思考和研究。比如介绍滤波器理论时，笔者首先提出在通信系统构建的主要模块，在系统最前端，其次为了选择有效信号，引入滤波的概念，提出滤波器理论。
在课程的理论教学中，笔者针对教学难点和重点提出问题，定期和不定期地在课堂中进行讨论，请学生事先准备好，上讲台发表见解。
4.结语
《数字信号处理》是一门非常重要的课程，因此在适应素质教育对电子信息专业人才培养的要求下，笔者结合我校实际情况对该课程进行优化改革。实践证明，随着通信技术、电子技术和计算机技术的飞速发展，实现对《数字信号处理》的教学优化，有利于提高课时效率，有利于拓宽专业知识面，有利于培养和加强自身系统设计能力和实践能力，有利于加强自身素质教育的课程改革。
但是，如何在学习过程中发挥自身的主动性，将更多方案应用于学习， 使学生的学习效果达到最优，还有待进一步探索和实践。采用Matlab仿真软件来优化课堂教学，不仅丰富了教学内容，而且加深了学生对理论的理解；使公式的推导不再枯燥，且算法易于实现；使理论与实际紧密结合，更锻炼了学生的实践能力。
参考文献：
［1］陈嘉.《数字信号处理》的优化设计探讨［J］.信息技术与课程整合.
［2］吴镇扬.数字信号处理［M］.北京:高等教育出版社，2004.
1 数字信号处理涉及的理论
数字信号处理就是用数值计算的方式对信号进行加工的理论和技术，它的英文原名叫digital signal processing，简称DSP。有时人们也将DSP看作是一门应用技术，称为DSP技术与应用。数字信号处理是将信号以数字方式表示并处理的理论和技术。数字信号处理与模拟信号处理是信号处理的子集。
数字信号处理的目的是对真实世界的连续模拟信号进行测量或滤波。因此在进行数字信号处理之前需要将信号从模拟域转换到数字域，这通常通过模数转换器实现。而数字信号处理的输出经常也要变换到模拟域，这是通过数模转换器实现的。
2 数字信号处理的优点
2.1 灵活性
数字信号处理系统（简称数字系统）的性能取决于系统参数，这些参数存储于存储器中，很容易改变，因此系统的行能容易改变，甚至通过参数的改变，系统可以变成各种完全不同的系统。灵活性还表现在数字系统可以分时复用，用一套数字系统分时处理几路信号。数字系统可以实现智能系统的功能。可以根据环境条件、用户需求，自动选择最佳的算法，例如，软件无线电等。软件无线电的基本思想就是：将宽带A/D变换器及D/A变换器尽可能的靠近射频天线，建立一个具有“A/D―DSP―D/A”模型的通用的、开放的硬件平台，在这个硬件平台上尽可能利用软件技术来实现电台的各种功能模块。例如，通过可编程数字滤波器对信号进行分离；使用数字信号处理（DSP）技术，通过软件编程来实现通信频段的选择以及完全传送信息抽样、量化、编码/解码、运算处理和变换等；通过软件编程实现不同的信道调制方式的选择，如调幅、调频、单边带、跳频和扩频等；通过软件编程实现不同的保密结构、网络协议和控制终端功能等。
2.2 高精度和高稳定性
数字系统的特性不易随使用条件的变化而变化，尤其使用了超大规模集成的DSP芯片，使设备简化，进一步提高了系统的稳定性和可靠性。运算位数又由8位提高到16、32位，在计算精度方面，模拟系统是不能和数字系统相比拟的，为此，许多测量仪器为满足高精度的要求只能采取数字系统。
2.3 便与大规模集成
数字部件具有高度的规范性，对电路元件要求不严，容易大规模集成和大规模生产，价格不断降低，这也是DSP芯片和超大规模可编程器件发展迅速的主要原因之一。由于采用了大规模集成电路，数字系统体积小、重量轻、可靠性高。
2.4 可以实现模拟系统无法实现的诸多功能
数字信号可以存储，数字系统可以进行各种复杂的变换和运算。这一点更加使数字信号处理不再仅仅限于对模拟系统的逼近，它可以实现模拟系统无法实现的诸多功能。例如，电视系统中的画中画、多画面以及各种视频特技，包括画面压缩、画面放大、画面坐标旋转、演员特技制作；变音变调的特殊的配音制作；解卷积；图像信号的压缩编码；高级加密解密；数字滤波器严格的线性相位特性，等等。
3 数字信号处理的应用
3.1 数字滤波器
数字滤波器的实用型式很多，大略可分为有限冲激响应型和无限冲激响应型两类，可用硬件和软件两种方式实现。在硬件实现方式中，它由加法器、乘法器等单元所组成，这与电阻器、电感器和电容器所构成的模拟滤波器完全不同。数字信号处理系统很容易用数字集成电路制成，显示出体积小、稳定性高、可程控等优点。数字滤波器也可以用软件实现。软件实现方法是借助于通用数字计算机按滤波器的设计算法编出程序进行数字滤波计算。
3.2 语音信号处理
语音信号处理是信号处理中的重要分支之一。它包括的主要方面有：语音的识别，语言的理解，语音的合成，语音的增强，语音的数据压缩等。各种应用均有其特殊问题。语音识别是将待识别的语音信号的特征参数即时地提取出来，与已知的语音样本进行匹配，从而判定出待识别语音信号的音素属性。关于语音识别方法，有统计模式语音识别，结构和语句模式语音识别，利用这些方法可以得到共振峰频率、音调、嗓音、噪声等重要参数，语音理解是人和计算机用自然语言对话的理论和技术基础。语音合成的主要目的是使计算机能够讲话。为此，首先需要研究清楚在发音时语音特征参数随时间的变化规律，然后利用适当的方法模拟发音的过程，合成为语言。其他有关语言处理问题也各有其特点。语音信号处理是发展智能计算机和智能机器人的基础，是制造声码器的依据。语音信号处理是迅速发展中的一项信号处理技术。
3.3 振动信号处理
机械振动信号的分析与处理技术已应用于汽车、飞机、船只、机械设备、房屋建筑、水坝设计等方面的研究和生产中。振动信号处理的基本原理是在测试体上加一激振力，作为输入信号。在测量点上监测输出信号。输出信号与输入信号之比称为由测试体所构成的系统的传递函数（或称转移函数）。根据得到的传递函数进行所谓模态参数识别，从而计算出系统的模态刚度、模态阻尼等主要参数。这样就建立起系统的数学模型。进而可以做出结构的动态优化设计。这些工作均可利用数字处理器来进行。这种分析和处理方法一般称为模态分析。实质上，它就是信号处理在振动工程中所采用的一种特殊方法。
4 结论
本文通过对数字信号处理的理论、优点、应用的介绍使我们对数字信号处理的基本理论以及数字信号处理的优点以及在生产生活中的应用有了更加深刻的理解。
