互聯(lián)網(wǎng)、寬帶連接技術(shù)、無(wú)線(xiàn)和有線(xiàn)通信技術(shù)、家庭網(wǎng)絡(luò)、有線(xiàn)或互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(IP)電視以及其他DSP技術(shù)目前在大多數(shù)家庭中都已成了標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)。在其共性中,最明顯的一點(diǎn)就是,它們的方向都是由外而內(nèi)的,但正在新興的數(shù)字技術(shù)的滲透方向卻正好相反,即從家庭始由內(nèi)而外。這些“digital self”的最重要特征在于,無(wú)論用戶(hù)身處何地,都將有數(shù)字技術(shù)相伴隨。

自TI于25年前推出首款DSP以來(lái),情況發(fā)生了許多變化,其中包括這種令人驚奇的技術(shù)的許多性能參數(shù)也發(fā)生了改變。不過(guò),在過(guò)去15年間,至少DSP技術(shù)的一個(gè)方面始終保持不變,即它能以智能的方式將現(xiàn)實(shí)的模擬世界信號(hào)同步轉(zhuǎn)化為數(shù)字實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)在,“digital self”能將個(gè)人的特性通過(guò)便攜式音樂(lè)和視頻播放器、無(wú)線(xiàn)智能電話(huà)和多媒體手持設(shè)備、移動(dòng)游戲機(jī)、手持電腦乃至許多其他新型設(shè)備的方式加以體現(xiàn),而且由于DSP的作用,這些設(shè)備大多數(shù)都能隨時(shí)隨地與互聯(lián)網(wǎng)互通互連。

繼續(xù)發(fā)展提升

DSP技術(shù)不斷滲入到當(dāng)前社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域,考慮到DSP過(guò)去多年來(lái)的蓬勃發(fā)展,這絲毫不足為奇。令人尊敬的老大哥Speak-and-Spell學(xué)習(xí)輔助工具(“Speak-and-Spell”device)是一款基本的應(yīng)用,也是DSP肇始的鼻祖,如今DSP已經(jīng)發(fā)展成為具備強(qiáng)大處理功能、超低功耗、超高的成本效益、易于集成以及各種其他優(yōu)異特性的高性能器件。上述特點(diǎn)使DSP技術(shù)不斷應(yīng)用于當(dāng)前各種最新的先進(jìn)電子設(shè)備和消費(fèi)類(lèi)電子應(yīng)用中。事實(shí)上,眾多不同類(lèi)型的系統(tǒng)目前都已經(jīng)離不開(kāi)DSP技術(shù)了。

過(guò)去25年來(lái),各種演進(jìn)因素推動(dòng)DSP技術(shù)不斷發(fā)展到當(dāng)前的地位。舉例來(lái)說(shuō),實(shí)時(shí)處理性能飛速提升。TI推出首款DSP時(shí),其頻率約為10～30MHz的范圍。但制造工藝技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)步、CMOS集成與器件封裝領(lǐng)域的創(chuàng)新、超低功耗、最新實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理技術(shù)以及其他突破性技術(shù)都取得了大幅進(jìn)展,從而推動(dòng)頻率飛速發(fā)展。如今最快速的單內(nèi)核DSP的運(yùn)行速度都已超過(guò)1GHz(1,000MHz)。

DSP技術(shù)實(shí)時(shí)處理速度的飛速發(fā)展對(duì)電子技術(shù)廣泛深入社會(huì)生活的各個(gè)領(lǐng)域、越來(lái)越多地影響人們?nèi)粘Ｉ畹确矫姘l(fā)揮了巨大的作用。隨著20世紀(jì)80年代以及20世紀(jì)90年代Speak-and-Spell與數(shù)字手表等新產(chǎn)品的推出,DSP開(kāi)始不斷催生各種新型消費(fèi)類(lèi)電子應(yīng)用的涌現(xiàn)(參見(jiàn)圖1)。舉例來(lái)說(shuō),便攜式手機(jī)的快速發(fā)展就是DSP獨(dú)特功能集成作用的具體體現(xiàn),不僅改變了人們交流談話(huà)的方式,而且還改變了人們的生活方式。

圖1:DSP的制造工藝的不斷演進(jìn)促進(jìn)了移動(dòng)電子設(shè)備的發(fā)展。      

在處理速度飛速發(fā)展的同時(shí),DSP技術(shù)不斷進(jìn)步的另一重要因素在于,越來(lái)越小型化的制造工藝取得深入進(jìn)展。首批DSP所采用的工藝技術(shù)為幾毫米級(jí)的工藝,很快,制造工藝就發(fā)展到了幾微米級(jí)的水平。隨后,到了上世紀(jì)90年代末,業(yè)界開(kāi)始熱烈探討一微米以下級(jí)別的工藝,從而實(shí)現(xiàn)前所未有的“亞微米”級(jí)工藝技術(shù)。不過(guò),隨著新世紀(jì)的到來(lái),DSP工藝技術(shù)已經(jīng)達(dá)到毫微米,即納米的水平。過(guò)去幾年來(lái),工藝技術(shù)不斷向微型化發(fā)展,從130nm到90nm再到65nm不斷進(jìn)步。如今,45nm工藝技術(shù)已經(jīng)出現(xiàn),業(yè)界正快速向“亞納米”級(jí)工藝技術(shù)發(fā)展。

DSP工藝技術(shù)不斷向微型化方向縮小,對(duì)DSP的處理能力有著巨大的影響,從而也顯著影響著基于DSP的系統(tǒng)的功能。更先進(jìn)的微型化制造工藝有助于提高規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益,降低產(chǎn)品成本,因?yàn)橄嗤瑪?shù)量的原材料能制造出數(shù)量更多的芯片。這同時(shí)也有助于降低DSP系統(tǒng)的價(jià)格,從而相應(yīng)擴(kuò)大產(chǎn)品的市場(chǎng)領(lǐng)域。DSP芯片的更先進(jìn)制造工藝技術(shù)還有助于降低功耗,使高級(jí)DSP處理功能能夠應(yīng)用到電池電量有限的便攜式系統(tǒng)中。如果沒(méi)有DSP技術(shù)的低功耗特性,目前眾多流行的移動(dòng)消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品根本就不可能出現(xiàn)。此外,更小型的芯片制造工藝和超低功耗特性還有助于促進(jìn)更高密度集成式電路板的發(fā)展。由于散熱量進(jìn)一步降低,可以將芯片集成得更加緊密。例如,基于DSP基礎(chǔ)局端通信系統(tǒng)以前在電路板上只能放置一顆DSP,現(xiàn)在則能安裝10顆乃至更多的DSP,這能在使設(shè)備外形更小巧的同時(shí)將性能提高10倍乃至更高。

在DSP處理性能不斷提高以及制造工藝技術(shù)微型化發(fā)展的同時(shí),還出現(xiàn)了另一個(gè)影響深遠(yuǎn)的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì),即DSP開(kāi)發(fā)人員開(kāi)始在DSP芯片上集成創(chuàng)新功能。在早期階段,DSP基本上就是簡(jiǎn)單的計(jì)算引擎,輸入/輸出(I/O)功能極少。在上世紀(jì)70年代和80年代間,采用DSP芯片的系統(tǒng)都無(wú)一例外地配套采用微處理器或微控制器作為系統(tǒng)的主處理器,DSP只負(fù)責(zé)專(zhuān)門(mén)任務(wù),通常是計(jì)算強(qiáng)度較大的任務(wù),而主處理器則負(fù)責(zé)系統(tǒng)管理。在上世紀(jì)90年代間,DSP開(kāi)始與多種處理內(nèi)核和種類(lèi)豐富的外設(shè)接口實(shí)現(xiàn)高度集成。這一趨勢(shì)在片上系統(tǒng)(SoC)DSP器件開(kāi)發(fā)的同時(shí)得以不斷繼續(xù),開(kāi)始在同一顆硅芯片上集成RISC和DSP處理內(nèi)核以及外設(shè)接口乃至其他各種類(lèi)型的功能。

DSP一直在不斷集成越來(lái)越多的新功能。近年來(lái),DSP通過(guò)SoC技術(shù)集成了其它多種類(lèi)型的處理內(nèi)核,比如可利用單顆芯片支持整個(gè)小區(qū)網(wǎng)關(guān)。

隨著高集成度DSP芯片與SoC的開(kāi)發(fā),電子產(chǎn)品的成本也在不斷降低,同時(shí)也為更多消費(fèi)領(lǐng)域不斷帶來(lái)最新的DSP應(yīng)用。高集成度可在減少芯片數(shù)量和縮小系統(tǒng)實(shí)施所需電路板面積的同時(shí)推動(dòng)價(jià)格的降低。此外,芯片級(jí)集成由于減少了需供電的芯片數(shù)量,因此也有助于進(jìn)一步降低功耗,從而促進(jìn)了移動(dòng)應(yīng)用的發(fā)展。

過(guò)去25年來(lái)推動(dòng)DSP技術(shù)發(fā)展的諸多因素都與“digital self”的出現(xiàn)息息相關(guān)。個(gè)人電子設(shè)備多種多樣且靈活多變,使人們能夠通過(guò)所擁有的數(shù)字化設(shè)備自由地進(jìn)行自我表達(dá)。可以在實(shí)現(xiàn)設(shè)備小型化、降低功耗的同時(shí),提供更高的實(shí)時(shí)處理能力(參見(jiàn)圖1),因此DSP技術(shù)為移動(dòng)系統(tǒng)帶來(lái)了理想的特性組合,解決了“digital self”充分發(fā)展的技術(shù)障礙,徹底消除了時(shí)間與空間的限制。

數(shù)字化的自我表達(dá)

每個(gè)人都可擁有“digital self”,這不僅僅限于個(gè)人所擁有數(shù)字設(shè)備的總合。“digital self”是指通過(guò)數(shù)字用戶(hù)設(shè)備、內(nèi)容和應(yīng)用加以創(chuàng)造性自我表現(xiàn)的個(gè)性部分。事實(shí)上,DSP的快速發(fā)展進(jìn)一步豐富了“digital self”的魅力,現(xiàn)在人們數(shù)字化展現(xiàn)自我的方式是25年前所根本無(wú)法想象的,甚至在10年乃至5年前也是不可思議的。

當(dāng)然,“digital self”通過(guò)DSP技術(shù)的支持在數(shù)字家庭中得以充分自我展現(xiàn)。高清視頻(HD)等家庭創(chuàng)新技術(shù)必將繼續(xù)發(fā)展,并成為自我表達(dá)的重要部分。事實(shí)上,新型的媒體編解碼器已經(jīng)為家庭提供了如電影畫(huà)面般栩栩如生的視頻,而且還減少了網(wǎng)絡(luò)帶寬的占用。支持藍(lán)光DVD電影、HD視頻會(huì)議、HD視頻監(jiān)控以及其他創(chuàng)造性HD媒體技術(shù)的最新多通道HD設(shè)備已在不斷涌現(xiàn)。

家庭數(shù)字環(huán)境固然為“digital self”的表達(dá)提供了非常好的環(huán)境,但任何類(lèi)型的自我表達(dá)決不局限于時(shí)間或空間。現(xiàn)在,DSP正在幫助“digital self”掙脫各種束縛,使其沖出數(shù)字家庭的范疇,向更廣闊的領(lǐng)域發(fā)展。

無(wú)論媒體格式如何,連接技術(shù)都必須不斷加速推廣,這樣才能幫助“digital self”繼續(xù)繁榮發(fā)展。業(yè)界已經(jīng)看到DSP對(duì)寬帶帶寬容量和利用率的影響。在短短20年間,數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器的速度提升了7千倍,從1985年的每秒數(shù)百KB增長(zhǎng)到了目前GPON和DOCSIS連接技術(shù)的每秒好幾MB。局域網(wǎng)(LAN)與蜂窩數(shù)據(jù)技術(shù)在吞吐量方面也實(shí)現(xiàn)了大幅攀升。

就像基本性能大幅提高一樣,DSP對(duì)降低系統(tǒng)成本同樣十分重要。規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益、更高的集成度以及其他DSP發(fā)展都推動(dòng)著整體系統(tǒng)成本不斷下降,并加速了基礎(chǔ)設(shè)施連接技術(shù)的推廣。因此,“digital self”的連接選擇已經(jīng)獲得大幅擴(kuò)展,實(shí)現(xiàn)了大范圍推廣。

以自我為中心的新型應(yīng)用能夠充分利用基于DSP的網(wǎng)絡(luò)和實(shí)時(shí)處理功能,而這種應(yīng)用不斷向更高級(jí)的個(gè)性化和移動(dòng)性能發(fā)展。MySpace和YouTube的成功現(xiàn)象說(shuō)明,互聯(lián)網(wǎng)正在發(fā)揮越來(lái)越大的社會(huì)關(guān)系網(wǎng)絡(luò)作用。人們能在網(wǎng)絡(luò)空間搜索、學(xué)習(xí)、表達(dá)、共享,這將進(jìn)一步加強(qiáng)社交網(wǎng)絡(luò)門(mén)戶(hù)在市場(chǎng)中的地位,并針對(duì)更加細(xì)分的人群和社會(huì)團(tuán)體增強(qiáng)其專(zhuān)業(yè)性魅力。

通過(guò)個(gè)人移動(dòng)設(shè)備表達(dá)“digital self”的趨勢(shì)已經(jīng)成型(參見(jiàn)圖2)。移動(dòng)媒體播放機(jī)具有各種形狀大小,支持多種音頻、視頻、通信及存儲(chǔ)功能。此外,基本的單通道、單一格式媒體處理技術(shù)不斷向能夠同時(shí)處理多通道音頻、視頻、網(wǎng)絡(luò)和其他各種類(lèi)型媒體的播放器方向發(fā)展,其背后發(fā)揮作用的正是DSP創(chuàng)新技術(shù)。此外,新技術(shù)還支持多種媒體格式,如MPEG、JPEG、MP3等。

圖2:將DSP與其他類(lèi)型的處理器核集成到同一SoC芯片中。    

即便用戶(hù)離開(kāi)了媒體內(nèi)容集中存儲(chǔ)的位置,“digital self”技術(shù)仍能訪(fǎng)問(wèn)歌曲、視頻、游戲以及其他創(chuàng)造性?shī)蕵?lè)內(nèi)容。互動(dòng)式聯(lián)機(jī)視頻游戲以前僅限于固定的游戲機(jī)和固定的位置,現(xiàn)在則能在支持DSP的移動(dòng)平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)幾乎無(wú)所不在的游戲功能,通過(guò)DSP來(lái)完成通信、媒體以及圖形處理功能。

返璞歸真

由于“digital self”的核心就是自我表達(dá),因而任何技術(shù)層出問(wèn)題、發(fā)生延遲或者造成自我表達(dá)的復(fù)雜化,都會(huì)影響創(chuàng)造性的自我表達(dá)。顯然,命令行界面是不夠的,甚至圖形化界面也不能保證簡(jiǎn)便易用性。幸運(yùn)的是,支持DSP的視頻處理和語(yǔ)音識(shí)別引擎采用寬帶編解碼器(編碼器/解碼器)實(shí)現(xiàn)了持續(xù)不斷的發(fā)展,并將很快成為今后高級(jí)語(yǔ)音控制層的基礎(chǔ)。

HD語(yǔ)音處理功能將超越當(dāng)前的運(yùn)營(yíng)商級(jí)音質(zhì)或標(biāo)準(zhǔn)清晰度音質(zhì),為“digital self”提供方便易用的數(shù)字內(nèi)容和應(yīng)用互動(dòng)方式。HD語(yǔ)音能方便地捕獲到日常交談的所有含義和微妙語(yǔ)境。基于DSP的語(yǔ)言識(shí)別引擎不僅能大幅擴(kuò)大單詞量,而且還能了解說(shuō)話(huà)的背景和感情色彩。

圖3:實(shí)際上,無(wú)論什么地方和什么時(shí)間,“digital self”通過(guò)DSP主導(dǎo)的應(yīng)用和設(shè)備來(lái)展現(xiàn)自我的機(jī)會(huì)都是無(wú)限的。    

可靠性與互操作性對(duì)“digital self”與技術(shù)的互動(dòng)也發(fā)揮了重要作用。無(wú)所不在的監(jiān)控系統(tǒng)將在所有基礎(chǔ)設(shè)施和數(shù)字環(huán)境的端點(diǎn)設(shè)備中全面采用DSP技術(shù)。網(wǎng)絡(luò)中各種DSP器件和面向用戶(hù)的系統(tǒng)所收集的數(shù)據(jù)將支持智能處理,以找到運(yùn)算性能不佳的地方,并進(jìn)行自我修正,從而確保“digital self”技術(shù)的可靠性。

基業(yè)常青,發(fā)展無(wú)限

顯然,在“digital self”超越數(shù)字家庭不斷向外圍發(fā)展方面,DSP技術(shù)發(fā)揮了重要的作用。從實(shí)用角度來(lái)講,DSP技術(shù)專(zhuān)家確保技術(shù)的發(fā)展適應(yīng)“digital self”表達(dá)的要求。DSP不是簡(jiǎn)單地提供技術(shù),等著人們的生活方式適應(yīng)于新的應(yīng)用,而是根據(jù)“digital self”的需求不斷提供新的功能,逐漸做到無(wú)所不在。最終,DSP技術(shù)的超豐富功能將幫助“digital self”在幫助人們實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期向往的那種無(wú)所不在的家庭式自由感,而不僅局限于目前概念的家庭這一特定的物理地點(diǎn)。

作者:Pradeep Bardia

全球行銷(xiāo)經(jīng)理

Michael Stich

業(yè)務(wù)提供策略經(jīng)理

數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)部

TI公司