摘 要：数字信号处理的理论和技术越来越受到人们的关注，发展非常迅速，基本上已经形成了自己一套完整的理论体系，随着各种电子技术和计算机技术的飞速发展，数字信号处理的理论和技术还在不断丰富和完善，新的理论核心技术层出不穷。可以说，数字信号处理是发展最快，应用最广泛的、成效最显著的新学科之一，目前已应用在语音、雷达、声呐、地震、图像、通信、控制、生物医学、地质勘探、航空航天、故障检测、自动化仪表等领域。

关键词：数字信号处理；理论基础；优点；应用

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。

参考文献

[1] 高西全，丁玉美.数字信号处理（第三版）.西安电子科技大学出版社.

[2] 程佩青，数字信号处理教程. 清华大学出版社.