信号处理的本质是信息的变换和提取，是将信息从各种噪声、干扰的环境中提取出来，并变换为一种便于为人或机器所使用的形式。从某种意义上说，信号处理类似于“沙里淘金”的过程：它并不能增加信息量（即不能增加金子的含量），但是可以把信息（即金子）从各种噪声、干扰的环境中（即散落在沙子中）提取出来，变换成可以利用的形式（如金条等）。如果不进行这样的变换，信息虽然存在，但却是无法利用的，这正如散落在沙中的金子无法直接利用一样。
高速实时信号处理是信号处理中的一个特殊分支。它的主要特点是高速处理和实时处理，被广泛应用在工业和军事的关键领域，如对雷达信号的处理、对通信基站信号的处理等。高速实时信号处理技术除了核心的高速DSP技术外，还包括很多外围技术，如ADC、DAC等外围器件技术、系统总线技术等。
DSP的概念
DSP（digitalsignalprocessor），即数字信号处理器，是一种专用于数字信号处理的可编程芯片。它的主要特点是：
①高度的实时性，运行时间可以预测；
②Harvard体系结构，指令和数据总线分开（有别于冯·诺依曼结构）；
③RISC指令集，指令时间可以预测；
④特殊的体系结构，适合于运算密集的应用场合；
⑤内部硬件乘法器，乘法运算时间短、速度快；
⑥高度的集成性，带有多种存储器接口和IO互联接口；
⑦普遍带有DMA通道控制器，保证数据传输和计算处理并行工作；
⑧低功耗，适合嵌入式系统应用。
DSP有多种分类方式。其中按照数据类型分类，DSP被分为定点处理器（如ADI的ADSP218x/9x/BF5xx、TI的TMS320C62/C64）和浮点处理器（如ADI的SHARC/TigerSHARC系统、TI的TMS320C67）。
雷达信号处理系统对DSP的要求很高，通常是使用32bit的高端DSP；而且浮点DSP更能满足雷达信号大动态范围的要求。
DSP和其他处理器的比较
在高性能嵌入系统/实时信号处理领域，占统治地位的处理器是DSP；而诸如MCU（微控制器）、GPP/RISC（通用处理器）、FPGA、ASIC等都在分享这一市场。它们在性能、价格、开发难度、功耗等等方面有着不同的特点，因此各自适合不同的市场领域。表1对它们的特点进行比较。
其中，GPP和MCU和DSP一样都可以通过高层语进行编程；而FPGA则需要硬件描述语言进行开发设计；ASIC则属于功能定制产品。它们和DSP有着很大区别，主要在于GPP多用于通用计算机，内部采用冯·诺依曼结构，只有处理内核没有DMA控制器，没有丰富的IO设备接口，不适合实时处理，而且功率很大，如Intel的CPU的功耗多在20～100W左右，PowerPC的功耗最小也要5～10W，而且DSP可以做到1～2W。而MCU主要用于嵌入式系统的控制，没有计算和处理能力。就信号处理能力而言，DSP最适合信号处理的前端，GPP/RISC处理器比较适合复杂算法或者混合信号处理与数据处理的场合。
DSP的发展和趋势
1982年TI公司推出了世界上第一款成功商用的DSP－TMS320C10。在上世纪90年代，DSP技术有很大的发展，出现了几款典型的DSP，主要有ADI公司的ADSP2106x/ADSP21160和TI公司的TMS320C62x/C67x。ADI的DSP具有出色的浮点处理能力，多用于雷达/声纳等信号处理；独特的多DSP互联能力（总线直接互联和Link口互联），使它们被称为“多DSP系统的实现标准”。而TI公司的DSP则更注重单片的处理能力，在民用高端DSP市场占有很大份额。
进入21世纪，DSP在各方面性能都有了飞跃。ADI公司推出TigerSHARC系列，TS101主频达到300MHz，已经得到大量的应用；2003年推出最新的TS201，主频达到600MHz，处理能力为3.6GFLOPS，是当前处理能力最强的浮点DSP之一。TI公司则推出了C64系列，2004年初已经公布了1GHz的TMS320C6416的技术是少数突破1GHz的DSP之一，定点处理能力达到8000MIPS。TS201和1GHzC64都仍处于工程样品阶段，ADI公司预计在2004年8月正式量产TS201。
DSP的发展趋势是向速度更快、集成度更高的方向发展。DSP将会在其内部集成特殊的运算单元，以适合矩阵运算等运算密集的特殊算法。另外，光DSP（ODSP，OpticalDSP）也将成为一个新的发展热点。ODSP采用光调制矩阵进行光速级的矢量和矩阵的运算。以色列的LENSLET公司公布的ODSP原型机Enlight256，处理能力相当于1GHzC64的1000倍。
当前DSP性能状态和比较
主流DSP的技术性能
PowerPC系列虽然属于MPU，但是由于它的出色处理性能，而且低功耗（相对于Intel的CPU）等特点，使得它非常适合嵌入式的实时信号处理系统中，PowerPC处理器在国际上军用信号处理市场占有大部分市场。但由于PowerPC毕竟属于MPU，在结构上和DSP有些差异，例如它没有内部DMA控制器、IO处理器、存储器外设接口，内核在计算的同时，还需要负责读取数据，使得整个处理时间加长。因此虽然PowerPC系列有着标称值很高的指标，但是对于需要持续实时信号处理的系统并不一定都合适。下面简单给出一个TS101、C64和MPC7410的比较结论：
①TigerSHARC适合于多DSP互联、动态范围大、带宽处理量比较平均的持续实时信号处理系统；
②TMS320C64适合于动态范围不大、对DSP片间互联要求不高的持续实时信号处理系统；
③MPC7410适合于动态范围大、对DSP片间互联要求不高、带宽处理量比较小的事后数据处理系统。
外围技术
基于DSP的高速实时信号处理系统功能框图
外围电路可以分成几类：
①模拟信号数字信号的转换电路，ADC、DAC、DDS等；
②用于数字信号下变频和上变频的DDC、DDU；
③缓冲和存储电路，RAM、FIFO等；
④逻辑控制和协处理器，CPLD和FPGA；
⑤通信接口电路，光纤、LVDS等。
ADC器件技术状态和趋势
ADC器件对处理系统起到关键作用，影响到系统的可实现性和系统的性能。ADC器件由其内部构造不同，可以分成串并行和全并行。前者通过多级串行的逐次比较，可以很好地提供ADC量化精度，但缺点是速率较慢；500MHz以下的ADC多是采用这种类型。后者是将输入模拟信号同时和2N个比较器比较，并行产生量化值，因此也称为FlashADC；这种ADC器件可以实现很高频率的模数转换，但是缺点是精度较低，而且功耗很大。
串并行ADC以ADI公司的AD6645为例，可以实现最大采样率105msps，14bit量化精度。全并行ADC以ATMEL公司的TS83102G0为例，可以实现最大采样率2GSPS，10bit量化精度，采用LVDS接口，功耗只有4.6W。
ADC器件发展的趋势是：
①高输入带宽、高采样速率、高量化精度；
②对外接口电平发展为LVDS等高速电平；
③低功耗、多通道集成、多功能集成。
DAC器件技术状态和趋势
DAC器件在系统中的作用和ADC相反，所以其内部结构和ADC也相反的过程。DAC的指标相对ADC要更高一些，例如ADI公司的AD736可以实现1.2GSPS的转换速率，精度为14bit，对外接口采用DDR方式的LVDS电平；而其功耗却只有0.55W。
当前DAC的发展趋势是：
①高速、高精度、低功耗；
②多功能集成，如增加滤波器；
③接口电平采用高速协议：LVDS、DDR等技术。
RAM、FIFO技术
存储器技术的技术状态是同步技术、双沿和多沿传输技术的广泛应用。
同步静态存储器成为高速、大容量SRAM中的主要力量，例如SBSRAM、ZBTSRAM等同步SRAM，时钟频率可以高达200MHz以上。另外，新型DDRSRAM、甚至QDRSRAM，可以在一个时钟周期内传输2个或者4个数据，这将大大提高SRAM的读写带宽。
而动态RAM中，由于DDR技术的应用，使得存储速率可以达到每线400Mb/s；而且由于新的芯片封装技术和制造工艺的应用，使得单片DRAM的容量越来越大，单片最大1Gbit的DDRSDRAM已经大量应用。
常用的FIFO器件仍然是高速同步FIFO，同步时钟可以达到100MHz以上。出现了DDR接口的FIFO器件，可以达到250MHz以上，大大提高了带宽。
存储器发展的主要趋势是：
①高速、大带宽：采用DDR、QDR等技术，甚至LVDS等接口电平逻辑；
②低功耗、高密度：采用更新的芯片封装和制造工艺，提高单片容量、降低功耗。
CPLD、FPGA技术
CPLD和FPGA一直是数字电路中的重要成员。传统的小规模的CPLD大多实现逻辑控制和逻辑转换的功能；而大规模的FPGA则通常实现更加复杂的算法、信号处理等工作，它们的效率往往要高于DSP很多。
FPGA的技术已经达到了千万门级的水平，而且通常嵌入一些信号处理的功能模块，如DSP模块、存储器模块、Gbit串行收发模块等等；另外FPGA的另一大技术特点是FPGA的IO管脚支持越来越多的电平协议。这些技术的出现使得SOPC的系统设计大大增加。
CPLD和FPGA的重要厂商仍然是Xilinx、Altera和Lattice。它们的典型高端器件如：VirtexII/VirtexIIPro、Stratix/StratixGX、ISPGDX等器件。它们共同的特征是：
①大规模、超大规模的门数设计；
②内嵌大容量SRAM、DSP模块、硬件乘加器等资源；
③具有高速串行通信的硬件模块，如Xilinx的RocketIO可到10Gb/s。
光纤通信
光纤通信是利用光来传输信息的一种传输方式。由于光信号的特点，决定了光纤传输有很多天生的优点：
①容许频带宽，传输容量大；
②单波长光纤传输系统的传输速率一般为2.5Gb/s和10Gb/s，多模为1.0625Gb/s和1.25Gb/s；
③损耗小，中继距离很长且误码率很小，传输距离从几百米到几公里；
④抗电磁干扰性能好；
⑤无串音干扰，保密性好；
⑥光纤线径细、重量轻、柔软；
⑦光纤的原材料资源丰富，用光纤可节约金属材料；
⑧耐腐蚀力强、抗核辐射、能源消耗小。
光纤传输在很早就被用于电信系统的中继传输中，但直到最近几年才被广泛应用在嵌入式系统的数据传输中，例如FibreChannel、光纤以太网等技术。这些光纤传输技术的带宽已经可以到达10Gb/s以上。
基于低压差分电平的串行传输技术
低压差分电平协议是比较流行的一种电平形式，它具有摆幅小、抗干扰强、辐射小等优点，广泛应用于高速数字信号的传输协议中；例如LVDS协议就是满足最流行的传输协议之一，它的共模电压为1.2V，差模电压为350mV，传输速率可以达到上Gb/s。很多第三代互联技术都是以低压差分电平一些为基础，例如RAPIDIO协议、InfiniBand协议等等。
而基于低压差分电平的串行传输协议，更是将铜线传输带宽提高到一个前所未有的水平。采用了时钟打包和时钟恢复技术的串行传输协议，不用再考虑数据线和时钟线之间的skew和Jitter等问题，更容易提高传输速率，而且减少线对数量，降低实现成本。通过对信号的预加重和均衡处理，串行RapidIO协议可以支持3.125Gb/s，而Xilinx公司的RocketIO接口可以实现单线对10Gb/s的串行传输速率。这种技术已经逐步成熟，将会大量应用于板内、底板间、机箱间等大量高速数据传输的场合。
