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数字技术本身从数字家庭向外扩展

上网日期: 2007年10月12日 ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:digital self? 数字家庭? DSP?

数字信号处理正在经历转变,所以似乎今天的数字家庭也是如此。以前,数字家庭技术一直都是将外部信息带到家里来,现在却变了,归功于数字信号处理器(DSP)多年来的发展,数字家庭技术正在为“digital self(数字自我,也指更具数字的本质特性)”让路,不断丰富家庭内部的内容,并将家庭内部信息向外部世界推广。

互联网、宽带连接技术、无线和有线通信技术、家庭网络、有线或互联网协议(IP)电视以及其他DSP技术目前在大多数家庭中都已成了标准技术。在其共性中,最明显的一点就是,它们的方向都是由外而内的,但正在新兴的数字技术的渗透方向却正好相反,即从家庭始由内而外。这些“digital self”的最重要特征在于,无论用户身处何地,都将有数字技术相伴随。

自TI于25年前推出首款DSP以来,情况发生了许多变化,其中包括这种令人惊奇的技术的许多性能参数也发生了改变。不过,在过去15年间,至少DSP技术的一个方面始终保持不变,即它能以智能的方式将现实的模拟世界信号同步转化为数字实现。现在,“digital self”能将个人的特性通过便携式音乐和视频播放器、无线智能电话和多媒体手持设备、移动游戏机、手持电脑乃至许多其他新型设备的方式加以体现,而且由于DSP的作用,这些设备大多数都能随时随地与互联网互通互连。

继续发展提升

DSP技术不断渗入到当前社会生活的各个领域,考虑到DSP过去多年来的蓬勃发展,这丝毫不足为奇。令人尊敬的老大哥Speak-and-Spell学习辅助工具(“Speak-and-Spell”device)是一款基本的应用,也是DSP肇始的鼻祖,如今DSP已经发展成为具备强大处理功能、超低功耗、超高的成本效益、易于集成以及各种其他优异特性的高性能器件。上述特点使DSP技术不断应用于当前各种最新的先进电子设备和消费类电子应用中。事实上,众多不同类型的系统目前都已经离不开DSP技术了。

过去25年来,各种演进因素推动DSP技术不断发展到当前的地位。举例来说,实时处理性能飞速提升。TI推出首款DSP时,其频率约为10~30MHz的范围。但制造工艺技术领域的进步、CMOS集成与器件封装领域的创新、超低功耗、最新实时数据处理技术以及其他突破性技术都取得了大幅进展,从而推动频率飞速发展。如今最快速的单内核DSP的运行速度都已超过1GHz(1,000MHz)。

DSP技术实时处理速度的飞速发展对电子技术广泛深入社会生活的各个领域、越来越多地影响人们日常生活等方面发挥了巨大的作用。随着20世纪80年代以及20世纪90年代Speak-and-Spell与数字手表等新产品的推出,DSP开始不断催生各种新型消费类电子应用的涌现(参见图1)。举例来说,便携式手机的快速发展就是DSP独特功能集成作用的具体体现,不仅改变了人们交流谈话的方式,而且还改变了人们的生活方式。

图1:DSP的制造工艺的不断演进促进了移动电子设备的发展。
图1:DSP的制造工艺的不断演进促进了移动电子设备的发展。

在处理速度飞速发展的同时,DSP技术不断进步的另一重要因素在于,越来越小型化的制造工艺取得深入进展。首批DSP所采用的工艺技术为几毫米级的工艺,很快,制造工艺就发展到了几微米级的水平。随后,到了上世纪90年代末,业界开始热烈探讨一微米以下级别的工艺,从而实现前所未有的“亚微米”级工艺技术。不过,随着新世纪的到来,DSP工艺技术已经达到毫微米,即纳米的水平。过去几年来,工艺技术不断向微型化发展,从130nm到90nm再到65nm不断进步。如今,45nm工艺技术已经出现,业界正快速向“亚纳米”级工艺技术发展。

DSP工艺技术不断向微型化方向缩小,对DSP的处理能力有着巨大的影响,从而也显著影响着基于DSP的系统的功能。更先进的微型化制造工艺有助于提高规模经济效益,降低产品成本,因为相同数量的原材料能制造出数量更多的芯片。这同时也有助于降低DSP系统的价格,从而相应扩大产品的市场领域。DSP芯片的更先进制造工艺技术还有助于降低功耗,使高级DSP处理功能能够应用到电池电量有限的便携式系统中。如果没有DSP技术的低功耗特性,目前众多流行的移动消费类电子产品根本就不可能出现。此外,更小型的芯片制造工艺和超低功耗特性还有助于促进更高密度集成式电路板的发展。由于散热量进一步降低,可以将芯片集成得更加紧密。例如,基于DSP基础局端通信系统以前在电路板上只能放置一颗DSP,现在则能安装10颗乃至更多的DSP,这能在使设备外形更小巧的同时将性能提高10倍乃至更高。

在DSP处理性能不断提高以及制造工艺技术微型化发展的同时,还出现了另一个影响深远的技术发展趋势,即DSP开发人员开始在DSP芯片上集成创新功能。在早期阶段,DSP基本上就是简单的计算引擎,输入/输出(I/O)功能极少。在上世纪70年代和80年代间,采用DSP芯片的系统都无一例外地配套采用微处理器或微控制器作为系统的主处理器,DSP只负责专门任务,通常是计算强度较大的任务,而主处理器则负责系统管理。在上世纪90年代间,DSP开始与多种处理内核和种类丰富的外设接口实现高度集成。这一趋势在片上系统(SoC)DSP器件开发的同时得以不断继续,开始在同一颗硅芯片上集成RISC和DSP处理内核以及外设接口乃至其他各种类型的功能。

DSP一直在不断集成越来越多的新功能。近年来,DSP通过SoC技术集成了其它多种类型的处理内核,比如可利用单颗芯片支持整个小区网关。

随着高集成度DSP芯片与SoC的开发,电子产品的成本也在不断降低,同时也为更多消费领域不断带来最新的DSP应用。高集成度可在减少芯片数量和缩小系统实施所需电路板面积的同时推动价格的降低。此外,芯片级集成由于减少了需供电的芯片数量,因此也有助于进一步降低功耗,从而促进了移动应用的发展。

过去25年来推动DSP技术发展的诸多因素都与“digital self”的出现息息相关。个人电子设备多种多样且灵活多变,使人们能够通过所拥有的数字化设备自由地进行自我表达。可以在实现设备小型化、降低功耗的同时,提供更高的实时处理能力(参见图1),因此DSP技术为移动系统带来了理想的特性组合,解决了“digital self”充分发展的技术障碍,彻底消除了时间与空间的限制。

数字化的自我表达

每个人都可拥有“digital self”,这不仅仅限于个人所拥有数字设备的总合。“digital self”是指通过数字用户设备、内容和应用加以创造性自我表现的个性部分。事实上,DSP的快速发展进一步丰富了“digital self”的魅力,现在人们数字化展现自我的方式是25年前所根本无法想象的,甚至在10年乃至5年前也是不可思议的。

当然,“digital self”通过DSP技术的支持在数字家庭中得以充分自我展现。高清视频(HD)等家庭创新技术必将继续发展,并成为自我表达的重要部分。事实上,新型的媒体编解码器已经为家庭提供了如电影画面般栩栩如生的视频,而且还减少了网络带宽的占用。支持蓝光DVD电影、HD视频会议、HD视频监控以及其他创造性HD媒体技术的最新多通道HD设备已在不断涌现。

家庭数字环境固然为“digital self”的表达提供了非常好的环境,但任何类型的自我表达决不局限于时间或空间。现在,DSP正在帮助“digital self”挣脱各种束缚,使其冲出数字家庭的范畴,向更广阔的领域发展。

无论媒体格式如何,连接技术都必须不断加速推广,这样才能帮助“digital self”继续繁荣发展。业界已经看到DSP对宽带带宽容量和利用率的影响。在短短20年间,数据调制解调器的速度提升了7千倍,从1985年的每秒数百KB增长到了目前GPON和DOCSIS连接技术的每秒好几MB。局域网(LAN)与蜂窝数据技术在吞吐量方面也实现了大幅攀升。

就像基本性能大幅提高一样,DSP对降低系统成本同样十分重要。规模经济效益、更高的集成度以及其他DSP发展都推动着整体系统成本不断下降,并加速了基础设施连接技术的推广。因此,“digital self”的连接选择已经获得大幅扩展,实现了大范围推广。

以自我为中心的新型应用能够充分利用基于DSP的网络和实时处理功能,而这种应用不断向更高级的个性化和移动性能发展。MySpace和YouTube的成功现象说明,互联网正在发挥越来越大的社会关系网络作用。人们能在网络空间搜索、学习、表达、共享,这将进一步加强社交网络门户在市场中的地位,并针对更加细分的人群和社会团体增强其专业性魅力。

通过个人移动设备表达“digital self”的趋势已经成型(参见图2)。移动媒体播放机具有各种形状大小,支持多种音频、视频、通信及存储功能。此外,基本的单通道、单一格式媒体处理技术不断向能够同时处理多通道音频、视频、网络和其他各种类型媒体的播放器方向发展,其背后发挥作用的正是DSP创新技术。此外,新技术还支持多种媒体格式,如MPEG、JPEG、MP3等。

图2:将DSP与其他类型的处理器核集成到同一SoC芯片中。
图2:将DSP与其他类型的处理器核集成到同一SoC芯片中。

即便用户离开了媒体内容集中存储的位置,“digital self”技术仍能访问歌曲、视频、游戏以及其他创造性娱乐内容。互动式联机视频游戏以前仅限于固定的游戏机和固定的位置,现在则能在支持DSP的移动平台上实现几乎无所不在的游戏功能,通过DSP来完成通信、媒体以及图形处理功能。

返璞归真

由于“digital self”的核心就是自我表达,因而任何技术层出问题、发生延迟或者造成自我表达的复杂化,都会影响创造性的自我表达。显然,命令行界面是不够的,甚至图形化界面也不能保证简便易用性。幸运的是,支持DSP的视频处理和语音识别引擎采用宽带编解码器(编码器/解码器)实现了持续不断的发展,并将很快成为今后高级语音控制层的基础。

HD语音处理功能将超越当前的运营商级音质或标准清晰度音质,为“digital self”提供方便易用的数字内容和应用互动方式。HD语音能方便地捕获到日常交谈的所有含义和微妙语境。基于DSP的语言识别引擎不仅能大幅扩大单词量,而且还能了解说话的背景和感???。

图3:实际上,无论什么地方和什么时间,“digital self”通过DSP主导的应用和设备来展现自我的机会都是无限的。
图3:实际上,无论什么地方和什么时间,“digital self”通过DSP主导的应用和设备来展现自我的机会都是无限的。

可靠性与互操作性对“digital self”与技术的互动也发挥了重要作用。无所不在的监控系统将在所有基础设施和数字环境的端点设备中全面采用DSP技术。网络中各种DSP器件和面向用户的系统所收集的数据将支持智能处理,以找到运算性能不佳的地方,并进行自我修正,从而确保“digital self”技术的可靠性。

基业常青,发展无限

显然,在“digital self”超越数字家庭不断向外围发展方面,DSP技术发挥了重要的作用。从实用角度来讲,DSP技术专家确保技术的发展适应“digital self”表达的要求。DSP不是简单地提供技术,等着人们的生活方式适应于新的应用,而是根据“digital self”的需求不断提供新的功能,逐渐做到无所不在。最终,DSP技术的超丰富功能将帮助“digital self”在帮助人们实现长期向往的那种无所不在的家庭式自由感,而不仅局限于目前概念的家庭这一特定的物理地点。

作者:Pradeep Bardia

全球行销经理

Michael Stich

业务提供策略经理

数字信号处理系统部

TI公司







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