Digitale Signalprozessoren

Digitale Signalprozessoren werden für die folgenden Verfahren eingesetzt:

**Abbildung 2.75:** Blockschaltbild des Motorola Signalprozessors DSP56001[13]
$\begin{figure} \centering \protect{\includegraphics[width=140mm]{Bilder/math-08-04}} \end{figure}$

Digitale Filter

FIR-Filter (Finite Impulse Response)
IIR-Filter (Infinite Impulse Response)
Korrelatoren
Hilberttransformationen
Adaptive Filter

Signalverarbeitung

Sprachkompression
Mittelung
Energieberechnung

Datenverarbeitung

Verschlüsselung
Verschleierung
Kodierung und Dekodierung

Numerik

Skalar-, Vektor- und Matrixarithmetik
Transzendentale Funktionen (Funktionsgenerator)
Pseudo-Zufallszahlen, deterministisches Rauschen

Modulation

Amplitude
Frequenz
Phase
Modems

Spektralanalyse

FFT Fast Fourier Transform
DFT Diskrete Fourier-Transformation
Sinus/Kosinus-Transformationen

**Abbildung 2.76:** Blockschaltbild des Ablaufs einer Rechenoperation im Motorola Signalprozessor DSP56001[13]
$\begin{figure} \centering \protect{\includegraphics[width=70mm]{Bilder/math-08-05}} \end{figure}$

Anwendung finden die Signalprozessoren unter anderem in den folgenden Geräten:

Telekommunikation

Tongeneratoren
Telefonie (Mehrfrequenz-Wahl)
Lautsprech-Telefonie
ISDN
Rausch-Unterdrückung (Anti-Rauschen)
Adaptive Differential Pulse Code Modulation (ADPCM) En- und Dekoder

Datenkommunikation

Hochgeschwindigkeitsmodems (56k-Modem)
Faxgeräte

Funkkommunikation

Mobiltelefonie
Abhörsichere Funkverbindungen
Radiosender

Computer

Array-Prozessoren
Graphik-Beschleuniger

Bildverarbeitung

Mustererkennung
OCR (Schrifterkennung)
Bildwiederherstellung
Bildkompression
Bildverbesserung
Bilderkennung und -verarbeitung für Roboter

Instrumente

Spektralanalyse
Funktionsgeneratoren
Datenerfassung

Audio-Signalverarbeitung

Digitale AM/FM-Radiosender/Empfänger
Digitale Hi-Fi Vorverstärker
Musiksynthesizer
Equalizer
Virtuelle Dolby-Surround-Prozessoren (mit zwei anstelle von 5 Lautsprechern)

Hochgeschwindigkeitsregelungen

Laserdrucker
Festplatten
Roboter
Motoren

Vibrationsanalyse

Hochleistungselektromotoren
Düsentriebwerke
Turbinen

Medizin

Cat-Scanner
Elektrokardiogramme
NMR
Röntgengeräte mit Minimaldosen

**Abbildung 2.77:** Blockschaltbild der MAC-Einheit des Motorola Signalprozessors DSP56001[13]
$\begin{figure} \centering \protect{\includegraphics[width=0.6\textwidth]{Bilder/math-08-06}} \end{figure}$

Im Gegensatz zu einem klassischen Mikroprozessor hat ein DSP mehrere Daten- und Adressbusse (Abbildung 2.75 Diese Busse erlauben, in einem Taktzyklus mehrere Rechenoperationen gleichzeitig durchzuführen. Der Ablauf, der zum Beispiel in den Datenbüchern von Motorola[13] sehr schön beschrieben ist, ist in Abbildung 2.76 gezeigt. Je zwei Register, X0 und X1, beziehungsweise Y0 und Y1, arbeiten auf einen Multiplizierer. Sie sind mit den jeweiligen datenbussen (X und Y) verbunden. Auf den Multiplizierer folgt der Addierer, so dass in den Ausgangsregistern zum Beispiel in einem Zyklus

steht. Schieberegister und Rundungseinheiten komplettieren die ALU (Arithmetic Logic Unit) Die Multiplikation/Addition wird im Kern von einer MAC-Einheit durchgeführt (Abbildung 2.77). Die datenpfade haben eine unterschiedliche Breite. ein Vergleich mit den Gleichungen für IIR-Filter oder FIR-Filtern (Abschnitt 2.6.2 zeigt, dass die MAC-Einheit in einem Zyklus einen Knoten dieser Filtertypen berechnen kann. Tabelle H.1 zeigt eine Zusammenfassung von Benchmark-Ergebnissen für den DSP 56001 (Taktfrequenz 27 MHz) von Motorola. Ein Vergleich mit Mikroprozessoren wie der Intel-Familie zeigt, dass diese etwa die fünf- bis zehnfache Taktfrequenz brauchen bis sie eine FFT ebenso schnell wie ein DSP berechnen können.