原创 【转载】数字信号处理的过去、现在和未来

对于非专业的人士来说，接触数字化信息处理的概念，大多来自消费电子领域，这就是数字音响、数字广播、数字电视、数字移动电话、数字通讯网以及CD、VCD、DVD、微机等众多产品，但是信息领域的数字化革命实际上早已开始。<?xml:namespace prefix = o ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:office" />

根据粗略的估计，人类获得信息的主要来源是听觉（约占5%）与视觉（约占90%），其他还有味觉、触觉及嗅觉等。在六十年代初期之前，对信息的处理方式主要限于模拟方式，它的特点是这种信号在时间上是不分间隔的、在幅度上不分层。

由于受硬件条件的限制，信号的数字化处理真正开始于六十年代初。但是奠定这一理论基础的却是1948年美国著名信息论专家香农的一篇论文“通讯的数学理论”，他第一次提出数字化信息的基本单位：比特（尼葛洛庞帝把比特比做信息领域的DNA），并由此出发提出了一系列近代信息论基本思想。

从六十年代开始，由于计算机技术的迅猛发展，特别是七十年代以来微电子技术的惊人进步，使得信号的数字化处理以前所未有的速度向前推进。

数字信号处理的理论与技术已日趋成熟，数字信号处理的应用领域几乎涵盖了国民经济和国防建设的所有领域，包括雷达、航天、声纳、通讯、海洋高技术、微电子、计算机、人工智能、消费电子等。

信号的数字化处理包括两个步骤，一个是信号在时间上的离散化，即采样；另一个是幅度上的离散化，即分层。数字化之后的信号，将全部变为0、1序列，这就使得信息的采集、存贮、传输、复制、加工异常方便。所以信号的数字化处理推动了各应用领域的发展，并成为这些领域的最重要的技术支撑。反过来，各应用部门对数字信号处理的新要求又促使信号处理理论与技术的发展，包括分层的压扩技术，采样和抽取技术，数字滤波理论，快速富利叶变换（FFT）、数字图像处理、模式识别、专家系统、宽带通讯网络、多媒体技术等等。

数字信号处理技术的这种高速发展和对其他领域的广泛渗透无疑得益于70年代以来微电子技术的发展。

1971年英特尔公司推出了第一个微处理芯片4001，其功能大体上和世界上第一台电子计算机ENIAC相当。此后，微处理芯片的发展就异常迅速，它基本上遵从所谓的摩尔定律，这就是微处理芯片每隔18个月性能提高一倍、价格降低到原来的1/2，摩尔博士是英特尔公司的创始人之一，他在1973年提出了这一观察结果。但是据他自己说，早在1964年他还在仙童公司工作时就已注意到这一事实了。

1997年摩尔又在美国IEEE杂志上重新公布了他的手稿，对自己这一定律深信不疑。我们现在还很难预言，这一定律能够有效的时间究竟有多长，因为已经有科学家认为，从固体物理学的基本理论来看，芯片的线宽是有限制的，从而微处理芯片的性能提高就受到限制。

无论如何，微电子技术的惊人发展速度已经产生了难以预料的结果。1946年，当冯?诺伊曼等计算机专家研制成功第一台电子计算机ENIAC时，其总重量为30吨，占地面积相当于一个小的体育馆，平均每7分钟就有一个电子管失效。它的耗电量惊人，在它工作时，整个费城就灯光暗淡。而1977年生产的微处理器体积仅是ENIAC的1/30000，成本是它的1/10000，速度是它的20倍。

英国科学家福莱斯特，在总结了微电子技术的这种惊人发展速度之后，在他所著的《高技术社会》中发出了感叹，他说，“如果汽车或飞机行业也像计算机行业这样发展，那么今天一辆罗尔罗伊斯汽车的成本将只有2.75美元，跑300万英里仅用<?xml:namespace prefix = st1 ns = "urn:schemas-microsoft-com:office:smarttags" />一加仑汽油。而一架波音767飞机的价格只需500美元，用5加仑汽油在20分钟内便可环绕地球一周。”

数字信号处理技术的这种进步，是我们每一个人在日常生活中都可以感觉得到的，同时它还对世界上某些局部地区正在进行的战争产生了深远的影响。它使得原来意义上的“前方”与“后方”的概念发生了变化，使“信息战”的概念起到了主导作用。全球范围内的通讯系统可以使美国五角大楼直接指挥某一局部战役的行动，甚至是精确制导的巡航导弹的打击目标。数字化浪潮正在席卷全球，数字化信息处理技术正在使人类生活质量提到空前高的水平。

我国从事数字信号处理理论与应用研究的科技人员已在这一空前活跃的领域做出了令人瞩目的成绩。其中特别突出的例子是“曙光1000”并行计算机，合成孔径雷达，数字式声呐，“04”程控交换机等等。

据估计1998年全球信息产业的总产值为14700亿美元，到2000年时有望达到3万亿美元，这么庞大的市场，对我国从事科研、生产的人来说，极具挑战性.我们只有进行不断的创新才有可能在全球信息市场中占有一席之地。