DSP 25年：如何改變數位生活?
方進 2007/08/14 09:33 科技的進步早已讓我們的感官超越自然界中聲音及影像傳播的各種限制。在短短25年間，那一片隱藏在手機、相機和MP3等各式電子裝置中的小小晶片─數位訊 號處理器(DSP)，已經徹底改變了我們在社交、工作、學習以及娛樂等生活層面的行為模式。DSP所掀起的數位產品革命，更讓以往只可能存在於想像中的數 位生活藍圖成為現實，帶來無限可能。
今年是DSP誕生的25週年，也代表人類數位化生活歷經了四分之一個世紀，儘管這段歷史只是人類漫長發展史上的一個小片段，但卻為全球帶來了前所未有的變 化。人類的思考模式也因此大幅改變，時間的概念從分秒細微到毫秒、微秒；距離的概念則從數萬公里放大到億萬光年；「數位化」也不再只是遙不可及、專屬尖端 科技的名詞。隨著科技的進步與發展，隨時隨地溝通與娛樂的需求已逐漸被喚起，因此各種訊號處理技術的重要性也被突顯，DSP已成為目前以及未來所有電子創 新應用產品的核心驅動力。
在回顧和展望DSP技術的過往與未來之前，我們先來談談什麼是DSP技術。DSP (Digital Signal Processor)數位訊號處理晶片是一種快速、功能強大的微處理器，可將現實世界的聲音、影像、圖像轉換成數位世界的「0」和「1」，這些數位訊號經 過處理、修改和強化，再經過類比晶片的轉換，即可再次轉化為人們可以感受到真實世界的各種訊號。
我們依靠視覺、聽覺、觸覺、嗅覺等感官功能感受並和周遭環境產生互動，而自然界還有光、聲音、溫度、壓力等現象，這一切都屬於類比訊號。隨著電子技術的進 步，各種數位產品也帶來嶄新的數位生活。電子產品所處理的是屬數位訊號，而我們能感覺到的則為類比訊號，因此消費者在使用電子產品的過程中，必然會產生一 個個完整的訊號鏈，也就是這些電子產品必須來來回回地進行數位與類比訊號之間的轉換。任何一個訊號鏈系統，都會先獲取來自類比世界的訊號，然後將類比訊號 轉化為數位訊號，經過DSP處理後，再還原為類比訊號（見下圖）。
訊號鏈中的DSP
可發聲拼寫工具 (Speak & Spell) 開啟DSP應用大門
70 年代，德州儀器（TI）位於休斯頓辦公室的工程師開始反覆討論DSP晶片的應用。1976 年在一場腦力激盪會議後，一群具有創意且充滿熱情的工程師提出了一套有趣的想法─開發一種可發聲的拼寫教育產品。當時小組成員的任務包括積體電路設計、 IC 設計、可編程 DSP理論等。皇天不負苦心人，在團隊合作下，享有盛名的 Speak & Spell 技術終於誕生。Speak & Spell 是美國歷史上著名的拼寫玩具，而這個產品的成功也預告了DSP 技術的發展潛力。半導體業界因此相信，既然能夠用 DSP 做玩具，那麼DSP勢必也能應用於其他領域﹗
推出第一顆商用DSP晶片後，又以五年的時間來傳播DSP的技術種子，進而成功利用DSP 技術推動全球科技的爆炸性發展及應用。此後，許多能將聲音、圖像等現實世界中的類比訊號轉換為電子設備能解讀或傳輸的數位訊號技術相繼出現，逐步產生了許 多突破性的發展。截至目前為止，DSP晶片已廣泛應用於手機、寬頻網路、硬碟驅動器與三維圖像等多重應用。自 1982 年以來，業界已經銷售了 100 億顆 DSP，應用於包括手機、MP3、數位相機與電腦等各種電子產品中。
未來願景
汽車能自動駕駛和停車？生物科技能製造出以假亂真的四肢和眼睛？安全系統能自動發現入侵者並立即報警？手錶能監控脈搏與血壓，並在心臟病發作前即時發出警報？
聽起來不可思議嗎？其實這些如同科幻電影般的情節正逐漸實現，這一切都要歸功於高效能的 DSP晶片。現在的重點已不在於技術發展的程度，而是往後技術的走向。我們關注未來DSP能做些什麼，能帶來什麼樣的生活。新型 DSP 應用正在發效，不過許多令人振奮的應用其實早已出現在眼前。
自動駕駛不是夢
上班尖峰時間，愛車能透過自動駕駛技術檢測並巧妙避開擁塞路段。不僅不需擔心路況，還能減輕駕駛負擔，甚至在行車時間，即使身為駕駛人也可透過手機的家庭 劇院功能觀看最熱門的好萊塢電影，或是一邊觀看NBA總決賽，一邊完成「聯合公園」巡迴演唱會的訂票。愛車會直駛至辦公室，完成自動停車。這豈不是駕駛人 夢寐以求的貼心服務。
汽車自動駕駛可分為四個實踐階段︰
第一階段，汽車視訊系統可幫助駕駛人監看視線死角
第二階段，汽車視訊系統可提供駕駛建議。舉例來說，如果駕駛人要變換車道但相鄰車道正值有車疾行，系統則可透過方向盤震動的方式來提醒潛在的危險。
第三階段，汽車視訊系統可給予行車意見。當然駕駛人仍可以選擇是否接受系統的操作。
最終目標，就是無人駕車﹗
目前離最終目標還有 10 到 15 年的努力，不過這個目標在技術上一定能予以實現。唯一的障礙在於人們是否能放棄駕駛的樂趣，接受改變。即便如此，在人們能完全接受無人駕駛前，自動駕駛技術就能完成(待續)。
註： DSP技術簡介
數位訊號處理器 (Digital Signal Processor，DSP) 是一種效能強大的處理器，主要特點在於能夠即時處理訊號，因此適用於無法容忍任何時間延誤的產品。目前DSP已經被廣泛應用在行動電話、消費性電子產品 (數位相機、數位相框、各種多媒體播放器)、電腦與周邊、無線基地台、數據機、工業控制、汽車電子、測量，以及數位視訊等各種應用。在一般大眾日常生活中 扮演日漸重要的角色。
作者為德州儀器首席科學家。
http://taiwan.cnet.com/enterprise/technology/0,2000062852,20121693,00.htm
DSP 25年：未來應用領域
方進 2007/08/15
除了娛樂、教學用途，DSP還可用於醫療照護及數位監控等領域。
人性化的醫療檢測系統
近幾年來，隨著高齡化社會的趨勢，人們益發關切健康議題，DSP也廣泛應用到醫療保健領域，以前所未有的氣勢推動各種醫療設備的創新發展。例如，開發出採 用可透過腦電波控制的人造義肢。美國加州研究人員還透過精密的視網膜變性技術植入人工眼球，幫助失明患者重見光明。雖然目前該領域尚處於實驗階段，但同時 也預告DSP 將對人造器官有著相當顯著的貢獻。
此外，DSP 的強大處理能力和輕巧體積，使原本龐大的超音波設備能大幅縮減至筆記型電腦般的大小，並能提供接近攝影畫素的影像。目前開發商正在開發PDA大小的超音波設備，未來在家也能方便使用這些儀器。另外，可攜帶式電擊器也會在不久的將來走進一般家庭。
今 後，超低功耗 DSP 將提供「智慧型藥片」等可吞服的設備，他們可以感應人體訊號，採取適當治療措施，如此不僅可以發揮藥物治療的作用，還能提供電擊等急救措施，並透過超低耗 能無線射頻識別系統 (RFID)向醫生提交報告。此外，採用 DSP 技術的醫療產品將不斷提升可移動性，未來病患可以足不出戶，在家中接受治療。
數位監控與辨識讓意外無所遁形
安全是DSP的另一個重要應用領域。具有分析能力的智慧型攝影裝置將是驅動下一代保全與汽車應用發展的關鍵因素。雖然目前早已發展出簡單的錄影功能，但唯有當錄影功能可支援智慧分析時，保全應用才有實際意義。
TI的視訊DSP平台技術DaVinci。
低成本視訊監控設備能夠配合 DSP 持續向保全公司發送訊息，這個技術將在家庭和辦公室中逐漸普及；而監控設備最終將發展成智慧型的監控識別系統，無論是當家中或辦公室遭陌生人侵入，系統都能自動辨認，並即時向相關部門發出警報。
目前，保全人員必須同時監看控制室裡的多台監控器，並注意不同地點的情況。視訊系統的下一步將透過適當系統來監控異常活動，要是出現異常狀況，就會自動發出警訊。
未來，透過統一的監控系統即可進行監控，並能在發現、辨識侵入者後發出警報，協助保全人員在第一時間通知警察。最後一步，系統甚至能夠在一發現異常的狀況下，直接報警處理。
不難發現，DSP技術的發展為保全帶來了突破性的進展。如果有人在火車上或其他公共場遺留下可疑物品，那麼系統就能即時向執法人員發出警報；若是有孩童不 慎落水，系統也能立刻提醒，避免悲劇發生。目前已有廠商開始協助全球客戶開發這類系統，預計將在今後的 5 至 10 年間廣泛應用，而那些先前僅用於醫療檢查的內視鏡技術，也將會應用在飛機引擎檢查和其它關鍵工業設備上，以避免金屬疲勞和瑕疵；此外，DSP 技術還能壓縮和儲存影像。
科技為生活帶來的轉變已經是毋庸置疑的事實了，只是DSP技術改變生活的速度之快，著實令人咋舌。隨著視訊會議技術的發展和遠距教學的蓄勢待發，未來距離 將不再是問題，娛樂選擇也更為繽紛多元，個人化需求也將得到最大的滿足。許多由 DSP 延伸研發出來的全新產品正在許多領域中不斷推陳出新，而這些創新的實現主要來自DSP晶片、相關軟體以及整個產業的支持，當然還有研發人員永不停歇的創新 泉源。
作者為德州儀器首席科學家。
