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定点DSP与浮点DSP的区别是什么

qiuyu4622020-12-28

最近要用到DSP处理器在选型时遇到了一个问题，该选择定点型的DSP，还是选浮点型的DSP?这两者有什么区别呢?

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luoye963

从宏观上讲，浮点dsp比定点dsp的动态范围大得多。定点运算中，程序员必须时刻关注溢出的发生，为了防止溢出，要么不断进行移位定标，要么做截尾。前者耗费大量时间和空间，后者则带来精度的损失。相反，浮点运算dsp扩大了动态范围，提高了精度，节省了运算时间和存储空间，因为大大减少了定标，移位和溢出检查。
定点的计算不过是把一个数据当作整数来处理，通常AD采样来的都是整数，这个数相对于真实的模拟信号有一个刻度因子，大家都知道用一个16位的AD去采样一个0到5V的信号，那么AD输出的整数除以2^16再乘以5V就是对应的电压。在定点DSP中是直接对这个16位的采样进行处理，并不将它转换成以小数表示的电压，因为定点DSP无法以足够的精度表示一个小数，它只能对整数进行计算。
而浮点DSP的优势在于它可以把这个采样得到的整数转换成小数表示的电压，并不损失精度(这个小数用科学记数法来表示)，原因在于科学记数法可以表示很大的动态范围的一个信号，以IEEE754浮点数为例，
单精度浮点格式： [31] 1位符号 [30-23]8位指数 [22-00]23位小数
这样的能表示的最小的数是+-2^-149,最大的数是+-(2-2^23)*2^127(这里不去研究这个最小最大范围是如何计算出来的)。动态范围为20*log(最大的数/最小的数)=1667.6dB，这样大的动态范围使得我们在编程的时候几乎不必考虑乘法和累加的溢出，而如果使用定点处理器编程，对计算结果进行舍入和移位则是家常便饭，这在一定程度上会损失是精度。原因在于定点处理处理的信号的动态范围有限，比如16位定点DSP，可以表示整数范围为1-65536，其动态范围为20*log(65536/1)=96dB。对于32定点DSP，动态范围为20*log(2^32/1)=192dB，远小于32位ieee浮点数的1667.6dB，但是，实际上192dB对绝大多数应用所处理的信号已经足够了。
由于AD转换器的位数限制，一般输入信号的动态范围都比较小，但在DSP的信号处理中，由于点积运算会使中间节点信号的动态范围增加，所以主要考虑信号处理流程中中间结果的动态范围，以及算法对中间结果的精度要求，来选择相应的DSP。

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2020-12-28

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