了解帧结构：重要的通信基础知识

帧用于描述一组连续的采样值。另一些文献也用“块”或者“包”的说法来代替“帧”，但它们本质上代表的是同一问题。为了应用基于帧结构的数字信号处理算法，我们必须集中N个采样点值，并且确定出帧的起始点位置。图6.1所示是一个基于采样处理和基于帧结构处理的比较关系图。

一帧由多少个采样点组成？帧的长度对应的采样点数通常是2的幂（如N=2ⁿ），没有必须使用的特殊数据。帧长度的选择基于几个因素考虑，如使用的DSP算法结构、ADC的转换速度和效率、数据传输需要的最大存储器开销、其他硬件的限制及DSP系统的性能。最终的因素决定于依靠DSP需要获得什么样的结果这个事实，一个新的“更新”结果不能够在开始对一帧完整数据采样之前获得。

例如，假设我们用信号的FFT算法以绘图的方式表示信号的频谱。FFT算法要求在某个时刻一帧数据全部是有效的。如果我们假定采样频率F_S=48kHz（即T_S=（1/48×10³）μs=20.83μs），并且帧长度是2048个采样点，频谱显示的更新速度不能快于2048×20.83μs=42.66ms，频谱显示的更新速率是23.44次/s。在美国，标准的电视视频更新速率是30帧/s^[18]，剧场中电影的视频更新速率是24帧/s。所以说，上述这样的结果还是令人满意的。注意，这意味着在这个例子中我们现在有42.66ms或者超过960万个C6716的时钟周期来处理这些数据！如果我们把帧长度增加一倍，处理这些数据的时间将变为原来的两倍，频谱显示的速率变为原来的1/2，这种情况用户是难以接受的。因此，随着帧长度的增长，我们需要花更多的时间对这些数据进行处理，除此以外系统输出的反应时间变得更慢了。帧长度在许多工程设计中需要折中处理。如果系统的输出数据帧被发送到DAC，这些数据将会依据顺序采样转换成模拟信号输出，假定采样频率为F_S。对于一个严格意义上的处理过程来说，下一帧要输出的数据必须在当前帧最后一个数据转换完成前准备好。例如我们进行音频处理，那么要确保听众听起来效果没有“间断”而且输出听起来与基于采样的处理相比较没有区别。当然有一个时间延迟，或者说反应时间，等于这个帧的周期，但是听众听起来是毫无察觉的。

许多实时数字信号处理，比如CD播放机、电话系统（包括有线和无线）、网络通信、数字电视（比如HDTV）使用的是基于帧处理技术。比如，CD播放机使用的一帧数据由6个采样周期构成（6个左声道数据，同样有6个右声道数据）。每一个采样值是2字节（16比特），所以最初的帧长度是24个字节^[19]。(www.xing528.com)

图6.1 基于采样（上）和基于帧（下）的处理系统比较关系图

注意：一些系统不需要输入或输出的连续形式/如图所示的模拟信号形式。