Ce este procesarea digitală a semnalului?

Ce este procesarea digitală a semnalului? 
DSP manipulează diferite tipuri de semnale cu intenția de a filtra, măsura sau comprima și produce semnale analogice. Semnalele analogice diferă prin preluarea informațiilor și prin traducerea acestora în impulsuri electrice cu amplitudine variabilă, în timp ce informațiile semnalului digital sunt traduse în format binar unde fiecare bit de date este reprezentat de două amplitudini distincte. O altă diferență vizibilă este că semnalele analogice pot fi reprezentate ca unde sinusoidale, iar semnalele digitale sunt reprezentate ca unde pătrate. DSP poate fi găsit în aproape orice domeniu, fie că este vorba despre prelucrarea uleiului, reproducerea sunetului, radarul și sonarul, procesarea medicală a imaginilor sau telecomunicațiile - în esență orice aplicație în care semnalele sunt comprimate și reproduse. 

Deci, ce este exact procesarea digitală a semnalului? Procesul de semnal digital preia semnale precum audio, voce, video, temperatură sau presiune, care au fost deja digitalizate și apoi le manipulează matematic. Aceste informații pot fi apoi reprezentate ca timp discret, frecvență discretă sau alte forme discrete, astfel încât informațiile pot fi procesate digital. În lumea reală este nevoie de un convertor analog-digital pentru a lua semnale analogice (sunet, lumină, presiune sau temperatură) și să le transforme în 0 și 1 pentru un format digital. 

Un DSP conține patru componente cheie: 
 Motor de calcul: manipulări matematice, calcule și procese prin accesarea programului sau sarcinii din memoria programului și  informațiile stocate în memoria de date.
 Memorie de date: aceasta stochează informațiile care urmează să fie procesate și funcționează mână în mână cu memoria programului. 
 Memorie de program: Aceasta stochează programele sau sarcinile pe care DSP le va folosi pentru a procesa, comprima sau manipula date.
 I / O: Acesta poate fi folosit pentru diferite lucruri, în funcție de câmpul pentru care se utilizează DSP, adică porturi externe, porturi seriale, cronometre și conectare la lumea exterioară. 

Mai jos este o imagine despre cum arată cele patru componente ale unui DSP într-o configurație generală a sistemului. 

Filtre DSP 
Filtrul Chebyshev este un filtru digital care poate fi utilizat pentru a separa o bandă de frecvență de alta. Aceste filtre sunt cunoscute pentru atributul lor principal, viteză și, deși nu sunt cele mai bune din categoria de performanță, sunt mai mult decât adecvate pentru majoritatea aplicațiilor. Proiectarea filtrului Chebyshev a fost concepută în jurul tehnicii matematice, cunoscută sub numele de transformare z. Practic, transforma z transformă un semnal de timp discret, format dintr-o secvență de numere reale sau complexe într-o reprezentare a domeniului de frecvență. Răspunsul Chebyshev este utilizat în general pentru obținerea unui roll-off mai rapid, permițând ondularea în răspunsul de frecvență. Aceste filtre se numesc filtre de tip 1, ceea ce înseamnă că ondularea în răspunsul de frecvență este permisă numai în banda de acces. Aceasta oferă cea mai bună aproximație la răspunsul ideal al oricărui filtru pentru o comandă și o ondulare specificate. A fost conceput pentru a elimina anumite frecvențe și pentru a permite altora să treacă prin filtru. Filtrul Chebyshev este în general liniar în răspunsul său și un filtru neliniar ar putea duce la semnalul de ieșire conținând componente de frecvență care nu erau prezente în semnalul de intrare. 


De ce să utilizăm procesarea digitală a semnalului?
Pentru a înțelege modul în care procesarea digitală a semnalului sau DSP se compară cu circuitele analogice, s-ar compara cele două sisteme cu orice funcție de filtrare. În timp ce un filtru analog ar utiliza amplificatoare, condensatoare, inductoare sau rezistențe și ar fi accesibil și ușor de asamblat, ar fi destul de dificil să calibrați sau să modificați ordinea filtrului. Cu toate acestea, aceleași lucruri se pot face cu un sistem DSP, doar mai ușor de proiectat și modificat. Funcția de filtrare a unui sistem DSP este bazată pe software, astfel încât se pot alege mai multe filtre. De asemenea, pentru a crea filtre flexibile și reglabile cu răspunsuri de înaltă ordine este nevoie doar de software-ul DSP, în timp ce analogul necesită hardware suplimentar. 

De exemplu, un filtru de bandă practic, cu un răspuns de frecvență dat, ar trebui să aibă un control de derulare a benzii de stop, reglarea și controlul lățimii benzii, atenuarea infinită în banda oprită și un răspuns în cadrul benzii de acces care este complet plat cu schimbare în faza zero. Dacă s-ar utiliza metode analogice, filtrele de ordinul doi ar necesita o mulțime de secțiuni de înaltă Q-eșalonate, ceea ce înseamnă, în final, că va fi extrem de greu de reglat și de ajustat. În timp ce abordăm acest lucru cu software-ul DSP, folosind un răspuns de impuls fin (FIR), răspunsul timpului filtrului la un impuls este suma ponderată a prezentului și un număr finit de valori de intrare anterioare. Fără feedback, singurul său răspuns la un eșantion dat se încheie atunci când eșantionul ajunge la „sfârșitul liniei”. Având în vedere aceste diferențe de design, software-ul DSP este ales pentru flexibilitatea și simplitatea sa față de proiectele de filtre analogice. 

Când creați acest filtru bandpass, utilizarea DSP nu este o sarcină groaznică de finalizat. Implementarea și fabricarea filtrelor este mult mai ușoară, deoarece trebuie doar să programați filtrele la fel, cu fiecare cip DSP intrat în dispozitiv. Cu toate acestea, folosind componente analogice, aveți riscul de componente defecte, reglați circuitul și programați filtrul pe fiecare circuit analogic individual. DSP creează un mod accesibil și mai puțin obositor de proiectare a filtrelor pentru procesarea semnalului și crește precizia pentru reglarea și reglarea filtrelor în general.


ADC și DAC
Echipamentele electrice sunt foarte utilizate în aproape toate domeniile. Convertizoare analogice la digitale (ADC) și convertoare digitale în analog (DAC) sunt componente esențiale pentru orice variație a DSP în orice domeniu. Aceste două interfețe de conversie sunt necesare pentru a converti semnale din lumea reală pentru a permite echipamentelor electronice digitale să ridice orice semnal analogic și să le proceseze. Luăm, de exemplu, un microfon: ADC transformă semnalul analog colectat de o intrare la echipamentul audio într-un semnal digital care poate fi emis de boxe sau monitoare. În timp ce trece prin echipamentul audio către computer, software-ul poate adăuga ecouri sau poate ajusta ritmul și tonul vocii pentru a obține un sunet perfect. Pe de altă parte, DAC va converti semnalul digital deja procesat în semnal analogic folosit de echipamentele de ieșire audio, cum ar fi monitoarele. Mai jos este prezentată o figură care arată cum funcționează exemplul anterior și cum semnalele sale de intrare audio pot fi îmbunătățite prin reproducere, apoi transmise ca semnale digitale prin monitoare.

Un tip de convertor analogic la digital, cunoscut sub numele de rampa digitală ADC, implică un comparator. Valoarea tensiunii analogice la un moment dat este comparată cu o tensiune standard dată. O modalitate de a realiza acest lucru este prin aplicarea tensiunii analogice pe un terminal al comparatorului și declanșatorului, cunoscut sub numele de contor binar, care conduce un DAC. În timp ce ieșirea DAC este implementată pe celălalt terminal al comparatorului, acesta va declanșa un semnal dacă tensiunea depășește intrarea analogică a tensiunii. Tranziția comparatorului oprește contorul binar, care deține apoi valoarea digitală corespunzătoare tensiunii analogice în acel moment. Figura de mai jos prezintă o diagramă a unei rampe digitale ADC. 

Aplicații DSP
Există numeroase variante ale unui procesor digital de semnal care poate executa diferite lucruri, în funcție de aplicația care este efectuată. Unele dintre aceste variante sunt procesarea semnalului audio, compresia audio și video, procesarea și recunoașterea vorbirii, procesarea digitală a imaginilor și aplicațiile radar. Diferența dintre fiecare dintre aceste aplicații este modul în care procesorul de semnal digital poate filtra fiecare intrare. Există cinci aspecte diferite care variază de la fiecare DSP: frecvența de ceas, dimensiunea RAM, lățimea busului de date, dimensiunea ROM și tensiunea I / O. Toate aceste componente vor afecta cu adevărat formatul aritmetic, viteza, organizarea memoriei și lățimea datelor unui procesor. 

Un aspect binecunoscut al arhitecturii este arhitectura Harvard. Acest design permite unui procesor să acceseze simultan două bănci de memorie folosind două seturi de autobuze independente. Această arhitectură poate executa operațiuni matematice în timp ce obțineți instrucțiuni suplimentare. O alta este arhitectura de memorie Von Neumann. Deși există un singur bus de date, operațiunile nu pot fi încărcate în timp ce instrucțiunile sunt preluate. Aceasta provoacă un blocaj care încetinește în cele din urmă execuția aplicațiilor DSP. În timp ce aceste procesoare sunt similare cu un procesor folosit într-un computer standard, aceste procesoare digitale de semnal sunt specializate. Acest lucru înseamnă adesea că, pentru a îndeplini o sarcină, DSP-urile trebuie să folosească aritmetica cu punct fix. 

Un alt este eșantionarea, care este reducerea unui semnal continuu la un semnal discret. O aplicație majoră este conversia unei unde sonore. Eșantionarea audio utilizează semnale digitale și modulație de impulsuri pentru reproducerea sunetului. Este necesar să capturați sunet între 20 - 20,000 Hz pentru ca oamenii să audă. Rate de eșantionare mai mari decât cele de aproximativ 50 kHz - 60 kHz nu pot furniza mai multe informații urechii umane. Folosind diferite filtre cu software DSP și ADC-uri și DAC-uri, eșantioane de sunet pot fi reproduse prin această tehnică. 

Prelucrarea digitală a semnalelor este intens utilizată în operațiile de zi cu zi și este esențială în recrearea semnalelor analogice la semnalele digitale în multe scopuri.

Ați putea dori, de asemenea:

DSP - Digital Signal Processing Tutorial

Explică Digital Signal Processing (DSP) și modulare

Lăsaţi un mesaj 

Lista de mesaje