Što je digitalna obrada signala?

Što je digitalna obrada signala? 
DSP manipulira različitim vrstama signala u namjeri filtriranja, mjerenja ili kompresije i proizvodnje analognih signala. Analogni signali se razlikuju po tome što uzimaju informacije i prevode ih u električne impulse različite amplitude, dok se podaci digitalnog signala prevode u binarni format gdje je svaki bit podataka predstavljen s dvije različite amplitude. Još jedna primjetna razlika je da analogni signali mogu biti predstavljeni kao sinusni valovi, a digitalni signali su predstavljeni u obliku kvadratnih valova. DSP se može naći u gotovo bilo kojem polju, bilo da se radi o preradi nafte, reprodukciji zvuka, radaru i sonaru, obradi medicinskih slika ili telekomunikacijama - u stvari bilo kojoj aplikaciji u kojoj se signali komprimiraju i reproduciraju. 

Pa što je točno digitalna obrada signala? Proces digitalnog signala uzima signale poput zvuka, glasa, videa, temperature ili pritiska koji su već digitalizirani, a zatim matematički njima manipulira. Te se informacije tada mogu predstaviti kao diskretno vrijeme, diskretna frekvencija ili drugi diskretni oblici tako da se podaci mogu digitalno obraditi. Analogno-digitalni pretvarač potreban je u stvarnom svijetu da bi preuzeo analogne signale (zvuk, svjetlost, tlak ili temperaturu) i pretvorio ih u 0 i 1 za digitalni format. 

DSP sadrži četiri ključne komponente: 
 Računalni motor: Matematičke manipulacije, proračuni i procesi pristupom programu ili zadatku iz programske memorije i  podaci pohranjeni u podatkovnoj memoriji.
 Podatkovna memorija: ovo pohranjuje informacije koje se obrađuju i ruku pod ruku s programskom memorijom. 
 Programska memorija: ovo pohranjuje programe ili zadatke koje će DSP koristiti za obradu, komprimiranje ili manipuliranje podacima.
 U / I: Ovo se može koristiti za razne stvari, ovisno o polju za koji se koristi DSP, tj. Vanjskim ulazima, serijskim ulazima, tajmerima i povezivanju s vanjskim svijetom. 

Ispod je prikaz onoga kako izgledaju četiri komponente DSP-a u općoj konfiguraciji sustava. 

DSP FIlters 
Chebyshev filter je digitalni filtar koji se može koristiti za odvajanje jednog pojasa frekvencije od drugog. Ti su filtri poznati po svojoj primarnoj atributi, brzini, a iako nisu najbolji u kategoriji performansi, više su nego prikladni za većinu aplikacija. Dizajn Chebyshev filtra izrađen je oko matematičke tehnike, poznate kao z-transformacija. U osnovi, z-transformacija pretvara diskretni vremenski signal, sastavljen od niza stvarnih ili složenih brojeva, u prikaz frekvencijske domene. Čebišev odgovor obično se koristi za postizanje bržeg prevrtanja omogućavanjem pucanja u frekvencijskom odzivu. Ti se filteri nazivaju 1 filtri tipa, što znači da je varenje frekvencijskog odgovora dopušteno samo u propusnom opsegu. To omogućava najbolje približavanje idealnom odzivu bilo kojeg filtra za određeni red i vaganje. Dizajniran je tako da ukloni određene frekvencije i omogući drugima da prođu kroz filter. Čebišev filter općenito je linearan u svom odgovoru, a nelinearni filter mogao bi rezultirati izlaznim signalom koji sadrži frekvencijske komponente koje nisu bile prisutne u ulaznom signalu. 


Zašto koristiti digitalnu obradu signala?
Da bismo razumjeli kako se digitalna obrada signala, ili DSP, uspoređuje s analognim krugom, uspoređivali bi dva sustava s bilo kojom funkcijom filtra. Iako bi analogni filter koristio pojačala, kondenzatore, induktore ili otpornike, i bio bi pristupačan i jednostavan za sastavljanje, bilo bi prilično teško kalibrirati ili izmijeniti redoslijed filtra. Međutim, iste stvari se mogu učiniti s DSP sustavom, samo je lakše dizajnirati i mijenjati. Funkcija filtra u DSP sustavu temelji se na softveru, pa se može odabrati više filtera. Također, za stvaranje fleksibilnih i prilagodljivih filtara s odgovorima visokog reda potreban je samo DSP softver, dok analogni zahtijeva dodatni hardver. 

Na primjer, praktični propusni filtar s određenim frekvencijskim odzivom trebao bi imati kontrolu ukidanja zaustavnog remena, podešavanje propusnog opsega i kontrolu širine, beskonačno prigušenje u zaustavnom pojasu i odgovor unutar propusnog opsega koji je potpuno ravan s pomakom nulte faze. Ako se koriste analogne metode, filtri drugog reda zahtijevat će mnogo stupnjevanih dijelova visokog Q, što u konačnici znači da će biti izuzetno teško prilagoditi i prilagoditi. Dok se tome pristupa s DSP softverom, koristeći konačni impulsni odziv (FIR), vremenski odziv filtra na impuls predstavlja ponderirani zbroj sadašnjih i konačni broj prethodnih ulaznih vrijednosti. Bez povratnih informacija, njegov jedini odgovor na dani uzorak završava kada uzorak dosegne "kraj crte". Imajući na umu ove dizajnerske razlike, DSP softver odabran je zbog svoje fleksibilnosti i jednostavnosti u odnosu na analogne dizajne filtera. 

Prilikom stvaranja ovog propusnog filtra korištenje DSP-a nije strašan zadatak za dovršetak. Njihova primjena i proizvodnja filtera je mnogo jednostavnija, jer filtre morate samo programirati isto sa svakim DSP čipom koji ulazi u uređaj. No, koristeći analogne komponente, imate rizik neispravnih komponenti, podešavanjem kruga i programiranjem filtra na svakom pojedinačnom analognom krugu. DSP stvara pristupačan i manje dosadan način dizajna filtera za obradu signala i povećava preciznost podešavanja i podešavanja filtera općenito.


ADC i DAC
Električna oprema se uveliko koristi u gotovo svim poljima. Analogno-digitalni pretvarači (ADC) i digitalni analogni pretvarači (DAC) bitne su komponente za bilo koju varijaciju DSP-a u bilo kojem polju. Ova dva sučelja za pretvaranje potrebna su za pretvaranje signala iz stvarnog svijeta kako bi digitalna elektronička oprema mogla pokupiti bilo koji analogni signal i obraditi ga. Uzmimo za primjer mikrofon: ADC pretvara analogni signal prikupljen ulazom u audio opremu u digitalni signal koji zvučnici ili monitori mogu emitirati. Dok prolazi kroz audio opremu do računala, softver može dodati odjeke ili prilagoditi tempo i glas glasa kako bi dobili savršen zvuk. S druge strane, DAC će pretvoriti već obrađeni digitalni signal natrag u analogni signal koji koristi audio izlazna oprema poput monitora. Ispod je slika koja prikazuje kako prethodni primjer funkcionira i kako se njegovi audio ulazni signali mogu poboljšati reprodukcijom, a zatim putem digitalnih signala emitiraju putem monitora.

Tip analogno-digitalnog pretvarača, poznat kao digitalna rampa ADC, uključuje komparator. Vrijednost analognog napona u nekom trenutku uspoređuje se s danim standardnim naponom. Jedan od načina da se to postigne je primjena analognog napona na jedan terminal komparatora i okidač, poznat kao binarni brojač, koji pokreće DAC. Dok se izlaz DAC-a implementira na drugi terminal komparatora, on će aktivirati signal ako napon premaši ulaz analognog napona. Prijelaz komparatora zaustavlja binarni brojač, koji u toj točki zadržava digitalnu vrijednost koja odgovara analognom naponu. Na slici ispod prikazan je dijagram digitalne ADC rampe. 

Primjene DSP-a
Postoje brojne inačice procesora digitalnog signala koji mogu izvoditi različite stvari, ovisno o aplikaciji koja se izvodi. Neke od tih varijanti su obrada audio signala, kompresija audio i video zapisa, obrada i prepoznavanje govora, digitalna obrada slike i radarske aplikacije. Razlika između svake od tih aplikacija je kako digitalni signalni procesor može filtrirati svaki ulaz. Postoji pet različitih aspekata koji se razlikuju od svakog DSP-a: frekvencija sata, veličina RAM-a, širina sabirnice podataka, veličina ROM-a i I / O napona. Sve ove komponente doista će utjecati na aritmetički format, brzinu, organizaciju memorije i širinu podataka procesora. 

Jedan poznati izgled arhitekture je arhitektura Harvarda. Ovaj dizajn dopušta procesoru da istovremeno pristupi dvije memorijske banke koristeći dva neovisna skupa sabirnica. Ova arhitektura može izvoditi matematičke operacije dok dohvaća daljnje upute. Druga je arhitektura memorije Von Neumann. Iako postoji samo jedna sabirnica podataka, operacije se ne mogu učitati dok se upute preuzimaju. To uzrokuje zastoj koji u konačnici usporava izvršavanje DSP aplikacija. Iako su ti procesori slični procesoru koji se koristi u standardnom računalu, ti su digitalni signalni procesori specijalizirani. To često znači da su za izvršavanje zadatka od DSP-a potrebni aritmetika s fiksnom tačkom. 

Drugo je uzorkovanje, a to je smanjenje kontinuiranog signala na diskretni signal. Jedna od glavnih primjena je pretvorba zvučnog vala. Uzorkovanje zvuka koristi digitalne signale i impulsno-kodnu modulaciju za reprodukciju zvuka. Potrebno je snimiti zvuk između 20 - 20,000 50 Hz da bi ga ljudi mogli čuti. Stope uzorkovanja veće od one od oko 60 kHz - XNUMX kHz ne mogu pružiti više informacija ljudskom uhu. Korištenjem različitih filtara s DSP softverom i ADC-ima i DAC-ovima, uzorci zvuka mogu se reproducirati kroz ovu tehniku. 

Digitalna obrada signala jako se koristi u svakodnevnim operacijama i u mnogim je svrhama ponovno stvaranje analognih signala u digitalnim signalima.

Možda ti se također svidi:

DSP - Digital Signal Processing Tutorial

Objasni digitalnu obradu signala (DSP) i modulacija

Ostavite poruku 

Lista Poruka