Mi a digitális jelfeldolgozás?

Mi a digitális jelfeldolgozás? 
A DSP különféle típusú jeleket manipulál azzal a céllal, hogy szűrje, mérje vagy tömörítse és analóg jeleket állítson elő. Az analóg jelek abban különböznek, hogy információt vesznek és változó amplitúdójú elektromos impulzusokká alakítják át, míg a digitális jelinformációt bináris formátumba fordítják, ahol minden egyes adatot két megkülönböztethető amplitúdó jelöl. Egy másik észrevehető különbség az, hogy az analóg jeleket szinuszhullámként, a digitális jeleket négyszöghullámként lehet ábrázolni. A DSP szinte bármilyen területen megtalálható, legyen az olajfeldolgozás, hangvisszaadás, radar és szonár, orvosi képfeldolgozás vagy telekommunikáció - lényegében minden olyan alkalmazás, amelyben a jeleket tömörítik és reprodukálják. 

Tehát mi is pontosan a digitális jelfeldolgozás? A digitális jelfolyamat olyan jeleket vesz, mint audio, hang, videó, hőmérséklet vagy nyomás, amelyeket már digitalizáltak, majd matematikailag manipulálja azokat. Ez az információ ezután diszkrét idő, diszkrét frekvencia vagy más különálló formában ábrázolható, így az információ digitálisan feldolgozható. Az analóg-digitális átalakítóra van szükség a valós világban az analóg jelek (hang, fény, nyomás vagy hőmérséklet) vételéhez és digitális formátumú konvertálásához 0 és 1. 

A DSP négy kulcsfontosságú komponenst tartalmaz: 
 Számítógépes motor: Matematikai manipulációk, számítások és folyamatok a program vagy feladat elérésével a Programmemóriából és  az adatmemóriában tárolt információk.
 Adatmemória: Ez tárolja a feldolgozandó információkat, és együtt működik a programmemóriával. 
 Programmemória: Itt tárolja azokat a programokat vagy feladatokat, amelyeket a DSP az adatok feldolgozására, tömörítésére vagy manipulálására használ.
 I / O: Ezt különféle célokra lehet használni, attól függően, hogy mekkora a DSP mező, például külső portok, soros portok, időzítők és a külvilághoz történő csatlakozás. 

Az alábbiakban bemutatjuk, hogyan néz ki a DSP négy komponense egy általános rendszerkonfigurációban. 

DSP szűrők 
A Chebyshev szűrő egy digitális szűrő, amely felhasználható az egyik frekvencia sáv elválasztására a másiktól. Ezek a szűrők ismertek elsődleges tulajdonságaikról, sebességükről, és noha nem a legjobb a teljesítménykategóriában, a legtöbb alkalmazáshoz elegendőek. A Chebyshev szűrő megtervezését a matematikai technika, az úgynevezett z-transzformáció köré építették. Alapvetõen a z-transzformáció egy diszkrét idõjû jelet, amely valós vagy komplex számok sorozatából áll, frekvenciatartomány ábrázolássá alakítja. A Chebyshev-választ általában arra használják, hogy gyorsabban forduljanak elő azáltal, hogy lehetővé teszik a frekvenciaválasz hullámzását. Ezeket a szűrőket 1 típusú szűrőknek nevezzük, ami azt jelenti, hogy a frekvenciaválaszban a fodrozódás csak a hozzáférési sávban megengedett. Ez biztosítja a legjobb megközelítést bármely szűrő ideális válaszához egy megadott sorrendre és fodrozásra. Úgy tervezték, hogy eltávolítson bizonyos frekvenciákat, és mások számára lehetővé tegye a szűrő áthaladását. A Chebyshev-szűrő válaszában általában lineáris, és egy nemlineáris szűrő eredményezhet olyan kimeneti jelet, amely olyan frekvenciakomponenseket tartalmaz, amelyek nem voltak jelen a bemeneti jelben. 


Miért érdemes használni a digitális jelfeldolgozást?
Annak megértése érdekében, hogy a digitális jelfeldolgozás, vagy a DSP miként hasonlítható össze az analóg áramkörökkel, összehasonlíthatnánk a két rendszert bármilyen szűrőfunkcióval. Míg az analóg szűrő erősítőket, kondenzátorokat, induktorokat vagy ellenállásokat használna, és megfizethető, és könnyen összeszerelhető, meglehetősen nehéz lesz kalibrálni vagy módosítani a szűrő sorrendjét. Ugyanezek a dolgok megtehetők egy DSP rendszerrel is, egyszerűbben megtervezhetők és módosíthatók. A DSP-rendszerek szűrési funkciója szoftver-alapú, tehát több szűrő közül választhat. A rugalmas és állítható szűrők magas szintű válaszokkal történő létrehozásához csak a DSP szoftverre van szükség, míg az analóghoz további hardverekre van szükség. 

Például egy gyakorlati sávszűrőnek, egy adott frekvenciaváltással, legyen egy stop band roll-off vezérlés, passband hangolás és szélesség vezérlés, végtelen csillapítás a stop bandban, és egy olyan válasz a pass pass sávon belül, amely teljesen lapos nulla fáziseltolódással. Ha analóg módszereket használnának, a másodrendű szűrőknek nagyon sok fokozatosan magas Q-szakaszra lenne szükségük, ami végül azt jelenti, hogy rendkívül nehéz lesz beállítani és beállítani. Miközben megközelítjük ezt a DSP szoftverrel, véges impulzus válasz (FIR) felhasználásával, a szűrő impulzusra adott időbeli reakciója a jelen súlyozott összege és a korábbi bemeneti értékek véges száma. Visszacsatolás nélkül az egyetlen válasz egy adott mintára akkor ér véget, amikor a minta eléri a "vonal végét". Ezeket a tervezési különbségeket szem előtt tartva a DSP szoftvert rugalmassága és egyszerűsége alapján választják meg, mint az analóg áramköri szűrők. 

A sávszűrő létrehozásakor a DSP használata nem szörnyű feladat. A szűrők bevezetése és előállítása sokkal könnyebb, mivel a szűrőket csak ugyanazzal a programmal kell programozni, amikor minden eszközbe bekerül a DSP-chip. Analóg komponensek használata esetén azonban fennáll a hibája az alkatrészeknek, ha beállítja az áramkört és programozza a szűrőt az egyes analóg áramkörökre. A DSP megfizethető és kevésbé unalmas szűrőtervezési módszert hoz létre a jelfeldolgozáshoz, és általában növeli a szűrők hangolásának és beállításának pontosságát.


ADC és DAC
Az elektromos berendezéseket szinte minden területen használják. Az analóg-digitális konverterek (ADC) és a digitális-analóg konverterek (DAC) nélkülözhetetlen elemei a DSP bármilyen variációjának, bármilyen területen. Ez a két konvertáló interfész szükséges a valós jelek konvertálásához, hogy a digitális elektronikus berendezések bármilyen analóg jelet felvehessenek és feldolgozzanak. Vegyünk például egy mikrofont: az ADC konvertálja a bemenet által az audiokészülékbe begyűjtött analóg jelet digitális jellé, amelyet hangszórók vagy monitorok adhatnak ki. Miközben az audió berendezésen áthalad a számítógéphez, a szoftver visszhangokat adhat hozzá, vagy beállíthatja a hang tempóját és hangmagasságát, hogy tökéletes hangot kapjon. Másrészt, a DAC konvertálja a már feldolgozott digitális jelet vissza analóg jellé, amelyet az audio kimeneti berendezések, például a monitorok használnak. Az alábbiakban bemutatjuk, hogyan működik az előző példa, és hogyan javíthatjuk audio bemeneti jeleit reprodukcióval, majd digitális jelek formájában jeleníthetjük meg őket monitorokon keresztül.

Az analóg-digitális átalakító egyik típusa, az úgynevezett digitális rámpa ADC, összehasonlítót foglal magában. Az analóg feszültség értékét bizonyos időpontokban összehasonlítják egy adott standard feszültséggel. Ennek egyik módja az, ha az analóg feszültséget a komparátor és a trigger egyik kapcsára, úgynevezett bináris számlálóra vezetjük, amely egy DAC-ot hajt. Miközben a DAC kimenete a komparátor másik végére kerül, a jel kigyullad, ha a feszültség meghaladja az analóg feszültség bemenetet. A komparátor átalakulása leállítja a bináris számlálót, amely akkor megtartja az analóg feszültségnek megfelelő digitális értéket abban a pontban. Az alábbi ábra a digitális rámpa ADC diagramját mutatja. 

A DSP alkalmazásai
A digitális jelfeldolgozó processzornak számos változata létezik, amelyek különféle műveleteket hajthatnak végre, az alkalmazandó alkalmazástól függően. Ezek közül a változatok közül néhány lehet az audiojelek feldolgozása, audio és video tömörítés, beszédfeldolgozás és felismerés, digitális képfeldolgozás és radar alkalmazások. Az alkalmazások közötti különbség az, hogy a digitális jelfeldolgozó hogyan szűrheti az egyes bemeneteket. Öt különböző szempont van, amelyek DSP-től függően változnak: óra frekvencia, RAM méret, adat busz szélessége, ROM méret és I / O feszültség. Ezek a komponensek valóban csak befolyásolják a processzor aritmetikai formátumát, sebességét, memóriaszervezését és az adatok szélességét. 

Az egyik jól ismert építészeti elrendezés a Harvard építészete. Ez a kialakítás lehetővé teszi a processzor számára, hogy két független buszkészlet segítségével egyszerre férjen hozzá két memóriabankhoz. Ez az architektúra képes végrehajtani matematikai műveleteket, miközben további utasításokat tölt be. Egy másik a Von Neumann memória architektúra. Bár csak egy adatsín van, a műveletek nem tölthetők be az utasítások letöltése közben. Ez olyan elakadást okoz, amely végül lelassítja a DSP-alkalmazások végrehajtását. Noha ezek a processzorok hasonlóak a szokásos számítógépeken használt processzorokhoz, ezek a digitális jelfeldolgozók specializálódtak. Ez gyakran azt jelenti, hogy egy feladat végrehajtásához a DSP-knek rögzítettpontos aritmetikát kell használniuk. 

A másik a mintavételezés, amely a folyamatos jel redukálása diszkrét jellé. Az egyik fő alkalmazás a hanghullám átalakítása. Az audio mintavétel során digitális jeleket és impulzus-kód modulációt alkalmaznak a hang reprodukciójához. 20-20,000 50 Hz közötti hangfelvételt kell készíteni, hogy az ember hallhassa. Az 60 kHz - XNUMX kHz körüli mintavételi aránynál nagyobb mintavételi arány nem adhat több információt az emberi fül számára. Különböző szűrők használatával a DSP szoftverrel, valamint az ADC-k és DAC-k segítségével az audio minták reprodukálhatók ezzel a technikával. 

A digitális jelfeldolgozást nagymértékben használják a napi műveletek során, és elengedhetetlen az analóg jelek digitális célokra történő újbóli előállításához.

Még szintén kedvelheted:

DSP - Digital Signal Processing bemutatója

Magyarázza meg a digitális jelfeldolgozás (DSP) és a modulációs

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista