Co je zpracování digitálního signálu?
DSP manipuluje s různými typy signálů se záměrem filtrovat, měřit nebo komprimovat a produkovat analogové signály. Analogové signály se liší tím, že přijímají informace a převádějí je do elektrických impulsů s různou amplitudou, zatímco informace o digitálním signálu se převádějí do binárního formátu, kde každý bit dat je reprezentován dvěma rozlišitelnými amplitudami. Dalším znatelným rozdílem je to, že analogové signály mohou být reprezentovány jako sinusové vlny a digitální signály jsou reprezentovány jako čtvercové vlny. DSP lze nalézt téměř v jakémkoli oboru, ať už jde o zpracování oleje, reprodukci zvuku, radar a sonar, zpracování lékařského obrazu nebo telekomunikaci - v podstatě jakékoli aplikace, ve které jsou signály komprimovány a reprodukovány.

Co přesně tedy je zpracování digitálního signálu? Proces digitálního signálu přijímá signály, jako jsou audio, hlas, video, teplota nebo tlak, které již byly digitalizovány, a poté je matematicky manipuluje. Tyto informace pak mohou být reprezentovány jako diskrétní čas, diskrétní frekvence nebo jiné diskrétní formy, takže informace mohou být digitálně zpracovány. Pro převod analogových signálů (zvuk, světlo, tlak nebo teplota) a jejich převod do formátu 0 a 1 pro digitální formát je v reálném světě zapotřebí analogově digitální převodník.

DSP obsahuje čtyři klíčové komponenty:
Computing Engine: Matematické manipulace, výpočty a procesy přístupem k programu nebo úkolu z paměti programu a informace uložené v datové paměti.
Datová paměť: Uloží informace, které mají být zpracovány, a pracuje ruku v ruce s programovou pamětí.
Paměť programu: Uloží programy nebo úkoly, které DSP použije ke zpracování, komprimaci nebo manipulaci s daty.
I / O: Toto lze použít pro různé věci, v závislosti na poli, pro které se používá DSP, tj. Externí porty, sériové porty, časovače a připojení k vnějšímu světu.

Níže je obrázek toho, jak vypadají čtyři komponenty DSP v obecné konfiguraci systému.

DSP FIlters
Chebyshevův filtr je digitální filtr, který lze použít k oddělení jednoho pásma frekvence od druhého. Tyto filtry jsou známé svým primárním atributem, rychlostí a ačkoli nejsou nejlepší ve výkonnostní kategorii, jsou pro většinu aplikací více než přiměřené. Návrh Chebyshevova filtru byl navržen kolem matematické techniky, známé jako z-transformace. Z-transformace v podstatě převádí signál s diskrétním časem, složený ze sekvence reálných nebo komplexních čísel, do reprezentace ve frekvenční doméně. Chebyshevova odezva se obecně používá pro dosažení rychlejšího zavádění tím, že umožňuje vlnění ve frekvenční odezvě. Tyto filtry se nazývají filtry typu 1, což znamená, že zvlnění ve frekvenční odezvě je povoleno pouze v pasovém pásmu. To poskytuje nejlepší aproximaci k ideální odezvě jakéhokoli filtru pro zadaný řád a zvlnění. Byl navržen tak, aby odstranil určité frekvence a umožnil ostatním projít filtrem. Chebyshevův filtr je ve své odpovědi obecně lineární a nelineární filtr může vést k tomu, že výstupní signál bude obsahovat frekvenční složky, které nebyly přítomny ve vstupním signálu.

Proč používat zpracování digitálních signálů?
Abychom pochopili, jak digitální zpracování signálu, nebo DSP, ve srovnání s analogovými obvody, bylo by možné porovnat dva systémy s jakoukoli funkcí filtru. Zatímco analogový filtr by používal zesilovače, kondenzátory, induktory nebo rezistory a byl by cenově dostupný a snadno sestavitelný, bylo by poměrně obtížné kalibrovat nebo upravit pořadí filtru. Se systémem DSP však lze dělat to samé, jednodušší je navrhnout a upravit. Funkce filtru v systému DSP je založena na softwaru, takže lze vybrat z více filtrů. K vytvoření flexibilních a nastavitelných filtrů s odezvou na vysoké objednávky je třeba pouze software DSP, zatímco analog vyžaduje další hardware.

Například praktický pásmový filtr s danou kmitočtovou odezvou by měl mít ovládání zastavení pásem, ladění a řízení šířky pásma, nekonečné útlum v pásmu zastavení a odezvu v pásmu, které je zcela ploché s nulovým fázovým posunem. Pokud by byly použity analogové metody, filtry druhého řádu by vyžadovaly mnoho rozložených sekcí s vysokým Q, což v konečném důsledku znamená, že bude velmi obtížné vyladit a upravit. Při přiblížení se k tomu pomocí softwaru DSP pomocí konečné odezvy impulsu (FIR) je časovou odezvou filtru na impuls vážený součet přítomnosti a konečný počet předchozích vstupních hodnot. Bez zpětné vazby jeho jediná odpověď na daný vzorek končí, když vzorek dosáhne „konce řádku“. S ohledem na tyto konstrukční rozdíly je software DSP vybrán pro svou flexibilitu a jednoduchost oproti návrhům analogových obvodových filtrů.

Při vytváření tohoto pásmového filtru není použití DSP hrozné. Jeho implementace a výroba filtrů je mnohem snazší, protože filtry musíte naprogramovat stejně s každým DSP čipem vstupujícím do zařízení. Při použití analogových komponentů však existuje riziko vadných součástí, úpravy obvodu a naprogramování filtru na každém jednotlivém analogovém obvodu. DSP vytváří cenově dostupný a méně zdlouhavý způsob návrhu filtrů pro zpracování signálu a zvyšuje přesnost pro vyladění a úpravu filtrů obecně.

ADC a DAC
Elektrická zařízení se používají téměř v každém oboru. Analog na digitální převodníky (ADC) a digitální na analogové převodníky (DAC) jsou nezbytnými součástmi jakékoli variace DSP v jakémkoli oboru. Tato dvě převáděcí rozhraní jsou nezbytná pro převod signálů skutečného světa, aby digitální elektronické zařízení mohlo zachytit jakýkoli analogový signál a zpracovat jej. Vezměte si například mikrofon: ADC převádí analogový signál shromážděný vstupem na audio zařízení na digitální signál, který může být vysílán reproduktory nebo monitory. Zatímco software prochází zvukovým zařízením do počítače, software může přidávat ozvěny nebo upravovat tempo a výšku hlasu a získat tak dokonalý zvuk. Na druhé straně, DAC převede již zpracovaný digitální signál zpět na analogový signál, který používají audio výstupní zařízení, jako jsou monitory. Níže je obrázek znázorňující, jak předchozí příklad funguje a jak lze jeho zvukové vstupní signály vylepšit reprodukcí, a poté vystupovat jako digitální signály prostřednictvím monitorů.

Typ analogově-digitálního převodníku, známý jako digitální rampa ADC, zahrnuje komparátor. Hodnota analogového napětí v určitém okamžiku je porovnána s daným standardním napětím. Jedním způsobem, jak toho dosáhnout, je přivedení analogového napětí na jeden terminál komparátoru a spouště, známý jako binární čítač, který řídí DAC. Zatímco výstup DAC je implementován na druhý terminál komparátoru, spustí signál, pokud napětí překročí analogový napěťový vstup. Přechod komparátoru zastaví binární čítač, který pak v tomto bodě drží digitální hodnotu odpovídající analogovému napětí. Na následujícím obrázku je schéma digitálního rampy ADC.

Aplikace DSP
Existuje mnoho variant procesoru digitálního signálu, který může provádět různé věci v závislosti na prováděné aplikaci. Některé z těchto variant jsou zpracování zvukového signálu, komprese zvuku a videa, zpracování a rozpoznávání řeči, digitální zpracování obrazu a radarové aplikace. Rozdíl mezi každou z těchto aplikací spočívá v tom, jak může digitální signálový procesor filtrovat každý vstup. Existuje pět různých aspektů, které se liší od každého DSP: frekvence hodin, velikost paměti RAM, šířka datové sběrnice, velikost paměti ROM a napětí I / O. Všechny tyto komponenty skutečně ovlivní aritmetický formát, rychlost, organizaci paměti a šířku dat procesoru.

Jedním známým rozvržením architektury je architektura Harvardu. Tato konstrukce umožňuje, aby procesor současně přistupoval ke dvěma paměťovým bankám pomocí dvou nezávislých sad sběrnic. Tato architektura může provádět matematické operace při vyvolávání dalších pokynů. Další je architektura Von Neumannovy paměti. I když existuje pouze jedna datová sběrnice, operace nelze načíst, dokud nejsou načteny pokyny. To způsobí zaseknutí, které nakonec zpomalí provádění aplikací DSP. Zatímco tyto procesory jsou podobné procesoru používanému ve standardním počítači, tyto procesory digitálních signálů jsou specializované. To často znamená, že k provedení úkolu se od DSP vyžaduje použití aritmetiky s pevným bodem.

Dalším je vzorkování, což je redukce spojitého signálu na diskrétní signál. Jednou z hlavních aplikací je převod zvukové vlny. Vzorkování zvuku používá pro reprodukci zvuku digitální signály a modulaci pulzního kódu. Je nutné zachytit zvuk mezi 20 - 20,000 50 Hz, aby ho lidé slyšeli. Vzorkovací frekvence vyšší než přibližně 60 kHz - XNUMX kHz nemohou poskytnout lidskému uchu žádné další informace. Pomocí různých filtrů se softwarem DSP a ADC a DAC lze pomocí této techniky reprodukovat vzorky zvuku.

Zpracování digitálního signálu se v každodenních provozech intenzivně používá a je nezbytné při obnově analogových signálů na digitální signály pro mnoho účelů.

Mohlo by se vám také líbit:

DSP - Digital Signal Processing Tutorial

Vysvětlete Digital Signal Processing (DSP) a modulace

Předchozí:Reléové vysílače v různých zemích

Další:Porozumění odrazům a stojatým vlnám při návrhu obvodů RF

Zanechat vzkaz

Seznam zpráv

Komentáře Loading ...

výrobky Kategorie

Produkty Značky

Fmuser Sites

Co je zpracování digitálního signálu?

Zanechat vzkaz

Seznam zpráv