Цифровая обработка сигналов: задачи и основные преобразования
Цифровая обработка сигналов — это способ обработки сигналов, который основан на численных методах с применением цифровой вычислительной техники.
К основным задачам цифровой обработки сигналов относятся:
- Оценивание сигнала. Выполнение данной задачи подразумевает определение основных характеристик сигнала, к которым относятся фаза, амплитуда и частота.
- Проведение линейная фильтрация. Выполнение данной задачи подразумевает осуществление синтеза фильтров, которые согласованы с сигналом; выбора нужного сигнала в частотной области; корректировки характеристик каналов связи; частотного разделения каналов.
- Различение сигнала. Выполнение данной задачи подразумевает распознавание нужного сигнала на фоне других, обладающих подобными характеристиками.
- Проведение спектрального анализа. Выполнение данной задачи подразумевает проведение обработки речевых, сейсмических, звуковых и гидроакустических сигналов, а также распознавание образов.
- Обнаружение сигнала. Выполнение данной задачи подразумевает обнаружение нужного сигнала на фоне помех и шума.
- Проведение частотно-временного анализа. Выполнение данной задачи подразумевает проведение компрессии изображений радио-и гидролокации.
- Проведение секционирования свертки.
- Проведение фильтрации. Выполнение данной задачи подразумевает распознавание изображений, речи, образов, а также подавление шумов.
- Проведение свертки традиционного типа.
- Нелинейная обработка. Выполнение данной задачи подразумевает вычисление корреляций; проведение медианной фильтрации; проведение синтеза фазовых, частотных и амплитудных детекторов; проведение векторного кодирования; обработку речи.
- Проведение многоскоростной обработки. Выполнение данной задачи подразумевает уменьшение и увеличение частоты дискретизации в многоскоростных аудиосистема и системах телекоммуникации.
Цифровая обработка сигналов может осуществляться в приемнике и в передатчике. В передатчиках основными процессами цифровой обработки сигналов являются форматирование, множественный доступ, кодирование источника сигнала, расширение спектра, традиционное и канальное шифрование, уплотнение. К процессам цифровой обработки сигнала, которые осуществляются в приемнике относятся расшифровка, разуплотнение, сужение спектра, детектирование, демодуляция, дискретизация, канальное декодирование и прочие процессы.
Схема цифровой обработки сигналов. Преимущества и недостатки цифровых устройств обработки сигналов.
Пример схемы цифровой обработки изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схема цифровой обработки. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Входной фильтр необходим для ограничения полосы частот аналогового сигнала перед его оцифровкой. Аналогово-цифровой преобразователь трансформирует сигнал в цифровую форму. Затем устройство цифровой обработки преобразует поступивший сигнал по заданному алгоритму. После этого цифро-аналоговый преобразователь преобразует цифровой сигнал в аналоговый. Выходной фильтр сглаживает выходной сигнал цифро-аналогового преобразователя.
Устройства цифровой обработки сигналов — это цифровые приборы, которыми реализуется один из способов цифровой обработки сигналов.
Устройства цифровой обработки сигналов осуществляют преобразование сигнала по установленному алгоритму. В качестве данных устройств могут использоваться сигнальные процессоры, универсальные процессоры, устройства обработки на жесткой логике, а также программируемые логические интегральные схемы.
Цифровые устройства обработки сигналов, по сравнению с аналоговыми и дискретными, имеют ряд преимуществ. Во-первых, характеристики цифровых устройств стабильны и не меняются в случае изменения внешних условий, например, температуры и влажности, до того момента, пока составляющие устройства сохраняют свою работоспособность. Во-вторых, в цифровых устройствах возможна реализация алгоритмов и операций, которые невозможно осуществить при помощи аналоговых устройств. Например, можно обрабатывать низкочастотные сигналы, так как продолжительность хранения данных цифровыми элементами почти не ограничена. В-третьих, цифровые устройства могут быть реализованы в виде больших интегральных схем. Принципиальная точность этих устройств ограничена используемыми аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями. Точность вычислений в самом устройстве определяется числом двоичных разрядов, которые используются для представления кодов. К недостаткам цифровых устройств обработки сигналов можно отнести:
- Необходимость использования цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.
- Относительно высокая стоимость.
- Относительно большая потребляемая мощность.
- Относительно низкая скорость обработки данных, которые ограничиваются задержками цифровых элементов.
