Farë është përpunimi dixhital i sinjalit?

Farë është përpunimi dixhital i sinjalit? 
DSP manipulon lloje të ndryshme të sinjaleve me qëllimin për të filtruar, matur, ose ngjeshur dhe prodhuar sinjale analoge. Sinjalet analoge ndryshojnë duke marrë informacion dhe duke e përkthyer atë në pulses elektrike me amplituda të ndryshme, ndërsa informacioni i sinjalit dixhital përkthehet në format binar, ku secila bit e të dhënave përfaqësohet nga dy amplituda të dallueshme. Një tjetër ndryshim i dukshëm është se sinjalet analoge mund të përfaqësohen pasi që valët e sinusit dhe sinjalet dixhitale përfaqësohen si valë katrore. DSP mund të gjendet në pothuajse çdo fushë, pavarësisht nëse është përpunimi i vajit, riprodhimi i zërit, radari dhe solari, përpunimi i imazhit mjekësor, ose telekomunikacioni - në thelb çdo aplikim në të cilin sinjalet janë duke u ngjeshur dhe riprodhuar. 

Pra, çfarë saktësisht është përpunimi i sinjalit dixhital? Procesi i sinjalit dixhital merr sinjale si audio, zë, video, temperaturë ose presion që tashmë janë dixhitalizuar dhe më pas manipulon ato në mënyrë matematikore. Ky informacion më pas mund të përfaqësohet si kohë diskrete, frekuencë diskrete, ose forma të tjera diskrete në mënyrë që informacioni të mund të përpunohet dixhitalisht. Një konvertues analog-në dixhital është i nevojshëm në botën reale për të marrë sinjale analoge (tinguj, dritë, presion, ose temperaturë) dhe t'i shndërrojë ato në 0 dhe 1 për një format dixhital. 

Një DSP përmban katër përbërës kryesorë: 
 Motori i informatikës: manipulimet matematike, llogaritjet dhe proceset duke hyrë në program ose detyrë, nga Memoria e Programit dhe  informacionin e ruajtur në Kujtesën e të Dhënave.
 Kujtesa e të dhënave: Kjo ruan informacionin që do të përpunohet dhe funksionon krah për krah me memorjen e programit. 
 Kujtesa e programit: Kjo ruan programet ose detyrat, që DSP do të përdorë për të përpunuar, kompresuar ose manipuluar të dhënat.
 I / O: Kjo mund të përdoret për gjëra të ndryshme, në varësi të fushës që DSP është duke u përdorur, d.m.th. porte të jashtme, porte serike, timera dhe që lidhen me botën e jashtme. 

Më poshtë është një figurë se si duken katër përbërësit e një DSP në një konfigurim të përgjithshëm të sistemit. 

FIlters DSP 
Filtri Chebyshev është një filtër dixhital që mund të përdoret për të ndarë një bandë të frekuencës nga një tjetër. Këto filtra janë të njohur për atributin e tyre parësor, shpejtësinë, dhe ndërsa ato nuk janë më të mirat në kategorinë e performancës, ato janë më se të përshtatshme për shumicën e aplikacioneve. Dizajni i filtrit Chebyshev u ndërtua rreth teknikës matematike, e njohur si z-shndërrim. Në thelb, shndërrimi z-shndërron një sinjal në kohë diskrete, i përbërë nga një sekuencë numrash realë ose komplekse në një përfaqësim të frekuencës së fushës. Përgjigja Chebyshev është përdorur në përgjithësi për të arritur një përshkallëzim më të shpejtë duke lejuar që të rritet përgjigja e frekuencës. Këta filtra quhen filtra të tipit 1, që do të thotë se kërcimi në përgjigjen e frekuencës lejohet vetëm në shiritin e kalimit. Kjo siguron përafrimin më të mirë ndaj përgjigjes ideale të çdo filtri për një renditje të caktuar dhe zhdukje. Wasshtë krijuar për të hequr frekuenca të caktuara dhe për t'i lejuar të tjerët të kalojnë përmes filtrit. Filtri Chebyshev është përgjithësisht linear në përgjigjen e tij dhe një filtër jolinear mund të rezultojë në sinjalin dalës që përmban përbërës të frekuencës që nuk ishin të pranishëm në sinjalin hyrës. 


Pse të përdorni përpunimin dixhital të sinjalit?
Për të kuptuar se si përpunimi dixhital i sinjalit, ose DSP, krahasohet me qarkun analog, do të krahasohen të dy sistemet me çdo funksion të filtrit. Ndërsa një filtër analog do të përdorë përforcues, kondensatorë, induktorë ose rezistencë, dhe do të jetë i përballueshëm dhe i lehtë për t'u mbledhur, do të ishte mjaft e vështirë të kalibroni ose modifikoni renditjen e filtrit. Sidoqoftë, të njëjtat gjëra mund të bëhen me një sistem DSP, thjesht më lehtë të projektohen dhe modifikohen. Funksioni i filtrit në një sistem DSP është i bazuar në softuer, kështu që mund të zgjidhni filtra të shumëfishtë. Gjithashtu, për të krijuar filtra fleksibël dhe të rregullueshëm me përgjigje të rendit të lartë kërkon vetëm softuerin DSP, ndërsa analoge kërkon pajisje shtesë. 

Për shembull, një filtër praktik i bandës, me një përgjigje të dhënë të frekuencës duhet të ketë një kontroll të rrotullimit të ndalesës, akordimin e shiritit dhe kontrollin e gjerësisë, dobësimin e pafund në shiritin e ndaljes dhe një përgjigje brenda boshtit të kalimit që është plotësisht i sheshtë me zhvendosje të fazës zero. Nëse do të përdoren metoda analoge, filtrat e rendit të dytë do të kërkojnë shumë seksione të mprehta me cilësi të lartë Q, që në fund të fundit do të thotë se do të jetë jashtëzakonisht e vështirë të akordoni dhe rregulloni. Ndërsa i afrohemi kësaj me programin DSP, duke përdorur një përgjigje të impulsit të fundëm (FIR), përgjigjja në kohë e filtrit ndaj një impulsi është shuma e ponderuar e tanishme dhe një numër i kufizuar i vlerave të mëparshme të hyrjes. Pa asnjë reagim, përgjigja e saj e vetme për një mostër të caktuar përfundon kur kampioni arrin në "fundin e rreshtit". Me këto ndryshime në mendje, programi DSP zgjidhet për fleksibilitetin dhe thjeshtësinë e tij ndaj modeleve të filtrave të qarkut analoge. 

Kur krijoni këtë filtër bandpass, përdorimi i DSP nuk është një detyrë e tmerrshme për ta përfunduar. Zbatimi i tij dhe prodhimi i filtrave është shumë më i lehtë, pasi vetëm duhet të programoni filtrat e njëjtë me çdo çip DSP që futet në pajisje. Sidoqoftë, duke përdorur komponentë analoge, ju keni rrezik për përbërës të gabuar, rregulloni qarkun dhe programoni filtrin në secilin qark individual analog. DSP krijon një mënyrë të përballueshme dhe më pak të lodhshme për hartimin e filtrit për përpunimin e sinjalit dhe rrit saktësinë për akordimin dhe rregullimin e filtrave në përgjithësi.


ADC & DAC
Pajisjet elektrike përdoren shumë në pothuajse çdo fushë. Konvertuesit analogë në dixhital (ADC) dhe konvertuesit dixhitalë në analog (DAC) janë komponentë thelbësorë për çdo ndryshim të DSP-së në çdo fushë. Këto dy ndërfaqe konvertuese janë të domosdoshme për të kthyer sinjalet e botës reale për të lejuar që pajisjet elektronike digjitale të marrin ndonjë sinjal analog dhe ta përpunojnë atë. Merrni për shembull një mikrofon: ADC konverton sinjalin analog të mbledhur nga një hyrje në pajisjet audio në një sinjal dixhital që mund të nxirret nga folësit ose monitorët. Ndërsa po kalon nëpër pajisjet audio në kompjuter, softveri mund të shtojë jehonë ose të rregullojë tempin dhe lartësinë e zërit për të marrë një tingull të përsosur. Nga ana tjetër, DAC do ta shndërrojë sinjalin dixhital tashmë të përpunuar përsëri në sinjal analog që përdoret nga pajisjet e daljes audio siç janë monitorët. Më poshtë është një figurë që tregon se si funksionon shembulli i mëparshëm dhe se si sinjalet e tij të hyrjes audio mund të përmirësohen përmes riprodhimit, dhe më pas prodhohen si sinjale dixhitale përmes monitorëve.

Një lloj i konvertuesit analog në dixhital, i njohur si rampa dixhitale ADC, përfshin një krahasues. Vlera e tensionit analog në një moment në kohë krahasohet me një tension të dhënë standard. Një mënyrë për ta arritur këtë është duke aplikuar tensionin analog në një terminal të krahasuesit dhe kutinë, e njohur si një banak binar, i cili drejton një DAC. Ndërsa prodhimi i DAC është implementuar në terminalin tjetër të krahasuesit, do të shkaktojë një sinjal nëse voltazhi tejkalon hyrjen e tensionit analog. Kalimi i krahasuesit ndalon banerin binar, i cili më pas mban vlerën dixhitale që korrespondon me tensionin analoge në atë pikë. Figura më poshtë tregon një diagramë të një ADC të rampës dixhitale. 

Aplikimet e DSP
Ekzistojnë variante të shumta të një procesori dixhital të sinjalit që mund të ekzekutojë gjëra të ndryshme, në varësi të aplikacionit që kryhet. Disa nga këto variante janë përpunimi i sinjalit audio, kompresimi audio dhe video, përpunimi dhe njohja e të folurit, përpunimi dixhital i imazhit dhe aplikimet e radarit. Dallimi midis secilës prej këtyre aplikacioneve është se si procesori i sinjalit dixhital mund të filtrojë çdo hyrje. Ekzistojnë pesë aspekte të ndryshme që ndryshojnë nga secila DSP: frekuenca e orës, madhësia e RAM, gjerësia e autobusit të të dhënave, madhësia ROM dhe tensioni I / O. Të gjithë këta komponentë me të vërtetë thjesht do të ndikojnë në formatin aritmetik, shpejtësinë, organizimin e kujtesës dhe gjerësinë e të dhënave të një procesori. 

Një plan urbanistik i njohur është arkitektura e Harvardit. Ky dizajn lejon që një procesor të ketë njëkohësisht qasje në dy banka memorie duke përdorur dy grupe të pavarura të autobusëve. Kjo arkitekturë mund të kryejë operacione matematikore ndërkohë që merr udhëzime të mëtejshme. Një tjetër është arkitektura e kujtesës Von Neumann. Ndërsa ekziston vetëm një autobus i të dhënave, operacionet nuk mund të ngarkohen ndërsa udhëzimet merren. Kjo shkakton bllokim që ngadalëson ekzekutimin e aplikacioneve DSP. Ndërsa këta përpunues janë të ngjashëm me një procesor të përdorur në një kompjuter standard, këto procesorë digjitalë të sinjalit janë të specializuar. Kjo shpesh nënkupton që, për të kryer një detyrë, DSP-ve u kërkohet të përdorin aritmetikë me pikë fikse. 

Një tjetër është marrja e mostrave, e cila është zvogëlimi i një sinjali të vazhdueshëm në një sinjal diskret. Një aplikacion kryesor është shndërrimi i një vale zanore. Marrja e mostrave audio përdor sinjale dixhitale dhe modulim të kodit puls për riprodhimin e zërit. Shtë e nevojshme të kapni audio midis 20 - 20,000 Hz që njerëzit ta dëgjojnë. Shkalla e mostrave më e lartë se ajo e rreth 50 kHz - 60 kHz nuk mund të japin më shumë informacion në veshin e njeriut. Duke përdorur filtra të ndryshëm me programin DSP dhe ADC & DAC, mostrat e audios mund të riprodhohen përmes kësaj teknike. 

Përpunimi dixhital i sinjalit përdoret shumë në operacionet ditore, dhe është thelbësor në rikrijimin e sinjaleve analoge në sinjale dixhitale për shumë qëllime.

Ju mund të dëshironi:

DSP - Digital Signal Processing Tutorial

Shpjegoni Signal Processing Digital (DSP) dhe rregullim

Lini një mesazh 

Lista mesazh