Digitaalinen signaalinkäsittely

Digitaalinen signaalinkäsittely (DSP, DSP - englantilainen  digitaalinen signaalinkäsittely ) - numeerisiin menetelmiin perustuvia signaalinkäsittelymenetelmiä digitaalista laskentaa käyttäen [1] [2] .

Mikä tahansa jatkuva ( analoginen ) signaali voidaan kohdistaa aikanäytteenottoon ja tasokvantisointiin ( digitointiin ), eli se voidaan esittää digitaalisessa muodossa . Jos signaalin näytteenottotaajuus on vähintään kaksi kertaa signaalispektrin korkein taajuus (eli katso Nyquist-Shannon-Kotelnikov-lause ), niin tuloksena oleva diskreetti signaali vastaa signaalia siinä mielessä, että se voi olla täsmälleen toipunut .

Matemaattisten algoritmien avulla se muunnetaan joksikin muuksi signaaliksi , jolla on vaaditut ominaisuudet. Signaalien muuntamisprosessia kutsutaan suodatukseksi , ja suodatuksen suorittavaa laitetta kutsutaan suodattimeksi . Koska signaalinäytteet saapuvat vakionopeudella , suodattimella on oltava aikaa käsitellä nykyinen näyte ennen kuin seuraava saapuu, eli prosessoida signaali reaaliajassa . Signaalin käsittelyyn (suodatukseen) reaaliajassa käytetään erityisiä laskentalaitteita - digitaalisia signaaliprosessoreita .

Kaikki tämä pätee täysin ei vain jatkuviin signaaleihin, vaan myös epäjatkuviin signaaleihin sekä muistilaitteisiin tallennettuihin signaaleihin . Jälkimmäisessä tapauksessa prosessointinopeudella ei ole merkitystä, koska tiedot eivät menetä hitaan käsittelyn aikana.

On olemassa signaalinkäsittelymenetelmiä aika- (time sweep, eng.  time domain ) ja taajuus ( Frequency sweep, eng.  Frequency domain ) alueella. Aika-taajuus-muunnosten ekvivalenssi määräytyy yksiselitteisesti Fourier-muunnoksen avulla .

Aika-alueen signaalinkäsittelyä käytetään laajasti nykyaikaisessa elektronisessa oskillografiassa ja digitaalisissa oskilloskoopeissa . Digitaalisia spektrianalysaattoreita käytetään edustamaan signaaleja taajuusalueella . Signaalinkäsittelyn matemaattisten näkökohtien tutkimiseen käytetään laajennuspaketteja (useimmiten nimellä Signal Processing) tietokonematematiikan järjestelmistä MATLAB , Octave , Mathcad , Mathematica , Maple jne.

Viime vuosina signaalien ja kuvien prosessoinnissa on käytetty laajasti uutta matemaattista perustaa signaalien esittämiselle "lyhytaalloilla" - aalloilla . Sillä voidaan käsitellä ei-stationaarisia signaaleja, signaaleja, joissa on epäjatkuvuus ja muita ominaisuuksia, signaaleja purskeina.

Päätehtävät

• Lineaarinen suodatus  - signaalin valinta (valinta) taajuusalueella ; signaaleihin sovitettujen suodattimien synteesi (luominen) ; kanavien taajuusjako ; Hilbert-digitoijat (Lⁿ(a, b)) ja differentiaattorit ; kanavan ominaisuuksien korjaimia.
• Spektrianalyysi  - puheen, äänen, seismisten, hydroakustisten signaalien käsittely; kuvion tunnistus .
• Aika-taajuus analyysi  - kuvan pakkaus ( pakkaus ), vesi - ja tutka , erilaisia ​​signaalintunnistustehtäviä .
• Mukautuva suodatus  - puheentunnistus , kuvantunnistus , kuviontunnistus , kohinanvaimennus , mukautuvat antenniryhmät .
• Epälineaarinen käsittely  - korrelaatioiden laskenta , mediaanisuodatus ; amplitudin, vaiheen, taajuusilmaisimien synteesi , puheenkäsittely, vektorikoodaus .
• Moninopeuskäsittely  - näytteenottotaajuuden interpolointi (lisäys) ja desimointi (pienennys) moninopeuksisissa tietoliikennejärjestelmissä, äänijärjestelmissä .
• Perinteisten tyyppien konvoluutio.
• Poikkileikkauskääre .
• Signaalin havaitseminen - tehtävä signaalin havaitsemiseksi kohinan ja häiriön taustalla [3] .
• Signaalin erottelulla tarkoitetaan signaalin tunnistamista muiden signaalien taustasta, joilla on samanlaiset ominaisuudet [3] .
• Signaalin estimointi on tehtävä signaalin ominaisuuksien (amplitudi, taajuus, vaihe) määrittämiseksi [3]

Perusmuunnokset

Digitaalinen signaalinkäsittely lähettimessä [4]

• Muotoilu
• Lähdekoodaus
• Salaus
• Kanavan salaus
• Tiiviste
• Pulssimodulaatio
• Kaistan modulaatio
• Hajaspektri
• Useita käyttöoikeuksia
• Signalointi

Signaalien jakelu viestintäkanavan yli

Digitaalinen signaalinkäsittely vastaanottimessa [4]

• Signaalin vastaanotto
• Useita käyttöoikeuksia
• Spektriä kaventaa
• Demodulointi ja näytteenotto
• Havaitseminen
• Dekompressio
• Kanavan dekoodaus
• Salauksen purku
• Lähteen dekoodaus
• Muotoilu

Katso myös

• Signaali (radiotekniikka)
• Kotelnikovin lause
• Fourier-muunnos
• Digitaalinen kuvankäsittely
• digitaalinen suodatin
• Analoginen signaalinkäsittely
• Äänen koodaus
• Virhevektorin suuruus

Muistiinpanot

1. ↑ Arbuzov S. M. , Guk I. , Solovieva I. , Solonina A. I. , Ulakhovich D. A. Digitaalisen signaalinkäsittelyn perusteet. Luentokurssi. - Pietari. : BHV-Petersburg, 2003. - 576 s. — ISBN 5-94157-388-X .
2. ↑ Glinchenko, A.S. Digitaalinen signaalinkäsittely. - Krasnojarsk. - ISBN 978-5-7638-1271-8 .
3. ↑ 1 2 3 Bogdanovich V. A. , Vostretsov A. G. Signaalien vakaan havaitsemisen, erottelun ja arvioinnin teoria. - 2. painos, Rev. - M . : Fizmatlit, 2004. - 320 s. — ISBN 5-9221-0505-8 .
4. ↑ 1 2 Sklyar B. Digitaalinen viestintä. Teoreettiset perusteet ja käytännön sovellus. Per. englannista. - M .: Williams Publishing House, 2003. - 1104 s. - s. 33. - ISBN 5-8459-0497-8

Kirjallisuus

• Iphicher E., Jervis B. Digitaalinen signaalinkäsittely: käytännön lähestymistapa. Per. englannista. — M.: Williams, 2017 — 992 s.: ill. ISBN 978-5-8459-2117-8
• Richard Lyons Digital Signal Processing: Toinen painos. Per. englannista. — M.: Binom-Press, 2006 — 656 s.: ill.
• Solonina A.I., Klionsky D.M., Merkucheva T.V., Perov S.N., Digital Signal Processing and MATLAB, 2013
• Stephen Smithin digitaalinen signaalinkäsittely. Käytännön opas insinööreille ja tutkijoille. Dodeka XXI, 2008. - 720 s. ISBN 978-5-94120-145-7 , ISBN 0-750674-44-X
• Yukio Sato Ei paniikkia! Digitaalinen signaalinkäsittely. Dodeka XXI, 2010. - 176 s. ISBN 978-5-94120-251-5 , ISBN 4-274-08674-7
• Sergienko AB Digitaalinen signaalinkäsittely. - 2. - Pietari. : Peter , 2007. - S. 751. - ISBN 5-469-00816-9 .
• Goldenberg L. M. et ai. Digitaalinen signaalinkäsittely. Hakemisto. - M .: Radio ja viestintä, 1985. - 312 s.
• Goldenberg L. M. et ai. Digitaalinen signaalinkäsittely. Oppikirja yliopistoille. - M .: Radio ja viestintä, 1990. - 256 s.
• Oppenheim A., Shafer R. Digitaalinen signaalinkäsittely. Ed. 2nd, rev. — M.: Technosfera, 2007. — 856 s. ISBN 978-5-94836-135-2
• Oppenheim A. V., Shafer R. V. Digitaalinen signaalinkäsittely. - M .: Viestintä, 1979. - 416 s.
• Rabiner L., Gould B. Digitaalisen signaalinkäsittelyn teoria ja sovellus. - M.: Mir, 1978. - 848 s.
• Glinchenko AS Digitaalinen signaalinkäsittely. Klo 2 tuntia - Krasnojarsk: KSTU:n kustantamo, 2001. - 383 s.
• Blahut R. Nopeat algoritmit digitaaliseen signaalinkäsittelyyn. - M.: Mir, 1989. - 448 s.
• Dagion D., Mercereau R. Moniulotteisten signaalien digitaalinen käsittely. - M.: Mir, 1988. - 488 s.
• Max Zh. Metody i tekhnika obrabotki siglov pri fizicheskikh izmereniya [Signaalinkäsittelyn menetelmät ja tekniikat fysikaalisissa mittauksissa]. 2 osassa - M .: "Mir", 1983.
• Marple Jr. SL Digitaalinen spektrianalyysi ja sen sovellukset. - M .: MIR, 1990. - S. 584.
• Hemming R. V. Digitaaliset suodattimet. - M.: Nedra, 1987. - 221 s.
• Dyakonov VP MATLAB 6.5 SP1/7.0 + Simulink 5/6/ Signaalinkäsittely ja suodatinsuunnittelu. — M.: SOLON-Press, 2005. — 676 s.
• Dyakonov V.P. Aallot. Teoriasta käytäntöön. 2. painos, täydennetty ja tarkistettu. — M.: SOLON-Press, 2005. — 400 s.
• Dyakonov V.P. Moderni oskillografia ja oskilloskoopit. — M.: SOLON-Press, 2004. — 320 s.
• Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Mittauslaitteet ja massaelektroniset mittaukset / Toim. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2007. — 544 s.
• Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Digitaalinen spektri, signaali- ja logiikka-analysaattorit / Toim. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2009. — 248 s.
• Bogdanovich V. A., Vostretsov A. G. Signaalien vakaan havaitsemisen, erottelun ja arvioinnin teoria. 2. painos, rev. — M.: Fizmatlit, 2004. — 320 s. — ISBN 5-9221-0505-8 .

Linkit

• Digitaalisen signaalinkäsittelyn tutkijan ja insinöörin opas