Wat is digitale seinverwerking?

Wat is digitale seinverwerking? 
DSP manipuleer verskillende soorte seine met die doel om analoogseine te filter, meet, of saam te pers en te produseer. Analoogseine verskil deur inligting in te neem en dit in elektriese pulse van verskillende amplitude te vertaal, terwyl inligting oor digitale seine in binêre formaat vertaal word, waar elke stukkie data voorgestel word deur twee onderskeibare amplitudes. 'N Ander opvallende verskil is dat analoogseine as sinusgolwe voorgestel kan word en dat digitale seine as vierkante golwe voorgestel word. DSP kan in byna enige veld gevind word, of dit nou olieverwerking, klankreproduksie, radar en sonar, mediese beeldverwerking of telekommunikasie is - in wese enige toepassing waarin seine saamgepers en gereproduseer word. 

Wat is die digitale seinverwerking presies? Die digitale seinproses neem seine soos klank, stem, video, temperatuur of druk wat reeds gedigitaliseer is en manipuleer dit dan wiskundig. Hierdie inligting kan dan voorgestel word as diskrete tyd, diskrete frekwensie of ander diskrete vorms sodat die inligting digitaal verwerk kan word. 'N Analoog-tot-digitale omskakelaar is in die regte wêreld nodig om analoogseine (klank, lig, druk of temperatuur) te neem en om te skakel in 0's en 1's vir 'n digitale formaat. 

'N DSP bevat vier sleutelkomponente: 
 Rekenaarmotor: Wiskundige manipulasies, berekeninge en prosesse deur toegang tot die program, of taak, uit die programgeheue en  die inligting wat in die datageheue gestoor is.
 Data geheue: dit stoor die inligting wat verwerk moet word en werk hand aan hand met die programgeheue. 
 Programgeheue: dit stoor die programme of take wat die DSP sal gebruik om data te verwerk, saam te pers of te manipuleer.
 I / O: dit kan vir verskillende dinge gebruik word, afhangende van die veld waarvoor DSP gebruik word, dws eksterne poorte, reekspoorte, timers en verbinding met die buitewêreld. 

Hieronder is 'n figuur van hoe die vier komponente van 'n DSP in 'n algemene stelselkonfigurasie lyk. 

DSP-filters 
Die Chebyshev-filter is 'n digitale filter wat gebruik kan word om een ​​frekwensieband van 'n ander te skei. Hierdie filters is bekend vir hul primêre kenmerk, snelheid, en hoewel dit nie die beste in die prestasiekategorie is nie, is dit meer as voldoende vir die meeste toepassings. Die ontwerp van die Chebyshev-filter is ontwerp volgens die wiskundige tegniek, bekend as z-transform. Basies omskakel die z-transform 'n diskretetydsein wat bestaan ​​uit 'n reeks reële of komplekse getalle in 'n frekwensie-domeinvoorstelling. Die Chebyshev-respons word oor die algemeen gebruik om vinniger af te rol deur die frekwensie-respons te laat rimpel. Hierdie filters word tipe 1-filters genoem, wat beteken dat die rimpeling in die frekwensie-respons slegs in die pasband toegelaat word. Dit bied die beste benadering tot die ideale reaksie van enige filter vir 'n spesifieke volgorde en rimpeling. Dit is ontwerp om sekere frekwensies te verwyder en ander deur die filter te laat gaan. Die reaksie op die Chebyshev-filter is gewoonlik lineêr en 'n nie-lineêre filter kan lei tot die uitsetsein wat die frekwensiekomponente bevat wat nie in die insetsein aanwesig was nie. 


Waarom digitale seinverwerking gebruik?
Om te verstaan ​​hoe digitale seinverwerking, of DSP, vergelyk word met analoog-stroombane, sou 'n mens die twee stelsels met enige filterfunksie vergelyk. Terwyl 'n analoogfilter versterkers, kondenseerders, induktors of weerstande gebruik, en bekostigbaar en maklik is om te monteer, sou dit nogal moeilik wees om die filterorde te kalibreer of te verander. Dieselfde dinge kan egter met 'n DSP-stelsel gedoen word, net makliker om te ontwerp en te verander. Die filterfunksie op 'n DSP-stelsel is op sagteware gebaseer, dus daar kan van verskeie filters gekies word. Om buigsame en verstelbare filters met hoë-orde-reaksies te skep, is die DSP-sagteware slegs nodig, terwyl analoog ekstra hardeware benodig. 

Byvoorbeeld, 'n praktiese banddeurlaatfilter, met 'n gegewe frekwensierespons, moet 'n stopband-afskakelbeheer hê, pasband-afsteming en breedtebeheer, oneindige verswakking in die stopband, en 'n respons binne die pasband wat heeltemal plat is met nulfaseverskuiwing. As analoogmetodes gebruik word, sou die tweede-orde filters baie verspringte hoë-Q-afdelings benodig, wat uiteindelik beteken dat dit buitengewoon moeilik sal wees om in te stel en aan te pas. Terwyl u dit met DSP-sagteware benader en 'n eindige impulsrespons (FIR) gebruik, is die filter se tydrespons op 'n impuls die geweegde som van die hede en 'n eindige aantal vorige invoerwaardes. Sonder terugvoer eindig die enigste reaksie op 'n gegewe monster wanneer die monster die "einde van die lyn" bereik. Met hierdie ontwerpverskille in gedagte, word DSP-sagteware gekies vir sy buigsaamheid en eenvoud bo analoog-kringfilterontwerpe. 

As u hierdie bandpasfilter skep, is die gebruik van DSP nie 'n vreeslike taak om te voltooi nie. Dit is baie makliker om dit te implementeer en die filters te vervaardig, aangesien u die filters slegs moet programmeer met elke DSP-chip wat in die toestel ingaan. As u analoogkomponente gebruik, kan u egter foutiewe komponente hê, die stroombaan verstel en die filter op elke analoogkring programmeer. DSP skep 'n bekostigbare en minder vervelige manier van filterontwerp vir seinverwerking en verhoog die akkuraatheid vir die instelling en verstelling van filters in die algemeen.


ADC & DAC
In byna elke veld word elektriese toerusting baie gebruik. Analoog-tot-digitale omskakelaars (ADC) en digitale na analoog-omskakelaars (DAC) is noodsaaklike komponente vir enige variasie van DSP in enige veld. Hierdie twee omskakelingskoppelvlakke is nodig om die regte wêreldseine te omskep sodat digitale elektroniese toerusting enige analoogsein kan optel en verwerk. Neem byvoorbeeld 'n mikrofoon: die ADC skakel die analoogsein wat deur 'n inset na klanktoerusting versamel word, om in 'n digitale sein wat deur luidsprekers of monitors uitgereik kan word. Terwyl dit deur die klanktoerusting na die rekenaar gaan, kan sagteware eggo's byvoeg of die tempo en toonhoogte van die stem aanpas om 'n perfekte klank te kry. Aan die ander kant sal DAC die reeds verwerkte digitale sein weer omskakel in die analoogsein wat deur klankuitvoertoerusting soos monitors gebruik word. Hieronder is 'n figuur wat wys hoe die vorige voorbeeld werk, en hoe die klank-insetseine deur reproduksie verbeter kan word, en dan as digitale seine deur middel van monitors gestuur kan word.

'N Soort analoog-na-digitale omskakelaar, bekend as die digitale oprit ADC, behels 'n vergelyker. Die waarde van die analoogspanning word op een of ander tydstip vergelyk met 'n gegewe standaardspanning. Een manier om dit te bewerkstellig is deur die analoogspanning op een klem van die vergelyker en sneller, bekend as 'n binaire teller, toe te pas wat 'n DAC aandryf. Terwyl die uitset van die DAC na die ander klem van die vergelyker geïmplementeer word, sal dit 'n sein aktiveer as die spanning die analoogspanning-inset oorskry. Die oorgang van die vergelyker stop die binêre teller, wat dan die digitale waarde bevat wat ooreenstem met die analoogspanning op daardie punt. Die figuur hieronder toon 'n diagram van 'n digitale oprit ADC. 

Toepassings van DSP
Daar is verskillende variante van 'n digitale seinverwerker wat verskillende dinge kan uitvoer, afhangend van die toepassing wat uitgevoer word. Sommige van hierdie variante is klankseinverwerking, klank- en videokompressie, spraakverwerking en herkenning, digitale beeldverwerking en radar-toepassings. Die verskil tussen elkeen van hierdie toepassings is hoe die digitale seinverwerker elke inset kan filter. Daar is vyf verskillende aspekte wat wissel van elke DSP: klokfrekwensie, RAM-grootte, databuswydte, ROM-grootte en I / O-spanning. Al hierdie komponente sal die rekenkundige formaat, die snelheid, die geheue-organisasie en die data-breedte van 'n verwerker regtig beïnvloed. 

Een bekende argitektuuruitleg is die Harvard-argitektuur. Met hierdie ontwerp kan 'n verwerker gelyktydig toegang hê tot twee geheuebanke met twee onafhanklike busstelle. Hierdie argitektuur kan wiskundige bewerkings uitvoer terwyl u verdere instruksies haal. Die ander is die Von Neumann-geheue-argitektuur. Daar is net een databus, maar bedrywighede kan nie gelaai word terwyl instruksies opgehaal word nie. Dit veroorsaak 'n probleem wat uiteindelik die uitvoering van DSP-toepassings vertraag. Alhoewel hierdie verwerkers soortgelyk is aan 'n verwerker wat in 'n standaardrekenaar gebruik word, is hierdie digitale seinverwerkers gespesialiseerd. Dit beteken dikwels dat die DSP's om 'n taak uit te voer, 'n vaste punt-rekenkunde moet gebruik. 

'N Ander is steekproefneming, naamlik die reduksie van 'n deurlopende sein na 'n diskrete sein. Een belangrike toepassing is die omskakeling van 'n klankgolf. Klanksteekproefneming gebruik digitale seine en polskodemodulasie vir die reproduksie van klank. Dit is nodig om klank tussen 20 - 20,000 50 Hz vas te lê sodat mense dit kan hoor. Monstersnelhede hoër as die van ongeveer 60 kHz - XNUMX kHz kan nie meer inligting aan die menslike oor verskaf nie. Met behulp van verskillende filters met DSP-sagteware en ADC's & DAC's, kan klankmonsters met hierdie tegniek weergegee word. 

Verwerking van digitale seine word baie gebruik in die dag-tot-dag-bedrywighede en is vir baie doeleindes noodsaaklik om analoogseine na digitale seine te herskep.

Jy kan ook graag:

DSP - Digitale Seinverwerking Tutorial

Verduidelik die digitale sein Processing (DSP) en die Modulasie

Los 'n boodskap 

boodskap Lys