Què és el processament digital del senyal?

Què és el processament digital del senyal? 
DSP manipula diferents tipus de senyals amb la intenció de filtrar, mesurar o comprimir i produir senyals analògics. Els senyals analògics difereixen agafant informació i traduint-la a polsos elèctrics d’amplitud variable, mentre que la informació del senyal digital es tradueix en format binari on cada bit de dades es representa amb dues amplituds distingibles. Una altra diferència perceptible és que els senyals analògics es poden representar com a ones sinusoïdals i els senyals digitals es representen com a ones quadrades. Es pot trobar DSP en gairebé qualsevol camp, ja sigui processament de petroli, reproducció de so, radar i sonar, tractament d'imatges mèdiques o telecomunicacions, essencialment qualsevol aplicació en què es comprimeixin i es reprodueixen senyals. 

Què és exactament el processament digital del senyal? El procés de senyal digital pren senyals com l'àudio, la veu, el vídeo, la temperatura o la pressió que ja han estat digitalitzats i després els manipula matemàticament. Aquesta informació es pot representar com a temps discret, freqüència discreta o altres formes discretes de manera que la informació es pugui processar digitalment. Es necessita un convertidor analògic-digital al món real per prendre senyals analògiques (so, llum, pressió o temperatura) i convertir-les en 0 i 1 per a un format digital. 

Un DSP conté quatre components clau: 
 Motor d’informàtica: manipulacions, càlculs i processos matemàtics mitjançant l’accés al programa, o a la tasca, des de la memòria del programa i  la informació emmagatzemada a la memòria de dades.
 Memòria de dades: emmagatzema la informació a processar i funciona conjuntament amb la memòria del programa. 
 Memòria del programa: emmagatzema els programes o tasques que utilitzarà el DSP per processar, comprimir o manipular dades.
 E / S: es pot utilitzar per a diverses coses, depenent del camp que s’utilitza per a la qual es utilitza DSP, és a dir, ports externs, ports en sèrie, temporitzadors i connectar-se al món exterior. 

A continuació, es mostra la imatge dels quatre components d'un DSP en una configuració general del sistema. 

FILEters DSP 
El filtre Chebyshev és un filtre digital que es pot utilitzar per separar una banda de freqüència d’una altra. Aquests filtres són coneguts pel seu atribut principal, velocitat i, encara que no són els millors de la categoria de rendiment, són més que adequats per a la majoria d’aplicacions. El disseny del filtre Chebyshev es va dissenyar entorn de la tècnica matemàtica, coneguda com a transformada z. Bàsicament, la transformada z converteix un senyal de temps discret, format per una seqüència de nombres reals o complexos en una representació de dominis de freqüència. La resposta de Chebyshev s’utilitza generalment per aconseguir un desplegament més ràpid permetent ondulacions en la resposta de freqüència. Aquests filtres s’anomenen filtres tipus 1, el que significa que l’obstrucció de la resposta de freqüència només està permesa a la banda de pas. Això proporciona la millor aproximació a la resposta ideal de qualsevol filtre per a un ordre i un ondulament especificats. Va ser dissenyat per eliminar determinades freqüències i permetre que altres passessin pel filtre. El filtre Chebyshev és generalment lineal en la seva resposta i un filtre no lineal pot donar lloc a un senyal de sortida que contingui components de freqüència que no estaven presents al senyal d’entrada. 


Per què utilitzar el processament digital de senyal?
Per comprendre com es compara el processament digital de senyal o DSP amb circuits analògics, es comparen els dos sistemes amb qualsevol funció de filtre. Encara que un filtre analògic utilitzés amplificadors, condensadors, inductors o resistències i sigui assequible i fàcil de muntar, seria més difícil calibrar o modificar l’ordre del filtre. Tot i això, es poden fer les mateixes coses amb un sistema DSP, més fàcil de dissenyar i modificar. La funció de filtre en un sistema DSP està basat en programari, de manera que es poden triar diversos filtres. A més, per crear filtres flexibles i regulables amb respostes d’alta ordre només cal el programari DSP, mentre que analògic requereix maquinari addicional. 

Per exemple, un filtre pràctic de banda, amb una resposta de freqüència donada, hauria de tenir un control de desplegament de banda de parada, ajustament de banda i control d'amplada, atenuació infinita a la banda de parada i una resposta dins de la banda que és completament plana amb canvi de fase zero. Si s’utilitzessin mètodes analògics, els filtres de segon ordre necessitarien una gran quantitat de seccions d’alta Q esglaonades, cosa que en definitiva significa que serà molt difícil ajustar i ajustar. Si us acostem a això amb el programari DSP, utilitzant una resposta d’impuls finit (FIR), la resposta del temps del filtre a un impuls és la suma ponderada del present i un nombre finit de valors d’entrada anteriors. Sense cap tipus de feedback, la seva única resposta a una mostra donada finalitza quan la mostra arriba al "final de la línia". Tenint en compte aquestes diferències de disseny, el programari DSP es tria per la seva flexibilitat i senzillesa respecte als dissenys de filtres de circuits analògics. 

Quan creeu aquest filtre de banda de banda, utilitzar DSP no és una tasca terrible de completar. La implementació i la fabricació dels filtres és molt més senzill, ja que només cal programar els filtres igualment amb cada xip DSP que entra al dispositiu. Tanmateix, si utilitzeu components analògics, teniu el risc de components defectuosos, ajustant el circuit i programeu el filtre a cada circuit analògic individual. DSP crea una forma assequible i menys tediós de disseny de filtres per al processament de senyal i augmenta la precisió per ajustar i ajustar els filtres en general.


ADC i DAC
L'equip elèctric s'utilitza molt en gairebé tots els camps. Els conversors analògics a digitals (ADC) i els convertidors de digital a analògics (DAC) són components essencials per a qualsevol variació de DSP en qualsevol camp. Aquestes dues interfícies de conversió són necessàries per convertir senyals del món real per permetre que l'equip digital digital reculli qualsevol senyal analògic i el processi. Prenguem per exemple un micròfon: l’ADC converteix el senyal analògic recollit per una entrada a equips d’àudio en un senyal digital que pot ser emès per altaveus o monitors. Mentre es passa a través de l’equip d’àudio a l’ordinador, el programari pot afegir ecos o ajustar el ritme i el to de la veu per obtenir un so perfecte. D’altra banda, DAC convertirà el senyal digital ja processat de nou en senyal analògic que fan servir equips de sortida d’àudio com monitors. A continuació es mostra una figura que mostra com funciona l’exemple anterior i com es poden millorar els seus senyals d’entrada d’àudio mitjançant la reproducció, i després es poden emetre com a senyals digitals mitjançant monitors.

Un tipus de convertidor analògic a digital, conegut com a rampa digital ADC, implica un comparador. El valor de la tensió analògica en algun moment del temps es compara amb un voltatge estàndard determinat. Una manera d’aconseguir-ho és aplicant el voltatge analògic a un terminal i el disparador del comparador, conegut com a comptador binari, que condueix un DAC. Mentre que la sortida del DAC s’implementa a l’altre terminal del comparador, activarà un senyal si la tensió supera la entrada de voltatge analògica. La transició del comparador atura el comptador binari, que a continuació manté el valor digital corresponent a la tensió analògica en aquell punt. La figura següent mostra un esquema d’una rampa digital ADC. 

Aplicacions de DSP
Hi ha nombroses variants d’un processador de senyal digital que pot executar diferents coses, segons l’aplicació que s’està realitzant. Algunes d’aquestes variants són processament de senyal d’àudio, compressió d’àudio i vídeo, processament i reconeixement de veu, processament digital d’imatges i aplicacions de radar. La diferència entre cadascuna d’aquestes aplicacions és com el processador de senyal digital pot filtrar cada entrada. Hi ha cinc aspectes diferents que varien de cada DSP: freqüència de rellotge, mida de RAM, amplada del bus de dades, mida de ROM i tensió d'E / S. Tots aquests components realment només afectaran el format aritmètic, la velocitat, l’organització de la memòria i l’amplada de dades d’un processador. 

Una de les característiques més conegudes és l'arquitectura de Harvard. Aquest disseny permet que un processador accedeixi simultàniament a dos bancs de memòria mitjançant dos conjunts d’autobusos independents. Aquesta arquitectura pot executar operacions matemàtiques mentre obtingui més instruccions. Una altra és l’arquitectura de memòria Von Neumann. Tot i que només hi ha un bus de dades, les operacions no es poden carregar mentre s'obtenen instruccions. Això provoca un embús que alenteix al final l’execució d’aplicacions DSP. Si bé aquests processadors són similars a un processador utilitzat en un equip estàndard, aquests processadors de senyal digital estan especialitzats. Això sovint significa que, per realitzar una tasca, cal que els DSP utilitzin l'aritmètica de punt fix. 

Un altre és el mostreig, que és la reducció d’un senyal continu a un senyal discret. Una de les principals aplicacions és la conversió d’una ona sonora. El mostreig d’àudio utilitza senyals digitals i modulació de codi d’impulsos per a la reproducció del so. És necessari capturar àudio entre 20 i 20,000 Hz perquè els humans ho sentin. Les taxes de mostreig superiors a les d’uns 50 kHz - 60 kHz no poden proporcionar més informació a l’oïda humana. Mitjançant diferents filtres amb el programari DSP i ADC i DAC, es poden reproduir mostres d’àudio mitjançant aquesta tècnica. 

El processament digital del senyal s’utilitza molt en les operacions quotidianes i és essencial per recrear senyals analògics a senyals digitals per a molts propòsits.

També et pot agradar:

DSP - Digital Signal Processing Tutorial

Expliqueu el Processament digital de senyal (DSP) i la modulació

Deixa un missatge 

Llista de missatges