Статья: ЦОС

Цифровая обработка сигналов: задачи и основные преобразования

К основным задачам цифровой обработки сигналов относятся:

1. Оценивание сигнала. Выполнение данной задачи подразумевает определение основных характеристик сигнала, к которым относятся фаза, амплитуда и частота.
2. 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.
3. Различение сигнала. Выполнение данной задачи подразумевает распознавание нужного сигнала на фоне других, обладающих подобными характеристиками.
4. Проведение спектрального анализа. Выполнение данной задачи подразумевает проведение обработки речевых, сейсмических, звуковых и гидроакустических сигналов, а также распознавание образов.
5. Обнаружение сигнала. Выполнение данной задачи подразумевает обнаружение нужного сигнала на фоне помех и шума.
6. Проведение частотно-временного анализа. Выполнение данной задачи подразумевает проведение компрессии изображений радио-и гидролокации.
7. Проведение секционирования свертки.
8. Проведение фильтрации. Выполнение данной задачи подразумевает распознавание изображений, речи, образов, а также подавление шумов.
9. Проведение свертки традиционного типа.
10. Нелинейная обработка. Выполнение данной задачи подразумевает вычисление корреляций; проведение медианной фильтрации; проведение синтеза фазовых, частотных и амплитудных детекторов; проведение векторного кодирования; обработку речи.
11. 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.

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 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:

1. Необходимость использования цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователей.
2. Относительно высокая стоимость.
3. Относительно большая потребляемая мощность.
4. Относительно низкая скорость обработки данных, которые ограничиваются задержками цифровых элементов.