Zpracování digitálních signálů

Digitální zpracování signálů (DSP, DSP - anglicky digital signal processing ) - metody zpracování signálů založené na numerických metodách využívajících číslicové výpočty [1] [2] .

Jakýkoli spojitý ( analogový ) signál může být podroben časovému vzorkování a kvantování úrovně ( digitalizace ), to znamená, že může být reprezentován v digitální podobě. Pokud vzorkovací frekvence signálu není menší než dvojnásobek nejvyšší frekvence ve spektru signálu (tj . viz věta Nyquist-Shannon-Kotelnikov ), pak je výsledný diskrétní signál ekvivalentní signálu v tom smyslu, že může být přesně zotavil z . $Svatý)$ $F_{d}$ $F_{{max}}$ $F_{d}\geq 2\cdot F_{{max}}$ $s(k)$ $Svatý)$ $Svatý)$ $s(k)$

Pomocí matematických algoritmů se převádí na nějaký jiný signál , který má požadované vlastnosti. Proces převodu signálů se nazývá filtrování a zařízení, které provádí filtrování, se nazývá filtr . Vzhledem k tomu, že vzorky signálu přicházejí konstantní rychlostí , musí mít filtr čas na zpracování aktuálního vzorku, než dorazí další, to znamená, že zpracuje signál v reálném čase . Pro zpracování signálu (filtrování) v reálném čase se používají speciální výpočetní zařízení - digitální signálové procesory . $s(k)$ $s_{1}(k)$ $F_{d}$

To vše je plně použitelné nejen pro spojité signály, ale i pro nespojité, stejně jako pro signály zaznamenané na paměťových zařízeních . V druhém případě není rychlost zpracování důležitá, protože při pomalém zpracování nedojde ke ztrátě dat.

Existují metody zpracování signálu v časové (časové rozmítání, ang. časová doména ) a frekvenční (frekvenční rozmítání, eng. frekvenční doména ). Ekvivalence časově-frekvenčních transformací je jednoznačně určena pomocí Fourierovy transformace .

Zpracování signálu v časové oblasti je široce používáno v moderní elektronické oscilografii a v digitálních osciloskopech . Digitální spektrální analyzátory se používají k reprezentaci signálů ve frekvenční oblasti . Ke studiu matematických aspektů zpracování signálů se používají rozšiřující balíčky (nejčastěji pod názvem Signal Processing) počítačových matematických systémů MATLAB , Octave , Mathcad , Mathematica , Maple atd.

V posledních letech se při zpracování signálů a obrazů široce používá nový matematický základ pro reprezentaci signálů pomocí "krátkých vln" - vlnky . Může být použit pro zpracování nestacionárních signálů, signálů s nespojitostí a dalších vlastností, signálů ve formě burstů.

Hlavní úkoly

Lineární filtrace - výběr (výběr) signálu ve frekvenční oblasti ; syntéza (vytváření) filtrů přizpůsobených signálům; frekvenční rozdělení kanálů ; Hilbertovy digitizéry (Lⁿ(a, b)) a diferenciátory ; korektory charakteristik kanálu.
Spektrální analýza - zpracování řečových, zvukových, seismických, hydroakustických signálů; rozpoznávání vzorů .
Časově-frekvenční analýza - komprese obrazu (komprese), hydro- a radar , různé úlohy detekce signálu .
Adaptivní filtrování - rozpoznávání řeči , rozpoznávání obrazu , rozpoznávání vzorů , potlačení šumu , adaptivní anténní pole .
Nelineární zpracování - výpočet korelací , filtrace mediánu ; syntéza amplitudy, fáze, frekvenční detektory , zpracování řeči, vektorové kódování .
Vícerychlostní zpracování - interpolace (zvýšení) a decimace (snížení) vzorkovací frekvence ve vícerychlostních telekomunikačních systémech, audio systémy .
Konvoluce tradičních typů.
Sekční obal .
Detekce signálu - úkol detekce signálu na pozadí šumu a rušení [3] .
Diskriminace signálu je úkolem rozpoznat signál na pozadí jiných signálů s podobnými charakteristikami [3] .
Odhad signálu je úkolem určit charakteristiky signálu (amplituda, frekvence, fáze) [3]

Základní transformace

Digitální zpracování signálu ve vysílači [4]

Formátování
Zdrojové kódování
Šifrování
Šifrování kanálu
Těsnění
Pulzní modulace
Pásmová modulace
Rozprostřené spektrum
Vícenásobný přístup
Signalizace

Distribuce signálů přes komunikační kanál

Digitální zpracování signálu v přijímači [4]

Příjem signálu
Vícenásobný přístup
Zúžení spektra
Demodulace a vzorkování
Detekce
Dekomprese
Dekódování kanálu
Dešifrování
Dekódování zdroje
Formátování

Viz také

Poznámky

↑ Arbuzov S. M. , Guk I. , Solovieva I. , Solonina A. I. , Ulakhovich D. A. Základy číslicového zpracování signálů. Přednáškový kurz. - Petrohrad. : BHV-Petersburg, 2003. - 576 s. — ISBN 5-94157-388-X .
↑ Glinchenko, A. S. Digitální zpracování signálu. — Krasnojarsk. - ISBN 978-5-7638-1271-8 .
↑ 1 2 3 Bogdanovich V. A. , Vostretsov A. G. Teorie stabilní detekce, diskriminace a hodnocení signálů. - 2. vydání, Rev. - M. : Fizmatlit, 2004. - 320 s. — ISBN 5-9221-0505-8 .
↑ 1 2 Sklyar B. Digitální komunikace. Teoretické základy a praktická aplikace. Za. z angličtiny. - M .: Williams Publishing House, 2003. - 1104 s. - S. 33. - ISBN 5-8459-0497-8

Literatura

Iphicher E., Jervis B. Digitální zpracování signálu: Praktický přístup. Za. z angličtiny. — M.: Williams, 2017 — 992 s.: nemocný. ISBN 978-5-8459-2117-8
Richard Lyons Digital Signal Processing: Second Edition. Za. z angličtiny. — 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
Digitální zpracování signálu Stephen Smith. Praktická příručka pro inženýry a vědce. Dodeka XXI, 2008. - 720 s. ISBN 978-5-94120-145-7 , ISBN 0-750674-44-X
Yukio Sato Žádná panika! Zpracování digitálních signálů. Dodeka XXI, 2010. - 176 s. ISBN 978-5-94120-251-5 , ISBN 4-274-08674-7
Sergienko AB Digitální zpracování signálu. - 2. - Petrohrad. : Peter , 2007. - S. 751. - ISBN 5-469-00816-9 .
Goldenberg L. M. a kol., Digitální zpracování signálu. Adresář. - M .: Rozhlas a komunikace, 1985. - 312 s.
Goldenberg L. M. a kol., Digitální zpracování signálu. Učebnice pro vysoké školy. - M .: Rozhlas a komunikace, 1990. - 256 s.
Oppenheim A., Shafer R. Digitální zpracování signálu. Ed. 2., rev. — M.: Technosfera, 2007. — 856 s. ISBN 978-5-94836-135-2
Oppenheim A. V., Shafer R. V. Digitální zpracování signálu. - M .: Komunikace, 1979. - 416 s.
Rabiner L., Gould B. Teorie a aplikace číslicového zpracování signálů. — M.: Mir, 1978. — 848 s.
Glinchenko AS Digitální zpracování signálu. Ve 2 hodiny - Krasnojarsk: Nakladatelství KSTU, 2001. - 383 s.
Blahut R. Rychlé algoritmy pro digitální zpracování signálu. — M.: Mir, 1989. — 448 s.
Dagion D., Mercereau R. Digitální zpracování vícerozměrných signálů. — M.: Mir, 1988. — 488 s.
Metody a techniky zpracování signálů ve fyzikálních měřeních Max Zh. Ve 2 sv. - M.: "Mir", 1983.
Marple Jr. SL Digitální spektrální analýza a její aplikace. - M. : MIR, 1990. - S. 584.
Digitální filtry Hemming R. V. — M.: Nedra, 1987. — 221 s.
Dyakonov VP MATLAB 6.5 SP1/7.0 + Simulink 5/6/ Zpracování signálu a návrh filtrů. — M.: SOLON-Press, 2005. — 676 s.
Dyakonov V. P. Wavelets. Od teorie k praxi. 2. vydání, doplněné a přepracované. — M.: SOLON-Press, 2005. — 400 s.
Dyakonov V.P. Moderní oscilografie a osciloskopy. — M.: SOLON-Press, 2004. — 320 s.
Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Měřící zařízení a hmotnostní elektronická měření / Ed. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2007. — 544 s.
Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Digitální spektrální, signálové a logické analyzátory / Ed. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2009. — 248 s.
Bogdanovich V. A., Vostretsov A. G. Teorie stabilní detekce, diskriminace a hodnocení signálů. 2. vydání, rev. — M.: Fizmatlit, 2004. — 320 s. — ISBN 5-9221-0505-8 .

Odkazy

Průvodce pro vědce a inženýry digitálním zpracováním signálu

Zpracování digitálních signálů
Teorie	Signál diskrétní signál Kotelnikovova věta Teorie statistických odhadů Teorie detekce signálu
Pododdíly	Digitální zpracování audio signálu Teorie automatického řízení Digitální zpracování obrazu Zpracování řeči Statistické zpracování signálu
Techniky	Diskrétní Fourierova transformace (DFT) Časově diskrétní Fourierova transformace (DTFT) impulsní Bilineární transformace Konzistentní Z-transformace Upravená Z-transformace
Vzorkování	supersampling dílčí vzorkování Snížení rozlišení Zvýšení rozlišení Aliasing filtr Vzorkovací frekvence Nyquistova frekvence