Procesare digitală a semnalului

Procesare digitală a semnalului (DSP, DSP - engleză digital signal processing ) - metode de procesare a semnalului bazate pe metode numerice folosind calcul digital [1] [2] .

Orice semnal ( analogic ) continuu poate fi supus eșantionării în timp și cuantizării de nivel ( digitizare ), adică poate fi reprezentat în formă digitală. Dacă rata de eșantionare a semnalului nu este mai mică de două ori cea mai mare frecvență din spectrul semnalului (adică , vezi teorema Nyquist-Shannon-Kotelnikov ), atunci semnalul discret rezultat este echivalent cu un semnal în sensul că poate fi exact recuperat din . $Sf)$ $F_{d}$ $F_{{max}}$ $F_{d}\geq 2\cdot F_{{max}}$ $s(k)$ $Sf)$ $Sf)$ $s(k)$

Cu ajutorul algoritmilor matematici, acesta este convertit într-un alt semnal care are proprietățile necesare. Procesul de conversie a semnalelor se numește filtrare , iar dispozitivul care efectuează filtrarea se numește filtru . Deoarece probele de semnal ajung cu o rată constantă , filtrul trebuie să aibă timp să proceseze proba curentă înainte de sosirea următoarei, adică să proceseze semnalul în timp real . Pentru procesarea (filtrarea) semnalului în timp real, sunt utilizate dispozitive de calcul speciale - procesoare de semnal digital . $s(k)$ $s_{1}(k)$ $F_{d}$

Toate acestea sunt pe deplin aplicabile nu numai semnalelor continue, ci și celor discontinue, precum și semnalelor înregistrate pe dispozitivele de memorie . În acest din urmă caz, viteza de procesare este neimportantă, deoarece datele nu se vor pierde în timpul procesării lente.

Există metode de procesare a semnalului în domeniul timp ( măsurarea timpului, domeniul timpului ing. ) și al frecvenței (măturarea frecvenței, domeniul frecvenței ing. ). Echivalența transformărilor timp-frecvență este determinată în mod unic prin transformarea Fourier .

Procesarea semnalului în domeniul timpului este utilizată pe scară largă în oscilografia electronică modernă și în osciloscoapele digitale . Analizoarele digitale de spectru sunt utilizate pentru a reprezenta semnale în domeniul frecvenței . Pentru a studia aspectele matematice ale prelucrării semnalului, se folosesc pachete de extensie (cel mai adesea sub denumirea de Signal Processing) ale sistemelor matematice computerizate MATLAB , Octave , Mathcad , Mathematica , Maple etc.

În ultimii ani, în procesarea semnalelor și imaginilor, a fost utilizată pe scară largă o nouă bază matematică pentru reprezentarea semnalelor folosind „unde scurte” - wavelets . Poate fi folosit pentru a procesa semnale non-staționare, semnale cu discontinuități și alte caracteristici, semnale sub formă de rafale.

Sarcini principale

Filtrare liniară - selectarea (selectarea) unui semnal în domeniul frecvenței ; sinteza (crearea) filtrelor potrivite cu semnale; diviziunea în frecvență a canalelor ; digitizatoare Hilbert (Lⁿ(a, b)) și diferențietoare ; corectori a caracteristicilor canalului.
Analiza spectrală - prelucrarea semnalelor vocale, sonore, seismice, hidroacustice; recunoașterea modelelor .
Analiză timp-frecvență - compresie imagini (compresie), hidro- și radar , diverse sarcini de detectare a semnalului .
Filtrare adaptivă - recunoaștere a vorbirii , recunoaștere a imaginii , recunoaștere a modelelor , suprimare a zgomotului , rețele de antene adaptive .
Prelucrare neliniară - calculul corelaţiilor , filtrare mediană ; sinteza detectoarelor de amplitudine, faza, frecventa , procesarea vorbirii, codificare vectoriala .
Procesare cu mai multe viteze - interpolare (creștere) și decimare (reducere) a ratei de eșantionare în sistemele de telecomunicații cu mai multe viteze, sisteme audio .
Convoluția tipurilor tradiționale.
Înfășurare secțională .
Detectarea semnalului - sarcina de a detecta un semnal pe fundalul zgomotului și interferențelor [3] .
Discriminarea semnalului este sarcina de a recunoaște un semnal pe fundalul altor semnale cu caracteristici similare [3] .
Estimarea semnalului este sarcina de a determina caracteristicile semnalului (amplitudine, frecvență, fază) [3]

Transformări de bază

Procesarea semnalului digital în transmițător [4]

Formatare
Codare sursă
Criptare
Criptarea canalului
Sigiliu
Modularea pulsului
Modularea benzii
Spread Spectrum
Acces multiplu
Semnalizarea

Distribuția semnalelor pe un canal de comunicație

Procesarea semnalului digital în receptor [4]

Recepția semnalului
Acces multiplu
Îngustarea spectrului
Demodulare și eșantionare
Detectare
Decompresie
Decodificarea canalelor
Decriptare
Decodarea sursei
Formatare

Vezi și

Note

↑ Arbuzov S. M. , Guk I. , Solovieva I. , Solonina A. I. , Ulakhovich D. A. Fundamentals of digital signal processing. Curs de curs. - Sankt Petersburg. : BHV-Petersburg, 2003. - 576 p. — ISBN 5-94157-388-X .
↑ Glinchenko, A. S. Digital signal processing. — Krasnoyarsk. - ISBN 978-5-7638-1271-8 .
↑ 1 2 3 Bogdanovich V. A. , Vostretsov A. G. Teoria stabilității detectării, discriminării și evaluării semnalelor. - ed. a II-a, Rev. - M . : Fizmatlit, 2004. - 320 p. — ISBN 5-9221-0505-8 .
↑ 1 2 Sklyar B. Comunicare digitală. Fundamente teoretice și aplicare practică. Pe. din engleza. - M .: Editura Williams, 2003. - 1104 p. - P. 33. - ISBN 5-8459-0497-8

Literatură

Iphicher E., Jervis B. Procesarea semnalului digital: O abordare practică. Pe. din engleza. — M.: Williams, 2017 — 992 p.: ill. ISBN 978-5-8459-2117-8
Procesare digitală a semnalului Richard Lyons: a doua ediție. Pe. din engleza. — M.: Binom-Press, 2006 — 656 p.: ill.
Solonina A.I., Klionsky D.M., Merkucheva T.V., Perov S.N., Digital Signal Processing and MATLAB, 2013
Procesarea digitală a semnalului Stephen Smith. Un ghid practic pentru ingineri și oameni de știință. Dodeka XXI, 2008. - 720 p. ISBN 978-5-94120-145-7 , ISBN 0-750674-44-X
Yukio Sato Fără panică! Procesare digitală a semnalului. Dodeka XXI, 2010. - 176 p. ISBN 978-5-94120-251-5 , ISBN 4-274-08674-7
Sergienko AB Procesare digitală a semnalului. - al 2-lea. - Sankt Petersburg. : Peter , 2007. - S. 751. - ISBN 5-469-00816-9 .
Goldenberg L. M. et al. Procesarea semnalului digital. Director. - M .: Radio și comunicare, 1985. - 312 p.
Goldenberg L. M. et al. Procesarea semnalului digital. Manual pentru universități. - M .: Radio și comunicare, 1990. - 256 p.
Oppenheim A., Shafer R. Procesare digitală a semnalului. Ed. al 2-lea, rev. — M.: Technosfera, 2007. — 856 p. ISBN 978-5-94836-135-2
Oppenheim A. V., Shafer R. V. Procesarea digitală a semnalului. - M .: Comunicare, 1979. - 416 p.
Rabiner L., Gould B. Teoria și aplicarea procesării semnalelor digitale. — M.: Mir, 1978. — 848 p.
Glinchenko AS Procesare digitală a semnalului. La 2 ore - Krasnoyarsk: Editura KSTU, 2001. - 383 p.
Blahut R. Algoritmi rapizi pentru procesarea semnalului digital. — M.: Mir, 1989. — 448 p.
Dagion D., Mercereau R. Procesarea digitală a semnalelor multidimensionale. — M.: Mir, 1988. — 488 p.
Max Zh. Metody i tekhnika obrabotki siglov pri fizicheskikh izmereniya [Metode și tehnici de procesare a semnalului în măsurători fizice]. În 2 vol. - M .: „Mir”, 1983.
Marple Jr. SL Analiza spectrală digitală și aplicațiile acesteia. - M. : MIR, 1990. - S. 584.
Hemming R. V. Filtre digitale. — M.: Nedra, 1987. — 221 p.
Dyakonov VP MATLAB 6.5 SP1/7.0 + Simulink 5/6/ Procesarea semnalului și proiectarea filtrului. — M.: SOLON-Press, 2005. — 676 p.
Dyakonov V.P. Wavelets. De la teorie la practică. Ediția a II-a, completată și revizuită. — M.: SOLON-Press, 2005. — 400 p.
Dyakonov V.P. Oscilografie și osciloscoape moderne. — M.: SOLON-Press, 2004. — 320 p.
Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Aparate de măsură și măsurători electronice de masă / Ed. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2007. — 544 p.
Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Analizoare digitale de spectru, semnal și logic / Ed. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2009. — 248 p.
Bogdanovich V. A., Vostretsov A. G. Teoria stabilității detectării, discriminării și evaluării semnalelor. Ed. a II-a, rev. — M.: Fizmatlit, 2004. — 320 p. — ISBN 5-9221-0505-8 .

Link -uri

Ghidul omului de știință și al inginerului pentru procesarea semnalului digital

Procesare digitală a semnalului
Teorie	Semnal semnal discret teorema lui Kotelnikov Teoria estimărilor statistice Teoria detectării semnalului
Subsecțiuni	Procesare digitală a semnalului audio Teoria controlului automat Procesarea digitală a imaginii Procesarea vorbirii Procesarea statistică a semnalului
Tehnici	Transformată Fourier discretă (DFT) Transformată Fourier discretă în timp (DTFT) impuls Transformare biliniară consistent Transformarea Z Transformarea Z modificată
Prelevarea de probe	Supereșantionare subeșantionare Reducerea rezoluției Creșterea rezoluției Alianta Filtru Frecvența de eșantionare frecvența Nyquist