Digital signalbehandling

Digital signalbehandling (DSP, DSP - engelsk  digital signalbehandling ) - metoder til signalbehandling baseret på numeriske metoder ved brug af digital databehandling [1] [2] .

Ethvert kontinuerligt ( analogt ) signal kan udsættes for tidssampling og niveaukvantisering ( digitalisering ), det vil sige, at det kan repræsenteres i digital form. Hvis samplingshastigheden af ​​signalet ikke er mindre end det dobbelte af den højeste frekvens i signalspektret (dvs. se Nyquist-Shannon-Kotelnikov-sætningen ), så svarer det resulterende diskrete signal til et signal i den forstand, at det kan være nøjagtigt restitueret fra .

Ved hjælp af matematiske algoritmer konverteres det til et andet signal , der har de nødvendige egenskaber. Processen med at konvertere signaler kaldes filtrering , og den enhed, der udfører filtreringen, kaldes et filter . Da signalprøver ankommer med en konstant hastighed , skal filteret have tid til at behandle den aktuelle prøve, før den næste ankommer, det vil sige behandle signalet i realtid . Til signalbehandling (filtrering) i realtid anvendes specielle computerenheder - digitale signalprocessorer .

Alt dette er fuldt ud anvendeligt, ikke kun for kontinuerlige signaler, men også for diskontinuerlige signaler såvel som for signaler, der er optaget på hukommelsesenheder . I sidstnævnte tilfælde er behandlingshastigheden ligegyldig, da data ikke går tabt under langsom behandling.

Der er signalbehandlingsmetoder i tids- (time sweep, eng.  time domain ) og frekvens (frekvens sweep, eng.  frequency domain ) domæne. Ækvivalensen af ​​tids-frekvenstransformationer bestemmes entydigt gennem Fourier-transformationen .

Tidsdomænesignalbehandling er meget udbredt i moderne elektronisk oscillografi og i digitale oscilloskoper . Digitale spektrumanalysatorer bruges til at repræsentere signaler i frekvensdomænet . For at studere de matematiske aspekter af signalbehandling anvendes udvidelsespakker (oftest under navnet Signal Processing) af computermatematiksystemer MATLAB , Octave , Mathcad , Mathematica , Maple , etc.

I de senere år, i behandlingen af ​​signaler og billeder, er et nyt matematisk grundlag for at repræsentere signaler ved hjælp af "kortbølger" - wavelets blevet brugt i vid udstrækning . Det kan bruges til at behandle ikke-stationære signaler, signaler med diskontinuiteter og andre funktioner, signaler i form af bursts.

Hovedopgaver

• Lineær filtrering  - udvælgelse (selektion) af et signal i frekvensdomænet ; syntese (skabelse) af filtre matchet med signaler; frekvensopdeling af kanaler ; Hilbert-digitalisatorer (Lⁿ(a, b)) og differentiatorer ; kanalkarakteristikkorrektorer.
• Spektralanalyse  - behandling af tale, lyd, seismiske, hydroakustiske signaler; mønstergenkendelse .
• Tidsfrekvensanalyse  - billedkomprimering (komprimering), hydro- og radar , forskellige signaldetektionsopgaver .
• Adaptiv filtrering  - talegenkendelse , billedgenkendelse , mønstergenkendelse , støjundertrykkelse , adaptive antennesystemer .
• Ikke- lineær behandling  - beregning af korrelationer , medianfiltrering ; syntese af amplitude, fase, frekvensdetektorer , talebehandling , vektorkodning .
• Multi-speed processing  - interpolation (forøgelse) og decimering (reduktion) af samplinghastigheden i multi-speed telekommunikationssystemer, lydsystemer .
• Konvolution af traditionelle typer.
• Sektionsindpakning .
• Signaldetektering - opgaven med at detektere et signal på baggrund af støj og interferens [3] .
• Signaldiskrimination er opgaven med at genkende et signal på baggrund af andre signaler med lignende karakteristika [3] .
• Signalestimation er opgaven med at bestemme signalkarakteristika (amplitude, frekvens, fase) [3]

Grundlæggende transformationer

Digital signalbehandling i senderen [4]

• Formatering
• Kildekodning
• Kryptering
• Kanalkryptering
• Forsegle
• Pulsmodulation
• Båndmodulering
• Spredt spektrum
• Multiple Adgang
• Signalering

Fordeling af signaler over en kommunikationskanal

Digital signalbehandling i modtageren [4]

• Signalmodtagelse
• Multiple Adgang
• Indsnævring af spektret
• Demodulation og sampling
• Opdagelse
• Dekompression
• Kanalafkodning
• Dekryptering
• Kildeafkodning
• Formatering

Se også

• Signal (radioteknik)
• Kotelnikovs teorem
• Fourier transformation
• Digital billedbehandling
• digitalt filter
• Analog signalbehandling
• Lydkodning
• Fejl vektorstørrelse

Noter

1. ↑ Arbuzov S. M. , Guk I. , Solovieva I. , Solonina A. I. , Ulakhovich D. A. Fundamentals of digital signal processing. Foredragskursus. - Sankt Petersborg. : BHV-Petersburg, 2003. - 576 s. — ISBN 5-94157-388-X .
2. ↑ Glinchenko, A. S. Digital signalbehandling. — Krasnojarsk. - ISBN 978-5-7638-1271-8 .
3. ↑ 1 2 3 Bogdanovich V. A. , Vostretsov A. G. Teori om stabil detektion, diskrimination og evaluering af signaler. - 2. udg., Rev. - M . : Fizmatlit, 2004. - 320 s. — ISBN 5-9221-0505-8 .
4. ↑ 1 2 Sklyar B. Digital kommunikation. Teoretisk grundlag og praktisk anvendelse. Om. fra engelsk. - M .: Williams Publishing House, 2003. - 1104 s. - S. 33. - ISBN 5-8459-0497-8

Litteratur

• Iphicher E., Jervis B. Digital Signal Processing: A Practical Approach. Om. fra engelsk. — M.: Williams, 2017 — 992 s.: ill. ISBN 978-5-8459-2117-8
• Richard Lyons Digital Signal Processing: Anden udgave. Om. fra engelsk. — 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
• Stephen Smith digital signalbehandling. En praktisk guide til ingeniører og videnskabsmænd. Dodeka XXI, 2008. - 720 s. ISBN 978-5-94120-145-7 , ISBN 0-750674-44-X
• Yukio Sato Ingen panik! Digital signalbehandling. Dodeka XXI, 2010. - 176 s. ISBN 978-5-94120-251-5 , ISBN 4-274-08674-7
• Sergienko AB Digital signalbehandling. - 2. - Sankt Petersborg. : Peter , 2007. - S. 751. - ISBN 5-469-00816-9 .
• Goldenberg L. M. et al. Digital signalbehandling. Vejviser. - M .: Radio og kommunikation, 1985. - 312 s.
• Goldenberg L. M. et al. Digital signalbehandling. Lærebog for universiteter. - M .: Radio og kommunikation, 1990. - 256 s.
• Oppenheim A., Shafer R. Digital signalbehandling. Ed. 2. rev. — M.: Technosfera, 2007. — 856 s. ISBN 978-5-94836-135-2
• Oppenheim A. V., Shafer R. V. Digital signalbehandling. - M .: Kommunikation, 1979. - 416 s.
• Rabiner L., Gould B. Teori og anvendelse af digital signalbehandling. — M.: Mir, 1978. — 848 s.
• Glinchenko AS Digital signalbehandling. Ved 2 timer - Krasnoyarsk: Publishing House of KSTU, 2001. - 383 s.
• Blahut R. Hurtige algoritmer til digital signalbehandling. — M.: Mir, 1989. — 448 s.
• Dagion D., Mercereau R. Digital behandling af multidimensionelle signaler. — M.: Mir, 1988. — 488 s.
• Max Zh. Metody i tekhnika obrabotki siglov pri fizicheskikh izmereniya [Metoder og teknikker til signalbehandling i fysiske målinger]. I 2 bind. - M .: "Mir", 1983.
• Marple Jr. SL Digital spektralanalyse og dens anvendelser. - M. : MIR, 1990. - S. 584.
• Hemming R. V. Digitale filtre. — M.: Nedra, 1987. — 221 s.
• Dyakonov VP MATLAB 6.5 SP1/7.0 + Simulink 5/6/ Signalbehandling og filterdesign. — M.: SOLON-Press, 2005. — 676 s.
• Dyakonov V.P. Wavelets. Fra teori til praksis. 2. udgave, suppleret og revideret. — M.: SOLON-Press, 2005. — 400 s.
• Dyakonov V.P. Moderne oscillografi og oscilloskoper. — M.: SOLON-Press, 2004. — 320 s.
• Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Måleudstyr og elektroniske massemålinger / Ed. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2007. — 544 s.
• Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Digital Spectrum, Signal and Logic Analyzers / Ed. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2009. — 248 s.
• Bogdanovich V. A., Vostretsov A. G. Teori om stabil detektion, diskrimination og evaluering af signaler. 2. udg., rev. — M.: Fizmatlit, 2004. — 320 s. — ISBN 5-9221-0505-8 .

Links

• Forsker- og ingeniørens guide til digital signalbehandling