Digital signalbehandling

Digital signalbehandling (DSP, DSP - engelska  digital signalbehandling ) - metoder för signalbehandling baserade på numeriska metoder med användning av digital beräkning [1] [2] .

Varje kontinuerlig ( analog ) signal kan utsättas för tidssampling och nivåkvantisering ( digitalisering ) , det vill säga den kan representeras i digital form. Om samplingshastigheten för signalen inte är mindre än två gånger den högsta frekvensen i signalspektrumet (det vill säga se Nyquist-Shannon-Kotelnikovs sats ), så är den resulterande diskreta signalen ekvivalent med en signal i den meningen att den kan vara exakt återhämtat sig från .

Med hjälp av matematiska algoritmer omvandlas den till någon annan signal som har de egenskaper som krävs. Processen att konvertera signaler kallas filtrering , och enheten som utför filtreringen kallas ett filter . Eftersom signalsampel anländer med en konstant hastighet måste filtret hinna bearbeta det aktuella sampelet innan nästa anländer, det vill säga bearbeta signalen i realtid . För signalbehandling (filtrering) i realtid används speciella beräkningsenheter - digitala signalprocessorer .

Allt detta är fullt tillämpligt inte bara på kontinuerliga signaler, utan också på diskontinuerliga, såväl som på signaler inspelade på minnesenheter . I det senare fallet är bearbetningshastigheten oviktig, eftersom data inte kommer att gå förlorade under långsam bearbetning.

Det finns signalbehandlingsmetoder i domänen tids (tidssvep, eng.  tidsdomän ) och frekvens (frekvenssvep, eng.  frekvensdomän ). Ekvivalensen av tids-frekvenstransformationer bestäms unikt genom Fouriertransformen .

Tidsdomänsignalbehandling används ofta i modern elektronisk oscillografi och i digitala oscilloskop . Digitala spektrumanalysatorer används för att representera signaler i frekvensdomänen . För att studera de matematiska aspekterna av signalbehandling används tilläggspaket (oftast under namnet Signal Processing) av datormatematiksystem MATLAB , Octave , Mathcad , Mathematica , Maple , etc.

Under de senaste åren, vid bearbetning av signaler och bilder, har en ny matematisk grund för att representera signaler med "kortvågor" - vågor använts i stor utsträckning . Den kan användas för att behandla icke-stationära signaler, signaler med diskontinuiteter och andra funktioner, signaler i form av skurar.

Huvuduppgifter

• Linjär filtrering  - val (selektion) av en signal i frekvensdomänen ; syntes (skapande) av filter matchade med signaler; frekvensuppdelning av kanaler ; Hilbert digitaliserare (Lⁿ(a, b)) och differentiatorer ; korrigerare för kanalegenskaper.
• Spektralanalys  - bearbetning av tal, ljud, seismiska, hydroakustiska signaler; mönsterigenkänning .
• Tidsfrekvensanalys  - bildkomprimering (komprimering), hydro- och radar , olika signaldetekteringsuppgifter .
• Adaptiv filtrering  - taligenkänning , bildigenkänning , mönsterigenkänning , brusreducering , adaptiva antennuppsättningar .
• Icke-linjär bearbetning  - beräkning av korrelationer , medianfiltrering ; syntes av amplitud, fas, frekvensdetektorer , talbehandling , vektorkodning .
• Flerhastighetsbearbetning  - interpolation (ökning) och decimering (minskning) av samplingsfrekvensen i telekommunikationssystem med flera hastigheter, ljudsystem .
• Konvolution av traditionella typer.
• Sektionsomslag .
• Signaldetektering - uppgiften att detektera en signal mot bakgrund av brus och störningar [3] .
• Signaldiskriminering är uppgiften att känna igen en signal mot bakgrund av andra signaler med liknande egenskaper [3] .
• Signaluppskattning är uppgiften att bestämma signalegenskaper (amplitud, frekvens, fas) [3]

Grundläggande transformationer

Digital signalbehandling i sändaren [4]

• Formatering
• Källkodning
• Kryptering
• Kanalkryptering
• Täta
• Pulsmodulering
• Bandmodulering
• Spridningsspektrum
• Flera åtkomst
• Signal

Distribution av signaler över en kommunikationskanal

Digital signalbehandling i mottagaren [4]

• Signalmottagning
• Flera åtkomst
• Begränsar spektrumet
• Demodulering och sampling
• Upptäckt
• Dekompression
• Kanalavkodning
• Dekryptering
• Källavkodning
• Formatering

Se även

• Signal (radioteknik)
• Kotelnikovs teorem
• Fouriertransform
• Digital bildbehandling
• digitalt filter
• Analog signalbehandling
• Ljudkodning
• Felvektorstorlek

Anteckningar

1. ↑ Arbuzov S. M. , Guk I. , Solovieva I. , Solonina A. I. , Ulakhovich D. A. Fundamentals of digital signal processing. Föreläsningskurs. - St Petersburg. : BHV-Petersburg, 2003. - 576 sid. — 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 detektering, diskriminering och utvärdering av signaler. - 2nd ed., Rev. - M . : Fizmatlit, 2004. - 320 sid. — ISBN 5-9221-0505-8 .
4. ↑ 1 2 Sklyar B. Digital kommunikation. Teoretiska grunder och praktisk tillämpning. Per. från engelska. - M .: Williams Publishing House, 2003. - 1104 sid. - S. 33. - ISBN 5-8459-0497-8

Litteratur

• Iphicher E., Jervis B. Digital Signal Processing: A Practical Approach. Per. från engelska. — M.: Williams, 2017 — 992 s.: ill. ISBN 978-5-8459-2117-8
• Richard Lyons Digital Signal Processing: Andra upplagan. Per. från engelska. — 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 för ingenjörer och vetenskapsmän. Dodeka XXI, 2008. - 720 sid. ISBN 978-5-94120-145-7 , ISBN 0-750674-44-X
• Yukio Sato Ingen panik! Digital signalbehandling. Dodeka XXI, 2010. - 176 sid. ISBN 978-5-94120-251-5 , ISBN 4-274-08674-7
• Sergienko AB Digital signalbehandling. - 2:a. - St Petersburg. : Peter , 2007. - S. 751. - ISBN 5-469-00816-9 .
• Goldenberg L. M. et al. Digital signalbehandling. Katalog. - M .: Radio och kommunikation, 1985. - 312 sid.
• Goldenberg L. M. et al. Digital signalbehandling. Lärobok för universitet. - M .: Radio och kommunikation, 1990. - 256 sid.
• Oppenheim A., Shafer R. Digital signalbehandling. Ed. 2:a, rev. — M.: Technosfera, 2007. — 856 sid. ISBN 978-5-94836-135-2
• Oppenheim A. V., Shafer R. V. Digital signalbehandling. - M .: Kommunikation, 1979. - 416 sid.
• Rabiner L., Gould B. Teori och tillämpning av digital signalbehandling. — M.: Mir, 1978. — 848 sid.
• Glinchenko AS Digital signalbehandling. Vid 2 timmar - Krasnoyarsk: Publishing House of KSTU, 2001. - 383 s.
• Blahut R. Snabba algoritmer för digital signalbehandling. — M.: Mir, 1989. — 448 sid.
• Dagion D., Mercereau R. Digital bearbetning av flerdimensionella signaler. — M.: Mir, 1988. — 488 sid.
• Max Zh Metody i tekhnika obrabotki siglov pri fizicheskikh izmereniya [Metoder och tekniker för signalbehandling i fysiska mätningar]. I 2 vol. - M .: "Mir", 1983.
• Marple Jr. SL Digital spektralanalys och dess tillämpningar. - M. : MIR, 1990. - S. 584.
• Hemming R. V. Digitala filter. — M.: Nedra, 1987. — 221 sid.
• Dyakonov VP MATLAB 6.5 SP1/7.0 + Simulink 5/6/ Signalbehandling och filterdesign. — M.: SOLON-Press, 2005. — 676 sid.
• Dyakonov V.P. Wavelets. Från teori till praktik. 2:a upplagan, kompletterad och reviderad. — M.: SOLON-Press, 2005. — 400 sid.
• Dyakonov V.P. Modern oscillografi och oscilloskop. — M.: SOLON-Press, 2004. — 320 sid.
• Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Mätanordningar och elektroniska massmätningar / Ed. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2007. — 544 sid.
• Afonsky A. A., Dyakonov V. P. Digital Spectrum, Signal and Logic Analyzers / Ed. prof. V. P. Dyakonova. — M.: SOLON-Press, 2009. — 248 sid.
• Bogdanovich V. A., Vostretsov A. G. Teori om stabil detektering, diskriminering och utvärdering av signaler. 2:a uppl., rev. — M.: Fizmatlit, 2004. — 320 sid. — ISBN 5-9221-0505-8 .

Länkar

• Vetenskapsmannens och ingenjörens guide till digital signalbehandling