Цифровая обработка сигналов

Цифровая обработка сигналов (ЦОС; Digital Signal Processing, или DSP) – процесс выполнения по заданной программе вычислительных операций над числами, однозначно отображающими эти сигналы.

ЦОС получила широкое распространение благодаря бурному развитию микропроцессорной техники. ЦОС удобна и проста в использовании, обходится дешевле и выполняется надежнее, чем аналоговая обработка сигналов. Кроме того, DSP-системы дают возможность осуществлять такие операции, которые принципиально невозможны при аналоговой обработке (например, оцифрованную функцию можно сохранить в памяти компьютера, т.е. отложить обработку сигнала в реальном времени).

К достоинствам ЦОС относятся высокая гибкость и точность выполнения преобразований сигналов. Основным недостатком является ограниченное быстродействие.

Структурная схема СИСТЕМЫ ЦОС приведена на рисунке 25.1.

Рисунок 25.1 – Структурная схема системы ЦОС.

На вход системы ЦОС поступает аналоговый сигнал . Входной фильтр низких частот (ФНЧ) отсекает паразитные частоты, которые лежат выше максимальной частоты информационного сигнала. В АЦП производится преобразование аналогового сигнала в цифровой с помощью операций дискретизации во времени, квантования по уровню и кодирования. Выходным сигналом АЦП является представляющая отсчеты входного сигнала последовательность двоичных чисел (x₀, x₁, x₂,…), составленных из нескольких разрядов. Каждому разряду соответствует своя шина, так что они возникают на выходе АЦП одновременно (параллельный код). Числа поступают в цифровой процессор (ЦП), который осуществляет над ними различные математические операции. Ранее полученные и промежуточные результаты могут сохраняться в памяти процессора для использования в последующих вычислениях. Результатом работы процессора является новая последовательность чисел (y₀, y₁, y₂,…), представляющих собой отсчеты выходного сигнала. Аналоговый выходной сигнал восстанавливается по этой последовательности чисел с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Сигнал на выходе ЦАП имеет ступенчатую форму. При необходимости он может быть преобразован в плавно меняющийся выходной сигнал s_вых(t) с помощью выходного ФНЧ, который отсекает все избыточные высокочастотные компоненты.

В цифровой форме можно создавать фильтры, анализаторы спектра, нелинейные преобразователи сигналов и др.