Zer da seinale digitala prozesatzea?

Zer da seinale digitala prozesatzea? 
DSP-ak seinale mota ezberdinak manipulatzen ditu seinale analogikoak iragazteko, neurtzeko edo konprimitzeko eta sortzeko asmoarekin. Seinale analogikoek informazioa hartzen dute eta anplitude desberdinetako pultsu elektrikoetara itzuliz, datu digitalen seinalea bitariko formatuan itzultzen da, non datu bit bakoitza bi anplitude bereizten diren. Beste desberdintasun nabarmen bat zera da: seinale analogikoak uhin sinusoiko gisa irudikatu daitezke eta seinale digitalak uhin karratu gisa irudikatzen dira. DSP ia edozein arlotan aurki daiteke, bai olioa tratatzeko, soinu bidezko erreprodukzioa, radarra eta sonarra, irudi medikoen prozesamendua edo telekomunikazioak - funtsean seinaleak konprimitu eta erreproduzitzen diren edozein aplikazioetan. 

Zer da, zehazki, seinale digitala prozesatzea? Seinale digitaleko prozesuak audioa, ahotsa, bideoa, tenperatura edo presioa bezalako seinaleak hartzen ditu, eta horiek matematikoki manipulatzen ditu. Informazio hori denbora diskretu gisa, maiztasun diskretu gisa edo bestelako forma diskretu gisa irudikatu daiteke, informazioa digitalki prozesatu ahal izateko. Analogiko-digitala bihurgailu bat behar da mundu errealean seinale analogikoak (soinua, argia, presioa edo tenperatura) hartu eta formatu digital baterako 0-en eta 1-en bihurtzeko. 

DSP batek lau osagai ditu: 
 Informatika motorra: Programa, memoria edo zereginetara sartzeko programa edo zeregin matematikoak egiteko manipulazio matematikoak, kalkuluak eta prozesuak  datuen memorian gordetako informazioa.
 Datu memoria: prozesatu beharreko informazioa gordetzen du eta programa memoriarekin batera funtzionatzen du. 
 Programaren memoria: DSP-ak datuak prozesatzeko, konprimitzeko edo manipulatzeko erabiliko dituen programa edo zereginak gordetzen ditu.
 I / O: Hainbat gauzetarako erabil daiteke, DSP erabiltzen ari den eremuaren arabera, hau da, kanpoko portuak, serieko portuak, tenporizadoreak eta kanpoko munduarekin konektatzeko. 

Jarraian, DSP baten lau osagaiek sistemaren konfigurazio orokorrean zer itxura duten erakusten du. 

DSP iragazkiak 
Chebyshev iragazkia iragazki digitala da eta maiztasun banda bat bestetik bereizteko erabil daiteke. Iragazki hauek ezaugarri nagusia, azkartasuna eta, errendimendu kategorian onenak ez diren arren, aplikazio gehienetarako egokiak dira. Chebyshev iragazkiaren diseinua teknika matematikaren inguruan egin zen, z-transform izenarekin ezagutzen dena. Funtsean, z-transformak denbora diskretuko seinale bihurtzen du, zenbaki erreal edo konplexuen sekuentzia batez osatua maiztasun-domeinuaren irudikapen batean. Chebyshev-en erantzuna, normalean, maiztasun-erantzunean ondulazioak egitea ahalbidetzen da. Iragazki horiei 1 iragazki mota deitzen zaie, hau da, maiztasuneko erantzunaren ondulazioa pasabidean bakarrik onartzen da. Honek edozein iragazkiren erantzun ezin hoberenaren hurbilketa onena ematen du agindutako zehaztapen eta ondulazioetarako. Maiztasun jakin batzuk kentzeko diseinatu zen eta beste batzuek iragazkitik igaro ahal izateko. Chebyshev iragazkia, oro har, lineala da eta erantzun ez lineala irteerako seinalea izan liteke sarrerako seinalean ez zeuden maiztasuneko osagaiak dituena. 


Zergatik erabili seinale digitala prozesatzeko?
Seinale digitala prozesatzeko edo DSPa zirkuitu analogikoekin konparatzen dela ulertzeko, bi sistemak edozein iragazki funtziorekin alderatuko lirateke. Iragazki analogikoak anplifikadoreak, kondentsadoreak, induktoreak edo erresistentziak erabiliko lituzkeen arren, eta merkean eta erraz muntatzen badira, nahiko zaila izango litzateke iragazkien ordena kalibratzea edo aldatzea. Hala ere, gauza bera egin daiteke DSP sistema batekin, errazago diseinatu eta aldatzeko. DSP sistema bateko iragazkiaren funtzioa softwarean oinarrituta dago eta, beraz, iragazki ugari aukeratu daitezke. Gainera, ordena handiko erantzunekin iragazki malguak eta doigarria sortzeko, DSP softwarea bakarrik behar da, eta analogikoak, berriz, hardware osagarria behar du. 

Adibidez, banda-iragazki praktiko batek, maiztasuneko erantzunarekin, banda-banda kontrolatzeko, bandaren sintonizazioa eta zabalera kontrolatzeko aukera izango du, geldialdian banda infinitua eta pasabidearen barruan erantzuna zero fasea aldatzeko. Metodo analogikoak erabiliko balira, bigarren ordenako iragazkiek goi mailako Q sekzio asko behar lukete, eta horrek esan nahi du oso zaila izango dela sintonizatzea eta doitzea. Hori DSP softwarearekin hurbildu bitartean, bultzada erantzun finkoa (FIR) erabiliz, iragazkiak bultzada baten denbora erantzuna orainaren batura haztatua eta aurreko sarreren balio kopuru finitua dira. Erantzunik gabe, lagin bati emandako erantzun bakarra lagina "marraren amaierara" iristen denean amaitzen da. Diseinu diferentzia horiek kontuan izanik, DSP softwarea aukeratu da, malgutasun eta sinpletasunagatik zirkuitu analogiko iragazkien diseinuekiko. 

Bandpass iragazki hau sortzerakoan, DSP erabiltzea ez da zeregin ikaragarria burutzeko. Iragazkiak ezartzea eta fabrikatzea askoz ere errazagoa da, iragazkiak berdin programatu behar baitituzte gailura sartzen diren DSP txipa guztiekin. Hala ere, osagai analogikoak erabiliz, osagai okerrak izateko arriskua duzu, zirkuitua egokituz eta iragazkia zirkuitu analogiko bakoitzean. DSP-k iragazkien diseinua modu merke eta gutxiago korapilatsua sortzen du seinaleak prozesatzeko eta, oro har, iragazkiak egokitzeko eta doitzeko.


ADC eta DAC
Ekipamendu elektrikoa oso alor ia guztietan erabiltzen da. Bihurgailu Analogiko Digitalak (ADC) eta Bihurgailu Digitalak (Analogikoa) (DAC) funtsezko osagaiak dira DSPren edozein alorretan. Bi bihurketa interfaze hauek mundu errealeko seinaleak bihurtzeko beharrezkoak dira ekipamendu elektroniko digitalak edozein seinale analogiko jaso eta prozesatzeko. Hartu mikrofono bat, adibidez: ADCk audio batek ekipoan bildutako seinale analogikoa hiztunek edo monitoreek igorri dezaketen seinale digital bihurtzen dute. Audio ekipotik ordenagailura pasatzen ari den bitartean, softwareak oihartzunak gehitu ditzake edo ahotsaren tempo eta tonua doitu soinu ezin hobea lortzeko. Bestalde, DAC dagoeneko prozesatutako seinale digitala berriro bihurtuko da audio irteerako ekipoek monitoreek erabiltzen duten seinale analogikora. Jarraian, aurreko adibidea nola funtzionatzen duen eta bere audio sarrerako seinaleak nola erreproduzitu daitekeen erakusten da, gero monitoreen bidez seinale digitalak ematen diren moduan.

Analogiko digital bihurtzeko bihurgailu digitalak, ADC arrapala digitala izenarekin ezagutzen dena, alderatzaile bat dakar. Une jakin bateko tentsio analogikoaren balioa tentsio estandar jakin batekin konparatzen da. Hori lortzeko modu bat, tentsio analogikoa alderatzailearen eta abiarazlearen terminal batean aplikatzea da, kontagailu bitarra izenez ezagutzen dena, DAC bat gidatzen duena. DACen irteera konparatzailearen beste terminalera ezartzen den bitartean, seinale bat sortuko du tentsioak analogiko tentsioa gainditzen badu. Konparatzailearen trantsizioak kontagailu bitarra geldiarazten du, eta horrek puntu horretan tentsio analogikoari dagokion balio digitala mantentzen du. Beheko irudian ADC arrapala digital baten diagrama erakusten da. 

DSPen aplikazioak
Hainbat gauza exekutatu ditzakeen seinale digitalen prozesadorearen aldaera ugari daude, egiten ari den aplikazioaren arabera. Aldaera hauetako batzuk audio seinaleen tratamendua, audio eta bideoaren konpresioa, ahotsaren prozesamendua eta errekonozimendua, irudien tratamendu digitala eta radar aplikazioak dira. Aplikazio hauetako bakoitzaren aldea da seinale digitalen prozesadoreak sarrera bakoitza nola iragaz dezakeen. DSP bakoitzaren arabera aldatzen diren bost alderdi desberdin daude: erlojuaren maiztasuna, RAM tamaina, datuen busaren zabalera, ROM tamaina eta I / O tentsioa. Osagai horiek guztiak formatu aritmetikoari, abiadurari, memoria antolatzeari eta prozesadorearen datu zabalerari eragingo diete. 

Arkitekturaren diseinu ezaguna Harvard arkitektura da. Diseinu horri esker, prozesadore batek bi memoria-banku independenteak aldi berean sar ditzake. Arkitektura honek operazio matematikoak egin ditzake argibide gehiago jaso bitartean. Beste bat Von Neumann memoriaren arkitektura da. Datu autobus bakarra dagoen bitartean, eragiketak ezin dira kargatu argibideak eskuratu bitartean. Horrek DSP aplikazioen exekuzioa moteldu egiten du, ondorioz. Prozesadore hauek ordenagailu estandar batean erabiltzen diren prozesadoreen antzekoak diren bitartean, seinale digitalen prozesadore hauek espezializatuta daude. Horrek sarritan esan nahi du zeregin bat burutzeko DSPak puntu finkoko aritmetika erabili behar direla. 

Beste bat laginketa da, hau da, seinale jarraia seinale diskretu batera murriztea. Aplikazio garrantzitsu bat soinu uhin bihurtzea da. Audio laginketak seinale digitalak eta pultsuen kode modulazioa erabiltzen ditu soinua erreproduzitzeko. Beharrezkoa da 20 - 20,000 Hz bitarteko audioa harrapatzea gizakiek entzuteko. 50 kHz - 60 kHz ingurukoak baino lagin-tasek ezin diote informazio gehiago eman gizakiari. DSP softwareak eta ADCak eta DACak dituzten iragazki desberdinak erabiliz, audio horren laginak teknika honen bidez erreproduzi daitezke. 

Seinale digitalaren tratamendua oso erabilia da eguneroko eragiketetan, eta funtsezkoa da seinale analogikoak seinale digitaletara birsortzeko helburu askotan.

Era berean, baliteke duzu Atsegin dut:

DSP - Digital Signal Processing Tutoretza

Azaldu Digital Signal Processing (DSP) eta modulazio du

Utzi mezu bat 

Mezu zerrenda