Xử lý tín hiệu số là gì?
DSP thao tác các loại tín hiệu khác nhau với mục đích lọc, đo hoặc nén và tạo tín hiệu tương tự. Tín hiệu tương tự khác nhau bằng cách lấy thông tin và chuyển nó thành các xung điện có biên độ khác nhau, trong khi thông tin tín hiệu số được dịch sang định dạng nhị phân trong đó mỗi bit dữ liệu được biểu thị bằng hai biên độ có thể phân biệt. Một sự khác biệt đáng chú ý khác là tín hiệu tương tự có thể được biểu diễn dưới dạng sóng hình sin và tín hiệu số được biểu diễn dưới dạng sóng vuông. DSP có thể được tìm thấy trong hầu hết mọi lĩnh vực, cho dù đó là xử lý dầu, tái tạo âm thanh, radar và sonar, xử lý hình ảnh y tế hay viễn thông - về cơ bản là bất kỳ ứng dụng nào trong đó tín hiệu được nén và tái tạo.

Vậy chính xác thì xử lý tín hiệu số là gì? Quá trình tín hiệu số lấy các tín hiệu như âm thanh, giọng nói, video, nhiệt độ hoặc áp suất đã được số hóa và sau đó thao tác chúng theo toán học. Thông tin này sau đó có thể được biểu diễn dưới dạng thời gian riêng biệt, tần số riêng biệt hoặc các dạng rời rạc khác để thông tin có thể được xử lý kỹ thuật số. Một bộ chuyển đổi tương tự sang số là cần thiết trong thế giới thực để lấy tín hiệu tương tự (âm thanh, ánh sáng, áp suất hoặc nhiệt độ) và chuyển đổi chúng thành 0 và 1 cho định dạng kỹ thuật số.

Một DSP chứa bốn thành phần chính:
Công cụ tính toán: Thao tác toán học, tính toán và xử lý bằng cách truy cập chương trình hoặc tác vụ từ Bộ nhớ chương trình và thông tin được lưu trữ trong Bộ nhớ dữ liệu.
Bộ nhớ dữ liệu: Điều này lưu trữ thông tin cần xử lý và kết hợp với bộ nhớ chương trình.
Bộ nhớ chương trình: Điều này lưu trữ các chương trình hoặc tác vụ mà DSP sẽ sử dụng để xử lý, nén hoặc thao tác dữ liệu.
I / O: Điều này có thể được sử dụng cho nhiều thứ khác nhau, tùy thuộc vào trường DSP đang được sử dụng, ví dụ như cổng ngoài, cổng nối tiếp, bộ hẹn giờ và kết nối với thế giới bên ngoài.

Dưới đây là hình của bốn thành phần của DSP trông như thế nào trong cấu hình hệ thống chung.

Bộ chuyển đổi DSP
Bộ lọc Ch Quashev là một bộ lọc kỹ thuật số có thể được sử dụng để tách một dải tần số này khỏi một dải tần số khác. Các bộ lọc này được biết đến với thuộc tính chính, tốc độ và mặc dù chúng không phải là tốt nhất trong danh mục hiệu suất, nhưng chúng phù hợp hơn cho hầu hết các ứng dụng. Thiết kế của bộ lọc Ch Quashev được thiết kế xoay quanh kỹ thuật mHRatical, được gọi là z-Transform. Về cơ bản, biến đổi z chuyển đổi tín hiệu thời gian rời rạc, được tạo thành từ một chuỗi các số thực hoặc số phức thành biểu diễn miền tần số. Phản hồi Ch Quashev thường được sử dụng để đạt được tốc độ cuộn nhanh hơn bằng cách cho phép gợn trong đáp ứng tần số. Các bộ lọc này được gọi là bộ lọc loại 1, có nghĩa là gợn trong đáp ứng tần số chỉ được phép trong băng thông. Điều này cung cấp xấp xỉ tốt nhất cho phản hồi lý tưởng của bất kỳ bộ lọc nào cho một đơn đặt hàng và Ripple được chỉ định. Nó được thiết kế để loại bỏ các tần số nhất định và cho phép các tần số khác đi qua bộ lọc. Bộ lọc Ch Quashev nói chung là tuyến tính trong phản ứng của nó và bộ lọc phi tuyến có thể dẫn đến tín hiệu đầu ra chứa các thành phần tần số không có trong tín hiệu đầu vào.

Tại sao nên sử dụng xử lý tín hiệu số?
Để hiểu cách xử lý tín hiệu số, hoặc DSP, so sánh với mạch tương tự, người ta sẽ so sánh hai hệ thống với bất kỳ chức năng lọc nào. Mặc dù bộ lọc tương tự sẽ sử dụng bộ khuếch đại, tụ điện, cuộn cảm hoặc điện trở và có giá cả phải chăng và dễ lắp ráp, nhưng sẽ rất khó để hiệu chỉnh hoặc sửa đổi thứ tự bộ lọc. Tuy nhiên, những điều tương tự có thể được thực hiện với một hệ thống DSP, chỉ dễ dàng hơn để thiết kế và sửa đổi. Chức năng lọc trên hệ thống DSP dựa trên phần mềm, do đó có thể chọn nhiều bộ lọc. Ngoài ra, để tạo các bộ lọc linh hoạt và có thể điều chỉnh với các phản hồi theo thứ tự cao chỉ cần phần mềm DSP, trong khi analog yêu cầu phần cứng bổ sung.

Ví dụ, bộ lọc băng thông thực tế, với đáp ứng tần số nhất định sẽ có điều khiển cuộn băng tần dừng, điều chỉnh độ rộng băng tần và điều khiển độ rộng, suy giảm vô hạn trong băng tần dừng và đáp ứng trong băng thông hoàn toàn bằng phẳng với độ lệch pha 0. Nếu các phương pháp tương tự đang được sử dụng, các bộ lọc bậc hai sẽ yêu cầu rất nhiều phần Q cao so le, điều đó có nghĩa là nó sẽ cực kỳ khó điều chỉnh và điều chỉnh. Trong khi tiếp cận điều này với phần mềm DSP, sử dụng đáp ứng xung hữu hạn (FIR), đáp ứng thời gian của bộ lọc đối với xung là tổng trọng số của hiện tại và số lượng hữu hạn của các giá trị đầu vào trước đó. Không có phản hồi, phản hồi duy nhất của nó đối với một mẫu nhất định kết thúc khi mẫu đạt đến "cuối dòng". Với những khác biệt về thiết kế, phần mềm DSP được chọn vì tính linh hoạt và đơn giản so với các thiết kế bộ lọc mạch tương tự.

Khi tạo bộ lọc thông dải này, sử dụng DSP không phải là một nhiệm vụ khủng khiếp để hoàn thành. Việc thực hiện nó và sản xuất các bộ lọc dễ dàng hơn nhiều, vì bạn chỉ phải lập trình các bộ lọc giống nhau với mọi chip DSP đi vào thiết bị. Tuy nhiên, sử dụng các thành phần tương tự, bạn có nguy cơ các thành phần bị lỗi, điều chỉnh mạch và lập trình bộ lọc trên mỗi mạch tương tự riêng lẻ. DSP tạo ra một cách thiết kế bộ lọc hợp lý và ít tẻ nhạt để xử lý tín hiệu và tăng độ chính xác để điều chỉnh và điều chỉnh các bộ lọc nói chung.

ADC & DAC
Thiết bị điện được sử dụng nhiều trong hầu hết các lĩnh vực. Bộ chuyển đổi tương tự sang số (ADC) và Bộ chuyển đổi kỹ thuật số sang tương tự (DAC) là các thành phần thiết yếu cho mọi biến thể của DSP trong bất kỳ lĩnh vực nào. Hai giao diện chuyển đổi này là cần thiết để chuyển đổi tín hiệu trong thế giới thực để cho phép các thiết bị điện tử kỹ thuật số nhận bất kỳ tín hiệu tương tự nào và xử lý nó. Lấy micrô làm ví dụ: ADC chuyển đổi tín hiệu tương tự được thu thập bởi đầu vào thành thiết bị âm thanh thành tín hiệu kỹ thuật số có thể được xuất ra bởi loa hoặc màn hình. Trong khi truyền qua thiết bị âm thanh vào máy tính, phần mềm có thể thêm tiếng vang hoặc điều chỉnh nhịp độ và cao độ của giọng nói để có được âm thanh hoàn hảo. Mặt khác, DAC sẽ chuyển đổi tín hiệu số đã được xử lý trở lại thành tín hiệu tương tự được sử dụng bởi các thiết bị đầu ra âm thanh như màn hình. Dưới đây là hình minh họa cách ví dụ trước hoạt động và cách tín hiệu đầu vào âm thanh của nó có thể được tăng cường thông qua tái tạo, sau đó xuất ra dưới dạng tín hiệu kỹ thuật số thông qua màn hình.

Một loại bộ chuyển đổi tương tự sang số, được gọi là bộ chuyển đổi kỹ thuật số ADC, bao gồm một bộ so sánh. Giá trị của điện áp tương tự tại một số thời điểm được so sánh với một điện áp tiêu chuẩn nhất định. Một cách để đạt được điều này là bằng cách đặt điện áp tương tự vào một cực của bộ so sánh và bộ kích hoạt, được gọi là bộ đếm nhị phân, điều khiển một bộ xử lý. Mặc dù đầu ra của DAC được triển khai đến đầu cuối khác của bộ so sánh, nó sẽ kích hoạt tín hiệu nếu điện áp vượt quá đầu vào điện áp tương tự. Quá trình chuyển đổi của bộ so sánh dừng bộ đếm nhị phân, sau đó giữ giá trị kỹ thuật số tương ứng với điện áp tương tự tại điểm đó. Hình dưới đây cho thấy một sơ đồ của một đoạn đường nối ADC kỹ thuật số.

Các ứng dụng của DSP
Có rất nhiều biến thể của bộ xử lý tín hiệu số có thể thực thi những thứ khác nhau, tùy thuộc vào ứng dụng được thực hiện. Một số biến thể này là xử lý tín hiệu âm thanh, nén âm thanh và video, xử lý và nhận dạng giọng nói, xử lý hình ảnh kỹ thuật số và các ứng dụng radar. Sự khác biệt giữa mỗi ứng dụng này là cách bộ xử lý tín hiệu số có thể lọc từng đầu vào. Có năm khía cạnh khác nhau khác nhau từ mỗi DSP: tần số xung nhịp, kích thước RAM, độ rộng bus dữ liệu, kích thước ROM và điện áp I / O. Tất cả các thành phần này thực sự sẽ ảnh hưởng đến định dạng số học, tốc độ, tổ chức bộ nhớ và độ rộng dữ liệu của bộ xử lý.

Một bố cục kiến trúc nổi tiếng là kiến trúc Harvard. Thiết kế này cho phép bộ xử lý truy cập đồng thời hai ngân hàng bộ nhớ bằng hai bộ bus độc lập. Kiến trúc này có thể thực hiện các hoạt động toán học trong khi tìm nạp thêm các hướng dẫn. Một cái khác là kiến trúc bộ nhớ Von Neumann. Mặc dù chỉ có một bus dữ liệu, các thao tác không thể được tải trong khi các hướng dẫn được tìm nạp. Điều này gây ra sự cố làm chậm quá trình thực thi các ứng dụng DSP. Mặc dù các bộ xử lý này tương tự như bộ xử lý được sử dụng trong một máy tính tiêu chuẩn, các bộ xử lý tín hiệu số này là chuyên dụng. Điều đó thường có nghĩa là, để thực hiện một nhiệm vụ, DSP được yêu cầu sử dụng số học điểm cố định.

Một cách khác là lấy mẫu, là sự giảm tín hiệu liên tục thành tín hiệu rời rạc. Một ứng dụng chính là chuyển đổi sóng âm thanh. Lấy mẫu âm thanh sử dụng tín hiệu kỹ thuật số và điều chế mã xung để tái tạo âm thanh. Nó là cần thiết để thu âm thanh từ 20 - 20,000 Hz để con người nghe thấy. Tốc độ lấy mẫu cao hơn khoảng 50 kHz - 60 kHz không thể cung cấp thêm thông tin cho tai người. Sử dụng các bộ lọc khác nhau với phần mềm DSP và ADC & DAC, các mẫu âm thanh có thể được tái tạo thông qua kỹ thuật này.

Xử lý tín hiệu số được sử dụng nhiều trong các hoạt động hàng ngày và rất cần thiết trong việc tái tạo tín hiệu tương tự thành tín hiệu số cho nhiều mục đích.

Bạn cũng có thể thích:

DSP - Digital Signal Processing Tutorial

Giải thích kỹ thuật số xử lý tín hiệu (DSP) và điều chế

Prev:Máy phát chuyển tiếp ở các quốc gia khác nhau

Tiếp theo:Hiểu về sự phản xạ và sóng đứng trong thiết kế mạch RF

Để lại lời nhắn

Danh sách tin nhắn

Comment Đang tải ...

danh mục sản phẩm

sản phẩm Thẻ

Fmuser Sites

Xử lý tín hiệu số là gì?

Để lại lời nhắn

Danh sách tin nhắn