Cyfrowe przetwarzanie sygnałów, CPS (ang.) Digital Signal Processing, DSP – dziedzina nauki i techniki zajmująca się sygnałami cyfrowymi i metodami ich przetwarzania.
Spis treści |
Cyfrowe przetwarzanie sygnałów i analogowe przetwarzanie sygnałów są gałęziami jednej, nadrzędnej dziedziny techniki: przetwarzania sygnałów. W ramach CPS wskazać można takie obszary zastosowań jak:
Pierwszym etapem w CPS jest konwersja sygnału z postaci analogowej na cyfrową za pomocą przetwornika analogowo-cyfrowego. W przypadku odwrotnym – konwersja cyfrowo-analogowa – stosuje się przetwornik cyfrowo-analogowy.
Algorytmy cyfrowego przetwarzania sygnałów mogą być realizowane przez komputerowe urządzenia peryferyjne, które korzystają z odpowiednich procesorów sygnałowych (DSP) i pozwalają dzięki temu na przetwarzanie sygnałów w czasie rzeczywistym ((ang.) real time signal processing).
W CPS zazwyczaj analizuje się sygnał w jednej z następujących dziedzin:
Dziedzina czasu to naturalna dziedzina opisu i analizy sygnałów i układów w funkcji zmiennej t – czasu.
Do najpowszechniejszych operacji przetwarzania sygnałów w dziedzinie czasu i przestrzeni należy obróbka sygnału wejściowego w celu poprawienia jego własności. Odbywa się to w procesie filtracji. Ogólnie, filtracja sprowadza się do wykonania pewnych operacji na zbiorze próbek wejściowych sąsiadujących z bieżącą próbką, a niekiedy także z wykorzystaniem pewnej ilości poprzednich próbek sygnału wyjściowego. Są różne sposoby charakteryzowania filtrów np:
Dziedzina częstotliwości to dziedzina opisu i analizy sygnałów i układów w funkcji zmiennej f – częstotliwości
Sygnały są przekształcane z dziedziny czasu do dziedziny częstotliwości zazwyczaj za pomocą transformacji Fouriera (w praktyce wykorzystuje się FFT). Z wyniku transformaty możemy dowiedzieć się o amplitudzie i fazie poszczególnych składowych częstotliwościowych.
Do głównych zastosowań CPS należą przetwarzanie dźwięku, kompresja dźwięku, cyfrowe przetwarzanie obrazów, kodowanie wideo, przetwarzanie mowy, rozpoznawanie mowy i telekomunikacja cyfrowa. Szczególnymi przykładami mogą być: kompresja mowy i transmisja w cyfrowej telefonii komórkowej,filtry DSP w urządzeniach radiokomunikacyjnych pozwalające zwiększyć stosunek sygnału użytecznego do szumu, equalizacja dźwięku w sprzęcie hi-fi, prognozy pogody, prognozy ekonomiczne, przetwarzanie danych sejsmicznych, analiza i kontrola procesów przemysłowych , obrazowanie medyczne takie jak tomografia komputerowa, magnetyczny rezonans jądrowy i efekty cyfrowe używane w gitarach elektrycznych i wzmacniaczach. Ważną dziedziną zastosowań, która znacząco posunęła naprzód badania, technologię i układy DSP była obróbka sygnałów w sprzęcie militarnym, w szczególności technika sonarowa, a potem wraz z rozwojem układów mogących przetwarzać sygnały wyższych częstotliwości - technika radarowa. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów znalazło zastosowanie w nowoczesnym elektronicznym sprzęcie pomiarowym ze zobrazowaniem wyników pomiarów na ekranie. Wielokanałowe cyfrowe przetwarzanie sygnałów stanowi podstawę współczesnych systemów badawczych w radioastronomii.
