Терминология: Обработка сигнала цифровая

Цифровая обработка сигнала

Цифровая обработка сигналов (ЦОС, digital signal processing) — обработка сигналов, представленных в цифровой форме в виде последовательности отсчётов сигнала с заданным периодом дискретизации.

Сигнал, представленный в виде последовательности значений в моменты времени, отстоящие друг от друга на период дискретизации, но без учета квантования по уровню (т.е. в "аналоговых" физических величинах), называется дискретным сигналом.

Сигнал, представленный с учетом квантования как по времени, так и по уровню (в числах конечной разрядности), называется цифровым сигналом.

При практической реализации алгоритмов ЦОС имеют дело с цифровыми сигналами (дискретными по времени и по уровню), согласно   выбранному формату машинного представления числа применяемого процессора или контроллера. Вопросы влияния погрешности вычисления, шума квантования и периода дискретизации также рассматриваются для этих алгоритмов.

Различают методы обработки сигналов во временной (time domain) и в частотной (frequency domain) области.

Типичными задачами ЦОС являются:

  • Фильтрация сигналов — расчёт и реализация БИХ и КИХ фильтров.
  • Децимация (прореживание).
  • Интерполяция, передискретизация (на основе различных математических методов).
  • Спектральная, корреляционная обработка сигналов — это методы на основе преобразования Фурье и его быстрой реализации (БПФ).
  • Интегрирование, дифференцирование.
  • Системы с обратной связью и цифровые алгоритмы регулирования на основе Теории автоматического управления (ТАУ —  automatic control theory).
  • Синтез сигналов различными методами (во временной и частотной области).
  • Алгоритмы сжатия и уплотнения сигналов.
  • Алгоритмы кодирования-декодирования сигналов. Помехоустойчивое кодирование.
  • Алгоритмы нелинейной обработки сигналов, алгоритмы сверхразрешения.
  • Алгоритмы математической статистики.
При реализации любых алгоритмов ЦОС отдельной задачей является оптимизация требуемой вычислительной мощности процессора. Данная оптимизация достигается не только программными методами, но и математическими методами, например, приведение алгоритма ЦОС к рекурсивному виду, разложение алгоритма на типичные операции, для которых есть быстрые алгоритмы (БПФ/ОБПФ).  
При реализациях алгоритмов ЦОС для конкретных задач, как правило, возникает необходимость в оптимизациях: по объёму памяти, по количеству операций, по ширине представления слова данных, по виду арифметических операций (с плавающей запятой, блочно-плавающей или целочисленной арифметикой).
Современное развитие цифровой техники позволяет реализовать алгоритмы ЦОС не только средствами процессоров и контроллеров, но и средствами FPGA.
ЦОС применяют не только на прикладном программном уровне компьютера, но и на уровне системы сбора данных.
Поскольку методы ЦОС применимы в полосе частот сигнала с верхней границей до половины частоты дискретизации, то в реальных измерительных системах методы ЦОС дополняют аналоговой обработкой сигнала, не имеющей теоретического ограничения по полосе частот.

Фундаментальные труды по теории ЦОС и ТАУ:

  • Оппенгейм А., Шафер Р. Цифровая обработка сигналов. Изд. 2-е, испр. — М.: Техносфера, 2007. — 856 с
  • Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. — М.: Мир, 1978. — 848 с.
  • Смит Стивен. Цифровая обработка сигналов.— М.: Додэка, 2008. — 718 с.
  • Лайонс Р. Цифровая обработка сигналов.— М.: БИНОМ, 2006. — 652 с.
  • Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сигналов — практический подход . — М.-СПб-Киев: Вильямс, 2004 г — 989 с.
  • Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. В 2-х тт. — М.: «Мир», 1983.
  • Марпл-мл. С. Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения — М.: МИР, 1990. — С. 584.
  • Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. В 2-х тт. — М.: «Мир», 1983.
  • Бесекерский В.А., Попов Е.П. 4-е изд // Теория систем автоматического управления. — СПб.: Профессия, 2003
  • Первозванский А.А. Курс теории автоматического управления. — М.: Наука, 1986.

 

 

Перейти к другим терминам       Cтатья создана:08.07.2014
О разделе "Терминология"      Последняя редакция:01.07.2017

Контакты

Телефон: +7 (495) 785-95-25
Факс: +7 (495) 785-95-14

Отдел продаж: sale@lcard.ru
Техническая поддержка: support@lcard.ru

117105, Москва, Варшавское шоссе, д. 5, корп. 4, стр. 2

Схема проезда

Отправить запрос

Контакты

О нас

Более 3000 клиентов в России и за рубежом используют электронное оборудование L-CARD для решения широкого спектра научно-исследовательских и производственных задач. Мы рады помочь Вам на любом этапе создания электронного изделия: от разработки и производства до послегарантийной поддержки.

L-CARD в проектах