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:	25.08.2019

Использование термина

Системы сбора данных, представленные ниже, предоставляют возможность пользовательского низкоуровневого программирования сигнального процессора или контроллера с применением ЦОС.

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
17/16, ТТЛ 5 В
Интерфейс: USB 2.0 (high-speed), Ethernet (100 Мбит)
Гальваническая развязка.

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, USB, Ethernet

E-502

АЦП: 16 бит; 16/32 каналов;
±0,2 В…10 В; 2 МГц
ЦАП: 16 бит; 2 канала; ±5 В; 1 МГц
Цифровые входы/выходы:
18/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI Express

Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 16 бит, 2 МГц, PCI Express

L-502

АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,08 В…5 В; 400 кГц
ЦАП: 14 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI

Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц, PCI

L-780M

АЦП: 12 бит; 16/32 каналов;
±0,6 В…5 В; 3 МГц
ЦАП: 12 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: PCI

Плата АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 12 бит, 3 МГц, PCI

L-783M

АЦП: 14 бит; 16/32 каналов;
±0,156 В…10 В; 400 кГц
ЦАП: 12 бит; 2 канала; ±5 В; 8 мкс
Цифровые входы/выходы:
16/16 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0

Модуль АЦП/ЦАП
16/32 каналов, 14 бит, 400 кГц, USB

E14-440

Интерфейсы:
USB 2.0 - 16 Мбайт/с;
Ethernet - 10 Мбайт/с;
Память: 32 MB RAM, 2 GB Flash (опция)
Питание: ~220 В, внешний адаптер
Габариты: 135х61х189 мм

Крейт на 2 модуля

LTR-EU-2

Интерфейсы:
USB 2.0 - 16 Мбайт/с;
Ethernet - 10 Мбайт/с;
Память: 32 MB RAM, 2 GB Flash (опция)
Питание: ~220 В, =12 В, =27 В
Габариты: 236x133x378 мм, переносная конструкция

Крейт на 8 модулей

LTR-EU-8

Интерфейсы:
USB 2.0 - 16 Мбайт/с;
Ethernet - 10 Мбайт/с;
Память: 32 MB RAM, 2 GB Flash (опция)
Питание: ~220 В, =12 В, =27 В
Габариты: 481х136х406 мм, ширина 19", высота 3U

Крейт на 16 модулей

LTR-EU-16

АЦП: 12 бит; 8 каналов;
±0,16 В…5 В; 120 кГц
ЦАП: 8 бит; 1 канал; ±5 В; 10 мс
Цифровые входы/выходы: 8 TTL 5 В
Интерфейс: USB 2.0

Модуль АЦП/ЦАП
8 каналов, 12 бит, 120 кГц, USB

Терминология: Обработка сигнала цифровая

Фундаментальные труды по теории ЦОС и ТАУ: